万向轮测速装置、方法及系统、打滑检测方法、可移动电子设备、路径纠正方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的万向轮测速装置通过在活动杆的一端设置磁性元件，另一端通过传动机构与所述万向轮连接，霍尔传感器位于所述活动杆的一侧并与所述磁性元件相对，所述活动杆通过所述传动机构随所述万向轮的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件做靠近和远离所述线性霍尔传感器的往复循环运动，所述线性霍尔传感器在所述磁性元件的往复循环运动中持续输出模拟信号值，能有效克服现有技术通过仅简单检测万向轮是否运动对机器人的驱动轮是否打滑进行判断存在的缺陷，能获得连续的信号并量化万向轮的速度，利于轮式移动机器人的打滑检测和路径纠正。

Universal Wheel Speed Measuring Device, Method and System, Slip Detection Method, Movable Electronic Equipment, Path Correction Method and Device

The universal wheel speed measuring device disclosed in the present invention is connected with the universal wheel through a transmission mechanism and a magnetic element at one end. Hall sensor is located on one side of the active rod and is opposite to the magnetic element. The moving rod moves reciprocally through the transmission mechanism along with the rotation of the universal wheel, thus driving the magnetic element to approach. The linear Hall sensor continuously outputs analog signal values in the reciprocating motion of the magnetic element, which can effectively overcome the defects of the existing technology in judging whether the driving wheel of the robot is skidding by simply detecting whether the universal wheel is moving or not, and can obtain continuous signals and quantify the speed of the universal wheel. It is beneficial to skid detection and path correction of wheeled mobile robots.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】万向轮测速装置、方法及系统、打滑检测方法、可移动电子设备、路径纠正方法及装置
本专利技术涉及机器人领域，尤其涉及万向轮测速装置、方法及系统、打滑检测方法、可移动电子设备、路径纠正方法及装置。
技术介绍
随着社会的发展和科技的进步，智能家居越来越贴近人们的生活。目前，一种智能清洁机器人正在逐渐的进入普通家庭，代替人工进行地面清洁任务。这类的智能清洁机器人通常是由两个驱动轮和一个从动轮支撑，驱动轮由马达直接驱动，用以提供前进动力，从动轮一般包括万向轮和辅助轮，用以帮助保持平衡。然而，当地面情况比较复杂时，驱动轮常会出现打滑的现象，比如地面比较光滑或者机器人被搁浅，此时，虽然驱动轮仍继续转动，但机器人无法正常行驶，驱动轮的滚动的距离和机器人滑动距离并不一致。然而，此时机器人控制系统仍默认机器人处于正常工作状态，因此，机器人会继续工作直到电量低于某个值和没电时才停止工作，从而造成电能的大量浪费。针对这一问题，现有的清洁机器人的一般通过检测万向轮的运动状态对机器人的驱动轮是否打滑进行判断。如专利申请号201510013410.4的一个中国专利技术专利申请，其公开了一种万向轮测速装置，其通过传动机构和万向轮连接，万向轮滚动过程中，通过万向轮上的凸轮带动联动盘上下运动，使联动盘上的凸缘触发所述检测线路板的开关开合(例如，触发红外信号的阻断和接通)，当开关一直处于闭合或断开的状态时，则判断清洁机器人发生打滑。在另一专利申请号为201510291805.0的中国专利技术专利申请中，其公开了一种扫地机器人的万向轮运动状态检测装置，其通过传动机构和万向轮连接，卡盘和传动机构连接，万向轮滚动时通过传动装置带动卡盘水平转动，卡盘上设有多组凸齿，凸齿两侧设有射线发射器和射线接收器，当射线接收器每隔一段时间接收到射线发射器发射出来的射线时，判断卡盘为转动状态，扫地机器人处于正常移动状态；当射线接收器收不到射线或一直收到射线时，判断卡盘为停止转动状态，扫地机器人在停止移动状态或发生空转。现有技术通过上述方法检测机器人是否打滑存在以下缺陷：(1)上述结构仅简单判断万向轮的是否运动状态，不能区分机器人的停止移动状态和驱动轮发生空转状态，不能有效检测机器人发生打滑现象；(2)上述结构仅能通过万向轮的停止运动状态判断检测机器人发生打滑现象，不能有效判别对万向轮的速度和驱动轮的速度不一致时的情况。这种情况发生时，机器人默认机器人处于正常工作状态，因此，机器人仍然以两个驱动轮的速度获取机器人的移动位移，造成误差；(3)上述结构根据万向轮的转动获得的是分立的信号，对于检测机器人发生打滑现象存在延迟现象，例如，当任意时刻发生打滑，采用申请号201510013410.4的方案进行打滑检测需等待较长时间(例如，设定的滚动轮的最长滚动周期)才能判定开关一直处于闭合或断开的状态时，从而判断机器人发生打滑并做出响应。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种万向轮测速装置、方法及系统、打滑检测方法、可移动电子设备、路径纠正方法及装置，能有效克服现有技术通过仅简单检测万向轮是否运动对机器人的驱动轮是否打滑进行判断存在的缺陷，能获得连续的信号并量化万向轮的速度，利于后续的应用。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种万向轮测速装置，包括万向轮、传动机构、活动杆和线性霍尔传感器，所述活动杆的一端设有磁性元件，所述活动杆的另一端通过传动机构与所述万向轮连接，所述线性霍尔传感器位于所述活动杆的一侧并与所述磁性元件相对；所述活动杆通过所述传动机构随所述万向轮的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件做靠近和远离所述线性霍尔传感器的往复循环运动，所述线性霍尔传感器在所述磁性元件的往复循环运动中持续输出模拟信号值。与现有技术相比，本专利技术公开的万向轮测速装置通过在活动杆的一端设置磁性元件，另一端通过传动机构与所述万向轮连接，霍尔传感器位于所述活动杆的一侧并与所述磁性元件相对，所述活动杆通过所述传动机构随所述万向轮的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件做靠近和远离所述线性霍尔传感器的往复循环运动，所述线性霍尔传感器在所述磁性元件的往复循环运动中持续输出模拟信号值，能有效克服现有技术通过仅简单检测万向轮是否运动对机器人的驱动轮是否打滑进行判断存在的缺陷，能获得连续的信号并量化万向轮的速度，利于后续的应用。作为上述方案的改进，所述传动机构包括第一摩擦轮和第二摩擦轮，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮通过偏心轴对称连接，所述偏心轴与所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的轴心均不对称，所述活动杆与所述偏心轴抵接，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮分别与所述万向轮紧密抵接，所述万向轮在转动时驱动所述第一摩擦轮和第二摩擦轮滚动，从而带动所述活动杆随所述万向轮的转动做往复循环运动。作为上述方案的改进，所述装置还包括压紧件，所述压紧件用于压紧所述第一摩擦轮和第二摩擦轮以使得所述第一摩擦轮和第二摩擦轮分别与所述万向轮紧密抵接。作为上述方案的改进，所述装置还包括安装座，所述安装座的下部设有容纳所述万向轮的凹槽，所述万向轮的轮轴固定卡接于所述凹槽的侧壁，所述安装座的上部设有容纳所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的收容腔，所述凹槽上设有对称的第一开口和第二开口，所述第一摩擦轮穿过所述第一开口与所述万向轮紧密抵接，且所述第二摩擦轮穿过第二开口与所述万向轮紧密抵接。作为上述方案的改进，所述压紧件包括安装架和扭环，所述安装架包括第一连接臂、第二连接臂和横梁，所述第一连接臂的一端和第二连接臂的一端通过所述横梁连接，且所述扭环套接在所述横梁上，所述第一摩擦轮通过其上的转轴与所述第一连接臂的另一端可转动连接，所述第二摩擦轮通过其上的转轴与所述第二连接臂的另一端可转动连接。作为上述方案的改进，所述收容腔内设有支架，所述支架包括依次连接的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁，所述第一侧壁和第三侧壁相对分布，所述横梁卡接于所述第一侧壁的卡槽和第三侧壁的卡槽，所述扭环分布于所述第一侧壁和第三侧壁之间，所述第一连接臂的一端设有挡块，所述扭环的一端与所述挡块抵接，所述扭环的另一端与所述第二侧壁的内表面抵接，以使得由所述扭环发生形变并产生恢复力压紧所述第一摩擦轮和第二摩擦轮与所述万向轮紧密抵接。作为上述方案的改进，所述装置还包括上盖，所述上盖上设有压块，所述压块用于与所述支架配合以压紧所述扭环的另一端所述第二侧壁的内表面抵接。作为上述方案的改进，所述安装座的收容腔内还设有止转柱，所述上盖上设有止转孔，所述止转柱插入所述止转孔以防止所述压块和所述支架的位置发生偏移。作为上述方案的改进，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的滚动面均为锥齿面。作为上述方案的改进，所述上盖还设有第三开口和第四开口，所述第一摩擦轮的滚动面从所述第三开口伸出，所述第二摩擦轮的滚动面从所述第四开口伸出。本专利技术实施例还提供了一种万向轮测速方法，适用于上述任一项所述的万向轮测速装置，包括步骤：根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系；根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度。与现有技术相比，本专利技术公开的万向轮测速方法通过根据所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种万向轮测速装置，其特征在于，包括万向轮、传动机构、活动杆和线性霍尔传感器，所述活动杆的一端设有磁性元件，所述活动杆的另一端通过传动机构与所述万向轮连接，所述线性霍尔传感器位于所述活动杆的一侧并与所述磁性元件相对；所述活动杆通过所述传动机构随所述万向轮的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件做靠近和远离所述线性霍尔传感器的往复循环运动，所述线性霍尔传感器在所述磁性元件的往复循环运动中持续输出模拟信号值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种万向轮测速装置，其特征在于，包括万向轮、传动机构、活动杆和线性霍尔传感器，所述活动杆的一端设有磁性元件，所述活动杆的另一端通过传动机构与所述万向轮连接，所述线性霍尔传感器位于所述活动杆的一侧并与所述磁性元件相对；所述活动杆通过所述传动机构随所述万向轮的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件做靠近和远离所述线性霍尔传感器的往复循环运动，所述线性霍尔传感器在所述磁性元件的往复循环运动中持续输出模拟信号值。2.如权利要求1所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述传动机构包括第一摩擦轮和第二摩擦轮，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮通过偏心轴对称连接，所述偏心轴与所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的轴心均不对称，所述活动杆与所述偏心轴抵接，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮分别与所述万向轮紧密抵接，所述万向轮在转动时驱动所述第一摩擦轮和第二摩擦轮滚动，从而带动所述活动杆随所述万向轮的转动做往复循环运动。3.如权利要求2所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述装置还包括压紧件，所述压紧件用于压紧所述第一摩擦轮和第二摩擦轮以使得所述第一摩擦轮和第二摩擦轮分别与所述万向轮紧密抵接。4.如权利要求3任一项所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述装置还包括安装座，所述安装座的下部设有容纳所述万向轮的凹槽，所述万向轮的轮轴固定卡接于所述凹槽的侧壁，所述安装座的上部设有容纳所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的收容腔，所述凹槽上设有对称的第一开口和第二开口，所述第一摩擦轮穿过所述第一开口与所述万向轮紧密抵接，且所述第二摩擦轮穿过第二开口与所述万向轮紧密抵接。5.如权利要求4所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述压紧件包括安装架和扭环，所述安装架包括第一连接臂、第二连接臂和横梁，所述第一连接臂的一端和第二连接臂的一端通过所述横梁连接，且所述扭环套接在所述横梁上，所述第一摩擦轮通过其上的转轴与所述第一连接臂的另一端可转动连接，所述第二摩擦轮通过其上的转轴与所述第二连接臂的另一端可转动连接。6.如权利要求5所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述收容腔内设有支架，所述支架包括依次连接的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁，所述第一侧壁和第三侧壁相对分布，所述横梁卡接于所述第一侧壁的卡槽和第三侧壁的卡槽，所述扭环分布于所述第一侧壁和第三侧壁之间，所述第一连接臂的一端设有挡块，所述扭环的一端与所述挡块抵接，所述扭环的另一端与所述第二侧壁的内表面抵接，以使得所述扭环发生形变并产生恢复力压紧所述第一摩擦轮和第二摩擦轮与所述万向轮紧密抵接。7.如权利要求6所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述装置还包括上盖，所述上盖上设有压块，所述压块用于与所述支架配合以压紧所述扭环的另一端所述第二侧壁的内表面抵接。8.如权利要求7所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述安装座的收容腔内还设有止转柱，所述上盖上设有止转孔，所述止转柱插入所述止转孔以防止所述压块和所述支架的位置发生偏移。9.如权利要求1所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的滚动面均为锥齿面。10.如权利要求8所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述上盖还设有第三开口和第四开口，所述第一摩擦轮的滚动面从所述第三开口伸出，所述第二摩擦轮的滚动面从所述第四开口伸出。11.一种万向轮测速方法，其特征在于，适用于权利要求1-10任一项所述的万向轮测速装置，包括步骤：根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系；根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度。12.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下步骤获取：在所述万向轮以预设的角速度匀速运动的过程中，获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值随时间变化曲线；截取所述线性霍尔传感器的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。13.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α其中，B为所述线性霍尔传感器感应到所述磁性元件的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮/第二摩擦轮的轴心与所述偏心轴的轴心所在的直线与活动杆底表面的交点到所述万向轮的轴心的距离，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度，α为标准角度。14.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]}其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。15.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：其中，U为所述线性霍尔传感器实时输出的电压值，t为时刻，θ为所述万向轮相对初始状态的转动角度，f(θ)为所述万向轮相对初始状态的转动角度和所述线性霍尔传感器实时输出的电压值的函数关系，w为万向轮的角速度。16.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：ω＝2π(θ2-θ1)/180T其中，ω为万向轮的角速度，T为扫描万向轮的转动角度的周期，θ1为上一周期检测到的万向轮的转动角度，θ2为当前周期检测到的万向轮的转动角度；其中，T远少于所述万向轮本身的转动周期。17.一种万向轮测速系统，其特征在于，包括：权利要求1-10任一项所述的万向轮测速装置，用于通过所述线性霍尔传感器输出模拟信号值；控制器，用于根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度，根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系。18.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述万向轮测速系统还包括信号采集器，用于在所述万向轮以预设的角速度匀速前进的过程中，获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值随时间变化曲线；所述控制器还用于截取所述线性霍尔传感器的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。19.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述控制器通过以下公式获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表：θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α其中，B为所述线性霍尔传感器感应到所述磁性元件的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮/第二摩擦轮的轴心与所述偏心轴的轴心所在的直线与活动杆底表面的交点到所述万向轮的轴心的距离，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度，α为标准角度。20.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述控制器通过以下公式获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系：θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]}其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。21.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述控制器根据以下公式获取所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过：其中，U为所述线性霍尔传感器实时输出的电压值，t为时刻，θ为所述万向轮相对初始状态的转动角度，f(θ)为所述万向轮相对初始状态的转动角度和所述线性霍尔传感器实时输出的电压值的函数关系，w为万向轮的角速度。22.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述控制器根据以下公式获取所述万...

【专利技术属性】
技术研发人员：李北辰，
申请(专利权)人：广州艾若博机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44