自主移动机器人的轨迹定位系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种自主移动机器人的轨迹定位系统及方法。所述系统包括：倾角传感器，用于测量所述自主移动机器人的航向角；全向轮编码器，用于测量所述自主移动机器人的位移量，并且所述全向轮的设置方向与所述自主移动机器人的行进方向之间呈预设夹角；处理器，用于通过将所述位置与目标位置进行比较，得到对应的位置增量，以及根据所述位置增量驱动电动机进行经过补偿的位置移动；电动机，用于在所述处理器的驱动下进行经过补偿的位置移动。本发明专利技术实施例提供的自主移动机器人的轨迹定位系统及方法显著提高了自主移动机器人的运动精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及机器人
，尤其涉及一种自主移动机器人的轨迹定位系统及方法。
技术介绍
在工业制造中，机器人已经取得了许多重大的成果，譬如机械臂在汽车、电子工业和医疗行业中有着成功的应用。但这些商用机器人存在着一个根本的缺点：缺少机动性。固定的机械臂其运动范围是有限的，相反自主移动机器人能够灵活地穿梭于整个作业区域。对于自主移动机器人而言，精确地定位和轨迹控制是提高其作业性能的关键。自主移动机器人在受到外界扰动、摩擦和路面不平整等因素的影响下，会偏离原规划的路径，为此需要实时对自主移动机器人进行定位和纠偏。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种自主移动机器人的轨迹定位系统及方法，以提高自主移动机器人的运动精度。一方面，本专利技术实施例提供了一种自主移动机器人的轨迹定位系统，所述系统包括：倾角传感器，设置在所述自主移动机器人的前端面上，用于测量所述自主移动机器人的航向角；全向轮编码器，一个增量编码器与设置在底面上的全向轮关联，组成一个全向轮编码器，用于测量所述自主移动机器人的位移量，并且所述全向轮的设置方向与所述自主移动机器人的行进方向之间呈预设夹角；处理器，与所述倾角传感器及所述全向轮编码器电连接，用于根据所述倾角传感器测量得到的航向角，以及所述全向轮编码器测量得到的位移量，确定所述自主移动机器人当前的位置，并通过将所述位置与目标位置进行比较，根据运动控制模型得到对应的位置增量，以及根据所述位置增量驱动电动机进行经过补偿的位置移动；电动机，用于在所述处理器的驱动下进行经过补偿的位置移动。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种自主移动机器人的轨迹定位方法，所述方法包括：根据两个分别与所述自主移动机器人的行进方向呈预定夹角θ1，θ2布置的全向轮编码的读数ΔU1，ΔU2，确定所述自主移动机器人的位置x，y，同时根据倾角传感器的读数确定所述自主移动机器人的航向角θ；将所述自主移动机器人的当前位置(x,y,θ)与理想位置(xγ,yγ,θγ)进行比较，得到所述自主移动机器人的轨迹偏差(Δx,Δy,Δθ)；基于李雅普诺夫稳定判据，建立使轨迹误差收敛的运动控制模型，对所述轨迹偏差(Δx,Δy,Δθ)进行补偿。本专利技术实施例提供的自主移动机器人的轨迹定位系统及方法，通过与机器人的行进方向呈一定角度的设置全向轮，针对该全向轮设置用于测距的全向轮编码器，以及设置用于测量航向角的倾角传感器，在利用与上述全向轮编码器及倾角传感器分别电连接的处理器，使得处理器能够根据上述全向轮编码器输出的读数及所述倾角传感器，利用预定的运动控制模型输出的倾角估计位移补偿量，明显了提高了自主移动机器人的运动精度。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术第一实施例提供的自主移动机器人的轨迹定位系统的结构图；图2是本专利技术第一实施例提供的全向轮的布置方位的示意图；图3A是本专利技术第一实施例提供的X轴定位精度的对比图；图3B是本专利技术第一实施例提供的Y轴定位精度的对比图；图4是本专利技术第一实施例提供的自主移动机器人的运动精度的对比图；图5是本专利技术第二实施例提供的自主移动机器人的轨迹定位方法的流程图；图6是本专利技术第三实施例提供的自主移动机器人的轨迹定位方法中参数确定操作的流程图；图7是本专利技术第四实施例提供的自主移动机器人的轨迹定位方法中补偿操作的流程图；图8是本专利技术第四实施例提供的全局坐标系与局部坐标系之间的关系示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。第一实施例本实施例提供了自主移动机器人的轨迹定位系统的一种技术方案。在该技术方案中，所述自主移动机器人的轨迹定位系统包括：倾角传感器11、全向轮编码器12、处理器13，以及电动机14。参见图1，所述倾角传感器11用于测量所述自主移动机器人的航向角。具体的，所述倾角传感器11直接测量得到的物理量是所述自主移动机器人的动态横滚角和俯仰角。根据所述倾角传感器11测量得到所述动态横滚角及俯仰角，与所述倾角传感器11直接电连接的所述处理器13能够直接确定所述自主移动机器人的航向角。优选的，所述倾角传感器11设置在所述自主移动机器人的前端面上。所述全向轮编码器12与设置在所述自主移动机器人的底面上的全向轮关联。在所述自主移动机器人的底面上设置的全向轮的数量是两个，因此，所述自主移动机器人所包含的全向轮编码器12的数量也是两个。所述全向轮编码器的作用在于测量所述自主移动机器人的位移量。为了提高所述自主移动机器人的定位精度，所述全向轮以一种特殊的方式被设置在所述自主移动机器人的底面上。图2示出了这种特殊的设置方式。参见图2，在所述自主移动机器人的底面上设置有驱动轮(后轮)21、万向轮(前轮)24以及全向轮22。并且在所述全向轮上还关联设置有全向轮编码器23。所述全向轮22的设置方向与所述自主移动机器人的行进方向之间呈一定的夹角。并且，上述夹角的取值大于0°，小于90°。也就是说，所述全向轮22的设置方向与所述自主移动机器人的行进方向之间呈锐角夹角。换言之，所述全向轮22不再像以往的设置方式那样，与机器人的行进方向平行或者垂直设置。由于所述全向轮能够沿两个自由度方向滚动，因此上述呈一定角度的全向轮设置方式不会阻碍所述自主移动机器人的移动。而且，优选的，所述全向轮编码器是增量编码器。另外，在上述的图2中，B表示两个全向轮编码器之间距离的一半，L表示全向轮编码器轴线到机器人驱动轮轴线的距离。所述处理器13分别与所述倾角传感器11及所述全向轮编码器12电连接。所述处理器13根据所述倾角传感器11测量到的动态横滚角及俯仰角，以及所述全向轮编码器12测量得到的位移量，计算当前所述自主移动机器人的位置增量，也即对所述自主移动机器人进行定位。进一步的，所述处理器13还将计算得到的所述自主移动机器人当前所在的位置与目标位置进行比较，以得到相应的位置补偿量。更为具体的，沿x轴及沿y轴的位置增量可以通过如下公式给出：δx=[ΔU1+(L·sinθ1+B·cosθ1)·δθ]·cosθ2sin(θ1+θ2)-[ΔU2-(L·sinθ2+B·cosθ2)·δθ]·sinθ1sin(θ1+θ2)δy=[ΔU1+(L·sinθ1+B·cosθ1)·δθ]·sinθ2sin(θ1+&the本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自主移动机器人的轨迹定位系统，其特征在于，包括：倾角传感器，设置在所述自主移动机器人的前端面上，用于测量所述自主移动机器人的航向角；全向轮编码器，一个增量编码器与设置在底面上的全向轮相关联，组成一个全向轮编码器，用于测量所述自主移动机器人的位移量，并且所述全向轮的设置方向与所述自主移动机器人的行进方向之间呈预设夹角；处理器，与所述倾角传感器及所述全向轮编码器电连接，用于根据所述倾角传感器测量得到的航向角，以及所述全向轮编码器测量得到的位移量，确定所述自主移动机器人当前的位置，并通过将所述位置与目标位置进行比较，根据运动控制模型得到对应的位置补偿量，以及根据所述位置补偿量驱动电动机进行经过补偿的位置移动；电动机，用于在所述处理器的驱动下进行经过补偿的位置移动。

【技术特征摘要】
1.一种自主移动机器人的轨迹定位系统，其特征在于，包括：倾角传感器，设置在所述自主移动机器人的前端面上，用于测量所述自主移动机器人的航向角；全向轮编码器，一个增量编码器与设置在底面上的全向轮相关联，组成一个全向轮编码器，用于测量所述自主移动机器人的位移量，并且所述全向轮的设置方向与所述自主移动机器人的行进方向之间呈预设夹角；处理器，与所述倾角传感器及所述全向轮编码器电连接，用于根据所述倾角传感器测量得到的航向角，以及所述全向轮编码器测量得到的位移量，确定所述自主移动机器人当前的位置，并通过将所述位置与目标位置进行比较，根据运动控制模型得到对应的位置补偿量，以及根据所述位置补偿量驱动电动机进行经过补偿的位置移动；电动机，用于在所述处理器的驱动下进行经过补偿的位置移动。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述倾角传感器采用惯性导航技术测量所述自主移动机器人的动态横滚角和俯仰角，通过合理地安装，将倾角传感器的横滚角转化为所述自主移动机器人的航向角。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设夹角的取值大于0°，小于90°。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述全向轮编码器包括：两个分别独立设置的全向轮编码器。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述全向轮编码器包括：增量编码器和全向轮。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述运动控制模型由如下公式给出：v=vrcoseθ+k1etω=ωr+k2en+k3eθ]]>其中，vr和ωr为理想的速度和角速度，v和ω为实际修正的速度和角速度，et为切向误差，en为径向误差，eθ为角度误差。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，沿x轴及沿y轴的位置增量可以通过如下公式给出：δx=[ΔU1+(L·sinθ1+B·cosθ1)·δθ]·cosθ2sin(θ1+θ2)-[ΔU2-(L·sinθ2+B·cosθ2)·δθ]·cosθ1sin(θ1+θ2)δy=[ΔU1+(L·sinθ1+B·cosθ1)·δθ]·...

【专利技术属性】
技术研发人员：项四通，孙超，李法设，刘保军，杨跞，
申请(专利权)人：中科新松有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31