基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置及方法，包括相互连接的控制器和两轮平衡车驱动机构、两个里程计、两个磁传感器和多个校正区，两个里程计和两个磁传感器分别与控制器连接，两轮平衡车的左轮和右轮各安装一个里程计和一个磁传感器，每个校正区包括两个相互不平行也不相交的磁条，磁条固定在地面上，并与两轮平衡车的标准路径交叉。与现有技术相比，本发明专利技术利用磁传感器和里程计判断两轮平衡车位置和姿态，从而与标准数据进行比较得出偏差，进行路径校正，不需要在全路段铺设磁轨或磁条，实时性好、易于安装、成本低、不易受环境影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种两轮平衡车的路径校正方法，尤其是涉及一种基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置及方法。
技术介绍
近年来，两轮平衡车因其运动灵活、智能控制、操作简单、节省能源、绿色环保等特点在现代交通工具中应用越来越广泛，如用于日常代步工具、警务人员治安巡查、广告宣传、辅助拍摄等。然而，除了其载人功能外，两轮平衡车作为机器人家族中的一员，在其自动行走、姿态调节等基本功能的基础上搭载某些传感器后即可在很多场合下替代巡逻机器人完成很多任务，如电站巡检、小区安保、日常巡逻、环境监测、军事侦察等。现阶段，里程计、陀螺仪、磁罗盘等传感器常用于室外环境下机器人定位，但因其存在明显缺陷，一般不单独使用，通常与其他传感器共同使用，进行信息融合。巡逻机器人通常采用搭载里程计、视觉传感器、超声波传感器、激光测距仪、磁导航传感器、GPS、红外线传感器等方式实现其路径规划、自主导航、定位、检测路线等功能。当机器人在避障后或因其他原因偏移巡逻路径时，如不及时采取校正和调整措施，在行进过程中误差不断积累，不仅无法顺利完成巡逻任务，还会增大机器人走入死路或发生碰撞的危险程度。因此在机器人巡逻过程中对其实际运行路线与预定路径进行比较与评估后及时进行校正和调整是至关重要的。通常利用其上搭载的传感器进行位置信息采集，通过位置估算及障碍物位置或轨道位置信息进行路径的跟踪及调整。目前，大部分轮式巡逻机器人主要是基于视觉传感器、红外传感器或磁导航传感器设计开发的，基于视觉传感器的机器人识别精度高，但视觉定位算法复杂，实时性较差，且易受环境光线影响，运行不稳定；基于红外传感器价格较低、抗干扰能力强，识别速度快，但识别精度不高，通常需要在全路段布置连续的路面色带标志信息来引导机器人行进；磁导航传感器也需要在全路段铺设磁轨或磁条，而在很多实际应用场合下，要求在巡逻全路段铺设导轨、磁轨、色带轨等是不现实的。现有技术中，针对移动机器人巡逻过程中的路径校正均采用立体视觉方式，成本较高、实时性差、且易受环境影响，也尚未有专门针对两轮平衡车巡逻时使用的路径校正方法供生产厂家使用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能在两轮平衡车避障或偏移路径后使其返回预定标准路线的基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置，包括相互连接的控制器和两轮平衡车驱动机构，还包括两个里程计、两个磁传感器和多个校正区，所述的两个里程计和两个磁传感器分别与控制器连接，两轮平衡车的左轮和右轮各安装一个里程计和一个磁传感器，每个校正区包括两个相互不平行也不相交的磁条，所述的磁条位置固定，并与两轮平衡车的标准路径交叉，两轮平衡车从起点开始按记忆路径行驶，记忆路径按照标准路径生成，当两轮平衡车行驶至校正区，磁传感器感应到车轮压过磁条时，控制器读取里程计的实时数据，根据实时数据与该校正区的标准数据计算当前的实际路径与标准路径之间的偏差，并根据偏差进行路径校正，使两轮平衡车回到标准路径，然后继续行驶至下一个校正区或结束行驶，其中，每个校正区内，有四个标准数据和四个实时数据，标准数据获取方法包括：两轮平衡车从起点严格沿标准路径行驶，经过校正区内磁条时，由控制器记录两个里程计的数据作为该校正区的标准数据。所述的装置还包括设置在两轮平衡车路径上的充电桩，所述的充电桩作为两轮平衡车行驶的起点。一种使用所述的基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置进行路径校正的方法，包括以下步骤：S1，两轮平衡车从起点开始启动，按记忆路径行驶，两轮平衡车行驶的实际路径与标准路径之间存在偏差；S2，车轮压过磁条时，该车轮上的磁传感器向控制器发送信号，控制器读取该车轮上里程计的实时数据，并返回步骤S2，直到控制器读取到四个实时数据，该校正区内的实时数据读取完毕；S3，控制器根据四个实时数据，计算两轮平衡车当前的实际路径与标准路径之间的偏差，并判断是否进行路径校正，若是，则进入步骤S4，否则继续按记忆路径行驶并返回步骤S2，或者结束行驶；S4，两轮平衡车暂停行驶，根据偏差计算校正参数并根据校正参数移动至标准路径，然后继续按记忆路径行驶并返回步骤S2。所述的步骤S2中，当车轮经过磁条时，磁传感器检测到连续变化的磁感应强度，当磁感应强度最大时，磁传感器判断车轮压过磁条，并向控制器发送信号。控制器读取对应车轮上的里程计数据。所述的步骤S3中，若偏差小于设定值，则不进行路径校正，两轮平衡车继续朝标准路径行驶并返回步骤S2，若当前校正区为最后一个校正区，则不进行路径校正，两轮平衡车结束行驶，否则进入步骤S4。所述的步骤S4中，第i个校正区内，当前实际路径与标准路径之间的偏差包括角度偏差θi和方位向偏差Δdi，计算式分别为：θi＝βAi-αAiΔdi=(1-ΔLi2sinβAiΔLi1sinαAi)ΔLi1sinαBisin(αBi-αAi)sinαAi]]>其中，βAi为第i个校正区内车轮第一次压过的磁条与当前实际路径之间的夹角，αAi为第i个校正区内车轮第一次压过的磁条与标准路径之间的夹角，αBi为第i个校正区内车轮第二次压过的磁条与标准路径之间的夹角，ΔLi1为第i个校正区内标准路径与两个磁条交点之间的距离，ΔLi2为第i个校正区内实际路径与两个磁条交点之间的距离；校正参数Δyi和的计算式分别为：Δyi＝ΔLmisinθi-Δdiφi=π2+sgn(Δyi)θi]]>其中，ΔLmi为第i个校正区内，当前实际路径与车轮第二次压过的磁条之间交点到实际路径上的待校正点之间的距离，sgn(*)为符号函数；两轮平衡车根据校正参数移动至标准路径的具体方法为：两轮平衡车方向逆时针旋转φi角度后，沿方位向所在直线向标准路径行进|Δyi|，再逆时针旋转角度，回到标准路径和正确姿态，所述的方位向与标准路径方向垂直。所述的第i个校正区内标准路径与两个磁条交点之间的距离ΔLi1计算式为：ΔLi1=LLi+LRi2]]>其中，LLi为平衡车左轮在经过两磁条之间这段时间内左轮里程计的里程记录值，LRi为平衡车右轮在经过两磁条之间这段时间内右轮里程计的里程记录值；第i个校正区内实际路径与两个磁条交点之间的距离ΔLi2计算原理与ΔLi1相同。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)采用在校正区内设置磁条的方式，利用磁传感器和里程计判断两轮平衡车位置和姿态，从而与标准数据进行比较得出偏差，进行路径校正，不需要在全路段铺设磁轨或磁条，实时性好、易于安装、成本低、不易受环境影响、不需要人机交互。(2)磁传感器抗干扰能力强，不受外界环境光照、颜色等影响。(3)以充电桩作为两轮平衡车行驶的起点，无需另设起点，节约成本，易于管理，且符合两轮平衡车充电需要。(4)每个校正区内，由于两个磁条的特殊摆放方式，可保证里程计共读取四个实时数据，从而保证计算的可靠性。(5)当磁感应强度最大时，磁传感器判断车轮压过磁条，此时读取里程计数据，计算误差小。(6)路径校正时，只需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置，包括相互连接的控制器和两轮平衡车驱动机构，其特征在于，所述的装置还包括两个里程计、两个磁传感器和多个校正区，所述的两个里程计和两个磁传感器分别与控制器连接，两轮平衡车的左轮和右轮各安装一个里程计和一个磁传感器，每个校正区包括两个相互不平行也不相交的磁条，所述的磁条位置固定，并与两轮平衡车的标准路径交叉，两轮平衡车从起点开始按记忆路径行驶，记忆路径按照标准路径生成，当两轮平衡车行驶至校正区，磁传感器感应到车轮压过磁条时，控制器读取里程计的实时数据，根据实时数据与该校正区的标准数据计算当前的实际路径与标准路径之间的偏差，并根据偏差进行路径校正，使两轮平衡车回到标准路径，然后继续行驶至下一个校正区或结束行驶，其中，标准数据获取方法包括：两轮平衡车从起点严格沿标准路径行驶，经过校正区内磁条时，由控制器记录两个里程计的数据作为该校正区的标准数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置，包括相互连接的控制器和两轮平衡车驱动机构，其特征在于，所述的装置还包括两个里程计、两个磁传感器和多个校正区，所述的两个里程计和两个磁传感器分别与控制器连接，两轮平衡车的左轮和右轮各安装一个里程计和一个磁传感器，每个校正区包括两个相互不平行也不相交的磁条，所述的磁条位置固定，并与两轮平衡车的标准路径交叉，两轮平衡车从起点开始按记忆路径行驶，记忆路径按照标准路径生成，当两轮平衡车行驶至校正区，磁传感器感应到车轮压过磁条时，控制器读取里程计的实时数据，根据实时数据与该校正区的标准数据计算当前的实际路径与标准路径之间的偏差，并根据偏差进行路径校正，使两轮平衡车回到标准路径，然后继续行驶至下一个校正区或结束行驶，其中，标准数据获取方法包括：两轮平衡车从起点严格沿标准路径行驶，经过校正区内磁条时，由控制器记录两个里程计的数据作为该校正区的标准数据。2.根据权利要求1所述的一种基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置，其特征在于，所述的装置还包括设置在两轮平衡车路径上的充电桩，所述的充电桩作为两轮平衡车行驶的起点。3.一种使用权利要求1或2所述的基于里程计和磁传感器的两轮平衡车路径校正装置进行路径校正的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，两轮平衡车从起点开始启动，按记忆路径行驶，两轮平衡车行驶的实际路径与标准路径之间存在偏差；S2，车轮压过磁条时，该车轮上的磁传感器向控制器发送信号，控制器读取该车轮上里程计的实时数据，并返回步骤S2，直到控制器读取到四个实时数据，该校正区内的实时数据读取完毕；S3，控制器根据四个实时数据，计算两轮平衡车当前的实际路径与标准路径之间的偏差，并判断是否进行路径校正，若是，则进入步骤S4，否则继续按记忆路径行驶并返回步骤S2，或者结束行驶；S4，两轮平衡车暂停行驶，根据偏差计算校正参数并根据校正参数移动至标准路径，然后继续按记忆路径行驶并返回步骤S2。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，当车轮经过磁条时，磁传感器检测到连续变化的磁感应强度，当磁感应强度最大时，磁传感器向控制器发送信号，控制器读取对...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琼，崔昊杨，曾俊冬，江超，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31