机器人导航系统技术方案

一种机器人导航系统，其包括机器人、状态判断器、导航参考器以及误差补偿滤波器。机器人包括三轴式加速度计、三轴式陀螺仪和具有编码器的轮部，三轴式加速度计侦测机器人的加速度以演算出推进力信息，三轴式陀螺仪侦测机器人角速度并整合成角速度信息，编码器依据轮部的旋转角度演算出第一方向角信息；状态判断器依据推进力信息、角速度信息和第一方向角信息判断机器人为静态状态或动态状态；导航参考器依据推进力信息和角速度信息得出第二方向角信息。当状态判断器判断机器人为动态状态，误差补偿滤波器依据第一方向角信息和第二方向角信息得出误差预估信息，并将误差预估信息回传至编码器以调整第一方向角信息，进而调整机器人的位置和方向角。

Robot navigation system

【技术实现步骤摘要】
机器人导航系统
本专利技术关于一种导航系统，特别是，一种结合导航参考器和编码器且适用于机器人的机器人导航系统。
技术介绍
近来随着传感器的进步和控制技术的成熟，机器人不再局限于在工厂加工处理组件而逐渐从工厂迈进日常生活中，以协助人们处理日常生活中无聊的重复性工作，例如打扫或搬运。另外，由于各种电子零件的成本下降，进而降低机器人的制造成本而开始商品化，越来越受到业界重视。机器人中相当重要的部分为自主导航，亦即，机器人自己行走而不需使用者控制，而通常其为透过传感器和处理器来辅助机器人行进，然而，机器人在行进时总会伴随摩擦力的产生，摩擦力则会造成传感器的误差，因此，如何精准演算出机器人的路径且考虑到摩擦力产生的误差，遂成为一个重要的议题。综观前文所述，本专利技术的专利技术者思索并设计一种机器人导航系统，以期针对公知技术的缺失加以改善，进而增进产业上的实施利用。申请内容有鉴于上述现有的问题，本专利技术的目的在于提供一种机器人导航系统，用以解决现有技术中所面临的问题。基于上述目的，本专利技术提供一种机器人导航系统，其包括机器人、状态判断器、导航参考器以及误差补偿滤波器。机器人包括三轴式加速度计、三轴式陀螺仪以及轮部，轮部包括左轮、右轮以及编码器，三轴式加速度计侦测机器人于各轴的加速度并整合及演算出推进力信息，三轴式陀螺仪侦测机器人于各轴的角速度并整合成角速度信息，编码器依据左轮的旋转角度和右轮的旋转角度演算出第一方向角信息，并计算出左轮的角速度和右轮的角速度以整合成轮部角速度信息；状态判断器连接三轴式加速度计、三轴式陀螺仪以及编码器，以取得推进力信息、角速度信息以及第一方向角信息，并据此判断机器人为静态状态或动态状态；导航参考器连接三轴式加速度计以及三轴式陀螺仪以取得推进力信息以及角速度信息，并据此演算出第二方向角信息；误差补偿滤波器连接导航参考器和编码器，以取得第一方向角信息和第二方向角信息。当状态判断器判断机器人为动态状态，误差补偿滤波器据此演算出误差预估信息，并将误差预估信息回传至编码器，根据误差预估信息加以调整第一方向角信息，进而调整机器人的位置、速度以及方向角，让机器人准确地行进。优选地，状态判断器包括编码器模块以及惯性模块，编码器模块判断第一方向角信息的轮部编码讯号值，惯性模块比较推进力信息的数值减去重力的数值和推进力临界值以及比较角速度信息的数值和角速度临界值。优选地，编码器模块判断第一方向角信息的轮部编码讯号值为零，惯性模块判断推进力信息的数值减去重力的数值小于推进力临界值以及角速度信息的数值小于角速度临界值，机器人则为静态状态。优选地，编码器模块判断第一方向角信息的轮部编码讯号值为零，惯性模块判断推进力信息的数值减去重力的数值大于推进力临界值以及角速度信息的数值大于角速度临界值，机器人则从动态状态恢复至静态状态。优选地，编码器模块判断第一方向角信息的轮部编码讯号值不等于零，惯性模块判断推进力信息的数值减去重力的数值小于推进力临界值以及角速度信息的数值小于角速度临界值，机器人则为所述静态状态，而左轮和右轮正在自转。优选地，编码器模块判断第一方向角信息的轮部编码讯号值不等于零，惯性模块判断推进力信息的数值减去重力的数值大于推进力临界值以及角速度信息的数值大于角速度临界值，机器人则为动态状态。优选地，编码器通过方向推测技术演算出第一方向角信息。优选地，误差补偿滤波器进一步包含比例积分微分控制组件和模糊规则增益调整组件，比例积分微分控制组件具有比例参数和积分参数以調整误差预估信息的數值。优选地，誤差补偿滤波器依據第一方向角信息的第一方向角数值和第二方向角信息的第二方向角數值演算出误差预估信息，並回傳误差预估信息至编码器和導航參考器，進而調整第一方向角信息和第二方向角信息。优选地，比例积分微分控制组件依据模糊规则调整比例参数和积分参数，模糊规则增益调整组件依据左轮的角速度和右轮的角速度来规定模糊规则。承上所述，本专利技术的机器人导航系统，可具有下述优点：(1)本专利技术的机器人导航系统，通过编码器和导航参考器准确地计算出误差预估信息，据此加以调整轮部的第一方向角信息，进而调整机器人的位置、速度以及方向角，让机器人更为准确地行进。(2)本专利技术的机器人导航系统，通过状态判断器判断机器人的状态，得知机器人是否在前进或停止。附图说明图1为本专利技术的第一实施例的整体结构图；图2为本专利技术的第一实施例的状态判断器的判断流程图；图3为本专利技术的第一实施例的流程图；图4为本专利技术的第一实施例的误差补偿滤波器的组件图；图5为本专利技术的第一实施例的左轮角速度及右轮角速度和归属度的关系图。其中的标记为：10：机器人11：三轴式加速度计12：三轴式陀螺仪13：轮部20：导航参考器30：状态判断器31：编码器模块32：惯性模块40：误差补偿滤波器41：比例积分微分控制组件42：模糊规则增益调整组件131：左轮132：右轮133：编码器AF：推进力信息AR：角速度信息A1：第一方向角信息A2：第二方向角信息ER：误差预估信息FA：推进力信息的数值FT：推进力临界值G：重力S1、S2、S3、S4：流程uLl：左轮低速值uLm：左轮中速值uLh：左轮高速值uRl：右轮低速值uRm：右轮中速值uRh：右轮高速值VR：角速度信息的数值VT：角速度临界值WAR：轮部角速度信息yA1：轮部编码讯号值yH1：第一方向角数值yH2：第二方向角数值具体实施方式本专利技术的优点、特征以及达到的技术方法将参照例示性实施例及附图进行更详细地描述而更容易理解，且本专利技术可以不同形式来实现，故不应被理解仅限于此处所陈述的实施例，相反地，对所属
的普通技术人员而言，所提供的实施例将使本揭露更加透彻与全面且完整地传达本专利技术的保护范围，且本专利技术将仅替所附加的权利要求书所定义。如图1所示，其为本专利技术的机器人导航系统的第一实施例的整体结构图。在本实施例中，本专利技术的机器人导航系统包括机器人10、状态判断器30、导航参考器20以及误差补偿滤波器40。机器人10包括三轴式加速度计11、三轴式陀螺仪12以及轮部13，轮部13包括左轮131、右轮132以及编码器133，三轴式加速度计11侦测机器人10于各轴的加速度并整合及演算出推进力信息AF，三轴式陀螺仪12侦测机器人10于各轴的角速度并整合成角速度信息AR，编码器133依据左轮131的旋转角度和右轮132的旋转角度并通过方向推测技术，而演算出第一方向角信息A1，并计算出左轮131的角速度uL和右轮132的角速度uR以整合成轮部角速度信息WAR；状态判断器30连接三轴式加速度计11、三轴式陀螺仪12以及编本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人导航系统，其特征在于，包括：/n机器人，包括三轴式加速度计、三轴式陀螺仪以及轮部，所述轮部包括左轮、右轮以及编码器，所述三轴式加速度计侦测所述机器人于各轴的加速度并整合及演算出推进力信息，所述三轴式陀螺仪侦测所述机器人于各轴的角速度并整合成角速度信息，所述编码器依据所述左轮的旋转角度和所述右轮的旋转角度演算出第一方向角信息，并计算出所述左轮的角速度和所述右轮的角速度以整合成轮部角速度信息；/n状态判断器，连接所述三轴式加速度计、所述三轴式陀螺仪以及所述编码器，以取得所述推进力信息、所述角速度信息以及所述第一方向角信息，并据此判断所述机器人为静态状态或动态状态；/n导航参考器，连接所述三轴式加速度计以及所述三轴式陀螺仪以取得所述推进力信息以及所述角速度信息，并据此演算出第二方向角信息；以及/n误差补偿滤波器，连接所述导航参考器和所述编码器，以取得所述第一方向角信息和所述第二方向角信息；/n其中，当所述状态判断器判断所述机器人为所述动态状态，所述误差补偿滤波器据此演算出误差预估信息，并将所述误差预估信息回传至所述编码器，根据所述误差预估信息加以调整所述第一方向角信息，进而调整所述机器人的位置、速度以及方向角。/n...

【技术特征摘要】
1.一种机器人导航系统，其特征在于，包括：
机器人，包括三轴式加速度计、三轴式陀螺仪以及轮部，所述轮部包括左轮、右轮以及编码器，所述三轴式加速度计侦测所述机器人于各轴的加速度并整合及演算出推进力信息，所述三轴式陀螺仪侦测所述机器人于各轴的角速度并整合成角速度信息，所述编码器依据所述左轮的旋转角度和所述右轮的旋转角度演算出第一方向角信息，并计算出所述左轮的角速度和所述右轮的角速度以整合成轮部角速度信息；
状态判断器，连接所述三轴式加速度计、所述三轴式陀螺仪以及所述编码器，以取得所述推进力信息、所述角速度信息以及所述第一方向角信息，并据此判断所述机器人为静态状态或动态状态；
导航参考器，连接所述三轴式加速度计以及所述三轴式陀螺仪以取得所述推进力信息以及所述角速度信息，并据此演算出第二方向角信息；以及
误差补偿滤波器，连接所述导航参考器和所述编码器，以取得所述第一方向角信息和所述第二方向角信息；
其中，当所述状态判断器判断所述机器人为所述动态状态，所述误差补偿滤波器据此演算出误差预估信息，并将所述误差预估信息回传至所述编码器，根据所述误差预估信息加以调整所述第一方向角信息，进而调整所述机器人的位置、速度以及方向角。


2.根据权利要求1所述的机器人导航系统，其特征在于，所述状态判断器包括编码器模块以及惯性模块，所述编码器模块判断所述第一方向角信息的轮部编码讯号值，所述惯性模块比较所述推进力信息的数值减去重力的数值和推进力临界值以及比较所述角速度信息的数值和角速度临界值。


3.根据权利要求2所述的机器人导航系统，其特征在于，所述编码器模块判断所述第一方向角信息的轮部编码讯号值为零，所述惯性模块判断所述推进力信息的数值减去重力的数值小于所述推进力临界值以及所述角速度信息的数值小于所述角速度临界值，所述机器人则为所述静态状态。


4.根据权利要求2所述的机器人导航系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭进业，
申请(专利权)人：香港商女娲创造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81