一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术具体涉及一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置及控制方法。所述里程计装置包括计量组件、车轮组件以及设置于机器人本体和车轮组件之间的压力调节组件；压力调节组件包括壳体，设置于壳体内部的调节盘，以及位于机器人本体和调节盘之间的磁流变弹性体；调节盘上设置有调节轴；磁流变弹性体同轴套设于调节轴上且与调节盘抵接；磁流变弹性体与调节轴之间设置有电磁线圈，电磁线圈用于通过产生对应强度的磁场来改变磁流变弹性体的伸缩量。本发明专利技术公开了轮式机器人里程计装置的控制方法。本发明专利技术能够自适应调节车轮对地面正压力，以使得里程计装置的车轮柔性着地并做纯滚动，从而保证里程计的测量精度和轮式机器人的正常工作。证里程计的测量精度和轮式机器人的正常工作。证里程计的测量精度和轮式机器人的正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人导航
，具体涉及一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置及控制方法。

技术介绍

[0002]里程计是机器人的导航定位传感器系统，用于探测和计算机器人的位移、角度等定位信息。里程计的硬件部分通常由位移传感器、主控单元和机械安装结构三部分组成，其中，常用于里程计的位移传感器可以包括：光电编码器、霍尔传感器、陀螺仪等；主控单元用于读取和处理传感器数据，常见的里程计主控单元可以是：可编程控制器(PLC)、单片机(MCU)或高速数字信号处理器(DSP)等；机械安装结构通常是指用于在机器人内部安装或配置里程计的机械结构。
[0003]轮式机器人由于其灵活性好，移动速度快，运动效率高和便于控制等特点，得到了广泛应用。轮式机器人的精确定位非常重要，其关系着机器人能否达到指定位置完成动作，因此里程计需要有足够的性能来保证机器人的精确运行。例如，公开号为CN210123284U的中国就专利公开了《一种轮式移动机器人及其里程计机构》，其里程计机构设置于轮式移动机器人内部，并与轮式移动机器人的从动轮相连接，里程计机构包括光电编码器和联动系统，联动系统固定设置于轮式机器人的从动轮上，光电编码器通过联动系统与轮式机器人的从动轮相连接。该现有方案中的轮式机器人里程计装置能够避免因机器人轮子打滑、空转而导致的读取无效信息的问题。
[0004]轮式机器人的里程计一般包括计量组件和安装于机器人本体上的车轮(组件)，为了保证里程计安装后不对原轮式机器人造成影响，里程计的车轮需要与地面柔性接触；并且，为保证里程计装置的精度，里程计的车轮与地面必须为纯滚动。
[0005]在相同条件下，里程计的车轮对地面正压力越大，所提供的最大静摩擦力也越大，即更不容易打滑。然而，机器人仅在加速或者地面摩擦系数变小时，车轮才需要相对较大的正压力，而在其他场景下，若里程计的车轮对地面正压力过大，反作用力会使得编码器或者里程计其他部件承受的压力过大，影响里程计的测量准确性；同时，对于重量较轻的机器人，还会造成机器人原有的轮子压力不均甚至悬空，进而导致原机器人的正常工作受到影响。也就是说，需要根据不同情况自适应的调节车轮对地面的正压力，才能够保证里程计装置的测量精度和轮式机器人的正常工作。因此，如何设计一种能够自适应调节车轮对地面正压力的轮式机器人里程计装置就是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种能够自适应调节车轮对地面正压力的轮式机器人里程计装置，以使得里程计装置的车轮柔性着地并做纯滚动，从而保证里程计的测量精度和轮式机器人的正常工作。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0008]一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置，包括计量组件和设置于机器人本体上的车轮组件；还包括设置于机器人本体和所述车轮组件之间的压力调节组件；
[0009]所述压力调节组件包括上端安装于机器人本体上的筒状的壳体，设置于所述壳体内部且外周侧壁与所述壳体的内周侧壁间隙配合的调节盘，以及设置于所述壳体内部且位于机器人本体和所述调节盘之间的磁流变弹性体；所述调节盘上远离机器人本体的一侧用于安装所述车轮组件，且朝向机器人本体一侧的中部设置有沿中轴线朝向机器人本体方向延伸的调节轴；所述磁流变弹性体上具有沿中轴线贯通设置且尺寸大于所述调节轴外径尺寸的中空结构，所述磁流变弹性体同轴套设于所述调节轴上且与所述调节盘抵接；所述磁流变弹性体与所述调节轴之间设置有电磁线圈，所述电磁线圈用于通过产生对应强度的磁场来改变所述磁流变弹性体的伸缩量。
[0010]优选的，所述壳体的上端固定设置有盖板，所述磁流变弹性体远离所述调节盘的一端与所述盖板抵接。
[0011]优选的，所述磁流变弹性体和所述盖板之间设置有用于获取所述车轮组件对地面的正压力信息的压力传感器。
[0012]优选的，所述盖板上对应所述调节轴的位置具有贯通设置且与所述调节轴的外径尺寸相对应的导向孔结构，所述调节轴远离所述调节盘的一端与所述盖板的导向孔结构间隙配合。
[0013]优选的，所述壳体的下端具有朝中轴线方向延伸的环形的内凸沿结构；所述调节盘的外周侧部相对应靠近所述车轮组件的部分朝中轴线方向内陷，使得所述调节盘外周侧部相对远离所述车轮组件的部分形成环形的凸台结构；安装时，所述调节盘的凸台结构与所述壳体的内凸沿结构抵接形成限位。
[0014]优选的，包括两组车轮组件，每组车轮组件与机器人本体之间均设置有对应的压力调节组件；所述车轮组件包括安装于所述调节盘上的车轮叉臂，以及通过转轴和轴承安装于所述车轮叉臂上的全向轮。
[0015]优选的，所述计量组件包括安装于机器人本体上且用于获取机器人角度信息的惯性传感器，安装于所述全向轮的轮心上且用于获取所述全向轮转动角加速度信息的编码器，以及与所述惯性传感器和所述编码器信号传输连接且用于控制电磁线圈磁场强度的主控单元。
[0016]优选的，所述磁流变弹性体包括弹性基体，以及呈柱状或链状结构分布在所述弹性基体内的高导磁低磁滞羰基铁粉颗粒。
[0017]本专利技术还公开了一种基于磁流变技术的轮式机器人里程计控制方法，包括：
[0018]正压力调节：获取车轮组件对地面的正压力值并判断正压力值是否处于设置的期望正压力阈值范围[F
e
‑
δ,F
e
+δ]内：若是，则表示正压力正常；否则，控制电磁线圈产生对应强度的磁场来改变磁流变弹性体的伸缩量，产生对应的磁致法向力F
x
，以使得正压力值和磁致法向力F
x
之和处于期望正压力阈值范围[F
e
‑
δ,F
e
+δ]内；
[0019]车轮打滑调节：获取车轮组件的车轮半径R和转动角加速度α，并判断对应车轮半径R和转动角加速度α的乘积是否处于设置的加速度阈值范围[a
c
‑
Δ,a
c
+Δ]内：若是，则表示车轮未发生打滑；否则，计算车轮半径R和转动角加速度α的乘积与a
c
的差值，并基于PID调节算法控制电磁线圈产生对应强度的磁场来改变磁流变弹性体的伸缩量，产生对应的磁
致法向力F
x
，以使得车轮半径R和转动角加速度α的乘积处于加速度阈值范围[a
c
‑
Δ,a
c
+Δ]内。
[0020]优选的，车轮打滑调节时，经过调节使得车轮半径R和转动角加速度α的乘积处于加速度阈值范围内后，获取车轮组件当前对地面的正压力值F
n
，并将期望正压力阈值F
e
更新为F
n
+β，其中，β为设置的安全值。
[0021]本专利技术中的轮式机器人里程计装置及控制方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0022]本专利技术通过控制电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置，包括计量组件和设置于机器人本体上的车轮组件；其特征在于：还包括设置于机器人本体和所述车轮组件之间的压力调节组件；所述压力调节组件包括上端安装于机器人本体上的筒状的壳体，设置于所述壳体内部且外周侧壁与所述壳体的内周侧壁间隙配合的调节盘，以及设置于所述壳体内部且位于机器人本体和所述调节盘之间的磁流变弹性体；所述调节盘上远离机器人本体的一侧用于安装所述车轮组件，且朝向机器人本体一侧的中部设置有沿中轴线朝向机器人本体方向延伸的调节轴；所述磁流变弹性体上具有沿中轴线贯通设置且尺寸大于所述调节轴外径尺寸的中空结构，所述磁流变弹性体同轴套设于所述调节轴上且与所述调节盘抵接；所述磁流变弹性体与所述调节轴之间设置有电磁线圈，所述电磁线圈用于通过产生对应强度的磁场来改变所述磁流变弹性体的伸缩量。2.如权利要求1所述的基于磁流变的轮式机器人里程计装置，其特征在于：所述壳体的上端固定设置有盖板，所述磁流变弹性体远离所述调节盘的一端与所述盖板抵接。3.如权利要求2所述的基于磁流变的轮式机器人里程计装置，其特征在于：所述磁流变弹性体和所述盖板之间设置有用于获取所述车轮组件对地面的正压力信息的压力传感器。4.如权利要求2所述的基于磁流变的轮式机器人里程计装置，其特征在于：所述盖板上对应所述调节轴的位置具有贯通设置且与所述调节轴的外径尺寸相对应的导向孔结构，所述调节轴远离所述调节盘的一端与所述盖板的导向孔结构间隙配合。5.如权利要求1所述的基于磁流变的轮式机器人里程计装置，其特征在于：所述壳体的下端具有朝中轴线方向延伸的环形的内凸沿结构；所述调节盘的外周侧部相对应靠近所述车轮组件的部分朝中轴线方向内陷，使得所述调节盘外周侧部相对远离所述车轮组件的部分形成环形的凸台结构；安装时，所述调节盘的凸台结构与所述壳体的内凸沿结构抵接形成限位。6.如权利要求1所述的基于磁流变的轮式机器人里程计装置，其特征在于：所述车轮组件包括安装于所述调节盘上的车轮叉臂，以及通过转轴和轴承安装于所述车轮叉臂上的全向轮。7.如权利要求6所述的基于磁流变的轮式机器人里程计装置，其特征在于：所述计量组件包括安装于机器人本体上且用于获取机器人角度信息的惯性传感器，安...

【专利技术属性】
技术研发人员：王牛，陈立，徐培杰，冉钦豪，杜益铭，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：