本發(fā)明涉及一種軌道機器人精確定位系統(tǒng)及精確定位方法。

背景技術：

關于軌道式移動機器人的軌道定位方法目前主要有以下幾種：

1、軌道驅動電機編碼器計數(shù)。該方法累計誤差大，無法實現(xiàn)長距離精確定位。

2、軌道固定間隔貼二維碼、條形碼，行走機構讀取二維碼、條形碼方式實現(xiàn)站點位置定位，兩個二維碼、條形碼之間通過電機編碼器計數(shù)來獲取移動距離定位。該方法無法應用于惡劣環(huán)境(如灰塵較大的場合，灰塵會遮擋二維碼、條形碼影響讀取)。

3、軌道固定間隔安裝特殊組合的霍爾磁鋼片(磁鋼以二進制的方式組合)，行走機構讀取霍爾信號組合實現(xiàn)站點位置定位，兩個磁鋼片之間通過電機編碼器計數(shù)來獲取移動距離定位。受限于霍爾磁鋼的組合方法，若要實現(xiàn)長距離站點檢測，則需要更多的磁鋼來編碼，磁鋼片空間占用較大，不利于軌道設計。

技術實現(xiàn)要素：

軌道式移動機器人在軌道上移動時，需要實時知道機器人在軌道上的精確位置，本發(fā)明提供一種能夠實現(xiàn)軌道精確、長距離定位的定位系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的軌道機器人精確定位系統(tǒng)，軌道上安裝有多個站點定位片，所述站點定位片上設置有磁鋼和射頻卡，各站點定位片在軌道上間隔分布；機器人上安裝有站點采集卡，所述站點采集卡用于采集磁鋼信號以及讀取射頻卡的編碼信息，所述機器人由電機驅動，機器人上安裝有對電機轉動圈數(shù)進行計數(shù)的電機編碼器。

本發(fā)明通過磁鋼來定位站點信息，當讀取到磁鋼信號后，再去讀取射頻卡的序列號來定位當前站點位置，由于射頻卡可任意編碼(32位)，因此在有限的尺寸設計中，可應用于長距離定位。射頻卡數(shù)據(jù)保存時間長，幾乎支持無限次讀取，因此可滿足長時間應用。選用霍爾效應(磁鋼檢測)與射頻卡無線讀取，所以可以應用于潮濕、灰塵較大等場合。

實際應用中，由于兩個站點定位片之間依靠電機編碼器計數(shù)來獲取偏移距離，為了減少編碼器計數(shù)的累計誤差，兩個站點定位片之間的安裝距離不宜過長，各站點定位片在軌道等間距分布。每隔一個站點重新開始計算電機編碼器的值，編碼器累計誤差僅限于兩個站點之間的距離，不會影響到下一個站點之后的計數(shù)。

本發(fā)明所述電機編碼器采用普通的增量式光電正交編碼器即可實現(xiàn)，電機編碼器分辨率越高定位越精確。所述電機編碼器安裝在電機的轉軸上。

本發(fā)明還提供一種采用本發(fā)明所述的軌道機器人精確定位系統(tǒng)實現(xiàn)軌道機器人精確定位方法，機器人在軌道上移動，當機器人上的站點采集卡采集到站點定位片上的磁鋼信號后，站點采集卡讀取站點定位片上的射頻卡的編碼信息，根據(jù)射頻卡的編碼信息確定該站點定位片的站點編號；機器人繼續(xù)在軌道上移動，由電機編碼器對驅動機器人移動的電機的轉動圈數(shù)進行計數(shù)，該計數(shù)自機器人離開相應站點編號對應的站點時開始；根據(jù)電機的轉動圈數(shù)以及機器人驅動輪的直徑確定機器人移動的距離，即機器人距相應站點編號對應的站點的偏移距離。

為提供定位精確度，在電機編碼器計數(shù)前，先進行清零操作。

定義其中一個站點為零位，機器人在初次進入軌道時，利用站點采集卡采集站點定位片上的磁鋼信號后，讀取站點定位片上的射頻卡編碼信息，根據(jù)編碼信息確定零位站點的具體位置。

本發(fā)明通過磁鋼來定位站點信息，每個站點只需要使用一個磁鋼即可，當讀取到該信號后(磁鋼實現(xiàn)精確定位，射頻卡讀取距離波動較大，無法精確定位)，再去讀取射頻卡的序列號來定位當前站點位置，由于射頻卡可任意編碼(32位)，因此在有限的尺寸設計中，該方案可應用于長距離定位(站點數(shù)多，可編碼到射頻卡最大的編碼即2的32次方)，且安裝所用的結構件可統(tǒng)一加工，無需因為不同的編碼而用不同的結構件。另外，由于射頻卡數(shù)據(jù)保存時間長，幾乎支持無限次讀取，因此可滿足長時間應用。本發(fā)明選用霍爾效應(磁鋼檢測)與射頻卡無線讀取，所以可以應用于潮濕、灰塵較大等場合，磁鋼、射頻卡技術成熟，采購成本較低，可滿足對成本要求比較苛刻的場合。射頻卡可支持重新編碼，在應用中，可根據(jù)需求隨時重新更改編碼，應用方便、靈活。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；

圖2為磁鋼信號檢測原理圖。

圖中：1-站點采集卡；2-站點定位片；3-驅動軌道；4-電機軸；5-電機編碼器；6-驅動齒輪；7-電機；8-一號站點；9-二號站點；10-射頻卡；11-磁鋼。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明提供的軌道機器人精確定位系統(tǒng)包括多個站點定位片2，站點定位片2上設置有磁鋼11和已編碼的射頻卡10，站點定位片2安裝在驅動軌道3上，站點定位片2之間間隔布置，為減少定位誤差，相鄰站點定位片2之間的距離不宜過長，并且相鄰站點定位片之間盡量等間距。機器人上具有電機7、驅動齒輪6，驅動軌道3上安裝與驅動齒輪6配合的齒條，電機7轉動時，通過驅動齒輪6與齒條的嚙合實現(xiàn)機器人的前進或后退，實現(xiàn)機器人在驅動軌道3上行走。電機7的輸出軸上安裝有電機編碼器5，電機編碼器可以對電機7的轉動圈數(shù)進行計數(shù)。機器人上還安裝有站點采集卡1。圖1是機器人與驅動軌道的示意圖，如果需要更好地理解機器人如何在軌道上行走，可以參考發(fā)明專利zl201610186221.1一種機器人行走機構。

本發(fā)明提供的軌道機器人精確定位方法的具體流程如下：

定義一號站點8為零位，那么將一號站點8上的站點定位片2上的射頻卡10編碼為1，定義的零位作為機器人移動定位的坐標原點，實際使用時可作為充電點。此時假設機器人位于一號站點8的左側，那么機器人上電后即向右移動尋找零位。需要指出的是，機器人也可能向左移動尋找零位，假設左側的站點定位片上的射頻卡編碼為2，當機器人的站點采集卡采集到該站點定位片上的磁鋼信號后，讀取射頻卡的編碼信號，發(fā)現(xiàn)該站點不是零位，那么，機器人向右移動繼續(xù)尋找零位。當機器人需要充電時，可以通過尋找零位來找到充點電。移動過程中，當站點采集卡1采集到一號站點8上的站點定位片2的磁鋼信號后(利用霍爾效應檢測電平跳變，默認為高電平，檢測到磁鋼有信號后變?yōu)榈碗娖?，參照圖2的磁鋼信號檢測原理圖，站點采集卡上安裝有霍爾效應傳感器dh580)，此時站點采集卡1開始讀取該站點定位片上的射頻卡的編碼信號，此編碼即為機器人所在的當前站點號，即一號站點。

讀取到一號站點后，機器人繼續(xù)向前行走，此時電機編碼器5開始累加計數(shù)并計算累計移動距離。具體來說，假設驅動齒輪半徑為40mm，則電機轉一圈，機器人實際移動距離為251.2mm(齒輪周長)，如電機編碼器檢測到電機累計轉了3圈，此時機器人的定位信息即為一號站點偏移753.6mm(251.2mm×3)。

同理，當機器人繼續(xù)前進，檢測到二號站點9上的站點定位片的磁鋼信號后，再讀取二號站點9的站點定位片上的射頻卡編碼(假設二號站點射頻卡編碼提前設置為2)，此時需清除電機編碼器5的計數(shù)值并重新開始計數(shù)，也就是說，電機編碼器計算的是機器人距離二號站點的偏移距離，即，假設機器人向三號站點移動，機器人處于二號站點與三號站點之間，此時定位信息為二號站點偏移xxmm，假設驅動齒輪半徑為40mm，電機轉了3圈，此時機器人的定位信息為二號站點偏移753.6mm。若機器人剛好在二號站點，電機編碼器還未有計數(shù)，則此時定位信息為二號站點偏移0mm。

后續(xù)定位信息讀取方法照此類推。

由于已知各站點之間的距離，假設機器人此時的定位信息為四號站點偏移500mm，相鄰站點之間的距離1000mm，此時，機器人距零點(一號站點)的距離為1000×3+500＝3500mm。不僅能夠準確得出機器人距離相應站點的距離，還準確得出機器人實際移動了多少距離。

實際應用中，由于兩個站點定位片之間依靠電機編碼器計數(shù)來獲取偏移距離，為了減少編碼器計數(shù)的累計誤差，兩個站點定位片之間的安裝距離不宜過長。該方案每隔一個站點重新開始計算電機編碼器的值，編碼器累計誤差僅限于兩個站點之間的距離，不會影響到下一個站點之后的計數(shù)。