[发明专利]一种利用磁场定位的单轨机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于包括主控部分、机器手、滑轨、电动轮，机器手、电动轮分别与主控部分电气连接，在主控部分的控制下，机器手借助安装于端部的电动轮，可沿安装于天花板、墙壁、地面或其它平面上的滑轨移动。

2.根据权利要求1所述的一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于主控部分包含微处理器和微控制器中的一种或多种，微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD、FPGA、PLC。

3.根据权利要求2所述的一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于机器手采用可伸缩式、可旋转式、具有一个或一个以上自由度三种设计方式中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于一根或互相平行的多根滑轨固定于天花板、墙壁、地面或其它平面上，滑轨可以采用直线、折线或曲线等形状设计，机器手通过电动轮附着在其中的一根或多根滑轨上，通过可伸缩、具有一个或一个以上自由度、可旋转三种特质中的一种或多种实现伸缩或摆动，这样，在主控部分的控制下，机器手可沿滑轨在一定范围内的三维空间定位、移动或操作目标物。

5.根据权利要求4所述的一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于包括磁力传感器件，磁力传感器件固定安装在滑轨沿线附近或滑轨上的不同位置，其类型包括但不限于：磁控开关、磁感应开关、磁阻传感器、磁力传感器、磁力感应元件，机器手靠近滑轨的端部可产生磁场，这些磁力传感器件可在靠近或远离该磁场时发出信号。

6.根据权利要求5所述的一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于包括信号采集单元，信号采集单元与磁力传感器件、主控部分分别通过有线或无线的方式进行通信，其中，有线通信方式的媒介包括但不限于串行总线、并行总线、一根或多根信号线，无线通信方式的媒介包括但不限于射频、红外、蓝牙。

7.根据权利要求6所述的一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于轨道可分岔，在轨道的分岔点固定有路径控制单元，该路径控制单元与主控部分通过有线或无线的方式进行通信，在主控部分的指令下，路径控制单元对轨道上运行的物体在轨道分岔处的行进方向进行控制。

8.根据权利要求7所述的一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于信号采集单元、路径控制单元包含微处理器和微控制器中的一种或多种，微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD、FPGA、PLC，另外，本发明中滑轨、电动轮可兼作系统电源的传输媒介，即电动轮与滑轨的金属部分或附件通过接触实现电能的传输。

9.根据权利要求1～权利要求8所述的一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于控制方法为：主控部分通过对电动轮的驱动实现机器手沿滑轨移动，路径控制单元可在滑轨分岔处控制机器手的行进方向，机器手运行时在其端部产生磁场，滑轨沿线固定安装的若干个磁力传感器件可感知机器手的靠近与离开，并实时通过信号采集单元将信息发给主控部分，主控部分通过对各个磁力传感器件发出的信息以及信息发送时间进行分析与计算，可得到机器手的实时位置以及行进速度，通过电动轮的控制，即可在一定范围的三维空间内对机器手进行定位、控制。

10.根据权利要求1～权利要求8所述的一种利用磁场定位的单轨机器人，其特征在于控制方法中对机器手或其它目标物的定位方法为：以轨道的出发点作为坐标原点，当机器手已经沿第k条路径连续移动一段距离，途中经过n个磁力传感器，每个磁力传感器的相对坐标原点的位移分别为s₁，s₂，…，s_n，机器手到达这些磁力传感器位置的时刻分别为t₁，t₂，…，t_n，这些时间信息经信号采集单元实时发至主控部分，主控部分根据这n组时间数据，可得到机器手的当前平均速度函数为：

假设该机器手沿第k条路径移动，该机器手经过最后的磁力传感器为第n个磁力传感器，且自经过该磁力传感器位置的时刻始又继续行进了Δt的时间，则此时其相对原点的位置函数如下：

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