[发明专利]一种利用磁场定位的单轨机器人及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种利用磁场定位的单轨机器人。

背景技术

随着科技的进步，机器人越来越多的参与人类的工作和生活，可以预见：将来机器人将代替人类承担越来越多复杂、繁重的工作，而人们则可以从繁重的工作中解脱出来，生活得更加轻松与安逸。但目前，机器人（或者具有机器人功能的自动化装置），只能从事一些简单的重复性的自动化作业，例如：室内清洁机器人、除草机器人、舞蹈表演机器人、教育机器人、焊接机器人等等，这些机器人都无法实现对自身的定位，普遍智能化程度不高，人们工作和日常生活中的大量复杂、繁重的工作，依然是以人力为主，时代期待着具有更高智能的机器人的出现。

发明内容

本发明涉及的一种利用磁场定位的单轨机器人，具有较高的智能，可在一定范围的三维空间内移动，并实现对自身的定位与控制，安全可靠，可以在工作或生活中，代替人类完成相对复杂的工作。

本发明相关描述中的“单轨”指一根或互相平行的多根滑轨，多个在其上的可移动物体，只能以串行的方式向轨道的同一个方向移动，这里的方向指的是轨道的延伸方向，可以是直线、曲线、折线或不规则路线，轨道分岔后，每一条岔路上符合“多个在其上的可移动物体，只能以串行的方式向轨道的同一个方向移动”的原则。

本发明涉及的利用磁场定位的单轨机器人包括主控部分、信号采集单元、磁力传感器件、机器手、电动轮、滑轨、路径控制单元，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。

本发明的主控部分、信号采集单元以及路径控制单元三者都包含微处理器和微控制器中的一种或多种，其中微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD、FPGA、PLC。

主控部分与信号采集单元、路径控制单元通过有线或无线的方式分别进行通信，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。通信的内容包括但不限于系统的时钟同步信号、实时测量数据、实时控制命令等。

磁力传感器件固定安装在滑轨上或滑轨沿线附近的不同位置，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，这些磁力传感器件可在靠近或远离该磁场时发出信号。

信号采集单元与磁力传感器件通过有线或无线的方式进行通信，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。通信的内容包括但不限于系统的时钟同步信号、磁力传感器的感测信息等。

本发明的滑轨固定于天花板、墙壁、地面或其它平面上，滑轨可以采用直线、折线、曲线或不规则形状设计，并且轨道可分岔，在轨道的分岔点固定有路径控制单元，该路径控制单元可在主控部分的指令下，对轨道上运行的物体在轨道分岔处的行进方向进行控制。

本发明的机器手在靠近滑轨的端部包含磁场发生部件，该部件的实现方式包括但不限于下述三种方案：

1. 包括永久磁铁，由永久磁铁产生永久磁场；

2. 包括线圈，主控部分控制线圈通电后，即可产生磁场；

3. 包括线圈以及铁心，线圈缠绕在铁心之上，主控部分控制线圈通电后，即可产生磁场。

机器手通过电动轮附着在滑轨上，通过如下三种特质中的一种或多种实现伸缩或摆动，具体如下：

1. 可伸缩；

2. 具有一个或一个以上自由度；

3. 可旋转。

这样，在主控部分的控制下，一方面，机器手自身可做出各种姿势与动作；另一方面机器手可通过电动轮沿滑轨在一定范围内的三维空间移动，通过这两方面，可实现机器手的定位、移动以及对目标物的操作。

另外，本发明的滑轨、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，附件的类型包括但不限于电刷、金属弹簧片。

综上所述，本发明的控制方法为：主控部分通过对电动轮的驱动实现机器手沿滑轨移动，在主控部分的指令下，路径控制单元在滑轨分岔处控制机器手的行进方向，机器手靠近滑轨的端部可产生磁场，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。