[发明专利]一种移动机器人用定位装置及定位方法

说明书

    技术领域

本发明涉及一种移动机器人定位技术领域，特别涉及一种移动机器人用定位装置及定位方法。

背景技术

移动机器人在人类生产、生活中得到越来越广泛的应用，如各类竞赛机器人、车间搬运机器人、清洁机器人及各种服务机器人。移动机器人的定位系统是备受关注、富有挑战性的一个重要研究课题，所谓定位是要确定机器人在环境中的实时位姿。根据移动机器人的底盘结构主要包括以下移动机器人：履带式、差动轮式、全向轮式。传统的编码器定位技术是通过在各种移动机器人的底盘主动轮上安装编码器，以获得轮子转动的圈数，进而获得机器人相对于上一采样时刻位置和姿态的改变量，通过位移量的累积就可估算机器人的位置。但这种技术具有较大的局限性：由于编码器安装在主动轮上，以测电机转速即主动轮的转数获得数据来进一步求解机器人所在的位置，但是，当遇到崎岖不平或者倾斜的路面时，会改变机器人的加速度，因此受到惯性和地面摩擦阻力等因素影响，安装有编码器的机器人主动轮在运动过程中常会出现打滑或测滑现象，在主动轮未发生运动变化下机器人位置可能已经发生变化的时候，所以该编码器所测的数据会引起较大的机器人位置定位误差；同时，轮子越多，在将编码器主动轮上时也会因为偏轴误差，引起较大的定位误差，严重影响了移动机器人的定位精度和控制；当然，在主动轮打滑时，机器人的从动轮虽然可能不会打滑而保持原状，但是，如果将编码器安装在从动轮上，一方面考虑从动轮的承重问题需要改变从动轮与底盘的连接结构，比较麻烦，二是从动轮本身也不具备减震功能，在遇到崎岖不平的路面时，从动轮也不能很好的适应路面的情况而发生震动，也会产生较大的误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的传统技术中将编码器定位于移动机器人的主动轮或从动轮上时，在遇到崎岖不平或倾斜路面时，机器人在移动过程中发生打滑或侧滑，从而引起较大定位误差的不足，提供一种移动机器人用定位装置，本发明还提供了该定位装置的定位方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种移动机器人用定位装置，包括支架，所述支架上设有至少两个全向轮，相邻两个所述全向轮旋转轴之间的夹角为大于0°同时小于180°，每个全向轮相对所述支架可沿竖直方向滑动；所述定位装置还包括能够采集每个所述全向轮线速度的线速度采集装置，能够采集所述支架旋转角度的角速度采集装置，以及处理系统，所述线速度采集装置的数据输出接口、角速度采集装置的数据输出接口分别与所述处理系统通讯连接。

该移动机器人用定位装置包括至少两个全向轮，相邻两个全向轮的夹角大于0°且小于180°，定位装置上的线速度采集装置可以分别测得每个全向轮的变量，如线速度和进行轨迹增量，角速度采集装置能够采集定位装置相对地面旋转角度的增量，将原始数据传入处理系统，处理系统则可以计算出定位装置的坐标位置，如世界坐标系中的横坐标和纵坐标，以及旋转角度；由于该定位装置不需要设于移动机器人的主动轮或从动轮上使用，而是直接可以固设在移动机器人底盘上，任意位置，所得到的定位装置的坐标即可相应得到整个移动机器人的位置，并不会因为在遇到崎岖不平或倾斜路面时，主动轮打滑或侧移情况而对移动机器人定位产生影响，因为该定位装置上的全向轮能够相对支架沿竖直方向滑动，能够灵活适应路面情况，起到减震作用，响应迅速；由于该定位装置是整体化装于移动机器人底盘上，能有效避免装配后的偏轴误差对定位的影响，其结构简单，易于控制，定位快速精确。

优选地，所述支架上设有两个大小相同、相互垂直的全向轮。

该支架上包括两个大小相同、相互垂直的全向轮，相互垂直的意思是即两个全向轮的自转轴相对垂直设置，每个全向轮不仅能够沿进行方向的滚动，还能沿垂直于每个全向轮的行进方向滑动，所以两个全向轮的同时旋转运动合成运动可以是沿其他任意方向的运动，因此两个相互垂直的全向轮已经能够实现任意的方向的滚动或滑动。

优选地，所述支架上设有顶盖，每个所述全向轮装于轮架上，每个所述轮架与所述顶盖之间还设有伸缩部件，所述伸缩部件包括竖直连接在所述顶盖、所述轮架之间的减震轴，所述减震轴外套设有减震弹簧。

由于现有移动机器人上的主动轮或从动轮一般都不具备减震功能，所以在遇到崎岖不平的路面时，移动机器人震动较大，影响其稳定性；通过在每个全向轮的轮架和顶盖上设置伸缩部件，选用常见的减震轴和减震弹簧，在遇到崎岖不平的路面时，该定位装置能够根据路面的情况进行伸缩，能始终与路面相接触，并不会发生打滑现象，进一步提高了定位装置的定位准确性，同时也能改进移动机器人运动的平稳性。