[发明专利]一种基于三电磁传感器的机器人导航方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种机器人导航方法，利用三个电磁传感器检测机器人偏离电磁轨道的大小与方向，引导机器人沿着电磁轨道移动。

背景技术

目前，应用于机器人中的电磁轨道检测装置多为偶数个“工”字形电感，并且水平对称地分布在轨道上方两侧，利用对称位置的电磁传感器检测到的磁场强度的差值确定偏离轨道大小。理想状态时左右对称位置传感器各参数严格相同，此时传感器检测磁场强度大小差值与位置关系如图1所示。黑色加粗的曲线可以表征机器人相对电磁轨道的位置，黑色加粗曲线端点作为边界阈值。由于对称位置传感器实际工作性能不可能完全相同，磁场强度差值与位置关系曲线将发生扭曲，如图2所示。磁场强度差值与位置关系曲线不再通过零点，并且曲线非中心对称，峰值之间的曲线不再能够对称的反应机器人与电磁轨道的相对位置关系。例如，机器人从左侧偏离电磁轨道2cm与机器人从右侧偏离电磁轨道2cm，在这种对称的位置的条件下，左右传感器的差值的大小却不相等，这就降低了机器人控制的精度。除此之外，在曲线非中心对称情况下设计中心差值参数时，需要使机器人中线与电磁轨道重合，但实际过程中需要人为放置机器人，难以做到精确地将机器人中线与电磁轨道重合，所以会引入随机误差。由于磁场强度差值与位置关系曲线在第一与第三象限均存在峰值，所以当机器人移动偏离出峰值位置时就会产生错误的位置信息，故需要在峰值之间分别设计两个边界阈值，但又由于曲线非中心对称，所以需要在轨道两侧对称位置分别测量两个阈值，因此会引入随机误差。综上所述，人为设定的参数数量增多，使装置引入的随机误差的概率增大降低了机器人电磁导航的精度，而且测定参数时过程较为复杂。

申请号为200810234556.1的发明专利“自动引导小车的无接触供电及导航装置”，提出了一种利用双对称电磁传感器对车辆进行电磁导航的技术，但是仍存在导航精度低、阈值参数多且设计复杂等问题，该方法应用到机器人电磁导航领域仍然难以满足对精度的要求。

发明内容

针对采用双对称电磁传感器导航存在的精度低、参数多且设计复杂等问题，本发明提出了一种基于三电磁传感器的机器人导航方法，不再利用对称位置的磁场强度的差值来表示机器人相对电磁轨道的位置，而是利用磁场强度与位置曲线严格轴对称的特性表示机器人相对电磁轨道位置，简化了边界阈值参数个数、参数设计方法及中心位置的标定过程，提高了机器人电磁导航精度。

机器人导航装置主要由电磁轨道、电磁传感器、信号放大器、移动控制器组成。电磁轨道采用漆包线铺设，在漆包线中通有正弦交变电流，在轨道周围产生交变磁场。电磁传感器从电磁轨道感应电磁信号，经放大后送到移动控制器，形成反映机器人偏离电磁轨道的误差控制信号，控制机器人向消除误差的方向移动。

本发明的电磁传感器由三个“工”字形电感直线一字水平排列，中间传感器位于机器人中轴线上，其它两个电磁传感器对称分布于机器人中轴线两侧。

下面给出利用上述导航装置进行导航的原理。

传感器从电磁轨道检测到的信号强度随着机器人偏离电磁轨道中心的程度变化，当传感器位于电磁轨道中心时，检测到的信号强度最大；当传感器偏离电磁轨道中心时，检测到的信号强度逐渐变小，偏离越远，信号越弱，而且变化趋势左右严格对称，如图3所示。因此，传感器检测到的信号偏离最大值的程度可以作为机器人偏离电磁轨道的大小。进行机器人电磁导航时需要测量判定轨道边界的阈值，当机器人移动到轨道边界时，需要以最大转角并保持上一时刻的回正方向前进，使机器在有限时间内可以回到允许运行范围内。因为曲线严格对称，所以在选取边界阈值时只需要在曲线上的单边进行测定，该阈值也适用于另一侧的对称位置。

由于中间传感器位于机器人中轴线上，另外两个分别位于机器人中轴线左右两侧，以中间传感器检测到的信号强度偏离最大值的程度表示机器人偏离电磁轨道的大小，以左右传感器检测到的信号差表示偏离的方向（偏向左或偏向右）。中间传感器信号强度最大时，表示机器人的中线与轨道中线重合，此时将左右传感器的差值作为机器人偏离电磁轨道方向的临界值，大于此差值时，表示机器人偏离电磁轨道，而且位于轨道右侧；小于此差值时，表示机器人偏离电磁轨道，且位于轨道左侧。导航装置的移动控制器将偏离轨道的大小与偏离轨道的方向合成机器人偏离轨道的误差信号，控制机器人向着减小误差的方向移动，从而实现机器人的电磁导航。

一种基于三电磁传感器的机器人导航方法，具体包括以下几个步骤：

步骤一，电磁轨道通电，启动机器人，将机器人从轨道一侧移动到另一侧，与此同时记录各个传感器通道采集到的信号强度。