專利名稱：一種機器人軌道定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及定位領域，尤其涉及一種精確比較高的機器人軌道定位方法及系統(tǒng)。
背景技術：
機器人(Robot)是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作，目前機器人的發(fā)展迅猛，在很多行業(yè)都得到了應用。機器人定位是機器人行走過程中一個很重要的技術點。在申請?zhí)枮?00710168718.1的專利申請中，公開了一種機器人自主定位系統(tǒng)，屬于機器人智能控制裝置，解決機器人在地下環(huán)境作業(yè)的高精度自主定位問題。該專利包括安裝平臺、設置于安裝平臺上的傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)以及電壓轉換模塊；安裝平臺上部為承載傳感器子系統(tǒng)的轉臺，安裝平臺下部的固定基座為密封腔式結構，內(nèi)部安裝數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和電機驅動模塊；傳感器子系統(tǒng)包括慣性傳感器模塊和三維數(shù)字羅盤，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)包括中央控制器及裝載于其內(nèi)部的數(shù)據(jù)預處理模塊、數(shù)據(jù)融合模塊和航跡推算模塊；本發(fā)明可用于在煤礦、隧道、溶洞等地下環(huán)境工作的智能機器人，如機器人，盾構機，地鐵機車等的自主定位，為智能機器人在地下環(huán)境完成勘測、探險和搜索等任務提供有效的位姿信息。這種機器人主要是應用地下環(huán)境，因此其考慮定位時還要考慮其地下環(huán)境等因素，因此在實現(xiàn)上比較復雜?，F(xiàn)有的機器人定位主要包括紅外定位、激光測距定位、GPS定位、超聲定位、RFID定位等，其中單純的紅外定位和激光測距定位受環(huán)境紅外光強影響較大，并且在環(huán)境信息發(fā)生變化時(例如工作場地上出現(xiàn)障礙物)容易造成定位出現(xiàn)誤差，并且容易受環(huán)境中灰塵、顆粒的影響；超聲定位和RFID定位的精度較低；GPS定位不適合在廠房等室內(nèi)進行。故現(xiàn)有的定位系統(tǒng)都很難同時實現(xiàn)既能保證定位的準確性，同時又能保證在灰塵較多的室內(nèi)環(huán)境中可靠性。也就是說，當機器人接近或達到預設目標時，如何實現(xiàn)更精準定位，以便能控制機器人更精準地達到預設位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種精確定位以將機器人達到預先設定位置的機器人軌道定位方法及系統(tǒng)。本發(fā)明所提出的機器人軌道定位系統(tǒng)與現(xiàn)有技術的運用領域完全不同，與現(xiàn)實工作要求結合，致力于開發(fā)一種智能移動車及機器人上的新型精確軌道定位系統(tǒng)。當機器人接近目標幾米范圍內(nèi)時，通過激光導航進入一條鋼軌，在鋼軌上每隔一段距離設有寬度5mm的縫隙，通過紅外對射管對縫隙進行檢測，計算出機器人的準確位置。為防止鋼軌縫隙被塵土堵塞造成定位失靈、提高定位系統(tǒng)的可靠性，本發(fā)明中將鋼軌縫隙的位置設計成非對稱型，并由光柵編碼器檢測機器人的移動距離；通過軟件算法可以保證在一條具有N個縫隙的軌道上只要任意2個縫隙沒有被灰塵堵塞，定位系統(tǒng)即可正常工作。一種機器人軌道定位方法，包括:(I)提供機器人軌道定位系統(tǒng)，其進一步包括機器人、至少一條設有縫隙的軌道、安裝在機器人上的傳感裝置、安裝在機器人上的里程裝置，機器人通過軌道可達到指定位置；(2)將軌道的定位縫隙間距設置成不對稱且保證任意兩縫隙間距不相等；(3)通過傳感裝置讀取所述機器人所處軌道上的定位縫隙信息，將里程裝置中的里程信息與預先設定的定位縫隙之間的間距信息，來獲知機器人當前所在的位置信息。步驟(3)還包括:機器人進入軌道后，通過傳感裝置檢索到所處軌道上的第一個定位縫隙，啟動所述里程裝置進行里程計數(shù)；當傳感裝置檢索到第二個定位縫隙或后續(xù)若干定位縫隙時，比對里程裝置中的里程信息與預先存儲的定位縫隙之間的間距信息，由此獲知機器人是否達到預先設定的位置。本發(fā)明還包括:在軌道某些定位縫隙邊上距離預先設定的位置點上還設定冗余孔。本發(fā)明還包括:在軌道前端設定的定位縫隙的開隙大小在預先設定的大范圍內(nèi)，在離目標距離預定距離范圍內(nèi)的定位縫隙的開隙大小在預先設定的小范圍內(nèi)。并且，機器人定位軌道設置在機器人的行走裝置之間，并通過定位裝置將機器人定位在定位軌道上行走。一種機器人軌道定位系統(tǒng)，包括機器人、至少一條設有縫隙的軌道、安裝在機器人上用于檢索所述軌道上縫隙的傳感裝置、安裝在機器人上的里程裝置，機器人通過軌道可達到指定位置，并且，軌道的定位縫隙間距設置成不對稱且保證任意兩縫隙間距不相等；機器人上的處理單元，用于通過傳感裝置讀取所述機器人所處軌道上的定位縫隙信息，將里程裝置中的里程信息與預先設定的定位縫隙之間的間距信息，來獲知機器人當前所在的位置信息。本發(fā)明旨在用一精度高、可靠的方式完成機器人在水平位置上的定位。相比于激光、視覺、紅外、超聲、GPS等定位方式，該發(fā)明更適合在工廠、變電站等對可靠性要求較高的環(huán)境運用。


圖1為機器人主體的三維圖；圖2為設有縫隙的軌道的三維圖；圖3為孔的信息圖；圖4為光柵編碼器安裝位置示意圖；圖5為機器人總裝圖；圖6為設置有冗余孔信息的孔信息圖。
具體實施方式
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實施例本發(fā)明以機器人(開關柜專用操作機器人)為例，來具體說明本發(fā)明。一種機器人軌道定位系統(tǒng)，包括KYN機器人、至少一條設有縫隙的軌道、安裝在KYN機器人上用于檢索所述軌道上縫隙的傳感裝置、安裝在KYN機器人上的里程裝置，KYN機器人通過軌道可達到指定位置，并且，軌道的定位縫隙間距設置成不對稱且保證任意兩縫隙間距不相等；機器人上的處理單元，用于通過傳感裝置讀取所述機器人所處軌道上的定位縫隙信息，將里程裝置中的里程信息與預先設定的定位縫隙之間的間距信息，來獲知機器人當前所在的位置信息。應用例整體采用一臺KYN機器人1、一條固定在地面的導軌2組成。當KYN機器人I接近預設目標(固定的機柜)幾米時，先進入導軌2 ;通過檢測導軌上預設的縫隙，配合里程計來定位機器人準確的位移，最終使機器人停止在機柜前，保證誤差3_以內(nèi)的定位精度。本定位系統(tǒng)主要包括KYN機器人本體1、設有縫隙的軌道2、安裝在KYN機器人腹部下方的紅外對射傳感器、安裝在KYN機器人電機軸上的光柵編碼器5 (為里程單元的其中一種)。按照設計，在KYN機器人到達指定位置前，會先進入一條2.5米長的鋼軌，導軌上每隔0.5米有一個寬度5_的縫隙。KYN機器人腹部裝著對射式紅外傳感器，當車體運行到軌道上的孔時，紅外傳感器會輸出信號。鋼軌的限位確保了機器人在鋼軌徑向上的定位精度，紅外傳感器對縫隙的檢測保證了機器在軌道軸向上的定位精度。由于KYN機器人的工作環(huán)境位于變電站內(nèi)，屬于灰塵較多、電磁場較復雜的工業(yè)環(huán)境，如果導軌上的孔被灰塵堵住或者紅外傳感器受電磁干擾偶爾故障，那么機器人在指定位置就無法正常停下來。由于考慮到KYN機器人的定位軌道上的縫隙太小，可能在工作場所被灰塵堵住。為了防止這種問題的發(fā)生對系統(tǒng)造成的不良影響，改進型方案軌道定位的核心之處就在于，將軌道定位縫隙的間距，設計成不對稱型且保證任意兩縫隙3間距不相等，如下圖3所
/Jn ο機器人從孔A方向向孔F方向移動，孔A為機器人進入軌道后遇到的第一個縫隙，孔F為機器人最終應當停止的位置。當車進入軌道后，從檢測到的第一個孔開始，里程計(光電碼盤)開始計數(shù)，當機器人檢測到第二個孔時，里程計的計數(shù)里程和已知孔的孔間距相互對比，即可知道目前車運行到了哪個孔的位置，這樣即便是有幾個孔被灰塵堵住，依然不影響機器人工作。舉例說明:假設機器人進入軌道后，孔A已經(jīng)被堵住，孔B為檢測到的第一個孔；此時里程計開始計數(shù)，機器人繼續(xù)向前運行，孔C也已經(jīng)被堵住，到達孔D的時候，機器人再次檢測到了縫隙。這時，將里程計的計數(shù)和已知數(shù)據(jù)相對照，由于任意兩個孔孔間距大小各不相同，所以通過查表I對照，即可知道機器人剛才經(jīng)過的是哪兩個孔:表I
權利要求
1.一種機器人軌道定位方法,其特征在于,包括: (1)提供機器人軌道定位系統(tǒng)，其進一步包括機器人、至少一條設有縫隙的軌道、安裝在機器人上的傳感裝置、安裝在機器人上的里程裝置，機器人通過軌道可達到指定位置； (2)將軌道的定位縫隙間距設置成不對稱且保證任意兩縫隙間距不相等； (3)通過傳感裝置讀取所述機器人所處軌道上的定位縫隙信息，將里程裝置中的里程信息與預先設定的定位縫隙之間的間距信息，來獲知機器人當前所在的位置信息。
2.按權利要求1所述的機器人軌道定位方法，其特征在于，步驟(3)還包括: 機器人進入軌道后，通過傳感裝置檢索到所處軌道上的第一個定位縫隙，啟動所述里程裝置進行里程計數(shù)； 當傳感裝置檢索到第二個定位縫隙或后續(xù)若干定位縫隙時，比對里程裝置中的里程信息與預先存儲的定位縫隙之間的間距信息，由此獲知機器人是否達到預先設定的位置。
3.按權利要求1或2所述的機器人軌道定位方法，其特征在于，還包括: 在軌道某些定位縫隙邊上距離預先設定的位置點上還設定冗余孔。
4.按權利要求1或2所述的機器人軌道定位方法，其特征在于，還包括:在軌道前端設定的定位縫隙的開隙大小在預先設定的大范圍內(nèi)，在離目標距離預定距離范圍內(nèi)的定位縫隙的開隙大小在預先設定的小范圍內(nèi)。
5.按權利要求1或2所述的機器人軌道定位方法，其特征在于，機器人定位軌道設置在機器人的行走裝置之間，并通過定位裝置將機器人定位在定位軌道上行走。
6.一種機器人軌道定位系統(tǒng)，其特征在于，包括機器人、至少一條設有縫隙的軌道、安裝在機器人上用于檢索所述軌道上縫隙的傳感裝置、安裝在機器人上的里程裝置，機器人通過軌道可達到指定位置，并且， 軌道的定位縫隙間距設置成不對稱且保證任意兩縫隙間距不相等； 機器人上的處理單元，用于通過傳感裝置讀取所述機器人所處軌道上的定位縫隙信息，將里程裝置中的里程信息與預先設定的定位縫隙之間的間距信息，來獲知機器人當前所在的位置信息。
7.按權利要求6所述的機器人軌道定位系統(tǒng)，其特征在于，在軌道某些定位縫隙邊上距離預先設定的位置點上還設定冗余孔。
8.按權利要求6或7所述的機器人軌道定位系統(tǒng)，其特征在于，機器人定位軌道設置在機器人的行走裝置之間，并通過定位裝置將機器人定位在定位軌道上行走。
全文摘要
一種機器人軌道定位方法，包括(1)提供機器人軌道定位系統(tǒng)，其進一步包括機器人、至少一條設有縫隙的軌道、安裝在機器人上的傳感裝置、安裝在機器人上的里程裝置，機器人通過軌道可達到指定位置；(2)將軌道的定位縫隙間距設置成不對稱且保證任意兩縫隙間距不相等；(3)通過傳感裝置讀取所述機器人所處軌道上的定位縫隙信息，將里程裝置中的里程信息與預先設定的定位縫隙之間的間距信息，來獲知機器人當前所在的位置信息。本發(fā)明旨在用一精度高、可靠的方式完成機器人在水平位置上的定位。相比于激光、視覺、紅外、超聲、GPS等定位方式，該發(fā)明更適合在工廠、變電站等對可靠性要求較高的環(huán)境運用。
文檔編號G05D1/02GK103092202SQ201210595219
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權日2012年12月31日
發(fā)明者馬也, 吳忠, 王霞, 張淑蘭 申請人:浙江國自機器人技術有限公司