一种管道切割机器人的里程计算方法与流程

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种管道切割机器人的里程计算方法。

背景技术

管道切割机器人的功能广泛，在市面上较为少见，但是管道切割机器人的应用前景十分可观。

随着机器人技术的发展，国内外对有关机器人里程计算方面进行了大量的研究，先是提出了一种用来测试里程误差的通用标准，用途是修正里程计算方面的系统误差和操作误差。这种方法是根据统计学的分析理论对里程计算方面的误差进行纠正，但是当机器人遇到特殊运行状况时，则难以给出精确的里程计算数据。

在后来又研究了一种新的轨道机器人全方位定位系统，它的用途是消除定位累计误差带来的影响，但该方法仅适用于固定轨道机器人，普遍性不强。所以研究一种管道切割机器人的新的里程计算方法来精确计算机器人的行走里程有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种管道切割机器人的里程计算方法，能够较为精确的计算出机器人的行走里程。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种管道切割机器人的里程计算方法，包括：

利用差分法对后轮等比例n次划分，通过磁钢和磁接近开关来计数，从而计算两个后轮的行走里程；

通过编码器采集数据，并结合电机减速器的传动比以及锥齿轮的传动比计算机器人的行走里程；

通过安装在前端的加速度传感器采集数据，运用二次积分法计算加速度变化时的行走里程；

融合以上三种方式所计算到的行走里程，结合多元线性回归方程以及最小二乘法实现管道切割机器人的里程计算。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过融合以上三种方式的计算数据，消除了单一方式数据采集带来的计算误差，可以更加精确的计算出机器人的行走里程，大大提高了里程计算的精确度；且可信度高，计算方法简单，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种管道切割机器人的里程计算方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的管道切割机器人的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的管道切割机器人后轮的十六次划分示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的一种管道切割机器人的里程计算方法的流程图，相关设备如图2所示，其中，1-加速传感器，2-编码器，3-电机，4-电机减速器，5-磁接近开关，6-后轮，7-磁钢，8-锥齿轮；其主要步骤如下：

步骤1、利用差分法对后轮等比例n次划分，通过磁钢和磁接近开关来计数，从而计算两个后轮的行走里程。

如图3所示，利用差分法把右后轮进行等比例八次划分，在划分位置上均布八个磁钢，每两个磁钢之间安装一个磁接近开关，通过八个磁接近开关计数；左后轮与右后轮同样等比例八次划分，但是每一个磁钢和磁接近开关的位置互换；则左右两个后轮一共进行十六次等比例划分；

通过磁钢和磁接近开关来计数，来计算两个后轮的行走里程的公式为：

其中，l1i表示第i次采集时，通过上述方式计算到的两个后轮的行走里程；c1i、c2i分别为磁钢和磁接近开关在第i次采集时的计数值；d是后轮的直径，单位是mm。

步骤2、通过编码器采集数据，并结合电机减速器的传动比以及锥齿轮的传动比计算机器人的行走里程。

本发明实施例中，由电机带动锥齿轮的传动，驱动机器人行走，通过编码器采集数据，已知电机减速器和锥齿轮的传动比分别记为则机器人的行走里程计算公式为：

其中，l2i表示第i次采集时，通过上述方式计算到的行走里程；d是后轮的直径，单位是mm；c3i为在第i次采集时编码器的计数值。

步骤3、通过安装在前端的加速度传感器采集数据，运用二次积分法计算加速度变化时的行走里程。

本步骤的计算公式如下：

其中，l3i表示第i次采集时，通过上述方式计算到的加速度变化时的行走里程；ti为在第i次采集时加速度传感器总时间。

步骤4、融合以上三种方式所计算到的行走里程，结合多元线性回归方程以及最小二乘法实现管道切割机器人的里程计算。

第一次采集时：步骤1的采集样本是步骤2的采集样本是步骤3的采集样本是以此类推，第n次采集时：步骤1的采集样本是步骤2的采集样本是步骤3的采集样本是

融合n次以上三种方式所计算到的行走里程，通过最小二乘法，建立多元线性回归方程：yi＝β0+β1l1i+β2l2i+β3l3i。

将上述方程表示为矩阵形式：y＝βx，求解权值矩阵β得到：

β＝(x^tx)^-1x^ty；

其中，y＝[y1y2...yn]^t，β＝[β0β1β2β3]为预期理想的权值；

式中，c1i、c2i分别为磁钢和磁接近开关在第i次采集时的计数值，c3i为在第i次采集时编码器的计数值，ti为在第i次采集时加速度传感器总时间，i＝1,2,...,n；其中l1i、l2i与l3i分别依次对应于三种方式所计算到的行走里程；yi是第i次采集时管道切割机器人实际行走的测量结果。

本发明实施例上述方案，通过融合以上三种方式的计算数据，消除了单一方式数据采集带来的计算误差，可以更加精确的计算出机器人的行走里程，大大提高了里程计算的精确度；且可信度高，计算方法简单，成本较低。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。