慣性傳感器促進(jìn)移動(dòng)機器人自主工作

正向控制

機器人本體命令，即主要誤差信號，代表軌跡規劃器提供的行程計劃與反饋檢測系統提供的行程進(jìn)度更新信息之間的差異。這些信號被饋入逆向運動(dòng)學(xué) 系統，后者將機器人本體命令轉換成每個(gè)車(chē)輪的轉向和速度配置文件。這些配置文件使用阿克曼轉向關(guān)系*進(jìn)行計算，整合了輪胎直徑、表面接觸面積、間距和其他重要幾何特性。利用阿克曼轉向原理和關(guān)系，上述機器人平臺可創(chuàng )建以電子方式鏈接的轉向角度配置文件，類(lèi)似于許多汽車(chē)轉向系統中使用的機械齒輪-齒條系統。由于這些關(guān)系是以遠程方式整合在一起的，不需要以機械方式鏈接車(chē)軸，因而有助于最大程度減小磨擦和輪胎滑移，減少輪胎磨損和能量損耗，實(shí)現簡(jiǎn)單的機械鏈接無(wú)法完成的運動(dòng)。

車(chē)輪驅動(dòng)和轉向系統

每個(gè)車(chē)輪均有一個(gè)驅動(dòng)軸，通過(guò)變速箱以機械方式連接至驅動(dòng)馬達，同時(shí)通過(guò)另一個(gè)變速箱耦合至光學(xué)編碼器，即測程反饋系統的輸入端。轉向軸將車(chē)軸耦合至另一伺服馬達，該馬達負責確立車(chē)輪的轉向角度。轉向軸還將通過(guò)變速箱耦合至第二個(gè)光學(xué)編碼器，也即測程反饋系統的另一個(gè)輸入端。

反饋檢測和控制

導航系統使用一個(gè)增強的卡爾曼濾波器，通過(guò)結合多個(gè)傳感器的數據來(lái)估算行程圖上機器人的姿態(tài)。Seekur 上的測程數據從車(chē)輪牽引和轉向編碼器（提供轉換）和MEMS陀螺儀（提供旋轉）獲得。

測程

測程反饋系統利用光學(xué)編碼器對驅動(dòng)和轉向軸旋轉的測量結果來(lái)估算機器人的位置、駛向和速度。在光學(xué)編碼器中，用一個(gè)碟片阻擋內部光源，或者通過(guò)數千個(gè)微小窗口讓光源照射在光傳感器上。碟片旋轉時(shí)，便會(huì )產(chǎn)生一系列電脈沖，這些脈沖通常被饋入計數器電路。每旋轉一圈的計數次數等于碟片內的槽孔數目，因此可從編碼器電路的脈沖計數計算旋轉數（包括小數）。圖4提供了將驅動(dòng)軸旋轉計數轉換成線(xiàn)性位移（位置）變化的圖形參考和關(guān)系。

圖 4. 測程線(xiàn)性位移關(guān)系。

每個(gè)車(chē)輪的驅動(dòng)軸和轉向軸編碼器測量結果在正向運動(dòng)學(xué) 處理器中用阿克曼轉向公式進(jìn)行組合，從而產(chǎn)生駛向、偏轉速率、位置和線(xiàn)速度等測量數據。

該測量系統的優(yōu)點(diǎn)在于其檢測功能直接與驅動(dòng)和轉向控制系統相結合，因此可精確得知驅動(dòng)和轉向控制系統的狀態(tài)。不過(guò)，除非可參考一組實(shí)際坐標，否則該測量系統在車(chē)輛實(shí)際速度和方向方面的精度有限。主要限制（或誤差源）在于輪胎幾何形狀一致性（圖 4 中 D 的精度和波動(dòng)），以及輪胎與地面之間的接觸中斷。輪胎幾何形狀取決于胎冠一致性、胎壓、溫度、重量及在正常機器人使用過(guò)程中可能發(fā)生變化的所有條件。輪胎滑移則取決于偏轉半徑、速度和表面一致性。

位置檢測

Seekur系統使用多種距離傳感器。對于室內應用，該系統采用270°激光掃描器為其環(huán)境構建映射圖。激光系統通過(guò)能量返回模式和信號返回時(shí)間測量物體形狀、尺寸及與激光源的距離。在映射模式中，激光系統通過(guò)將工作區內多個(gè)不同位置的掃描結果組合，描述工作區特性（圖 5）。這樣便產(chǎn)生了物體位置、尺寸和形狀的映射圖，作為運行時(shí)掃描的參考。激光掃描器功能結合映射信息使用時(shí)，可提供精確的位置信息。該功能如果單獨使用，會(huì )存在一定限制，包括掃描時(shí)需要停機以及無(wú)法處理環(huán)境變化等等。在倉庫環(huán)境中，人員、叉車(chē)、托盤(pán)搬運車(chē)及許多其他物體常常會(huì )改變位置，這可能影響到達目的地的速度，以及到達正確目的地的精度。