1.一种非接触式适用于瓦楞状轨道的导向装置的导向方法,用于一种非接触式适用于瓦楞状轨道的导向装置,所述一种非接触式适用于瓦楞状轨道的导向装置包括车身(16)、控制部分(3)、驱动部分、图像采集部分和激光模组部分,所述激光模组部分设置在车身(16)前方并用于向车身(16)前方的瓦楞状轨道(1)上发射出一字激光,所述图像采集部分用于采集车身(16)前方激光模组部分发出的激光照射在瓦楞状轨道(1)上的线形激光形成的图像(2);其特征在于:包括如下步骤:(1)打开一字激光模组(7),调整激光模组部分的旋转机构,使一字激光模组(7)发射出线形激光投射在瓦楞状轨道上;
(2)面阵CCD摄像头(4)拍摄车身(16)前方的图像,并将步骤(1)中激光模组发射激光在瓦楞状轨道上的线形激光拍摄进图像内,面阵CCD摄像头(4)拍摄到的图像包括激光投射在瓦楞状轨道凸起部分和轨道部分的线形激光形成的线条;
(3)面阵CCD摄像头(4)采集到的图像传送至控制部分(3),由控制部分(3)对图像中的激光线条进行处理;首先以图像下边界(40)的中点为原点(39)建立直角坐标系,并拟合线形激光投射在瓦楞状轨道上的线段方程,线形激光投射在瓦楞状轨道上的线段由第一线段(21)、第二线段(22)、第三线段(23)、第四线段(24)、第五线段(25)、第六线段(33)、第七线段(34)、第八线段(35)、第九线段(36),其中第一线段(21)、第二线段(22)、第三线段(23)、第八线段(35)、第九线段(36)皆为水平直线线段,其中第一线段(21)、第二线段(22)、第三线段(23)共线并处于瓦棱状轨道凹面,第八线段(35)、第九线段(36)共线并处于瓦棱状轨道凸起部分顶面,第四线段(24)、第五线段(25)、第六线段(33)和第七线段(34)为倾斜直线线段处于瓦棱状轨道凸起部分的侧面,第三线段(23)的两端分别连接第四线段(24)和第五线段(25)的一个端点,第八线段(35)的两端分别连接第六线段(33)和第四线段(24)的一个端点,第九线段(36)连接第七线段(34)和第五线段(25)的一个端点,第一线段(21)的右端连接第六线段(33)的一端,第二线段(22)的左端连接第七线段(34)的一端;
设第一线段(21)的右端点为F(x5,y5),第二线段(22)的左端点为G(x6,y6),由第一线段(21)、第二线段(22)、第三线段(23)共同拟合生成第一直线(26)的方程:y=k1x+b1
其中k1为第一直线(26)方程的斜率,b1为第一直线(26)方程的截距;
由第四线段(24)拟合出第二直线(27)的方程:
y=k2x+b2
其中k2为第二直线(27)方程的斜率,b2为第二直线(27)方程的截距;
由第五线段(25)拟合出第三直线(28)的方程:
y=k3x+b3
其中k2为第三直线28方程的斜率,b2为第三直线28方程的截距;
(4)结合第一直线(26)、第二直线(27)和第三直线(28)的方程,计算出第一直线(26)与第二直线(27)的交点A(31)(x12,y12),第一直线(26)与第三直线(28)的交点B(32)(x13,y13);
其中,A(x12,y12)的计算公式为:
B(x13,y13)的计算公式为
(5)结合点A(31)、点B(32)、点F(29)和点G(30)的坐标计算点A(31)与点F(29)的距离DAF,点B(32)与点G(30)的距离DBG,点A(31)和点B(32)之间的距离DAB,计算公式为:其中点F(29)为第一直线(26)靠近第二直线(27)一侧的端点,点G(30)为第一直线(26)靠近第三直线(28)一侧的端点;式中DAF为点A(31)与点F(29)的距离,DBG为点B(32)与点G(30)的距离;
(6)结合DAF、DBG计算反应小车偏移距离De
De=DAF‑DBG
(7)结合DAB和De计算出反应小车偏移角度θ,计算公式为:
式中,Ds为小车处于直走状态下点A(31)与点B(32)的距离;
(8)将De作为控制系统的偏差信号利用PID算法计算出左轮和右轮的速度差Ue,其中Ue的计算公式为:式中,kp为比例系数;T为积分时间常数;TD为微分时间常数;
(9)当小车处于偏离直行状态时,结合θ与De可以确定小车状态:
当|θ|>40゜时,小车处于严重偏离正常方向,控制小车停止;
当θ>0,小车处于右偏状态;
当θ<0,小车处于左偏状态;
当小车偏离正常方向时通过调整左右车轮的速度差Ue调整方向,当小车偏离正常方向通过调整左右车轮的速度差Ue调整方向,θ=0和De=0时小车处于直行状态;从而实现对机器人进行方向的调整。
2.一种根据权利要求1所述的一种非接触式适用于瓦楞状轨道的导向装置的导向方法的非接触式适用于瓦楞状轨道的导向装置,其特征在于:所述驱动部分设置在车身(16)底部并用于驱动车身(16)的运动和转向,所述驱动部分包含驱动器(8)、前轮(9)、后轮(18)、前轴承座(10)、后轴承座(19)、链条(11)、主动链轮(12)、从动链轮(20)、前轴(13)、后轴(17)、减速器(14)和步进电机(15),所述驱动器(8)放置在车身(16)上,驱动电机连接步进电机(15)并驱动步进电机(15)的运动,所述步进电机(15)放置在车身(16)底部,步进电机(15)的输出轴通过减速器(14)连接主动链轮(12),所述主动链轮(12)通过链条(11)连接从动链轮(20),所述从动链轮(20)设置在后轴(17)上,所述后轴(17)连接后轮(18)且通过后轴承座(19)固定在车身(16)上;所述前轮(9)连接在前轴(13)上,前轴(13)通过前轴承座(10)固定在车身(16)上;
所述激光模组部分包含一个一字激光模组支架(6)和一个一字激光模组(7),一字激光模组(7)分别通过一字激光模组支架(6)安装在车身(16)前端的中部,一字激光模组支架(6)上设置有可以调整一字激光模组(7)竖直方向和水平方向角度的旋转机构;
所述图像采集部分包含面阵CCD摄像头支架(5)和面阵CCD摄像头(4);所述面阵CCD摄像头(4)通过面阵CCD摄像头支架(5)固定在车身(16)前端中部,且两个一字激光模组支架(6)对称设置在面阵CCD摄像头支架(5)的两侧;
所述面阵CCD摄像头支架(5)设置在一字激光模组支架(6)的前方,且一字激光模组支架(6)的高度高于面阵CCD摄像头支架(5)的高度,一字激光模组(7)设置在面阵CCD摄像头(4)的上方;
所述控制部分(3)设置在车身(16)上并用于控制驱动部分、图像采集部分和激光模组部分的工作。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式适用于瓦楞状轨道的导向装置,其特征在于:驱动部分的步进电机(15)设置有两个,分别用于两个前轮(9)的独立驱动。
4.根据权利要求2所述的一种非接触式适用于瓦楞状轨道的导向装置,其特征在于:还包括旋转机构,所述旋转机构包括旋转轴、连接臂和旋转盘,连接臂的一端连接旋转臂的中部,旋转轴上设置有连接臂相配合的螺纹孔,连接臂的另一端设置有外螺纹,连接臂通过外螺纹与螺纹孔的配合安装在旋转轴上,所述旋转轴的两端连接在一字激光模组支架(6)且旋转轴与一字激光模组支架(6)间隙配合。
5.根据权利要求2所述的一种非接触式适用于瓦楞状轨道的导向装置,其特征在于:所述减速器(14)为行星减速器(14)。