CN105865475B - 适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置，包括机架、光学导引机构和磁导引机构、按照预定路径铺设在地面上的复合式导引带，以及用于控制上述机构动作的控制器，机架上安装有地面移动小车，地面移动小车在光学导引机构和磁导引机构的相互作用下沿预定路径移动；光学导引机构包括光电传感器、LED光源以及安装在机架上的用于遮挡外界光源的遮光罩，光电传感器将搜集感测到的光强度通过霍尔元件转换为电信号，控制器通过电信号的变化控制车轮的转速；磁导引机构包括磁导航传感器，磁导航传感器将感测到的磁感应信号转换为电流信号，所述的控制器通过电流信号的变化控制车轮的转速。

Description

适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置

技术领域

本发明属于机器人自动导航领域，具体涉及一种适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置。

背景技术

在当代，机器人技术发展迅速，各种机器人层出不穷。越来越多的机器人不断代替人们应用到各种环境复杂、危险程度高、劳动强度大的工作领域中，实现自动化高效作业。为了实现机器人的高效自动化作业，机器人的导航技术是其关键技术之一。现阶段，国内外对导航技术的研究主要有坐标导航技术、电磁导航技术、磁带导航技术、光学导航技术、激光导航技术、惯性导航技术，视觉导航技术、GPS导航技术等。其中激光导航、GPS导航、惯性导航为自由路径导航方式，电磁感应导引、光学导引、磁带导引为固定式导航方式。

现阶段，在换流阀厅内部，特别需要研制一种清洗机器人，实现对复杂工厂壁面的清洗工作。该清洗机器人在换流阀厅内沿固定路径行进作业，其导航方式的设计是机器人能否实现作业的关键。市场上最成熟并得到实际工程应用的是磁导航技术，新松的AGV小车就是其具体应用，而视觉导航和激光导航技术是一种自由路径导航方式，并且成本很高，尚处于研究阶段。考虑到换流阀厅内部的强磁场环境和实际工程技术应用，提出了一种适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置。通过对传感器采集的数据进行分析与计算，智能选择导航方式。根据传感器采集到的数值进行判断，当光学特征值满足导航要求而磁场强度值不满足时，机器人利用光学特征进行导航；反之，切换到磁导进行导航。当两者都满足导航的要求时，采用两者融合的导航方式。该导航方式能够满足换流阀厅内地面机器人的导航要求。

因此，本项目提出一种适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置，通过光学导航和磁导航的相互切换以及二者相互融合的导航方式，实现换流阀厅内部地面移动机器人的自动导航。经查阅相关文献，导航方式有很多，但并无针对此类换流阀厅内部地面移动机器人的复合式导航装置。

发明内容

为了克服现有技术缺乏对换流阀厅内复杂工厂壁面的清洗工作设备的问题，本发明提供一种适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置。

本发明采用的技术方案是：

适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置，其特征在于：包括机架、设置在机架上的光学导引机构和磁导引机构、按照预定路径铺设在地面上的复合式导引带，以及用于控制上述机构动作的控制器，所述的机架上安装有地面移动小车，所述的地面移动小车在光学导引机构和磁导引机构的相互作用下沿预定路径移动；

所述的复合式导引带为长条状，包括第一导引带、第二导引带和第三导引带，所述的第一导引带和第三导引带的形状结构相同，并且对称布置于所述的第二导引带两边，所述的第一导引带和第三导引带用以光导引，所述的第二导引带用以磁导引；

所述的光学导引机构包括光电传感器、LED光源以及安装在机架上的用于遮挡外界光源的遮光罩，所述的光电传感器通过光电传感器安装支架安装在所述的遮光罩上面，所述的LED光源安装在所述的复合式导引带正上方位置；所述的光电传感器将搜集感测到的光强度通过霍尔元件转换为电信号，所述的控制器通过电信号的变化控制车轮的转速；

所述的磁导引机构包括磁导航传感器，所述的磁导航传感器通过磁导航传感器安装支架安装在机架上，所述的磁导航传感器将感测到的磁感应信号转换为电流信号，所述的控制器通过电流信号的变化控制车轮的转速。

进一步，所述的光学导引机构和磁导引机构安装在机架的中心线位置处，且前后布置。

进一步，所述的光电传感器包括感测头，四个所述的光电传感器对称布置于复合式导引带上方的两侧。

进一步，所述的第一导引带和第三导引带的表面均为橡胶树脂表面，且具有不规则结构，表面喷涂黑色。光源将光线射到第一导引带和第三导引带后，一部分发生漫反射，一部分被吸收，少量被反射回来，形成微弱的光强度。

进一步，所述的第二导引带为永磁材料，在其周围将产生永磁磁场；表面具有规则结构并喷涂白色。光源将光线射向第二导引带时，大部分光线将被反射回来，形成较强的反射光强度。

本发明的工作原理如下：

地面移动小车在行进的过程中，当车轮发生偏移预定路径时，两侧的光电传感器检测的光强度信号会发生显著变化，两侧光强度的变化会引起电流的变化，控制器通过电流的变化控制车轮的转速。

第二导引带产生永磁磁场，磁导航传感器通过感测磁场强度的变化，判断小车是否偏离预定路径，并且磁导航传感器把磁感应信号转换为电流信号，控制器通过电流信号的变化控制车轮的转速。

本发明通过对光电传感器和磁导航传感器采集的数据进行分析与计算，智能选择导航方式。根据光电传感器和磁导航传感器采集到的数值进行判断，当光学特征值满足导航要求而磁场强度值不满足时，机器人利用光学特征进行导航；反之，切换到磁导航进行导航。当两者都满足导航的要求时，采用两者融合的导航方式。本发明通过磁导航方式和光学导引导航方式的相互切换以及两者的信息融合方式导航，实现对换流阀厅内部地面移动机器人沿预定路径的自动导航。

本发明的有益效果主要体现在：

1、通过磁导航方式和光学导引导航方式的相互切换以及两者的信息融合方式导航，实现对换流阀厅内部地面移动机器人沿预定路径的自动导航。

2、本装置采用复合式导引带，同时满足磁导航和光学导引对导引带的要求，通过特殊的表面处理和材料布置保证对光强度信号变化的检测，提高检测精度。

3、本发明能够满足换流阀厅内部地面移动机器人的导航要求，且与视觉导航、激光导航比较，本发明的成本较低。

附图说明

图1是复合式导航装置结构示意图。

图2是复合式导航装置导航原理图。

图3是复合式导航装置复合式导引带结构图。

图4是复合式导航装置安装结构总装图。

具体实施方式

参照图1至图4，适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置，包括机架3、设置在机架3上的光学导引机构和磁导引机构、按照预定路径铺设在地面10上的复合式导引带1，以及用于控制上述机构动作的控制器8，所述的机架3上安装有地面移动小车11，所述的地面移动小车11在光学导引机构和磁导引机构的相互作用下沿预定路径移动；

所述的复合式导引带1为长条状，包括第一导引带101、第二导引带102和第三导引带103，所述的第一导引带101和第三导引带103的形状结构相同，并且对称布置于所述的第二导引带102两边，所述的第一导引带101和第三导引带103用以光导引，所述的第二导引带102用以磁导引；

所述的光学导引机构包括光电传感器6、LED光源7以及安装在机架3上的用于遮挡外界光源的遮光罩9，所述的光电传感器6通过光电传感器安装支架5安装在所述的遮光罩9上面，所述的LED光源7安装在所述的复合式导引带1正上方位置；所述的光电传感器6将搜集感测到的光强度通过霍尔元件转换为电信号，所述的控制器8通过电信号的变化控制车轮的转速；

所述的磁导引机构包括磁导航传感器2，所述的磁导航传感器2通过磁导航传感器安装支架4安装在机架上，所述的磁导航传感器2将感测到的磁感应信号转换为电流信号，所述的控制器8通过电流信号的变化控制车轮的转速。

进一步，所述的光学导引机构和磁导引机构安装在机架3的中心线位置处，且前后布置。

进一步，所述的光电传感器6包括感测头，四个所述的光电传感器6对称布置于复合式导引带1上方的两侧。

进一步，所述的第一导引带101和第三导引带103的表面均为橡胶树脂表面，且具有不规则结构，表面喷涂黑色。光源将光线射到第一导引带和第三导引带后，一部分发生漫反射，一部分被吸收，少量被反射回来，形成微弱的光强度。

进一步，所述的第二导引带102为永磁材料，在其周围将产生永磁磁场；表面具有规则结构并喷涂白色。光源将光线射向第二导引带时，大部分光线将被反射回来，形成较强的反射光强度。

本实施例的工作原理如下：

地面移动小车11在行进的过程中，当车轮发生偏移预定路径时，两侧的光电传感器6检测的光强度信号会发生显著变化，两侧光强度的变化会引起电流的变化，控制器11通过电流的变化控制车轮的转速。

第二导引带102产生永磁磁场，磁导航传感器2通过感测磁场强度的变化，判断小车是否偏离预定路径，并且磁导航传感器2把磁感应信号转换为电流信号，控制器11通过电流信号的变化控制车轮的转速。

本发明通过对光电传感器6和磁导航传感器2采集的数据进行分析与计算，智能选择导航方式。根据光电传感器6和磁导航传感器2采集到的数值进行判断，当光学特征值满足导航要求而磁场强度值不满足时，机器人利用光学特征进行导航；反之，切换到磁导航进行导航。当两者都满足导航的要求时，采用两者融合的导航方式。本发明通过磁导航方式和光学导引导航方式的相互切换以及两者的信息融合方式导航，实现对换流阀厅内部地面移动机器人沿预定路径的自动导航。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.适用于换流阀厅的基于磁导和光学导引的复合式导航装置，其特征在于：包括机架、设置在机架上的光学导引机构和磁导引机构、按照预定路径铺设在地面上的复合式导引带，以及用于控制上述机构动作的控制器，所述的机架上安装有地面移动小车，所述的地面移动小车在光学导引机构和磁导引机构的相互作用下沿预定路径移动；

所述的复合式导引带为长条状，包括第一导引带、第二导引带和第三导引带，所述的第一导引带和第三导引带的形状结构相同，并且对称布置于所述的第二导引带两边，所述的第一导引带和第三导引带用以光导引，所述的第二导引带用以磁导引；

所述的光学导引机构包括光电传感器、LED光源以及安装在机架上的用于遮挡外界光源的遮光罩，所述的光电传感器通过光电传感器安装支架安装在所述的遮光罩上面，所述的LED光源安装在所述的复合式导引带正上方位置；所述的光电传感器将搜集感测到的光强度通过霍尔元件转换为电信号，所述的控制器通过电信号的变化控制车轮的转速；

所述的磁导引机构包括磁导航传感器，所述的磁导航传感器通过磁导航传感器安装支架安装在机架上，所述的磁导航传感器将感测到的磁感应信号转换为电流信号，所述的控制器通过电流信号的变化控制车轮的转速；

所述的光学导引机构和磁导引机构安装在机架的中心线位置处，且前后布置；

所述的光电传感器包括感测头，四个所述的光电传感器对称布置于复合式导引带上方的两侧；

所述的第一导引带和第三导引带的表面均为橡胶树脂表面，且具有不规则结构，表面喷涂黑色；

所述的第二导引带为永磁材料，表面具有规则结构并喷涂白色。