CN106020188B - 一种基于激光导航的变电站巡检机器人自主充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光导航的变电站巡检机器人自主充电方法，包括以下步骤：1）修建巡检机器人充电房；2）充电时，巡检机器人倒退进入充电房，扫描机器人正前方和两侧的墙壁信息；3）利用机器人的定位来发布运动控制信息；4）拟合直线；5）选取符合要求的四条直线；6）计算角点A、B的坐标，得到机器人的位姿信息；7）根据位姿信息，调整机器人的角度；8）判断机器人与充电桩的距离；9）达到预定距离后，机器人直接向后倒退进入充电桩，机器人开始充电；10）充电完成后，机器人向前移动退出充电桩，结束充电。本发明可以实现无轨的自主充电，不需要铺设轨道，既能够节省施工成本与时间，充电房的位置设计又十分灵活。
Description
技术领域
本发明涉及变电站巡检机器人的导航定位技术，特别涉及一种基于激光导航的变电站巡检机器人自主充电方法。
背景技术
目前，变电站巡检机器人自主充电技术是根据导航定位技术而设计的，现有的导航定位技术多采用有轨式导航定位，即巡检机器人通过识别自身所在的轨道位置信息，从而得知自身的位置，然后由导航定位系统发布运动命令，使得机器人沿着提前铺设好轨道，到达指定的作业位置。
但是，采用有轨式巡检机器人导航定位技术需要提前铺设好轨道，这带来了大量的基础设施建设工作，而且轨道铺设好以后，巡检机器人的行走路线固定不灵活，不能够根据管理人员的需要进行变动。而基于激光导航技术的巡检机器人在工作时将不再依赖轨道进行定位，既能够节省轨道铺设的成本以及工作量，又使巡检工作变得十分灵活，可根据巡检需要进行路线调整。因此，现有的自主充电技术不适用于无轨式导航的变电站巡检机器人。
发明内容
本发明的目的是为了解决巡检机器人在无轨式导航定位中的自主充电问题，提供一种基于激光导航的变电站巡检机器人自主充电方法。
为此，本发明的技术方案是：一种基于激光导航的变电站巡检机器人自主充电方法，在至少具有运动控制系统、惯性导航系统、激光扫描传感器的变电站巡检机器人上使用；其特征在于：包括以下步骤：
1）在变电站内修建巡检机器人充电房，并将充电房的尺寸数据、充电桩在充电房中的位置录入变电站巡检机器人的工控机中；
2）充电时，变电站巡检机器人从室外倒退进入充电房，并利用激光扫描传感器扫描变电站巡检机器人正前方和两侧的墙壁信息；
3）变电站巡检机器人搭载的工控机利用变电站巡检机器人的定位来发布运动控制信息；所述变电站巡检机器人的定位是计算变电站巡检机器人与前方两个墙角——角点A和角点B的相对位置，来确定自身的位置；步骤2）中激光扫描传感器扫描后得到一组含有深度信息的点集，对点集进行拟合，拟合四条直线L1、L2、L3和L4；
4）所述直线的拟合采用最小二乘法，输入一组数据点，得到一个拟合的直线方程；将每次扫描到的数据点分割成若干组，每一组拟合出一条直线，再从拟合出的所有直线中，选取符合要求的四条直线L1、L2、L3和L4；
5）若直线L1和L2、L3和L4分别存在交点a、b，且其夹角的锐角大于90-E1，同时a、b的距离在区间[W-E2,W+E2]内，则交点a、b即为角点A、B；其中E1是设置的夹角误差阈值，W是充电房的宽度，E2是设置的距离误差阈值；
6）计算角点A、B的坐标，得到两个坐标后，根据变电站巡检机器人与它们的相对距离与方向信息，得到变电站巡检机器人自身的位姿信息；
7）根据变电站巡检机器人的位姿信息，调整变电站巡检机器人的角度，使变电站巡检机器人两侧与墙壁保持平行；
8）判断变电站巡检机器人与充电桩的距离，如果没有达到预定距离，变电站巡检机器人缓慢向后移动；并在移动过程中，不断调整变电站巡检机器人的位姿，保证变电站巡检机器人两侧与墙壁保持平行；
9）达到预定距离后，变电站巡检机器人将停止位姿调整，直接向后倒退进入充电桩，变电站巡检机器人开始充电；
10）充电完成后，变电站巡检机器人向前移动到预定距离，自动退出充电桩，结束充电。
进一步地，所述变电站巡检机器人上设有充电槽，充电槽末端设有减震弹簧；所述充电桩上的充电头与变电站巡检机器人上的充电槽相匹配，充电头末端也设有减震弹簧。
本发明利用巡检机器人上搭载的激光扫描传感器，对充电环境进行扫描，然后通过扫描到的环境信息，实现对自身的定位，机器人再根据记录的充电桩的位置信息做出相应的运动，从而实现自主充电。本发明可以实现无轨的自主充电，不需要铺设轨道，既能够节省施工成本与时间，充电房的位置设计又十分灵活。
附图说明
以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
图1为本发明的工作示意图；
图2为本发明的流程框图；
图3为本发明巡检机器人上充电槽的结构示意图；
图4为本发明充电桩上充电头的结构示意图。
图中标记为：充电房1、自动卷帘门11、机器人2、充电槽21、第一弹簧22、充电桩3、充电头31、第二弹簧32。
具体实施方式
参见附图。本实施例所述的巡检机器人自主充电方法，在至少具有运动控制系统、惯性导航系统、激光扫描传感器的机器人上使用；首先需要在变电站内修建巡检机器人充电房1，并将充电房1的尺寸数据、充电桩3在充电房1中的位置录入巡检机器人2的工控机中；充电房1装有自动卷帘门11；
在巡检机器人2需要充电时，首先回到充电房1正前方，尾部朝向屋内，充电房1自动打开卷帘门11，然后机器人2直线倒退一定距离，使得机器人2进入充电房1前半部分，充电房关门；同时机器人2利用激光扫描传感器扫描机器人正前方和两侧的墙壁信息；
机器人搭载的工控机利用机器人的定位结果来发布运动控制信息；定位的具体方法是计算机器人与前方两个墙角——角点A和角点B的相对位置，来确定自身的位置。机器人前方搭载有激光扫描传感器，它能够扫描前方180°的环境信息，其传回的数据是一个有深度信息的点集，为了找到角点A和B，采用的方法是对点集进行拟合，拟合出四条直线L1、L2、L3、L4；如果L1和L2、L3和L4分别存在交点a、b，且其夹角的锐角大于90-E1，同时a、b的距离在区间[W-E2,W+E2]，则认为交点a、b即为我们要寻找的角点A、B。其中E1是设置的夹角误差阈值，W是充电房宽度，E2是设置的距离误差阈值，这些值事先设定。
所述直线的拟合采用最小二乘法，输入一组数据点，得到一个拟合的直线方程；将每次扫描到的数据点分割成若干组，每一组拟合出一条直线，再从拟合出的所有直线中，选取符合要求的四条直线L1、L2、L3和L4；计算其交点a、b，也就是角点A、B的坐标，得到两个坐标后，可以根据机器人与它们的相对距离与方向信息，得到机器人自身的位姿信息。
得到机器人的位姿之后，我们首先调整机器人的角度，使机器人两侧与墙壁保持平行，然后判断机器人与充电桩的距离，如果没有达到预定距离，机器人缓慢向后移动。
由于机器人的运动是存在误差的，当我们发布命令让机器人运动到某个位置，机器人的实际运动存在角度和距离上的误差，可能运动到目标位置附近。所以，我们需要在机器人运动过程中，不断调整机器人的位姿。
当机器人移动到距离充电桩20cm后，将停止位姿调整，直接向后倒退20cm进入充电桩，机器人开始充电。充电完成后，机器人向前移动20cm，自动退出充电桩，结束充电。
如图3所示，机器人2尾部的充电槽21末端具有两个第一弹簧22可以用来缓冲减震，而且使充电槽21能够进行一定角度的偏转。如图4所示，充电桩3上充电头31末端同样具有两个第二弹簧32可以用来缓冲减震。
Claims (2)
1.一种基于激光导航的变电站巡检机器人自主充电方法，在至少具有运动控制系统、惯性导航系统、激光扫描传感器的变电站巡检机器人上使用；其特征在于：包括以下步骤：
1）在变电站内修建巡检机器人充电房，并将充电房的尺寸数据、充电桩在充电房中的位置录入变电站巡检机器人的工控机中；
2）充电时，变电站巡检机器人从室外倒退进入充电房，并利用激光扫描传感器扫描变电站巡检机器人正前方和两侧的墙壁信息；
3）变电站巡检机器人搭载的工控机利用变电站巡检机器人的定位来发布运动控制信息；所述变电站巡检机器人的定位是计算变电站巡检机器人与前方两个墙角——角点A和角点B的相对位置，来确定自身的位置；步骤2）中激光扫描传感器扫描后得到一组含有深度信息的点集，对点集进行拟合，拟合四条直线L1、L2、L3和L4；
4）所述直线的拟合采用最小二乘法，输入一组数据点，得到一个拟合的直线方程；将每次扫描到的数据点分割成若干组，每一组拟合出一条直线，再从拟合出的所有直线中，选取符合要求的四条直线L1、L2、L3和L4；
5）若直线L1和L2、L3和L4分别存在交点a、b，且其夹角的锐角大于90-E1，同时a、b的距离在区间[W-E2,W+E2]内，则交点a、b即为角点A、B；其中E1是设置的夹角误差阈值，W是充电房的宽度，E2是设置的距离误差阈值；
6）计算角点A、B的坐标，得到两个坐标后，根据变电站巡检机器人与它们的相对距离与方向信息，得到变电站巡检机器人自身的位姿信息；
7）根据变电站巡检机器人的位姿信息，调整变电站巡检机器人的角度，使变电站巡检机器人两侧与墙壁保持平行；
8）判断变电站巡检机器人与充电桩的距离，如果没有达到预定距离，变电站巡检机器人缓慢向后移动；并在移动过程中，不断调整变电站巡检机器人的位姿，保证变电站巡检机器人两侧与墙壁保持平行；
9）达到预定距离后，变电站巡检机器人将停止位姿调整，直接向后倒退进入充电桩，变电站巡检机器人开始充电；
10）充电完成后，变电站巡检机器人向前移动到预定距离，自动退出充电桩，结束充电。
2.如权利要求1所述的一种基于激光导航的变电站巡检机器人自主充电方法，其特征在于：所述变电站巡检机器人上设有充电槽，充电槽末端设有减震弹簧；所述充电桩上的充电头与变电站巡检机器人上的充电槽相匹配，充电头末端也设有减震弹簧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |