CN106052660B - 与全站仪交互的自动锚点标识小车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种与全站仪交互的自动锚点标识小车，包括自动锚点标识小车和全站仪，其中，所述自动锚点标识小车包括车体、设置于所述车体顶部的车载徕卡棱镜、设置于所述车体底部的轮体和设置于所述车体上的标识弹射系统、设置于所述车体内的单片机和所述单片机连接的信号接收装置，所述单片机分别与车载徕卡棱镜、轮体和标识弹射系统连接，所述单片机通过所述信号接收装置与所述全站仪交互。本发明采用全站仪配合棱镜的方法确定坐标，结合实际情况，可减小人工设计计算的误差，同时操作难度小，避免了繁杂的计算。另外，投射磁铁作为标记，相比传统的记号笔进行标记更为精准。此外，小车自行精确锚点标识，减小了人工锚点带来的误差，实现了机械化。

Description

与全站仪交互的自动锚点标识小车

技术领域

本发明涉及一种与全站仪交互的自动锚点标识小车。

背景技术

全站仪，全称全站式电子速距仪，是一种集经纬仪、电子测距仪(EDM，ElectronicDistance Measuring Device)外部计算机软件系统为一体的现代光学电子测量仪器。由于它可以在一个站位完成水平角、垂直角、距离、高差测量的全部测量工作，故得其名。

现代的一些全站仪已达到了可远程控制的自动化程度，这就消除了为仪器操作者配备一名扶持反射棱镜的助手的必要。操作者可以在测量点自己扶持反射物的同时，远程操作仪器。通过全站仪可以直接测得观测点至观测目标之间角度差值与距离，据此通过三角学的换算关系可以计算出观测目标的坐标或观测点相对于已知点的位置。这些经纬仪部分的观测数据下载至计算机软件程序后，可以自动生成目标地区测绘图。一些全站仪留有GPS系统系统的接口可供拓展，此两者结合之后可以互通所长(GPS系统不需要观测点与观测对象之间的视线通畅以及两个以上的已知点作为参考，而全站仪可以提供水平面测量的精度)。目前在海洋工程学的研究中，科研单位用海洋深水池来进行研究时常需要在假底上进行对预定坐标处点的标记，现有的在海洋深水池假底标记坐标常采用的一种为利用在假底中心设置的坐标系，通过皮尺测量的方法确定目标点的位置并用笔标记在假底上。这样的办法的缺点主要有三个：第一，由于实验条件，假底并非绝对平面，所以在某些位置会有一定量的积水，这使得记号笔标记起来效果不好，甚至出现坐标模糊、偏移；第二，确定点的位置需要大量人力，浪费时间且效率低下；第三，由于长期使用，皮尺会被拉长，导致测量很不精确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与全站仪交互的自动锚点标识小车，能够解决标记模糊、偏移，人工标定工作量大、低效及不精确的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种与全站仪交互的自动锚点标识小车，包括：

所述自动锚点标识小车包括车体、设置于所述车体顶部的车载徕卡棱镜、设置于所述车体底部的轮体和设置于所述车体上的标识弹射系统、设置于所述车体内的单片机和所述单片机连接的信号接收装置，

所述单片机分别与车载徕卡棱镜、轮体和标识弹射系统连接，所述单片机通过所述信号接收装置与所述全站仪交互，接收全站仪的坐标信息，根据所述坐标信息控制所述轮体自动移动到相应到坐标点处，并在所述坐标点处控制所述标识弹射系统自动精确投下标识。

进一步的，在上述自动锚点标识小车中，所述轮体包括：

四个轮子、分别与所述四个轮子连接的舵机组，所述舵机组还与所述单片机连接。

进一步的，在上述自动锚点标识小车中，所述车载徕卡棱镜与小车保持垂直。

进一步的，在上述自动锚点标识小车中，所述标识为磁铁。

进一步的，在上述自动锚点标识小车中，所述标识弹射系统内部有弹射结构和与所述弹射结构连接的磁铁块。

进一步的，在上述自动锚点标识小车中，所述车体内还设置有与所述单片机连接的方向传感器。

进一步的，在上述自动锚点标识小车中，所述车体内还设置有与所述单片机连接的红外传感器。

进一步的，在上述自动锚点标识小车中，所述车体内还设置有与所述单片机连接的电池。

进一步的，在上述自动锚点标识小车中，所述单片机包括PID控制器。

与现有技术相比，本发明包括自动锚点标识小车和全站仪，其中，所述自动锚点标识小车包括车体、设置于所述车体顶部的车载徕卡棱镜、设置于所述车体底部的轮体和设置于所述车体上的标识弹射系统、设置于所述车体内的单片机和所述单片机连接的信号接收装置，所述单片机分别与车载徕卡棱镜、轮体和标识弹射系统连接，所述单片机通过所述信号接收装置与所述全站仪交互。本发明采用全站仪配合棱镜的方法确定坐标，结合实际情况，可减小人工设计计算的误差，同时操作难度小，避免了繁杂的计算。另外，投射磁铁作为标记，相比传统的记号笔进行标记更为精准。此外，小车自行精确锚点标识，减小了人工锚点带来的误差，实现了机械化。

附图说明

图1是本发明一实施例的与全站仪交互的自动锚点标识小车的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种与全站仪交互的自动锚点标识小车，包括自动锚点标识小车和全站仪4，其中，

所述自动锚点标识小车包括车体1、设置于所述车体顶部的车载徕卡棱镜2、设置于所述车体底部的轮体和设置于所述车体上的标识弹射系统3、设置于所述车体内的单片机和所述单片机连接的信号接收装置，

所述单片机分别与车载徕卡棱镜、轮体和标识弹射系统连接，所述单片机通过所述信号接收装置与所述全站仪交互，接收全站仪的坐标信息，根据所述坐标信息控制所述轮体自动移动到相应到坐标点处，并在所述坐标点处控制所述标识弹射系统自动精确投下标识。在此，标识弹射系统能够在小车到达目标点之后实现精确投放点标的功能。全站仪具有形成坐标的功能，在锚点所在的平面内，形成方向与坐标。车载徕卡棱镜搭配全站仪使用，可反射全站仪射出的激光，从而标定初始坐标，车载徕卡棱镜具有三百六十度接收激光的能力，在小车上可以很容易地接收到全站仪的激光，方便小车自行计算并修改可行路径。之后使用智能小车自动行驶至锚点处，投放点标。信号接收装置用于接收全站仪发出的坐标信号，小车上的单片机程序自动分析，并发出指令使小车移动。四轮全回转小车能够在接收信号后立即原地调整方向。

优选的，所述轮体包括：四个轮子、分别与所述四个轮子连接的舵机组，所述舵机组还与所述单片机连接。所述自动锚点标识小车的四个轮子，可由舵机组控制分别转向，实现全回转功能，可精确指认目标点位置以及相对方向。

优选的，所述车载徕卡棱镜与小车保持垂直，将倾斜角引起的误差降至最低。

优选的，所述标识为磁铁。

优选的，所述标识弹射系统内部有弹射结构和与所述弹射结构连接的磁铁块。在此，标识弹射系统由弹射结构和小磁铁组成，在小车到达锚点位置时，由信号装置接收信号，单片机分析，通过所述单片机发出指令控制开启所述弹射结构开始工作，将磁铁放置于工作平台上预定的锚点坐标处作为标记，由于深海实验研究综合平台是由铁板铺成，因此磁铁可以很好地贴合地面，可以在磁铁外表进行涂色，使其更加显眼，方便辨识。

优选的，所述车体内还设置有与所述单片机连接的方向传感器，能够更精确地控制所述自动锚点标识小车的移动方向。

优选的，所述车体内还设置有与所述单片机连接的红外传感器，所述单片机红外传感器获取当前路况，并根据所述当前路况合理选择移动路径，实现所述自动锚点标识小车的蔽障功能。

优选的，所述车体内还设置有与所述单片机连接的电池，用于为所述自动锚点标识小车的各个组成部件持续供电。

优选的，所述单片机包括PID控制器，PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。这个理论和应用的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。PID(比例(proportion)、积分(integral)、导数(derivative))控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。在小车行进过程中，时刻接收信号，并根据路况，单片机运用PID控制系统，计算出当前可行路径，最后精准到达锚点位置。

上述与全站仪交互的自动锚点标识小车的使用方法如下：

使用PID控制系统。首先将全站仪固定在锚点所在平面的一个固定点O。打开全站仪，使用全站仪上的调节旋钮将全站仪调节水平，之后选择全站仪的坐标绘制功能，在锚点所在平面内绘制坐标系XOY，坐标方向为东南西北两个垂直的方向。之后将小车放入锚点所在平面的一点A。此时全站仪开始自动旋转寻找小车及车载徕卡棱镜。当全站仪寻找到小车后，测得小车此时的坐标A(x1,y1)。下一步，小车开始沿着自身正向行驶到另一点B，全站仪始终跟随小车上的棱镜，测得小车运动后的坐标(x2,y2)。根据这两点坐标，小车计算出它目前在XOY坐标系下的方向向量i＝(x2-x1,y2-y1)。在小车确定方向后，全站仪将锚点坐标O’发送给小车。则此时小车计算出自身方向i与BO’夹角θ(以顺时针转向为正)，则之后小车通过判断θ与0的大小关系进行逆时针或顺时针转向：大于等于零则顺时针转向，反之，逆时针转向。在转过θ后小车沿着自身方向行走，直到走到锚点，此时经由全站仪测得的小车坐标为(x0,y0)。在理想情况下，即平台为平面，无坑坑洼洼，小车转向精确，只需转向一次则可到达锚点。但是在实际的平台上小车的转向精度以及平台的起伏会对小车行走造成误差。而且考虑到小车自身有通过红外壁障的功能，小车在行走的过程中除了进行蔽障运算以外，小车将持续进行上述转向计算。持续的转向计算以及转向，相当于一种回归，使小车在现实环境下能够一步一步缩小环境带来的误差，最终到达锚点的位置。最后在到达锚点坐标之后，小车将投下点标。

本发明包括一个自动锚点标识小车与一台全站仪，自动锚点标识小车有蔽障，走向指定坐标，画锚点等功能，通过全站仪的定位，测绘功能，与其交互，使机器人到达所需画锚点的点并精确锁定锚点，能够解决在深水池画锚点的过程中人工锚点的较大误差和人工锚点的费时费力的问题，可应用于海洋深水实验室进行机械画锚点的工作，并可以推广到其他需要定点放样的领域。

综上所述，本发明的克服了现有技术中存在的问题，第一，具有节省人力的特点，改进后该项工作仅有一到两个人便可完成，而且速度比人工快很多。第二，将标记从笔画变为磁铁，适应铁芯假底，可以尽可能避免标记偏移。第三，定位精确，小车加机械臂放置信标方法不会随时间推移而产生误差，而且计算机计算路径，误差较小。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1.采用全站仪配合棱镜的方法确定坐标，结合实际情况，可减小人工设计计算的误差，同时操作难度小，避免了繁杂的计算。

2.投射磁铁作为标记，相比传统的记号笔进行标记更为精准。

3.小车自行精确锚点标识，减小了人工锚点带来的误差，实现了机械化。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种与全站仪交互的自动锚点标识小车，其特征在于，包括：

所述自动锚点标识小车包括车体、设置于所述车体顶部的车载徕卡棱镜、设置于所述车体底部的轮体和设置于所述车体上的标识弹射系统、设置于所述车体内的单片机和所述单片机连接的信号接收装置，

所述单片机分别与车载徕卡棱镜、轮体和标识弹射系统连接，所述单片机通过所述信号接收装置与所述全站仪交互，接收全站仪发出的锚点坐标信息，根据自身的方向向量和所述锚点坐标信息控制所述轮体自动移动到相应到锚点处，并在所述锚点处控制所述标识弹射系统自动精确投下标识。

2.如权利要求1所述的与全站仪交互的自动锚点标识小车，其特征在于，所述轮体包括：

四个轮子、分别与所述四个轮子连接的舵机组，所述舵机组还与所述单片机连接。

3.如权利要求1所述的与全站仪交互的自动锚点标识小车，其特征在于，所述车载徕卡棱镜与小车保持垂直。

4.如权利要求1所述的与全站仪交互的自动锚点标识小车，其特征在于，所述标识为磁铁。

5.如权利要求1所述的与全站仪交互的自动锚点标识小车，其特征在于，所述标识弹射系统内部有弹射结构和与所述弹射结构连接的磁铁块。

6.如权利要求1所述的与全站仪交互的自动锚点标识小车，其特征在于，所述车体内还设置有与所述单片机连接的方向传感器。

7.如权利要求1所述的与全站仪交互的自动锚点标识小车，其特征在于，所述车体内还设置有与所述单片机连接的红外传感器。

8.如权利要求1所述的与全站仪交互的自动锚点标识小车，其特征在于，所述车体内还设置有与所述单片机连接的电池。

9.如权利要求1所述的与全站仪交互的自动锚点标识小车，其特征在于，所述单片机包括PID控制器。