CN109017873A - 基于移动检测机器人搭载2d激光雷达扫描车轴的方法 - Google Patents

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刘家昶
祖基能
毕明校
邓生保
袁利军
钟虎踞
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K11/00—Serving peculiar to locomotives, e.g. filling with, or emptying of, water, sand, or the like at the depots

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Abstract

本发明公开了一种基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，将2D激光雷达安装在移动机器人上，通过2D激光雷达扫描，定位车头；移动机器人移动至车头目标位置，进行列检；列检结束后，通过2D激光雷达扫描车轴，定位车轴与机器人的相对位置,相较于绝对位置，定位精度高。同时，通过2D激光雷达获取车轴的两侧边缘轮廓比单线激光单边定位精度高。

Description

基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的方法
技术领域
本发明涉及动车检修技术领域，特别涉及基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法。
背景技术
动车组车下地沟检查是动车组一级检修作业中的重要组成部分，是排查动车组车底设备故障，保证动车组行驶安全的一项基础工作。车底设备检测包含车底排障器、底架、BTM天线、TVM传感器、空气管路、内风挡、底板、车钩、制动装置、驱动装置、牵引装置、转向架及构架、轮轴、踏面清扫装置等项目的检测。检测项目繁多，目前该工作主要由人工完成，劳动强度大，且检测质量没法保证。
目前的检测机器人定位均采用绝对定位的方法，和相对定位对比，绝地定位的精度较低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，通过对车轴和移动机器人的相对位置进行定位，提高定位精确度。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，包括以下步骤：
S1、将2D激光雷达安装在移动机器人上；
S2、通过2D激光雷达扫描，定位车头；
S3、移动机器人移动至车头目标位置，进行列检；
S4、列检结束后，通过2D激光雷达扫描车轴，定位车轴与机器人的相对位置。
进一步的，还包括以下步骤：
S5、定位到车轴与机器人的相对位置后，移动机器人移动至车轴目标位置处；
S6、通过磁检测传感器进行精确定位；
S7、进行检测。
进一步的，在S2中，通过2D激光雷达扫描，定位车头采用轮廓比较匹配的方法。
进一步的，在S2中，通过2D激光雷达扫描，定位车头采用安全区域扫描仪的入侵检测方法。
进一步的，在S4中所述2D激光雷达扫描车轴的具体方法为：通过2D激光雷达纵向扫描轨道车辆车底面，获取车轴的轮廓和边缘位置定位轴心。
进一步的，在获取车轴的轮廓和边缘位置定位轴心的同时,获取车轴的两侧边缘以及部分轮廓。
进一步的，在S6中精确定位的具体方法为：移动小车上设置有磁检测传感器，磁检测传感器与中央控制系统相连接，磁检测传感器用于检测安装在轨道下面的磁钉，用于定位校正。
进一步的，移动机器人移动的具体方法为：根据定位的位置，中央控制系统计算定位位置与机器人之间的相对位置，中央控制器系统控制伺服电机旋转，伺服电机驱动移动机器人上的两个驱动轮转动。
本发明的有益效果：
1.本发明一种基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，将2D激光雷达安装在移动机器人上，通过2D激光雷达扫描，定位车头；移动机器人移动至车头目标位置，进行列检；列检结束后，通过2D激光雷达扫描车轴，定位车轴与机器人的相对位置,相较于绝对位置，定位精度高。同时，通过2D激光雷达获取车轴的两侧边缘轮廓比单线激光单边定位精度高。
2.本发明一种基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，采用2D激光雷达、并辅以旋转编码器和磁检测传感器进行位置校准，通过多传感信融合进一步提高定位的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一种基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法的流程图。
图2为实施例1中2D激光雷达扫描定位示意图。
图3为实施例1中实际测试的实测圆柱体附近的点云图。
图4为实施例1中实际测试的圆柱体附近的实测数据图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1至图4，本发明提供一种技术方案：基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，包括移动机器人，移动机器人为车体形状，长3000mm×宽900mm(上部)×高1100mm，移动机器人采用下窄上宽设计形式，以保证移动机器人行走不受地沟踏板影响并有足够内部安装空间。移动机器人底部设置有运行在轨道上的底盘模块，底盘模块包括设置在移动小车前部的两个驱动轮，以及设置在移动小车后部的两个从动轮，驱动轮和从动轮运行在轨道上，轨道为动车组LU现有12kg/m运行轨道。驱动轮与伺服电机连接，伺服电机由精度高、转速高、适应性强、稳定性好、相应速度快、发热低、噪音低等优点，伺服电机可灵活的控制移动机器人行走的速度和位置。
动车组停靠，移动机器人沿轨道驶向动车组，如图1所示具体定位方法为：
第一步、将2D激光雷达安装在移动机器人上；
第二步、通过2D激光雷达扫描，定位车头；定位车头采用轮廓比较匹配的方法，或者安全区域扫描仪的入侵检测方法。
第三步、移动机器人移动至车头目标位置，进行列检；
移动机器人顶部设置机械臂，机械臂上设置有相机，通过相机拍照进行列检。
第四步、列检结束后，通过2D激光雷达扫描车轴，定位车轴与机器人的相对位置；
具体为：通过2D激光雷达纵向扫描轨道车辆车底面，获取车轴的轮廓和边缘位置定位轴心，同时,获取车轴的两侧边缘以及部分轮廓。
第五步、定位到车轴与机器人的相对位置后，移动机器人移动至车轴目标位置处；
第六步、通过磁检测传感器进行精确定位；
具体为：移动小车上设置有磁检测传感器，磁检测传感器与中央控制系统相连接，所述磁检测传感器用于检测安装在轨道下面的磁钉，用于定位校正。
第七步、进行检测。通过机械臂上设置的相机进行拍照采集图像，将采集的图像传输至后台管理平台进行判断。
实际测试：
采用一个直径为134毫米的圆柱体来模拟车轴，用一块板模拟轴周边的物体，实测圆柱体附近的点云图如附图2所示。从附图2可以看出，圆柱体与周边物体有明显的区别，可以正确的识别出来。
附图3为圆柱体附近的实测数据图，由附图3可知圆柱体两侧具有一定的对称性。对称性有利于提高圆柱体轴心的定位精度，圆柱体两侧识别的误差有具有对称性，在计算的时候自然抵消掉了，剩余残差将小于每侧单独识别的误差。因此，本发明中记载的方法：通过2D激光雷达获取车轴的两侧边缘轮廓比单线激光单边定位精度高。
误差估计：
采用0.042分辨率的雷达，预计单边识别误差为三个角度3×0.042＝0.126度。最大误差出现的情况是两边误差没有抵消而是叠加，则最大误差ε＝(ε1+ε2)/2＝0.126度。预计激光雷达安装位置离车轴<＝1米，按1米算，水平方向的最大误差＝1米×sin(ε)＝0.0022米＝2.2毫米。正常情况下，由于识别误差两侧抵消，最终定位误差将小于最大误差。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将2D激光雷达安装在移动机器人上；
S2、通过2D激光雷达扫描，定位车头；
S3、移动机器人移动至车头目标位置，进行列检；
S4、列检结束后，通过2D激光雷达扫描车轴，定位车轴与机器人的相对位置。
2.根据权利要求1所述的基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S5、定位到车轴与机器人的相对位置后，移动机器人移动至车轴目标位置处；
S6、通过磁检测传感器进行精确定位；
S7、进行检测。
3.根据权利要求1所述的基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，其特征在于，在S2中，通过2D激光雷达扫描，定位车头采用轮廓比较匹配的方法。
4.根据权利要求1所述的基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，其特征在于，在S2中，通过2D激光雷达扫描，定位车头采用安全区域扫描仪的入侵检测方法。
5.根据权利要求1所述的基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，其特征在于，在S4中所述2D激光雷达扫描车轴的具体方法为：通过2D激光雷达纵向扫描轨道车辆车底面，获取车轴的轮廓和边缘位置定位轴心。
6.根据权利要求5所述的基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，其特征在于，在获取车轴的轮廓和边缘位置定位轴心的同时,获取车轴的两侧边缘以及部分轮廓。
7.根据权利要求2所述的基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，其特征在于，在S6中精确定位的具体方法为：移动小车上设置有磁检测传感器，所述磁检测传感器与中央控制系统相连接，所述磁检测传感器用于检测安装在轨道下面的磁钉，用于定位校正。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的基于移动检测机器人搭载2D激光雷达扫描车轴的定位方法，其特征在于，移动机器人移动的具体方法为：根据定位的位置，中央控制系统计算定位位置与机器人之间的相对位置，中央控制器系统控制伺服电机旋转，伺服电机驱动移动机器人上的两个驱动轮转动。
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