CN110109466A - 基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人领域，具体涉及一种基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，包括：工控机、触控屏、激光传感器、超声波传感器、编码器和路由器；所述工控机内装载有基于ROS操作系统的地面打磨控制程序，包括：地面打磨单元、屏幕触控单元、坐标变换管理单元和速度管理单元；所述地面打磨单元包括：建图模块、定位模块、路径规划模块和控制模块。本发明针对不同的施工环境，可以选择最佳的地图创建方法；作业区域地图可以随时更改，对打磨不平整的区域，进行多次打磨；应用多传感器融合的方法，安全防护能力增强。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，具体涉及一种基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统。
背景技术
随着人力成本的提高和科学技术的发展，机器人开始在建筑领域得到了广泛的应用。其中在楼宇或厂房建成之后，都需要地面机器人对水泥地面进行打磨，然而，当前市面上的打磨机器人一般都只实现了机械化，还没有实现自动化和智能化，在实际运行时，一般都需要一个或两个工人实时操作，并且打磨机器人在打磨的过程中，行驶速度一般使0.2m/s，过高会导致地面打磨不平整。并且机器在打磨的过程中，会产生粉尘和噪音，对工人的身体造成了极大的危害，并且随着人力成本的提高，因此自主地面打磨机器人研制逐渐成为研究的热点。现有的打磨机研究更多的侧重于如何测量地面的平面的不平整度，从而控制磨盘对地面的倾斜角度，从而实现对不平整地面进行打磨。
现有技术只研究了如何让检测地面的不平整度，打磨机仍然需要工人辅助操作，并没有实现真正的自动化。现有技术虽然拓宽了打磨机器人工作地面的范围，能够打磨更复杂的地面，如墙面贴脚线区域、台阶区域，但是，打磨机器人还是需要人们辅助操作。
还有现有技术提出通过轮廓扫描方法获得表征工作区域的地面平整度的三维地图，然后判断三维地图中是否包含不平整区域，当包含不平整区域时，规划机器人到该区域打磨，但是建立地面不平整度的三维地图意味着需要人为手动操纵机器人遍历整个作业区域，人的工作量仍然很大，对于工业厂房、大型商场、货仓等其他大面积混泥土地面打磨更不适合。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，包括：工控机、触控屏、激光传感器、超声波传感器、编码器和路由器；
所述工控机、激光传感器、超声波传感器、编码器和路由器安装在地面打磨机器人上；
所述工控机分别与激光传感器、超声波传感器、编码器、路由器相连接，所述工控机与触控屏无线连接；
所述工控机与机器人的控制器连接。
所述的基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，还包括：单线红外激光测距仪、AOA信号发送器、AOA信号接收器、手柄和手柄信号接收器；
所述单线激光测距仪与控制器连接，安装在机器人底部，朝向机器人前方底面的位置；
所述手柄信号接收器安装在机器人内部，与控制器连接，并与手柄建立无线连接；
所述AOA信号接收器安装在机器人内部，与工控机连接，与AOA信号发送器建立无线连接。
所述工控机内装载有基于ROS操作系统的地面打磨控制程序，包括：地面打磨单元、屏幕触控单元、坐标变换管理单元和速度管理单元；
所述地面打磨单元包括：建图模块、定位模块、路径规划模块和控制模块；
所述建图模块用于生成作业区域地图和全局定位地图；
所述的屏幕触控单元，用于实现触控屏远程操控和监控机器人的运行，具体为：
(1)根据触控屏的触控情况向机器人的报警机构发送安全指令，向路径规划模块发送启动指令，进行路径规划；
(2)在触控屏上显示全局定位地图、作业区域地图及其定位信息，可视化机器人当前的运行状态；
(3)通过屏幕触控单元在触控屏上显示的全局定位地图中插入坐标点，向定位模块发送定位指令；
(4)通过在触控屏上显示的平面设计图纸上划定作业范围，向建图模块发送范围指令；
所述定位模块通过接收建图模块创建全局定位地图，并结合激光传感器输出的激光数据和编码器输出的里程数据实现全局定位，得到反映全局定位地图中机器人当前位姿的全局定位信息；
所述的坐标变换管理单元，用于将全局定位地图的全局定位信息转换为作业区域地图的作业定位信息；
所述路径规划模块，用于在作业区域地图上进行路径规划，具体为：
根据激光数据、作业区域地图、作业定位信息和已到达的目标点，通过邻域搜索算法进行路径规划，得到新的目标点，并标记在作业区域地图上，进而得到坐标点与当前位置间的直线路径，即目标路径，实现作业区域全覆盖不重复一次性打磨；
路径规划模块在以下情况下启动路径规划：
(1)收到屏幕触控单元发送的启动指令后，进行路径规划；
(2)收到控制模块发送的到达指令后，进行路径规划；
(3)收到避障单元发送的障碍信息后，如果障碍信息在10s之内取消，机器人将会继续按照原目标路径行驶打磨，否则对障碍物占据区域进行标记，将其移除作业区域，同时进行路径规划，生成避开障碍物区域的目标路径，从而使机器人绕开障碍物占据区域；
此外，在路径规划的过程中，还会使用激光数据实时判断障碍物占据区域是否还有障碍物，在机器人到达新目标点后，如果障碍物离开，路径规划模块将会将该区域划入到打磨作业区域内，使障碍物占据区域得到打磨的机会；
所述控制模块根据路径规划发送的目标点，通过PID控制算法生成速度指令并发送给速度管理单元，使机器人向目标点前进，并实时根据定位模块的判断机器人位置是否到达目标点位置，在机器人达到后，向路径规划模块发送到达指令，进行路径规划，使路径规划模块重新规划新的目标点；
所述的速度管理单元，用于对不同来源的速度指令进行优先级管理，优先级由高到低依次为：按键机构，控制模块；速度管理单元实时向机器人的控制器发送将优先级最高的速度指令，控制机器人运动。
所述建图模块用于生成作业区域地图和全局定位地图，分为三种模式：
(1)手动沿边建图：
通过手柄或按键机构向速度管理单元发送速度指令，控制机器人进行沿边界的行动；
(2)自主沿边建图：
根据激光传感器的激光数据提取环境中的边界，并得出机器人到边界的距离，即边界距离；
所述边界距离经过PID控制算法计算得到反映角速度和线速度的速度指令，并发送至速度管理单元，从而控制机器人进行沿边界的行动；
在所述手动沿边建图或自主沿边建图的模式下：
在机器人沿边界行动过程中，实时记录机器人位置；在行动结束时，根据边界距离和编码器的里程数据，通过Gmapping算法构建出2D栅格地图形式的全局定位地图，并根据实时记录的机器人位置，根据轨迹记录算法得到作业区域地图；
(3)自定义地图：
利用图像提取边缘算法，根据屏幕触控单元的范围指令，得到打磨区域，将其作为作业区域地图和全局定位地图。
所述地面打磨控制程序还包括避障单元、防跌落单元和手柄遥控单元；
所述的避障单元采用的多种传感器融合的方法，避障单元在检测到动态障碍物时，立即发出停止速度的速度指令至速度管理单元，使机器人停止前进，同时发送障碍指令给路径规划模块；该速度指令和障碍指令持续发送时间不超过10s；
所述路径规划模块收到避障单元发送的障碍信息后，如果障碍信息在10s之内取消，机器人将会继续按照原目标路径行驶打磨，否则对障碍物占据区域进行标记，将其移除作业区域，同时进行路径规划，生成避开障碍物区域的目标路径，从而使机器人绕开障碍物占据区域；
所述的防跌落单元采用了单线激光测距仪测量机器人前方到地面的距离，如果距离值发生瞬时增大50％，表示机器人可能于台阶或者坑洞较近，控制机器人使其报警机构发出警报，同时向速度管理单元发出停止速度使机器人停止前进；
通过手柄遥控单元或按键机构操纵机器人到达安全作业区域，然后通过屏幕触控单元发送的安全指令控制机器人使其报警机构停止警报；
所述的手柄遥控单元，用于根据手柄的按键情况向速度管理单元发送速度指令，实现机器人的远程操纵；
对于所述的速度管理单元的优先级管理，优先级由高到低依次为：防跌落单元，避障单元，按键机构，手柄遥控单元，控制模块；速度管理单元实时向机器人的控制器发送将优先级最高的速度指令，控制机器人运动。
所述工控机还装载有跟随控制程序，用于实现机器人跟随操作人员行动的功能；
所述跟随控制程序根据AOA信号接收器接收的，由AOA信号发射器发送的其相对于AOA接收器的距离和方位信息，并结合激光数据，通过DWA算法规划出使机器人能够到达AOA信号发射器所在位置且安全躲避沿途的障碍物的最优路径及其相应的速度指令，并将速度指令发送给机器人，控制机器人快速追踪上AOA信号发射器所在位置。
本发明的有益效果：
本发明提出一种基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，提供了一种更加自主的地面打磨机器人的控制技术，针对不同的施工环境，可以选择最佳的地图创建方法；其次，作业区域地图可以随时更改，对打磨不平整的区域，进行多次打磨；还有机器人的安全防护方面应用了多传感器融合，安全防护能力增强。实现的跟随功能让机器人行驶至工作区域，减轻了工人的工作强度。本发明对大型厂房、超市、停车场的地面能够进行高效地全覆盖打磨。
本发明设计合理，易于实现，具有很好的实用价值。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中所述基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中所述基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统的地面打磨控制程序示意图；
图3为本发明具体实施方式中所述基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统的地面打磨单元示意图
图4为本发明具体实施方式中所述地面打磨单元的控制流程图；
图5为本发明具体实施方式中所述自主沿边建图模式的控制流程图；
图6为本发明具体实施方式中所述路径规划模块的控制流程图；
图7为本发明具体实施方式中所述控制模块的控制流程图。
图中：1、控制器；2、驱动机构；3、报警机构；4、按键机构；5、电源机构；6、工控机；7、触控屏；8、激光传感器；9、超声波传感器；10、编码器；11、路由器；12、单线红外激光测距仪；13、AOA信号发送器；14、AOA信号接收器；15、手柄；16、手柄信号接收器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明做出进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有的地面打磨机器人，如图1所示，包括：控制器1、驱动机构2、报警机构3、按键机构4和电源机构5；
所述控制器1分别连接并控制驱动机构2、报警机构3、按键机构4和电源机构5；
所述驱动机构2用于控制机器人的运动状态；所述报警机构3用于发出警报；所述按键机构4用于发送控制驱动机构2的速度指令；所述电源机构5用于向机器人供电；
为了克服现有地面打磨机器人的缺点，实现更高水平的自动化，本发明提供了一种基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，包括：工控机6、触控屏7、激光传感器8、超声波传感器9、编码器10和路由器11；
所述工控机6、激光传感器8、超声波传感器9、编码器10和路由器11安装在地面打磨机器人上；
所述的工控机6通过串口与编码器10连接并通讯，用于记录机器人的行动里程；
所述的工控机6通过USB3.0接口与激光传感器8、超声波传感器9、单线激光测距仪和AOA信号接收器14和手柄信号接收器16相连并读取数据；
所述激光传感器8有2个，采用YDLIDAR G4型号的激光传感器，分别朝向机器人的前方和后方；由于激光不适合用于有玻璃墙壁的场所，所以采用超声波传感器9探测玻璃墙壁，防止机器人与障碍物发生碰撞；所述超声波传感器9朝向机器人的前方，采用HG-C40UA型号的超声波传感器；
本实施例中激光采用的YDLIDAR G4系列的2维机械旋转激光，测量角度范围是360，测距范围是0.26m～16m，激光平率最高12Hz，采用USB Type-C供电和传输数据，适合用于长宽为30m左右的工作区域；
所述的工控机6与路由器11相连，路由器采用网线与工控机相连，降低数据传输的延迟时间；
所述路由器11提供WIFI信号，为工控机6与触控屏7建立无线连接，实现触控屏7远程操控和监控机器人的运行，并显示机器人当前位置信息与打磨轨迹；所述触控屏7由操作人员持有；触摸屏用于显示机器人的运行状态：如全局地图、作业区域地图、机器人的位置、规划的全覆盖打磨路径等显示。同时也可以通过触摸屏重新选定机器人的作业区域；
所述的工控机6与机器人的控制器1连接，实现控制系统对机器人的控制。
所述的基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，还包括：单线红外激光测距仪12、AOA信号发送器13、AOA信号接收器14、手柄15和手柄信号接收器16；
所述手柄15和AOA信号发送器13由操作人员持有；
所述单线红外激光测距仪12与工控机6连接，安装在机器人底部，朝向机器人前方底面的位置；
所述手柄信号接收器16安装在机器人内部，与工控机6连接，并与手柄15建立无线连接，实现对机器人运动的远程控制；
所述AOA信号接收器14安装在机器人内部，与工控机6连接，并与AOA信号发送器13建立无线连接。AOA信号接收器的测距范围0～4m，并通过USB转TTL与工控机相连；
所述工控机6内装载有采用C++语言编写的地面打磨控制程序，所述地面打磨控制程序基于ROS操作系统如图2所示，包括：地面打磨单元、屏幕触控单元、坐标变换管理单元和速度管理单元；
所述地面打磨单元如图3所示，包括：建图模块、定位模块、路径规划模块和控制模块；地面打磨单元的控制流程如图4所示；
所述建图模块用于生成作业区域地图和全局定位地图，分为三种模式：
(1)手动沿边建图：
此模式针对于200平方米以上的大规模面积且封闭的场地，或环境复杂程度超出任务接受范围的场景，如场地中存在玻璃墙壁、坑洞、乱堆的杂物，这种场景下的激光传感器8难以探测到障碍物准确距离，那么选择人为操控机器人划定作业区域，从而避免机器人规划到危险区域，发生危险事故，具体为：
通过手柄15或按键机构4向速度管理单元发送速度指令，控制机器人进行沿边界的行动；
(2)自主沿边建图：
此模式适用于打磨200平方米以下的中小规模面积且封闭的场地，机器人无需人为操纵，自主沿着打磨场地的墙壁行驶并建图；自主沿边建图模式的控制流程如图5所示，具体为：
根据激光传感器8的激光数据提取环境中的边界，并得出机器人到边界的距离，即边界距离；
所述边界距离经过PID控制算法计算得到反映角速度和线速度的速度指令，并发送至速度管理单元，从而控制机器人进行沿边界的行动；此处所述PID控制算法的具体控制方法为：如果2个激光传感器8得到的边界距离相等，则给出直行的速度指令；否则给出相应的转向的速度指令，重新获取并比较边界距离；
在所述手动沿边建图或自主沿边建图的模式下：
在机器人沿边界行动过程中，实时记录机器人位置；在行动结束时，根据边界距离和编码器10的里程数据，通过Gmapping算法构建出2D栅格地图形式的全局定位地图，并根据实时记录的机器人位置，根据轨迹记录算法得到作业区域地图；
(3)自定义地图：
此模式针对可以直接获得场地的平面设计图纸，且场地环境符合图纸描述的场景，具体为：
利用图像提取边缘算法，根据屏幕触控单元的范围指令，得到打磨区域，将其作为作业区域地图和全局定位地图；
所述的屏幕触控单元，用于实现触控屏7远程操控和监控机器人的运行，具体为：
(1)根据触控屏7的触控情况向机器人的报警机构3发送安全指令，向路径规划模块发送启动指令，进行路径规划；
(2)在触控屏7上显示全局定位地图、作业区域地图及其定位信息，可视化机器人当前的运行状态；
(3)通过屏幕触控单元在触控屏7上显示的全局定位地图中插入坐标点，向定位模块发送定位指令；
(4)通过在触控屏7上显示的平面设计图纸上划定作业范围，向建图模块发送范围指令；
所述定位模块通过接收建图模块创建全局定位地图，并结合激光传感器输出的数据和编码器输出里程数据实现全局定位，得到反映全局定位地图中机器人当前位姿的全局定位信息，具体为：
(1)根据激光数据和全局地图，采用蒙特卡罗定位方法，得到全局定位信息；如果激光传感器8的可用激光束大于1400束，则使用ICP方法增强定位的精度；
(2)判断全局定位信息与实际情况的区别，如果区别超出任务接受范围，则根据屏幕触控单元的定位指令，重新给定机器人的初始位姿；
所述的坐标变换管理单元，用于将全局定位地图的全局定位信息转换为作业区域地图的作业定位信息；
所述路径规划模块，用于在作业区域地图上进行路径规划；即在指定的作业区域地图上并结合机器人当前在地图中的位姿以及激光数据以及控制模块反馈机器人状态信息进行路径规划，并将规划的目标点发送到控制模块；控制模块接受路径规划模块发送的目标点，规划控制指令使机器人到达目标点，并将是否能够到达目标点状态信息反馈到路径规划模块。
路径规划模块的控制流程如图6所示，具体为：
根据激光数据、作业区域地图、作业定位信息和已到达的目标点，通过邻域搜索算法进行路径规划，得到新的目标点，并标记在作业区域地图上，进而得到坐标点与当前位置间的直线路径，即目标路径，实现作业区域全覆盖不重复一次性打磨；
路径规划模块在以下情况下启动路径规划：
(1)收到屏幕触控单元发送的启动指令后，进行路径规划；
(2)收到控制模块发送的到达指令后，进行路径规划；
(3)收到避障单元发送的障碍信息后，如果障碍信息在10s之内取消，机器人将会继续按照原目标路径行驶打磨，否则对障碍物占据区域进行标记，将其移除作业区域，同时进行路径规划，生成避开障碍物区域的目标路径，从而使机器人绕开障碍物占据区域；
此外，在路径规划的过程中，还会使用激光数据实时判断障碍物占据区域是否还有障碍物，在机器人到达新目标点后，如果障碍物离开，路径规划模块将会将该区域划入到打磨作业区域内，使障碍物占据区域得到打磨的机会；
所述控制模块的控制流程如图7所示，根据路径规划发送的目标点，通过PID控制算法生成速度指令并发送给速度管理单元，使机器人向目标点前进，并实时根据定位模块的作业定位信息判断机器人位置是否到达目标点位置，在机器人达到后，向路径规划模块发送到达指令，进行路径规划，使路径规划模块重新规划新的目标点。
本实施方式中人通过手柄或者直接按打磨机器人上的速度按钮操纵机器人行驶以划定一个打磨作业范围，同时建图模块也会启动，建立机器人定位所用的占用栅格地图和打磨作业范围的地图，打磨作业范围划定后，建图模块将会保存地图然后退出，然后定位模块将会使用建图模块保存的定位用的占用栅格地图进行定位，路径规划模块在打磨作业范围的地图，并订阅定位模块给出的机器人位姿进行路径规划，然后将路径发送到控制模块以驱动器人按照规划的路径行驶，同时打磨盘对地面进行打磨。
所述地面打磨控制程序还包括避障单元和防跌落单元；
所述的避障单元采用的多种传感器融合的方法，避障单元在检测到动态障碍物时，立即发出停止速度的速度指令至速度管理单元，使机器人停止前进，同时发送障碍指令给路径规划模块；该速度指令和障碍指令持续发送时间不超过10s；
本实施方式中，避障单元采用了前置低放的激光和顶部后置的激光实现3D避障，此外由于激光无法准确检测到玻璃的距离，所以机器人还使用超声波传感器检测玻璃来防止机器人撞到玻璃。
所述路径规划模块收到避障单元发送的障碍信息后，如果障碍信息在10s之内取消，机器人将会继续按照原目标路径行驶打磨，否则对障碍物占据区域进行标记，将其移除作业区域，同时进行路径规划，生成避开障碍物区域的目标路径，从而使机器人绕开障碍物占据区域；
所述的防跌落单元采用了单线红外激光测距仪12测量机器人前方到地面的距离，如果距离值发生瞬时增大50％，表示机器人可能于台阶或者坑洞较近，控制机器人使其报警机构3发出警报，同时向速度管理单元发出停止速度使机器人停止前进；
通过手柄遥控单元或按键机构4操纵机器人到达安全作业区域，然后通过屏幕触控单元发送的安全指令控制机器人使其报警机构3停止警报；
所述的手柄遥控单元，用于根据手柄15的按键情况向速度管理单元发送速度指令，实现机器人的远程操纵，操纵更加灵活，并且打磨现场粉尘较大，工作环境恶劣，远程操纵机器人更加安全；
所述的速度管理单元，用于对不同来源的速度指令进行优先级管理，优先级由高到低依次为：防跌落单元，避障单元，按键机构4，手柄遥控单元，控制模块；实时向机器人的控制器1发送将优先级最高的速度指令，控制机器人运动。
所述工控机6还装载有跟随控制程序，用于实现机器人跟随操作人员行动的功能；
所述跟随控制程序根据AOA信号接收器14接收的，由AOA信号发送器13发送的其相对于AOA信号接收器14的距离和方位信息，并结合激光数据，通过DWA算法规划出使机器人能够到达AOA信号发送器13所在位置且安全躲避沿途的障碍物的最优路径及其相应的速度指令，并将速度指令发送给机器人，控制机器人快速追踪上AOA信号发送器13所在位置。
Claims (6)
1.一种基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，其特征在于，包括：工控机、触控屏、激光传感器、超声波传感器、编码器和路由器；
所述工控机、激光传感器、超声波传感器、编码器和路由器安装在地面打磨机器人上；
所述工控机分别与激光传感器、超声波传感器、编码器、路由器相连接，所述工控机与触控屏无线连接；
所述工控机与机器人的控制器连接。
2.根据权利要求1所述的基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，其特征在于，还包括：单线红外激光测距仪、AOA信号发送器、AOA信号接收器、手柄和手柄信号接收器；
所述单线红外激光测距仪与工控机连接，安装在机器人底部，朝向机器人前方底面的位置；
所述手柄信号接收器安装在机器人内部，与工控机连接，并与手柄建立无线连接；
所述AOA信号接收器安装在机器人内部，与工控机连接，并与AOA信号发送器建立无线连接。
3.根据权利要求1所述的基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，其特征在于，所述工控机内置有基于ROS操作系统的地面打磨控制程序，包括：地面打磨单元、屏幕触控单元、坐标变换管理单元和速度管理单元；
所述地面打磨单元包括：建图模块、定位模块、路径规划模块和控制模块；
所述建图模块用于生成作业区域地图和全局定位地图；
所述的屏幕触控单元，用于实现触控屏远程操控和监控机器人的运行，具体为：
(1)根据触控屏的触控情况向机器人的报警机构发送安全指令，向路径规划模块发送启动指令，进行路径规划；
(2)在触控屏上显示全局定位地图、作业区域地图及其定位信息，可视化机器人当前的运行状态；
(3)通过屏幕触控单元在触控屏上显示的全局定位地图中插入坐标点，向定位模块发送定位指令；
(4)通过在触控屏上显示的平面设计图纸上划定作业范围，向建图模块发送范围指令；
所述定位模块通过接收建图模块创建全局定位地图，并结合激光传感器输出的激光数据和编码器输出的里程数据实现全局定位，得到反映全局定位地图中机器人当前位姿的全局定位信息；
所述的坐标变换管理单元，用于将全局定位地图的全局定位信息转换为作业区域地图的作业定位信息；
所述路径规划模块，用于在作业区域地图上进行路径规划，具体为：
根据激光数据、作业区域地图、作业定位信息和已到达的目标点，通过邻域搜索算法进行路径规划，得到新的目标点，并标记在作业区域地图上，进而得到坐标点与当前位置间的直线路径，即目标路径，实现作业区域全覆盖不重复一次性打磨；
路径规划模块在以下情况下启动路径规划：
(1)收到屏幕触控单元发送的启动指令后，进行路径规划；
(2)收到控制模块发送的到达指令后，进行路径规划；
(3)收到避障单元发送的障碍信息后，如果障碍信息在10s之内取消，机器人将会继续按照原目标路径行驶打磨，否则对障碍物占据区域进行标记，将其移除作业区域，同时进行路径规划，生成避开障碍物区域的目标路径，从而使机器人绕开障碍物占据区域；
此外，在路径规划的过程中，还会使用激光数据实时判断障碍物占据区域是否还有障碍物，在机器人到达新目标点后，如果障碍物离开，路径规划模块将会将该区域划入到打磨作业区域内，使障碍物占据区域得到打磨的机会；
所述控制模块根据路径规划发送的目标点，通过PID控制算法生成速度指令并发送给速度管理单元，使机器人向目标点前进，并实时根据定位模块的判断机器人位置是否到达目标点位置，在机器人达到后，向路径规划模块发送到达指令，进行路径规划，使路径规划模块重新规划新的目标点；
所述的速度管理单元，用于对不同来源的速度指令进行优先级管理，优先级由高到低依次为：按键机构，控制模块；速度管理单元实时向机器人的控制器发送将优先级最高的速度指令，控制机器人运动。
4.根据权利要求3所述的基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，其特征在于，所述建图模块用于生成作业区域地图和全局定位地图，分为三种模式：
(1)手动沿边建图：
通过手柄或按键机构向速度管理单元发送速度指令，控制机器人进行沿边界的行动；
(2)自主沿边建图：
根据激光传感器的激光数据提取环境中的边界，并得出机器人到边界的距离，即边界距离；
所述边界距离经过PID控制算法计算得到反映角速度和线速度的速度指令，并发送至速度管理单元，从而控制机器人进行沿边界的行动；
在所述手动沿边建图或自主沿边建图的模式下：
在机器人沿边界行动过程中，实时记录机器人位置；在行动结束时，根据边界距离和编码器的里程数据，通过Gmapping算法构建出2D栅格地图形式的全局定位地图，并根据实时记录的机器人位置，根据轨迹记录算法得到作业区域地图；
(3)自定义地图：
利用图像提取边缘算法，根据屏幕触控单元的范围指令，得到打磨区域，将其作为作业区域地图和全局定位地图。
5.根据权利要求4所述的基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，其特征在于，所述地面打磨控制程序还包括避障单元、防跌落单元和手柄遥控单元；
所述的避障单元采用的多种传感器融合的方法，避障单元在检测到动态障碍物时，立即发出停止速度的速度指令至速度管理单元，使机器人停止前进，同时发送障碍指令给路径规划模块；该速度指令和障碍指令持续发送时间不超过10s；
所述路径规划模块收到避障单元发送的障碍信息后，如果障碍信息在10s之内取消，机器人将会继续按照原目标路径行驶打磨，否则对障碍物占据区域进行标记，将其移除作业区域，同时进行路径规划，生成避开障碍物区域的目标路径，从而使机器人绕开障碍物占据区域；
所述的防跌落单元采用了单线激光测距仪测量机器人前方到地面的距离，如果距离值发生瞬时增大50％，表示机器人可能于台阶或者坑洞较近，控制机器人使其报警机构发出警报，同时向速度管理单元发出停止速度使机器人停止前进；
通过手柄遥控单元或按键机构操纵机器人到达安全作业区域，然后通过屏幕触控单元发送的安全指令控制机器人使其报警机构停止警报；
所述的手柄遥控单元，用于根据手柄的按键情况向速度管理单元发送速度指令，实现机器人的远程操纵；
对于所述的速度管理单元的优先级管理，优先级由高到低依次为：防跌落单元，避障单元，按键机构，手柄遥控单元，控制模块；速度管理单元实时向机器人的控制器发送将优先级最高的速度指令，控制机器人运动。
6.根据权利要求3所述的基于多传感器的自主地面打磨机器人控制系统，其特征在于，所述工控机还装载有跟随控制程序，用于实现机器人跟随操作人员行动的功能；
所述跟随控制程序根据AOA信号接收器接收的，由AOA信号发送器发送的其相对于AOA信号接收器的距离和方位信息，并结合激光数据，通过DWA算法规划出使机器人能够到达AOA信号发送器所在位置且安全躲避沿途的障碍物的最优路径及其相应的速度指令，并将速度指令发送给机器人，控制机器人快速追踪上AOA信号发送器所在位置。
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|---|---|
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110587609A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-20 | 唐山雄炜机器人有限公司 | 机器人除锈控制方法及系统 |
| CN110814901A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-02-21 | 浦江思洪机械科技有限公司 | 一种遇障自动换向的大理石抛光机 |
| CN111053500A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-04-24 | 小狗电器互联网科技（北京）股份有限公司 | 一种控制扫地设备沿墙清扫的方法、装置及扫地设备 |
| CN111203766A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-05-29 | 广东博智林机器人有限公司 | 一种墙面打磨路径规划方法、装置、设备和介质 |
| CN111890154A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-06 | 广东博智林机器人有限公司 | 打磨方法 |
| CN111958610A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-11-20 | 深圳乐动机器人有限公司 | 一种机器人沿边清洁的方法、装置、机器人及存储介质 |
| CN112338689A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-02-09 | 安徽依迈金智能科技有限公司 | 一种全自动打磨机器人的控制系统 |
| CN113799152A (zh) * | 2021-10-16 | 2021-12-17 | 艾普科模具材料（上海）有限公司 | 一种自行走打磨机器人、打磨系统及控制方法 |
| SE2150222A1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-06-19 | Husqvarna Ab | Concrete surface mapping robots, systems, and methods for processing concrete surfaces |
| WO2022132021A1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | Husqvarna Ab | Concrete surface mapping robots, systems, and methods for processing concrete surfaces |
| CN115256084A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-11-01 | 深圳大方智能科技有限公司 | 一种用于地面研磨机器人的地面平整度检测处理方法 |
| CN116300972A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-06-23 | 汇智机器人科技(深圳)有限公司 | 一种机器人作业规划方法、系统及其应用 |
| CN116931582A (zh) * | 2023-09-16 | 2023-10-24 | 福建兴翼机械有限公司 | 研磨设备避障全覆盖路径规划方法、系统、装置及介质 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1938126A (zh) * | 2004-02-13 | 2007-03-28 | Htc瑞典公司 | 地板处理机 |
| CN105487535A (zh) * | 2014-10-09 | 2016-04-13 | 东北大学 | 一种基于ros的移动机器人室内环境探索系统与控制方法 |
| CN107414624A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-12-01 | 东营小宇研磨有限公司 | 自动化地坪机器人混凝土抛光系统 |
| CN107450556A (zh) * | 2017-09-11 | 2017-12-08 | 河北农业大学 | 一种基于ros的自主导航智能轮椅 |
| CN108398950A (zh) * | 2018-03-13 | 2018-08-14 | 安捷睿（厦门）机器人有限公司 | 一种地面磨平机器人及地面磨平机器人控制方法 |
| CN208013782U (zh) * | 2018-03-13 | 2018-10-26 | 安捷睿（厦门）机器人有限公司 | 一种地面磨平机器人 |
| CN208231446U (zh) * | 2018-04-10 | 2018-12-14 | 南安艺同工业产品设计有限公司 | 一种道路施工用磨平装置 |
| CN109108759A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-01-01 | 三筑工科技有限公司 | 一种混凝土地面清理机器人 |
-
2019
- 2019-05-31 CN CN201910466887.6A patent/CN110109466B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1938126A (zh) * | 2004-02-13 | 2007-03-28 | Htc瑞典公司 | 地板处理机 |
| CN105487535A (zh) * | 2014-10-09 | 2016-04-13 | 东北大学 | 一种基于ros的移动机器人室内环境探索系统与控制方法 |
| CN107414624A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-12-01 | 东营小宇研磨有限公司 | 自动化地坪机器人混凝土抛光系统 |
| CN107450556A (zh) * | 2017-09-11 | 2017-12-08 | 河北农业大学 | 一种基于ros的自主导航智能轮椅 |
| CN108398950A (zh) * | 2018-03-13 | 2018-08-14 | 安捷睿（厦门）机器人有限公司 | 一种地面磨平机器人及地面磨平机器人控制方法 |
| CN208013782U (zh) * | 2018-03-13 | 2018-10-26 | 安捷睿（厦门）机器人有限公司 | 一种地面磨平机器人 |
| CN208231446U (zh) * | 2018-04-10 | 2018-12-14 | 南安艺同工业产品设计有限公司 | 一种道路施工用磨平装置 |
| CN109108759A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-01-01 | 三筑工科技有限公司 | 一种混凝土地面清理机器人 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 方正 等: "嵌入式智能机器人平台研究", 《机器人》 * |
| 罗霄: "打磨机器人机电系统设计与研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》 * |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110587609A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-20 | 唐山雄炜机器人有限公司 | 机器人除锈控制方法及系统 |
| CN110587609B (zh) * | 2019-09-20 | 2022-07-22 | 唐山雄炜机器人有限公司 | 机器人除锈控制方法及系统 |
| CN110814901A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-02-21 | 浦江思洪机械科技有限公司 | 一种遇障自动换向的大理石抛光机 |
| CN111053500A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-04-24 | 小狗电器互联网科技（北京）股份有限公司 | 一种控制扫地设备沿墙清扫的方法、装置及扫地设备 |
| CN111053500B (zh) * | 2020-01-02 | 2022-06-10 | 小狗电器互联网科技（北京）股份有限公司 | 一种控制扫地设备沿墙清扫的方法、装置及扫地设备 |
| CN111203766A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-05-29 | 广东博智林机器人有限公司 | 一种墙面打磨路径规划方法、装置、设备和介质 |
| CN111203766B (zh) * | 2020-04-20 | 2020-08-14 | 广东博智林机器人有限公司 | 一种墙面打磨路径规划方法、装置、设备和介质 |
| CN111958610A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-11-20 | 深圳乐动机器人有限公司 | 一种机器人沿边清洁的方法、装置、机器人及存储介质 |
| WO2022022166A1 (zh) * | 2020-07-31 | 2022-02-03 | 广东博智林机器人有限公司 | 打磨方法、设备及存储介质 |
| CN111890154B (zh) * | 2020-07-31 | 2021-08-31 | 广东博智林机器人有限公司 | 打磨方法 |
| CN111890154A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-06 | 广东博智林机器人有限公司 | 打磨方法 |
| CN112338689A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-02-09 | 安徽依迈金智能科技有限公司 | 一种全自动打磨机器人的控制系统 |
| SE545675C2 (en) * | 2020-12-18 | 2023-12-05 | Husqvarna Ab | Concrete surface mapping robots, systems, and methods for processing concrete surfaces |
| SE2150222A1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-06-19 | Husqvarna Ab | Concrete surface mapping robots, systems, and methods for processing concrete surfaces |
| WO2022132021A1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | Husqvarna Ab | Concrete surface mapping robots, systems, and methods for processing concrete surfaces |
| CN113799152A (zh) * | 2021-10-16 | 2021-12-17 | 艾普科模具材料（上海）有限公司 | 一种自行走打磨机器人、打磨系统及控制方法 |
| CN113799152B (zh) * | 2021-10-16 | 2022-12-02 | 艾普科模具材料（上海）有限公司 | 一种自行走打磨机器人、打磨系统及控制方法 |
| CN115256084A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-11-01 | 深圳大方智能科技有限公司 | 一种用于地面研磨机器人的地面平整度检测处理方法 |
| CN115256084B (zh) * | 2022-06-16 | 2024-02-27 | 深圳大方智能科技有限公司 | 一种用于地面研磨机器人的地面平整度检测处理方法 |
| CN116300972A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-06-23 | 汇智机器人科技(深圳)有限公司 | 一种机器人作业规划方法、系统及其应用 |
| CN116300972B (zh) * | 2023-05-17 | 2023-12-12 | 汇智机器人科技(深圳)有限公司 | 一种机器人作业规划方法、系统及其应用 |
| CN116931582A (zh) * | 2023-09-16 | 2023-10-24 | 福建兴翼机械有限公司 | 研磨设备避障全覆盖路径规划方法、系统、装置及介质 |
| CN116931582B (zh) * | 2023-09-16 | 2023-12-12 | 福建兴翼机械有限公司 | 研磨设备避障全覆盖路径规划方法、系统、装置及介质 |
Also Published As
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