CN110595448A - 一种自动测绘机器人装置及其测绘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动测绘机器人装置及其测绘方法，涉及人工智能领域，包括与工作站通信连接的无人机和棱镜机器人及与棱镜机器人通信连接的全站仪机器人；所述棱镜机器人包括第一移动装置、支架、伸缩杆、棱镜杆、360°棱镜；所述全站仪机器人包括第二移动装置、全站仪主体、垂直旋转装置、测量筒、倾斜模块、陀螺仪；所述棱镜机器人和全站仪机器人都设有控制模块和信号接收发射模块，以根据工作站的命令完成自动测绘，以充分发挥测绘机器人的自动化测绘潜能，由工作站控制，实现寻找目标、仪器架设、外业测绘的自动化智能化，减少外业作业人员的工作量。

Description

一种自动测绘机器人装置及其测绘方法

技术领域

本发明涉及人工智能领域，尤其涉及一种自动测绘机器人装置及其测绘方法。

背景技术

本发明为减少作业人员的工作量，推进测绘工作的高效开展、智能化。随着科技的发展，测绘技术从手工操作到自动化，从现场测量到远程控制不断发展，自动测绘机器人正是体现现代测绘技术发展趋势的仪器。目前测绘外业工作仍然以人工为主，人工架设仪器、人工寻找目标等。本发明可以充分发挥测绘机器人的自动化测绘潜能，由工作站控制，实现寻找目标、仪器架设、外业测绘的自动化智能化，减少外业作业人员的工作量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：充分发挥测绘机器人的自动化测绘潜能，由工作站控制，实现寻找目标、仪器架设、外业测绘的自动化智能化，减少外业作业人员的工作量。

本发明提供的一种自动测绘机器人装置，包括工作站和无人机，还包括棱镜机器人和全站仪机器人，工作站、无人机、棱镜机器人和全站仪机器人之间相互通信；

所述棱镜机器人包括第一控制模块、第一移动装置和装配在第一移动装置上的棱镜杆，该棱镜杆的一端设有棱镜，另一端设有脚尖；所述棱镜杆驱动棱镜移动；所述棱镜杆垂直设置，上端设360°棱镜，下端设脚尖，棱镜可相对第二移动装置上下左右和/或水平旋转。

所述全站仪机器人包括第二控制模块、第二移动装置、设置在第二移动装置上的测量筒和控制测量筒旋转的第二旋转装置；所述旋转分为0-360°水平旋转和0-180°垂直旋转。

所述棱镜机器人和全站仪机器人根据工作站的命令自动完成测绘，并将测绘结果传回工作站。

其中，第一移动装置和第二移动装置都为履带式小车，所述第一控制模块包括点信号标记模块、与全站仪机器人通信的雷达模块、与工作站通信的WIFI模块和实现距离监测及避障的红外线报警装置等；所述第二控制模块包括点信号检测模块、与棱镜机器人通信的雷达模块、与工作站通信的WIFI模块和实现距离监测及避障的红外线报警装置等。

所述棱镜机器人还包括活动装配于所述第一移动装置上并可相对该第一移动装置0-360°水平旋转的水平旋转平台和装配在该水平旋转平台上的支架，该支架上活动装配有伸缩杆，所述棱镜杆装配在该伸缩杆远离支架的一端。所述支架上与第一移动装置相邻的面装配有电控滑槽，所述伸缩杆通过该电控滑槽装配于所述支架上，并可沿该电控滑槽相对支架上下移动。所述电控滑槽内设有滑槽履带、滚动轮、从动轮、连接伸缩杆的铁制移动块和用于固定该伸缩杆的电磁铁，所述电磁铁的磁力可由控制模块控制。

更进一步的，所述测量筒设有接收测量筒倾斜程度的陀螺仪，并将该信息传输给第二控制模块。

更进一步的，所述第二旋转装置包括连接全站仪主体和第二移动装置的垂直旋转装置和设置在所述测量筒和垂直旋转装置之间的倾斜模块，所述垂直旋转装置固定在第二移动装置上，全站仪主体通过转轴与该垂直旋转装置连接。

所述倾斜模块可相对全站仪主体0-360°水平旋转，所述全站仪主体以该转轴为旋转中心0-180°垂直旋转，该转轴的外周面上设有碟刹盘或摩擦片，控制模块通过调节全站仪主体与垂直旋转装置之间的作用力，使全站仪主体活动/稳固在所述垂直旋转装置上。

更进一步的，还包括装配于棱镜杆侧面的摄像头，用于实时反馈棱镜机器人所在地面状况到工作站并使棱镜机器人最下端的尖端能够准确对准碎部点，棱镜杆侧面设有供该摄像头绕棱镜杆周面移动的移动路径，使摄像头的视野更加开阔。

本发明还提供了一种自动测绘机器人的测绘方法，该测绘方法应用于上述任一项所述的自动测绘机器人装置中，该测绘方法包括：

无人机将观测到的实况信息传输到工作站；

工作站通过实况信息选择控制点和待测碎部点，并将该控制点和该待测碎部点的点位信息传送给棱镜机器人和全站仪机器人；

棱镜机器人和全站仪机器人根据接收到的点位信息分别移动至待测碎部点和控制点上；

到达相应点位后，棱镜机器人自动控制棱镜杆的脚尖到达待测碎部点上；所述全站仪机器人自动调平所述测量筒；

棱镜机器人发射测量信号给全站仪机器人，全站仪机器人接收到该测量信号后，控制测量筒照准棱镜机器人的棱镜中心，并完成碎部点的测量。

当棱镜机器人和全站仪机器人准备完毕后，棱镜机器人发射测量信号给全站仪机器人，全站仪机器人接收到该测量信号后，控制测量筒照准棱镜机器人的棱镜中心，以完成该碎部点的定位测量。优选的，将记录完成的碎部点和相关的控制点的点位信息存储在全站仪机器人内的存储模块和/或直接传回工作站。

所述棱镜机器人通过装配在棱镜杆侧面的摄像头，接收碎部点和棱镜杆脚尖的位置信息，通过控制支架底部水平旋转平台的旋转角度、伸缩杆的伸缩长度和/或伸缩杆的高度，使棱镜杆的脚尖精确到达该待测碎部点上。

更进一步的，所述待测碎部点有多个，当完成第一待测碎部点的测量后，棱镜机器人移动到第二待测碎部点上进行测量，直到完成该控制点上的全部待测点的测量。

更进一步的，所述控制点有多个，

当完成第一控制点上的全部测量后，棱镜机器人根据接收的第二控制点的点位信息，移动到该第二控制点上，并将该第二控制点的坐标通过第一控制模块中的点信号标记模块转化为点信号；

全站仪机器人测量并记录该第二控制点，测量完毕后，棱镜机器人到达第二待测碎部点上，全站仪机器人通过第二控制模块中的点信号检测模块检测该点信号并移动到改第二控制点处进行测量，直到完成所有控制点的测量。

通过该方法可完成自动测绘的迁站测量，进一步减少外业测绘人员的工作量。

更进一步的，所述全站仪调平测量筒的方法包括：

第二控制模块根据陀螺仪的倾斜程度信息，先调整测量筒并使其达到粗平，再调整测量筒并使其达到精平。使调整精度更加准确，细致，减少测绘工作人员的任务量。

其中，所述粗平的误差小于1′，精平的误差小于30″。

具体流程包括：第二控制模块减小全站仪主体与转轴之间的作用力，以将测量筒调到粗平；

控制模块增大全站仪主体与转轴之间的作用力，使全站仪主体得以稳固在所述垂直旋转装置上。

所述转轴的外周面上设有碟刹盘或摩擦片，全站仪主体上设有与之分别对应的刹车钳或摩擦块，用于增大/减小全站仪主体与垂直旋转装置之间的作用力。

通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果是：将人工测图转变成了数字遥控测图，大大减少了测绘工作人员所消耗的时间以及人力。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明自动测绘机器人测绘方法的流程图；

图2为棱镜机器人的结构示意图；

图3为电控滑槽的结构示意图；

图4为全站仪机器人的结构示意图；

图5为全站仪机器人的局部放大图；

附图标注如下：

第一移动装置-1，水平旋转平台-2，支架-3，电控滑槽-4，伸缩杆-5，棱镜杆-6，360°棱镜-7，圆锥形尖端-8，摄像头-9，移动路径-10，第二移动装置-11，全站仪主体-12，垂直旋转装置-13，旋转轴-14，倾斜模块-15，测量筒-16，旋转稳固装置-17，滚动轮-41，从动轮-42，滑槽履带-43，电磁铁-44，铁质移动块-45，伸缩杆控制器-46。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1

在本实施例中具体提供了一种自动测绘机器人装置，包括用于从空中观测地面实况，实时传输影像到工作站的无人机，通过WIFI模块与工作站通信连接的棱镜机器人和全站仪机器人，与棱镜机器人通过雷达模块进行通信连接的全站仪机器人，所述棱镜机器人和全站仪机器人上分别设置有用于实现距离检测以及避障的红外线报警装置。

所述棱镜机器人包括第一移动装置1，该第一移动装置为履带式小车，其上设有与控制模块通信连接的移动控制器，装配在第一移动装置1上的支架3，支架3上装配有可向水平方向伸缩的伸缩杆5，该伸缩杆5上设有与控制模块通信连接的伸缩控制器，该伸缩杆5远离支架3的一端垂直装配有棱镜杆6，该棱镜杆6远离第一移动装置1的一端装配有360°棱镜7，另一端为用于测量待测碎部点的圆锥形尖端8。

所述全站仪机器人包括第二移动装置11和全站仪主体12，该第二移动装置为履带式小车，其上设有与控制模块通信连接的移动控制器，该全站仪主体12为四棱柱形状，与第二移动装置11上的垂直旋转装置13连接，并可沿该垂直旋转装置13进行0-180°垂直旋转，所述垂直旋转装置13为第二移动装置11上的半圆形凸起，该垂直旋转装置13上设有供全站仪主体连接的旋转轴14，所述全站仪主体12上远离第二移动装置11的另一端装配有用于测量的测量筒16，测量筒16下方和垂直旋转装置11之间的部分设有进行倾斜和水平旋转的倾斜模块15，该倾斜模块15上设有陀螺仪，该陀螺仪与控制模块通信连接，用于反馈倾斜模块的倾斜程度。

本装置的控制电路系统包括ARM芯片(ARM946E-S)，与ARM芯片通信连接的存储模块(Micro SD Storage Board)、WIFI模块(ESP8266)、控制模块、倾斜装置、陀螺仪、信号接收模块(nRF905拓展版2.4GMHZ)和计算模块(Sot23-6拓展版)，所述控制模块用于控制倾斜装置、伸缩杆、第一/二移动装置的移动、机器人的导航和倾斜装置及水平旋转模块的旋转。

为实时反馈棱镜机器人所在的地面状况到工作站，并保证棱镜机器人能够对准待测碎部点，在棱镜杆的侧面装配有摄像头9，为了使该摄像头9的视野更开阔，在棱镜杆侧面设有供该摄像头9绕棱镜杆6水平移动的移动路径10。

所述棱镜机器人上的第一移动装置1上还装配有可相对该第一移动装置水平旋转0-360°的水平旋转平台2，该平台上设有与控制模块通信连接的水平旋转控制器，所述支架3通过该水平旋转平台2装配于第一移动装置上1。

所述支架3上与第一移动装置1相邻的面装配有电控滑槽4，所述伸缩杆5通过该电控滑槽4装配于所述支架3上，电控滑槽4内设有滚动轮41和从动轮42，两轮上套装有滑槽履带43，滑槽履带43上固定有铁质移动块45，为方便更换履带将该伸缩杆5焊接在该铁质移动块45上；当滚动轮41进行滚动时，滑槽履带43上的铁质移动块45跟随滑槽履带43进行上下移动，从而带动伸缩杆5的上下移动。为使伸缩杆5的上下移动可自动控制，在滚动轮41上安装有与控制模块通信连接的伸缩杆控制器46。为使滑槽履带43不在重力的作用下打滑，在滑槽履带43上固定设置有电磁铁44，所述铁质移动块45通过该电磁铁44与滑槽履带43固定连接，通过电磁铁44对其他部分的吸引力使伸缩杆5稳定在需要稳定的高度。

所述旋转轴14的外周面上设有旋转稳固装置17，该旋转稳固装置17外周面设有摩擦片或者碟刹盘，全站仪主体上设有与之分别对应的摩擦块或刹车钳，用于增大/减小全站仪主体与垂直旋转装置之间的作用力；当需要调节垂直旋转装置13的旋转角度时，控制模块减小旋转稳固装置17作用在全站仪主体12与旋转轴14相对的内周面上的摩檫力，当需要稳固该垂直旋转模块时，控制模块增大旋转稳固装置17作用在全站仪主体12与旋转轴14相对的内周面上的摩檫力。

一种自动测绘机器人的测绘方法，该测绘方法包括上述全部的自动测绘机器人装置，其包括以下步骤：

工作站通过无人机传回的影像选择控制点和待测碎部点，并将控制点和待测碎部点的点位信息通过WIFI模块传送给棱镜机器人和全站仪机器人，并设置控制点编号以及坐标；

棱镜机器人和全站仪机器人根据接收的点位信息分别移动到待测碎部点和控制点上；

到达相应点位后，机器人开始自动架设在控制点上，并进行校正；棱镜机器人通过棱镜杆6上的摄像头9传回的碎部点和棱镜杆6最下端的位置信息，控制模块控制支架3底部水平旋转平台的旋转角度、伸缩杆5的伸缩长度和/或伸缩杆5的高度，使棱镜杆6最下端到达该待测碎部点上。

全站仪机器人自动调平倾斜模块，具体为：控制模块中的ARM芯片将陀螺仪传来的倾斜程度信息传输给计算模块，计算模块根据该信息计算该垂直旋转模块需旋转多少度，以使倾斜模块达到粗平，控制模块根据计算模块计算的旋转角度对该垂直选装装置进行旋转，同时接收陀螺仪传来的数据，并对垂直旋转模块13的旋转角度进行调整，直到倾斜模块的误差小于1′。然后控制模块将陀螺仪传输的倾斜程度信息传输给计算模块，计算倾斜模块需旋转多少度，以使该倾斜模块15达到精平，然后，控制模块根据该计算结果对倾斜模块15进行倾斜，以使倾斜模块达到精平，所述精平误差小于30″。

当棱镜机器人和全站仪机器人准备完毕后，棱镜机器人的雷达模块发射测量信号给全站仪机器人，全站仪机器人的雷达模块接收到该测量信号后，控制测量筒16照准棱镜机器人的棱镜中心，以完成该碎部点的定位测量，并自动记录该碎部点编号和碎部点属性数据。

当需要进行迁站测量时，棱镜机器人根据从工作站接收到的控制点的点位信息移动到该控制点，并通过设置在第一移动装置底部的点信号标记模块将该控制点的坐标转化为一个点信号，为使点位坐标更容易区别，电信号标记模块可以标记点坐标以及点类别属性，如井盖点，路边转角点，草坪角点等，然后让全站仪机器人测量记录，全站仪机器人测量完毕后，棱镜机器人到达待测碎部点上，全站仪机器人利用第二移动装置底部的点信号检测模块到达刚才测量的控制点处。

为使倾斜模块达到粗平，需对垂直旋转装置13进行旋转，其中，旋转垂直旋转装置13的方法为：控制模块减小旋转稳固装置17作用在全站仪主体与旋转稳固装置17相对的内周面上的摩檫力，然后将全站仪主体12调到粗平，最后控制模块增大旋转稳固装置17作用在全站仪主体12与旋转稳固装置17相对的内周面上的摩檫力，使全站仪主体12稳固在所述垂直旋转装置17上。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动测绘机器人装置，包括工作站和无人机，其特征在于：还包括棱镜机器人和全站仪机器人，工作站、无人机、棱镜机器人和全站仪机器人之间相互通信；

所述棱镜机器人包括第一控制模块、第一移动装置和装配在第一移动装置上的棱镜杆，该棱镜杆的一端设有棱镜，另一端设有脚尖；所述棱镜杆驱动棱镜移动；

所述全站仪机器人包括第二控制模块、第二移动装置、设置在第二移动装置上的测量筒和控制测量筒旋转的第二旋转装置；

所述棱镜机器人和全站仪机器人根据工作站的命令自动完成测绘。

2.根据权利要求1所述的自动测绘机器人装置，其特征在于：所述测量筒设有接收测量筒倾斜程度的陀螺仪。

3.根据权利要求1所述的自动测绘机器人装置，其特征在于：所述第二旋转装置包括垂直旋转装置和倾斜模块，所述垂直旋转装置连接于全站仪主体和第二移动装置之间，倾斜模块设置在所述测量筒和垂直旋转装置之间。

4.根据权利要求1所述的自动测绘机器人装置，其特征在于：还包括装配于棱镜杆侧面的摄像头，棱镜杆侧面设有供该摄像头绕棱镜杆周面移动的移动路径。

5.一种自动测绘机器人的测绘方法，其特征在于：该测绘方法应用于如权利要求1-4任一项所述的自动测绘机器人装置中，该测绘方法包括：

无人机将观测到的实况信息传输到工作站；

工作站通过实况信息选择控制点和待测碎部点，并将该控制点和该待测碎部点的点位信息传送给棱镜机器人和全站仪机器人；

棱镜机器人和全站仪机器人根据接收到的点位信息分别移动至待测碎部点和控制点上；

到达相应点位后，棱镜机器人自动控制棱镜杆的脚尖到达待测碎部点上；所述全站仪机器人自动调平所述测量筒；

棱镜机器人发射测量信号给全站仪机器人，全站仪机器人接收到该测量信号后，控制测量筒照准棱镜机器人的棱镜中心，并完成碎部点的测量。

6.根据权利要求5所述的自动测绘机器人的测绘方法，其特征在于：所述待测碎部点有多个，

当完成第一待测碎部点的测量后，棱镜机器人移动到第二待测碎部点上进行测量，直到完成该控制点上的全部待测点的测量。

7.根据权利要求5所述的自动测绘机器人的测绘方法，其特征在于：所述控制点有多个，

当完成第一控制点上的全部测量后，棱镜机器人根据接收的第二控制点的点位信息，移动到该第二控制点上，并将该第二控制点的坐标转化为点信号；

全站仪机器人测量并记录该第二控制点，测量完毕后，棱镜机器人到达第二待测碎部点上，全站仪机器人根据该点信号移动到第二控制点处进行测量，直到完成所有控制点的测量。

8.根据权利要求5所述的自动测绘机器人的测绘方法，其特征在于：还包括所述全站仪机器人将测量后的结果传回工作站。

9.根据权利要求5所述的自动测绘机器人的测绘方法，其特征在于：所述调平测量筒的方法包括：

第二控制模块根据陀螺仪的倾斜程度信息，先调整测量筒并使其达到粗平，再调整测量筒并使其达到精平。

10.根据权利要求9所述的自动测绘机器人的测绘方法，其特征在于：所述粗平的误差小于1′，精平的误差小于30″。