CN112378406A - 一种自动生成机器人轨道地图的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动生成机器人轨道地图的方法，利用安装在机器人上的传感器，实时获取运动平面位置以及运动步长与三维空间XYZ三种夹角，并与相应阀值进行比较，实时绘制导轨地图，无需原有复杂流程，无需标志点辅助，完全自动化完成，节省大量人工成本和时间成本，同时由于使用自动化方案，能够使得整个操作过程无需标志点，能够通过小步长得到更加精确的导轨地图。
Description
技术领域
本发明属于电力系统巡检机器人领域，涉及机器人自动控制技术，尤其是一种自动生成机器人轨道地图的方法。
背景技术
在电力系统中，需要使用大量的运动机器人，而在一些应用场景下，运动机器人需要根据一定的地理标识，如轨道地图，进行路径的巡检，轨道地图是运动机器人运动控制的基础，也是机器人完成巡检或其他任务的关键信息之一。
目前轨道地图的设置，主要是根据工程图纸，先分段导轨, 确定分段标志点；再完成初始地图，然后在现场扫描标志点，并结合位置，对地图进行标定校准;以消除由于施工、计划变更等，不可控因素造成的偏差。
如图1-2所示，如下轨道为例，有5段转折。这里展现的只是x轴方向的转折，在纵向（z轴)，也会有斜率都不同，就不再说明。根据工程图纸划分轨道，确定标志点。在示意图中，共有5段转折，所以需要放置5个标志点。而这5个标志点可能因为施工难度的问题，不可能正好放在转折的地方，会有一段距离；确定好标志点之后，再根据工程图和标志点的位置手工，生成初始轨道的地图；之后施工的时候在现场安装标志点；在现场调试时，现场扫描采集数据，主要是标志点和对应的位置信息；用采集数据去校正初始地图。
该方法需要大量的人工操作，并且需要资源很多, 流程复杂，所需成本比较高，更加容易出错，有人为因素介入，施工时会影响精度，在实际操作中，需要划分并现场安装标志点和提前做好初始地图；由此带来误差大, 和实际轨道的偏差比较多, 生成的地图和实际的偏差比较大，由此会带来更多的资源浪费，因此需要寻找新的技术方法来解决相应的问题。
发明内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本发明提供了一种自动生成机器人轨道地图的方法，包括：
安装有传感器的运动机器人，安装所述运动机器人的轨道，控制所述运动机器人的控制系统；
预设所述运动机器人的运动阀值，预设所述运动机器人沿所述轨道运动的匀速率，根据所述轨道长度及所述轨道各处弧度预设所述运动机器人行进步长；
将安装有所述传感器的所述运动机器人设置在所述轨道的起始位置上，所述传感器进行运动状态起始位置的初始值设定，确定为整个轨道的第一点，所述控制系统控制所述运动机器人沿所述轨道以匀速率进行运动，此时进入第一导轨绘制，当所述运动机器人运动到所述第一导轨的第一步长时，将所述第一导轨的第一步长运动状态信息传送至所述控制系统中进行所述第一导轨第一步长轨迹绘制，所述运动机器人持续运动到所述第一导轨的第二步长，将所述第一导轨的第二步长运动状态信息传递到所述控制系统进行计算并与所述运动阀值进行比较，若比较结果小于所述运动阀值，则判定所述第一导轨第一步长与所述第一导轨第二步长运动状态一致，继续所述第一导轨轨迹绘制，若比较结果大于所述运动阀值，则判定所述第一导轨第一步长与所述第一导轨第二步长运动状态不一致，此时将所述第一导轨第一步长的终点作为新导轨的起点，即将所述第一导轨第二步长作为第二导轨第一步长，并在所述控制系统中形成所述第二导轨第一步长轨迹，如此循环，直至整个导轨地图轨迹绘制完毕。
本技术方案提供了一种新的设计思路，利用安装在机器人上的传感器，实时获取运动平面位置以及运动步长与三维空间XYZ三种夹角，并与相应阀值进行比较，实时绘制导轨地图，无需原有复杂流程，无需标志点辅助，完全自动化完成，节省大量人工成本和时间成本，同时由于使用自动化方案，能够使得整个操作过程无需标志点，必能够通过小步长得到更加精确的导轨地图，其中文中所诉轨道为安装在施工现场的实体轨道，导轨是形成轨道轨迹的地图概念，由多个所述运动机器人进行步长运动构成的地图概念，其依据实际轨道绘制而成。
另外，根据本发明公开的自动生成机器人轨道地图的方法还具有如下附加技术特征：
进一步地，当所述轨道安装在同一平面上，所述传感器为记录所述运动机器人绝对位置的增量编码器，所述运动步长为小于等于10cm，所述运动阀值为斜率阀值，当前步长斜率与所述斜率阀值在所述控制系统中进行比较，若所述当前步长斜率小于所述斜率阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态一致，维持原有行进方向，若所述当前步长斜率大于所述斜率阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态不一致，形成新的导轨轨迹和新的导轨步长，所述增量编码器测试距离，为标量
当整体轨道安装在同一平面，则导轨地图的绘制只需要根据增量编码器中XY方向的增量来进行判断，当然也可以使用姿态传感器进行角度判断，如果超过阀值，则该步长的方向将发生变化，导轨地图中将形成折线轨迹。
更进一步地，所述斜率阀值小于等于3度。斜率通过姿态传感器测量（可测出与x，y，z三轴夹角），述斜率阀值可以根据实际轨道情况进行设定，由于各种施工和加工中的误差，必然导致运动机器人在行进中位置发生可能的误判，由于实际施工的中的轨道会是多个折线段及弧度构成，因此阀值的设置可以具有一定的误差吸收能力。
进一步地，当所述轨道安装在三维空间中，所述传感器包括记录所述运动机器人绝对位置的增量编码器和测量所述运动机器人三维空间角度的姿态编码器，所述运动步长为小于等于10cm，所述运动阀值包括运动平面斜率阀值和三维空间角度阀值，当前步长运动平面斜率和三维空间角度与所述运动阀值比较，若所述运动平面斜率和三维空间角度两项均小于对应的所述运动平面斜率阀值和三维空间角度阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态一致，维持原有行进方向，若所述运动平面斜率和三维空间角度任一项小于对应的所述运动阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态不一致，形成新的导轨轨迹和新的导轨步长。
更进一步地，所述运动平面斜率阀值小于等于3度，所述三维空间角度阀值小于3度。
更进一步地，所述三维空间角度为所述当前步长与三维空间三轴之间的夹角角度，所述三维空间角度阀值为所述三维空间三轴之间的三轴角度阀值。
进一步地，所述步长为小于等于2cm，所述步长选取1cm，当步长选取越小，则最终地图精度越高，步长的选择需要根据控制系统进行确定。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例一个轨道示意图；
图2是图1中轨道现有技术方案流程示意图；
图3是本发明实施例技术方案流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“联接”、“连通”、“相连”、“联结”、“配合”应做广义理解，例如，可以是固定联结，一体地联结，也可以是可拆卸联结；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；“配合”可以是面与面的配合，也可以是点与面或线与面的配合，也包括孔轴的配合，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的发明构思如下，通过CT感应电源与接地线联结进行取能，并通过保护电路和整流电路得到满足需求的电压或电流，并通过能量收集模块对充放电电容进行充电储能，利用充放电电容在一定条件下和备用电池配合对用电装置进行连续供电，如此解决了目前无法对电力系统中分布的各类特定监测设备进行稳定持续长时、安全低成本供电，保证其正常工作。
根据本发明的实施例，安装有传感器的运动机器人，安装所述运动机器人的轨道，控制所述运动机器人的控制系统；
预设所述运动机器人的运动阀值，预设所述运动机器人沿所述轨道运动的匀速率，根据所述轨道长度及所述轨道各处弧度预设所述运动机器人行进步长；
将安装有所述传感器的所述运动机器人设置在所述轨道的起始位置上，所述传感器进行运动状态起始位置的初始值设定，确定为整个轨道的第一点，所述控制系统控制所述运动机器人沿所述轨道以匀速率进行运动，此时进入第一导轨绘制，当所述运动机器人运动到所述第一导轨的第一步长时，将所述第一导轨的第一步长运动状态信息传送至所述控制系统中进行所述第一导轨第一步长轨迹绘制，所述运动机器人持续运动到所述第一导轨的第二步长，将所述第一导轨的第二步长运动状态信息传递到所述控制系统进行计算并与所述运动阀值进行比较，若比较结果小于所述运动阀值，则判定所述第一导轨第一步长与所述第一导轨第二步长运动状态一致，继续所述第一导轨轨迹绘制，若比较结果大于所述运动阀值，则判定所述第一导轨第一步长与所述第一导轨第二步长运动状态不一致，此时将所述第一导轨第一步长的终点作为新导轨的起点，即将所述第一导轨第二步长作为第二导轨第一步长，并在所述控制系统中形成所述第二导轨第一步长轨迹，如此循环，直至整个导轨地图轨迹绘制完毕。
另外，根据本发明公开的自动生成机器人轨道地图的方法的还具有如下附加技术特征：
根据本发明的实施例，当所述轨道安装在同一平面上，所述传感器为记录所述运动机器人绝对位置的增量编码器，所述运动步长为小于等于10cm，所述运动阀值为斜率阀值，当前步长斜率与所述斜率阀值在所述控制系统中进行比较，若所述当前步长斜率小于所述斜率阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态一致，维持原有行进方向，若所述当前步长斜率大于所述斜率阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态不一致，形成新的导轨轨迹和新的导轨步长。
根据本发明的实施例，所述斜率阀值小于等于3度。所述斜率阀值可以根据实际轨道情况进行设定，由于各种施工和加工中的误差，必然导致运动机器人在行进中位置发生可能的误判，由于实际施工的中的轨道会是多个折线段及弧度构成，因此阀值的设置可以具有一定的误差吸收能力。
根据本发明的实施例，当所述轨道安装在三维空间中，所述传感器包括记录所述运动机器人绝对位置的增量编码器和测量所述运动机器人三维空间角度的姿态编码器，所述运动步长为小于等于10cm，所述运动阀值包括运动平面斜率阀值和三维空间角度阀值，当前步长运动平面斜率和三维空间角度与所述运动阀值比较，若所述运动平面斜率和三维空间角度两项均小于对应的所述运动平面斜率阀值和三维空间角度阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态一致，维持原有行进方向，若所述运动平面斜率和三维空间角度任一项小于对应的所述运动阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态不一致，形成新的导轨轨迹和新的导轨步长。
根据本发明的一些实施例，所述运动平面斜率阀值小于等于3度，所述三维空间角度阀值小于3度。
根据本发明的一些实施例，所述三维空间角度为所述当前步长与三维空间三轴之间的夹角角度，所述三维空间角度阀值为所述三维空间三轴之间的三轴角度阀值。
根据本发明的一些实施例，所述步长为小于等于2cm，所述步长选取1cm，当步长选取越小，则最终地图精度越高，步长的选择需要根据控制系统进行确定。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种自动生成机器人轨道地图的方法，其特征在于,包括：安装有传感器的运动机器人，安装所述运动机器人的轨道，控制所述运动机器人的控制系统；
预设所述运动机器人的运动阀值，预设所述运动机器人沿所述轨道运动的匀速率，根据所述轨道长度及所述轨道各处弧度预设所述运动机器人行进步长；
将安装有所述传感器的所述运动机器人设置在所述轨道的起始位置上，所述传感器进行运动状态起始位置的初始值设定，确定为整个轨道的第一点，所述控制系统控制所述运动机器人沿所述轨道以匀速率进行运动，此时进入第一导轨绘制，当所述运动机器人运动到所述第一导轨的第一步长时，将所述第一导轨的第一步长运动状态信息传送至所述控制系统中进行所述第一导轨第一步长轨迹绘制，所述运动机器人持续运动到所述第一导轨的第二步长，将所述第一导轨的第二步长运动状态信息传递到所述控制系统进行计算并与所述运动阀值进行比较，若比较结果小于所述运动阀值，则判定所述第一导轨第一步长与所述第一导轨第二步长运动状态一致，继续所述第一导轨轨迹绘制，若比较结果大于所述运动阀值，则判定所述第一导轨第一步长与所述第一导轨第二步长运动状态不一致，此时将所述第一导轨第一步长的终点作为新导轨的起点，即将所述第一导轨第二步长作为第二导轨第一步长，并在所述控制系统中形成所述第二导轨第一步长轨迹，如此循环，直至整个导轨地图轨迹绘制完毕。
2.根据权利要求1所述的自动生成机器人轨道地图的方法，其特征在于，当所述轨道安装在同一平面上，所述传感器为记录所述运动机器人绝对位置的增量编码器，所述运动步长为小于等于10cm，所述运动阀值为斜率阀值，当前步长斜率与所述斜率阀值在所述控制系统中进行比较，若所述当前步长斜率小于所述斜率阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态一致，维持原有行进方向，若所述当前步长斜率大于所述斜率阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态不一致，形成新的导轨轨迹和新的导轨步长。
3.根据权利要求2所述的自动生成机器人轨道地图的方法，其特征在于，所述斜率阀值小于等于3度。
4.根据权利要求1所述的自动生成机器人轨道地图的方法，其特征在于，当所述轨道安装在三维空间中，所述传感器包括记录所述运动机器人绝对位置的增量编码器和测量所述运动机器人三维空间角度的姿态编码器，所述运动步长为小于等于10cm，所述运动阀值包括运动平面斜率阀值和三维空间角度阀值，当前步长运动平面斜率和三维空间角度与所述运动阀值比较，若所述运动平面斜率和三维空间角度两项均小于对应的所述运动平面斜率阀值和三维空间角度阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态一致，维持原有行进方向，若所述运动平面斜率和三维空间角度任一项小于对应的所述运动阀值，则判定所述当前步长与前一步长运动状态不一致，形成新的导轨轨迹和新的导轨步长。
5.根据权利要求3所述的自动生成机器人轨道地图的方法，其特征在于，所述运动平面斜率阀值小于等于3度，所述三维空间角度阀值小于3度。
6.根据权利要求3所述的自动生成机器人轨道地图的方法，其特征在于，所述三维空间角度为所述当前步长与三维空间三轴之间的夹角角度，所述三维空间角度阀值为所述三维空间三轴之间的三轴角度阀值。
7.根据权利要求1、2、4中任一项所述的自动生成机器人轨道地图的方法，其特征在于，所述步长为小于等于2cm。
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