CN113821023A - 一种智能地坪划线机器人及划线方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能地坪划线机器人及划线方法，所述智能地坪划线机器人包括小车本体、划线机构、交互终端、控制器和处理器，所述划线机构安装于小车本体侧部，用于喷涂地坪标线，所述交互终端与处理器通信连接，所述处理器与控制器通信连接，所述控制器与划线机构电连接；所述交互终端用于输入标线图案与标线图案的基准点GNSS坐标，所述控制器用于控制小车本体姿态、小车本体运行方向与速度且控制划线机构随着小车本体行走进行划线。实现自动化划线，定位与划线精度高，工作效率高。

Description

一种智能地坪划线机器人及划线方法

技术领域

本发明涉及地坪划线技术领域，特别涉及一种智能地坪划线机器人及划线方法。

背景技术

传统地坪标线分为两种，一种是透过地坪划线机器人进行自动或半自动的划线作业，然而受限于定位技术的精度，其划线精度始终不能达到专业运动比赛对标线精度的要求，仅适用于对标线精度要求不高的场所；另一种是依靠人工手动划线，其操作工艺流程繁琐复杂，对操作人员的要求非常高，特别是各种专业运动比赛的标线，如跑道、足球场、篮球场等，需要1到2名专业划线师进行划线，耗费时间长，施工成本高，工作效率低下，随着地坪行业的快速发展，现有的划线方法已经不能满足日益增长的划线需求。

发明内容

本发明目的在于针对目前地坪划线机器人划线精度低，对于标线精度要求高的场所只能依赖人工划线，耗费时间长，效率低下的问题，提供一种智能地坪划线机器人及划线方法，实现自动化划线，定位与划线精度高，工作效率高。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种智能地坪划线机器人，包括：小车本体、划线机构、交互终端、控制器和处理器，所述划线机构安装于小车本体侧部，用于喷涂地坪标线，所述交互终端与处理器通信连接，所述处理器与控制器通信连接，所述控制器与划线机构电连接；

所述交互终端用于输入标线图案与标线图案的基准点GNSS坐标并将数据传输至处理器，

所述处理器包括定位模块和导航模块，所述定位模块用于定位小车本体实时GNSS坐标与姿态，所述导航模块用于计算小车本体运动方向、速度并将计算数据传输至控制器；

所述控制器用于控制小车本体姿态、小车本体运行方向与速度且控制划线机构随着小车本体行走进行划线。

进一步的，所述定位模块为GNSS+IMU多传感器融合组合系统。

进一步的，所述处理器还包括传感器，设置于小车本体前部，用于探测小车周围障碍物。

进一步的，所述小车本体为四轮小车，两前轮为驱动轮，两后轮为万向轮。

进一步的，所述控制器与驱动轮电连接，所述控制器安装于两驱动轮中间位置。

与此同时，本发明还提供一种基于智能地坪划线机器人的划线方法，包括如下步骤：

S1:交互终端输入标线图案及标线图案基准点的GNSS坐标；

S2:定位模块定位小车本体实时GNSS坐标与姿态，导航模块计算小车本体到达目标基准点位置运动方向、速度并将计算数据传输至控制器；

S3:控制器响应导航模块计算数据控制小车本体按照计算的方向与速度运动至目标基准点；

S4:核验小车本体实时坐标与目标基准点GNSS坐标是否匹配，若不匹配，则进行所述定位模块内部参数校正并返回S2对同个目标基准点进行校验；若匹配，则判断是否已做完所有基准点的校验，若还有待核验的基准点则返回S2并导航至下个基准点进行校验，若所有基准点均校验完成则转到S5；

S5:处理器将标线图案拆分为若干个划线任务，计算划线任务序列，各划线任务起点、终点GNSS坐标以及线段形状；

S6:处理器计算进行划线任务时，小车本体的运动方向与速度并将计算数据传输至控制器；

S7:控制器控制小车本体按照划线任务序列，计算的方向与速度运行并控制划线机构随着小车本体行走进行划线。

进一步的，所述步骤S4中核验流程为：所述处理器收到小车本体实时坐标与目标基准点坐标相吻合并达预定时间间隔后输出吻合提醒；核验小车本体与目标基准点是否匹配。

进一步的，所述方法中连续两次对同一基准点核验结果不匹配，输出警告提醒。

进一步的，所述标线图案基准点的GNSS坐标的获取方法为预先人为采集基准点GNSS坐标、利用任意地图平台取得俯瞰图并搭配坐标转换算法取得基准点GNSS坐标或利用无人机进行空拍，并搭配坐标转换算法取得基准点GNSS坐标。

进一步的，所述定位模块定位小车实时GNSS坐标与姿态的定位流程为：

实时接收小车本体于GNSS坐标下的坐标；

结合网络RTK服务取得RTK基准站的信息，以此信息搭配差分算法对GNSS原始信息进行姿态优化；

搭配IMU进行感测器融合算法取得精准姿态。

有益效果：

由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供了一种智能地坪划线机器人及划线方法，本发明的技术方案是一种极为简便、新颖且高精度的智能画线机器人流程和架构，首先是在定位系统代入了GNSS+RTK+IMU多传感器融合组合系统，透过GNSS+RTK+IMU多传感融合组合系统的自主性与互补性，使划线机器人能够在任意户外场域达到厘米等级的定位精度，其次简化了画线流程的前置作业，在此发明中只需提供基准点以及图形资讯给画线机器人，透过自主研发的地图拆分算法即可全自动完成画线作业，最后是空拍图与卫星地图的应用，透过空拍图与卫星地图可提供用户更友善的人机交互界面，真正实现路人都可以成为专业画线人员的目标。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本申请的智能地坪划线机器人的结构之意图；

图2为本申请的智能地坪划线机器人划线方法流程图；

附图含义标记：

1、传感器，2、控制器，3、驱动轮，4、划线机构，5、万向轮，6、油漆桶，7、处理器，8、小车本体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件,并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。

本发明是针对传统地坪划线领域，现有的地坪机器人进行的划线作业，仅适用于对标线精度要求不高的场所，对于标线要求较高的场景，还要依赖人工划线，划线作业耗费时间长，施工成本高，效率低下的问题。

本发明的发明构思是提出一种极为简便、新颖且高精度的智能画线机器人流程和架构，首先是在定位系统代入了GNSS+RTK+IMU多传感器融合组合系统，透过GNSS+RTK+IMU多传感融合组合系统的自主性与互补性，使划线机器人能够在任意户外场域达到厘米等级的定位精度，其次简化了画线流程的前置作业，在此发明中只需提供基准点以及图形资讯给画线机器人，透过自主研发的地图拆分算法即可全自动完成画线作业，最后是空拍图与卫星地图的应用，透过空拍图与卫星地图可提供用户更友善的人机交互界面，真正实现路人都可以成为专业画线人员的目标。

实施例一

如图1所示，一种智能地坪划线机器人，包括：小车本体8、划线机构4、交互终端、控制器2和处理器7，所述划线机构4安装于小车本体8侧部，用于喷涂地坪标线，所述交互终端与处理器7通信连接，所述处理器7与控制器2通信连接，所述控制器2与划线机构4电连接；

所述交互终端用于输入标线图案与标线图案的基准点GNSS坐标并将数据传输至处理器7；

所述处理器7包括定位模块和导航模块，所述定位模块定位小车本体8实时GNSS坐标与姿态，导航模块计算小车本体8运动方向、速度并将计算数据传输至控制器2；

所述控制器2用于控制小车本体8姿态、小车本体8运行方向与速度且控制划线机构4随着小车本体8行走进行划线。

所述导航模块以智能划线机器人控制模型为底，搭配任意控制方法进行控制器2设计；

所述处理器7为中央控制中心，将导航模块、定位模块和控制器2集成于一体，实现对小车定位、导航、运动控制和划线。

具体的，所述定位模块为GNSS+IMU多传感器融合组合系统。

普通的GNSS定位模块由于大气中电离层的干扰和传播过程中的时间延迟误差，导致其定位精度始终只有米级，为了提高定位精度，本发明采用载波相位差分技术(Realtimekinematic,简称RTK)来对此两种误差进行补偿，其原理在及时处理小车接收站与基站接收到的载波相位并进行插分运算从而得到高达厘米级别的精度，其特征在必需有两个接收站，一个接收站放在小车上，另一个接收站则为基站，此基站可由国家、任一公司或人为架设提供，不过此基站设置要求必须预先测量基站准确的GNSS坐标并内建一个极为准确的时钟。尽管GNSS+RTK技术解决了定位精度的问题，但还是存在多径效应、内部噪声、场域有遮蔽物的环境无法使用等的问题，所以我们进一步透过惯性测量模组(Inertialmeasurementunit，简称IMU)来补偿，IMU本身具有短时间内定位精度高，长时间存在累积误差且无法消除的问题，本发明的做法是利用感测器融合算法，短期以IMU的资讯对GNSS-RTK定位资讯进行补偿，长期则以GNSS-RTK定位资讯消除IMU的累积误差，从而达到执行划线作业所要求的精度。

具体的，所述处理器7还包括传感器1，设置于小车本体8前部，用于探测小车周围障碍物。

所述传感器1为超声波传感器，用于探测小车周围的障碍物，当发现有障碍物后自动反馈信息给处理器7；

具体的，所述小车本体8为四轮小车，两前轮为驱动轮3，两后轮为万向轮5。

具体的，所述控制器2与驱动轮电连接，所述控制器2安装于两驱动轮中间位置。

通过这样的驱动结构，使小车本体8的运动方向更加灵活，更加有利于控制器2对于小车本体8的姿态控制。

具体的，所述划线机构4包括高压泵、划线机械和油漆桶6，所述油漆桶6安装于所述小车本体8后部，所述高压泵安装于油漆桶6侧部，用于输送油漆至划线机械，所述划线机械安装于小车本体8侧部。

具体的，所述划线机构4还包括油漆量检测装置，所述油漆量检测装置安装于油漆桶6内部，当油漆桶6内部油漆量低于预定阈值，所述油漆量检测装置输出警示信号。

实施例二

如图2所示，本发明还提供一种基于所述智能地坪划线机器人的划线方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1:交互终端输入标线图案及标线图案基准点的GNSS坐标；

S2:定位模块定位小车本体8实时GNSS坐标与姿态，导航模块计算小车本体8到达目标基准点位置运动方向、速度并将计算数据传输至控制器2；

S3:控制器2响应导航模块计算数据控制小车本体8按照计算的方向与速度运动至目标基准点；

S4：核验小车本体8实时坐标与目标基准点GNSS坐标是否匹配，若不匹配，则进行所述定位模块内部参数校正并返回S2对同个目标基准点进行校验；若匹配，则判断是否已做完所有基准点的校验，若还有待核验的基准点则返回S2并导航至下个基准点进行校验，若所有基准点均校验完成则转到S5；

S5:处理器7将标线图案拆分为若干个划线任务，计算划线任务序列，各划线任务起点、终点GNSS坐标以及线段形状；

S6:处理器7计算进行划线任务时，小车本体8的运动方向与速度并将计算数据传输至控制器2；

S7:控制器2控制小车本体8按照划线任务序列，计算的方向与速度运行并控制划线机构4随着小车本体8行走进行划线。

核验小车本体8实时坐标与所有目标基准点GNSS坐标相匹配的确认流程为：通过定位模块获取机器人当前的GNSS位置坐标，小车本体8通过处理器7中路径规划算法和运动控制算法自动运动到目标基准点GNSS位置，然后停留5s钟，如果小车本体8的实时GNSS坐标位置与目标基准点GNSS坐标匹配，若不匹配，则进行所述定位模块内部参数校正并返回S2对同个目标基准点进行校验；若匹配，则判断是否已做完所有基准点的校验，若还有待核验的基准点则返回S2并导航至下个基准点进行校验，按此流程完成所有基准点的验证，所有验证通过后开始执行划线操作；

与此同时，划线过程中控制器2会根据划线任务的信息，控制小车本体8到达划线任务的起始点，自动调整好方向，并打开划线机构4开始按照拆分算法规划好的标线路径进行划线操作。

具体的，所述步骤S4中核验流程为：

所述处理器7收到小车本体8实时坐标与目标基准点坐标相吻合并达预定时间间隔后输出吻合提醒；核验小车本体8与目标基准点是否匹配；

具体的，所述方法中连续两次对同一基准点核验结果不匹配，输出警告提醒。

具体的，所述标线图案的基准点GNSS坐标的获取方法为预先人为采集基准点GNSS坐标、利用任意地图平台取得俯瞰图并搭配坐标转换算法取得基准点GNSS坐标或利用无人机进行空拍，并搭配坐标转换算法取得基准点GNSS坐标。

具体的，所述定位模块定位小车实时GNSS坐标与姿态的定位流程为：

实时接收小车本体8于GNSS坐标下的坐标；

结合网络RTK服务取得RTK基准站的信息，以此信息搭配差分算法对GNSS原始信息进行姿态优化；

搭配IMU进行感测器融合算法取得精准姿态。

具体的，所述控制器2控制小车本体8的算法不限于比例-微分-积分控制器、非线性模型预测控制器或强健非线性模型预测控制器。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种智能地坪划线机器人，其特征在于：包括：小车本体、划线机构、交互终端、控制器和处理器，所述划线机构安装于小车本体侧部，用于喷涂地坪标线，所述交互终端与处理器通信连接，所述处理器与控制器通信连接，所述控制器与划线机构电连接；

所述交互终端用于输入标线图案与标线图案的基准点GNSS坐标并将数据传输至处理器；

所述处理器包括定位模块和导航模块，所述定位模块用于定位小车本体实时GNSS坐标与姿态，所述导航模块用于计算小车本体运动方向、速度并将计算数据传输至控制器；

所述控制器用于控制小车本体姿态、小车本体运行方向与速度且控制划线机构随着小车本体行走进行划线。

2.根据权利要求1所述的智能地坪划线机器人，其特征在于：所述定位模块为GNSS+IMU多传感器融合组合系统。

3.根据权利要求1所述的智能地坪划线机器人，其特征在于：所述处理器还包括传感器，设置于小车本体前部，用于探测小车周围障碍物。

4.根据权利要求1所述的智能地坪划线机器人，其特征在于：所述小车本体为四轮小车，两前轮为驱动轮，两后轮为万向轮。

5.根据权利要求4所述的智能地坪划线机器人，其特征在于：所述控制器与驱动轮电连接，所述控制器安装于两驱动轮中间位置。

6.一种基于权利要求1至5中任一项所述的智能地坪划线机器人的划线方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1:交互终端输入标线图案及标线图案基准点的GNSS坐标；

S2:定位模块定位小车本体实时GNSS坐标与姿态，导航模块计算小车本体到达目标基准点位置运动方向、速度并将计算数据传输至控制器；

S3:控制器响应导航模块计算数据控制小车本体按照计算的方向与速度运动至目标基准点；

S4:核验小车本体实时坐标与目标基准点GNSS坐标是否匹配，若不匹配，则进行所述定位模块内部参数校正并返回S2对同个目标基准点进行校验；若匹配，则判断是否已做完所有基准点的校验，若还有待核验的基准点则返回S2并导航至下个基准点进行核验，若所有基准点均核验完成则转到S5；

S5:处理器将标线图案拆分为若干个划线任务，计算划线任务序列，各划线任务起点、终点GNSS坐标以及线段形状；

S6:处理器计算进行划线任务时，小车本体的运动方向与速度并将计算数据传输至控制器；

S7:控制器控制小车本体按照划线任务序列，计算的方向与速度运行并控制划线机构随着小车本体行走进行划线。

7.根据权利要求6所述的划线方法，其特征在于：所述步骤S4中核验流程为：所述处理器收到小车本体实时坐标与目标基准点坐标相吻合并达预定时间间隔后输出吻合提醒；核验小车本体与目标基准点是否匹配。

8.根据权利要求6所述的划线方法，其特征在于：所述方法中连续两次对同一基准点核验结果不匹配，输出警告提醒。

9.根据权利要求6所述的划线方法，其特征在于：

所述标线图案基准点的GNSS坐标的获取方法为预先人为采集基准点GNSS坐标、利用任意地图平台取得俯瞰图并搭配坐标转换算法取得基准点GNSS坐标或利用无人机进行空拍，并搭配坐标转换算法取得基准点GNSS坐标。

10.根据权利要求6所述的划线方法，其特征在于：

所述定位模块定位小车实时GNSS坐标与姿态的定位流程为：

实时接收小车本体于GNSS坐标下的坐标；

结合网络RTK服务取得RTK基准站的信息，以此信息搭配差分算法对GNSS原始信息进行姿态优化；

搭配IMU进行感测器融合算法取得精准姿态。

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