CN202166895U - 变电站智能巡检机器人的激光导航系统 - Google Patents

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栾贻青
曹涛
王海鹏
孙大庆
杨墨
王飞
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Abstract

本实用新型公开了变电站智能巡检机器人的激光导航系统，它包括激光导航传感器，激光导航传感器与运动控制器连接，运动控制器同时还与工控机连接。所述激光导航传感器还与反光标志相对应。所述反光标志为平面形或圆柱形，固定安装于导航系统运行路径周围。本实用新型结构简单，而且可利用激光导航不受电磁干扰影响，定位精度可达厘米级等优势提高机器人导航的可靠性和精度。与原有导航系统相比，本系统无需复杂的地面处理工作量，可灵活改变机器人运行路线，机器人底盘高度不受导航系统地约束，并且机器人停靠精度也不受工控机和运动控制器间通信延迟影响，从而避免了原有导航定位方式所面临的问题。

Description

变电站智能巡检机器人的激光导航系统
技术领域
本实用新型涉及一种激光导航系统，尤其是应用于变电站智能巡检机器人的激光导航系统。 
背景技术
目前，变电站智能巡检机器人导航采用磁轨迹引导外加RFID标签定位，导航系统由磁传感器阵列、运动控制器（含电机驱动器，下同）、工控机以及RFID读卡器组成，其基本的工作流程是：由安装于机器人底盘前部的磁传感器阵列检测机器人相对于磁轨迹的偏移，运动控制器按照该偏移量调整机器人两侧驱动轮的差速，从而使机器人沿预先铺设的磁轨迹运行；机器人上的RFID读卡器与工控机连接， 当RFID读卡器检测到预先埋设的RFID标签标识的路径点并上报信息至工控机后，工控机再下发指令控制机器人停靠或转向。该导航定位方式虽然具有导航定位重复精度好、抗干扰能力强等特点，但实际使用中也面临一些问题，比如磁轨迹铺设时地面施工复杂工作量大、机器人运行路线不灵活、机器人底盘高度受限于磁传感器检测距离、停靠精度的提高受限于工控机与运动控制器之间通信延迟等，这些问题在目前导航方式下较难解决。 
实用新型内容
为了克服变电站智能巡检机器人所用导航方式的不足，本实用新型提供了一种激光导航系统，该系统导航机器人运行时，无需复杂的地面处理，并且能提供机器人精确的位置和航向信息；机器人导航控制都在机器人运动控制器内完成，有利于提高机器人导航控制的响应时间和精度。 
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：变电站智能巡检机器人的激光导航系统，它包括激光导航传感器，激光导航传感器与运动控制器连接，运动控制器同时还与工控机连接。 
所述激光导航传感器还与反光标志相对应。 
所述反光标志为平面形或圆柱形，固定安装于导航系统运行路径周围，其分布应保证同一时刻导航系统能检测到至少3个反光标志。 
所述激光导航传感器安装于机器人前部，并使其相对于机器人底盘位置固定。 
所述激光导航传感器和运动控制器，运动控制器和工控机之间的通信均通过RS232接口完成。 
在使用本实用新型时，预先在机器人运行路径附近设定位置固定的反光标志，之后在平面全局坐标系下测量标志位置数据并输入导航系统；导航系统所用激光导航传感器安装于机器人前部，并使其相对于机器人底盘位置固定；激光导航传感器、运动控制器和工控机之间的通信均通过RS232接口完成。当机器人导航运行时，导航系统利用激光导航传感器检测环境中的反光标志，至少检测到3个反光标志就可计算得到与反光标志同一全局坐标系下传感器所处位置的位置和航向；由于传感器相对于机器人底盘位置固定，因此传感器位置和航向可通过转换得到机器人实际位置和航向，该转换在机器人运动控制器内完成；机器人上的运动控制器通过将机器人位置和航向信息与工控机下发的机器人运行路径信息比较，得到机器人相对于路径的位置和航向偏差，之后通过该偏差计算机器人左右两侧驱动轮差速，从而使机器人沿预定路线运行；机器人路径信息一般应由路径点定义，每两个路径点之间可形成一条路径，路径点的位置坐标在机器人运行前预先测量并存储于机器人工控机，当机器人运行至路径点后会按照要求执行停靠或转向动作。 
变电站智能巡检机器人的激光导航系统的特点是：由于机器人运行路线通过坐标方式给出，机器人运行路线可灵活更改，机器人底盘高度不受该导航系统约束，通过增加机器人底盘高度可提高机器人越障能力。另外，机器人需要执行停靠或转向操作的路径点一般定义为路径终点，因此机器人在到达路径点并执行相应操作过程中就无需工控机参与，降低了系统各部分耦合程度，从而避免了之前由于工控机和运动控制器间通信延迟对停靠精度的影响。 
本实用新型的有益效果是，激光导航系统模块化程度高，结构简单，而且可利用激光导航不受电磁干扰影响，定位精度可达厘米级等优势提高机器人导航的可靠性和精度。与原有导航系统相比，本系统无需复杂的地面处理工作量，可灵活改变机器人运行路线，机器人底盘高度不受导航系统地约束，并且机器人停靠精度也不受工控机和运动控制器间通信延迟影响，从而避免了原有导航定位方式所面临的问题。 
附图说明
图1是本实用新型实际应用及系统结构示意图； 
图2是导航系统中机器人运动控制软件流程图；
其中：1、激光导航传感器，2、工控机，3、运动控制器，4、反光标志。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明： 
附图1中，给出了本实用新型技术方案的系统连接图，激光导航系统安装于机器人底盘上，其中激光导航传感器1通过RS232接口与运动控制器3连接，运动控制器3同时通过RS232接口与工控机2连接，激光导航传感器1通过激光束检测其周围固定的反光标志4的位置。各部分功能分别为：
激光导航传感器1负责检测预先设定的反光标志4；
运动控制器3负责机器人实际导航控制；
工控机2负责机器人运行路径的存储、导航信息处理及导航定位任务的下发；
反光标志4可以为平面形或圆柱形，固定安装于导航系统运行路径周围，其分布应保证同一时刻导航系统能检测到至少3个反光标志4。
在图2所示实施例中，机器人运动控制软件在运动控制器3中执行，其接收到工控机2下发的指令数据后，首先进行指令判断，当下发导航停止指令，导航控制将停止，若为导航指令，运动控制器3将进一步判断指令数据是否有效，如果无效则向工控机2发送导航系统信息并交由工控机2处理。其次，当确定接收指令数据有效后，运动控制器3通过获取运行路径信息计算得到导航所需运行路径参数，同时通过激光导航传感器1获取传感器位置和航向航数据，如果数据有效，则通过转换得到机器人位置和航向数据；计算机器人位置航向偏差并得到机器人两驱动轮差速控制量从而控制两轮轮速，之后向工控机2发送相关导航系统信息；如果接收激光导航传感器1数据无效，机器人将停止运行，并发送导航系统信息至工控机2处理。最后，导航过程中运动控制器3通过判断是否运行至路径终点以决定继续沿设定路线运行或者接收工控机2下发的新的控制指令。 

Claims (5)

1.变电站智能巡检机器人的激光导航系统，其特征是，它包括激光导航传感器，激光导航传感器与运动控制器连接，运动控制器同时还与工控机连接。
2.如权利要求1所述的变电站智能巡检机器人的激光导航系统，其特征是，所述激光导航传感器还与反光标志相对应。
3.如权利要求2所述的变电站智能巡检机器人的激光导航系统，其特征是，所述反光标志为平面形或圆柱形，固定安装于导航系统运行路径周围，其分布应保证同一时刻导航系统能检测到至少3个反光标志。
4.如权利要求1所述的变电站智能巡检机器人的激光导航系统，其特征是，所述激光导航传感器安装于机器人前部，并使其相对于机器人底盘位置固定。
5.如权利要求1所述的变电站智能巡检机器人的激光导航系统，其特征是，所述激光导航传感器和运动控制器，运动控制器和工控机之间的通信均通过RS232接口完成。
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