變電站智能巡檢機器人的激光導航系統技術方案

本實用新型專利技術公開了變電站智能巡檢機器人的激光導航系統，它包括激光導航傳感器，激光導航傳感器與運動控制器連接，運動控制器同時還與工控機連接。所述激光導航傳感器還與反光標志相對應。所述反光標志為平面形或圓柱形，固定安裝于導航系統運行路徑周圍。本實用新型專利技術結構簡單，而且可利用激光導航不受電磁干擾影響，定位精度可達厘米級等優勢提高機器人導航的可靠性和精度。與原有導航系統相比，本系統無需復雜的地面處理工作量，可靈活改變機器人運行路線，機器人底盤高度不受導航系統地約束，并且機器人?？烤纫膊皇芄た貦C和運動控制器間通信延遲影響，從而避免了原有導航定位方式所面臨的問題。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種激光導航系統，尤其是應用于變電站智能巡檢機器人的激光導航系統。
技術介紹
目前，變電站智能巡檢機器人導航采用磁軌跡引導外加RFID標簽定位，導航系統由磁傳感器陣列、運動控制器(含電機驅動器，下同)、工控機以及RFID讀卡器組成，其基本的工作流程是由安裝于機器人底盤前部的磁傳感器陣列檢測機器人相對于磁軌跡的偏移，運動控制器按照該偏移量調整機器人兩側驅動輪的差速，從而使機器人沿預先鋪設的磁軌跡運行；機器人上的RFID讀卡器與工控機連接，當RFID讀卡器檢測到預先埋設的 RFID標簽標識的路徑點并上報信息至工控機后，工控機再下發指令控制機器人?？炕蜣D向。該導航定位方式雖然具有導航定位重復精度好、抗干擾能力強等特點，但實際使用中也面臨一些問題，比如磁軌跡鋪設時地面施工復雜工作量大、機器人運行路線不靈活、機器人底盤高度受限于磁傳感器檢測距離、停靠精度的提高受限于工控機與運動控制器之間通信延遲等，這些問題在目前導航方式下較難解決。
技術實現思路
為了克服變電站智能巡檢機器人所用導航方式的不足，本技術提供了一種激光導航系統，該系統導航機器人運行時，無需復雜的地面處理，并且能提供機器人精確的位置和航向信息；機器人導航控制都在機器人運動控制器內完成，有利于提高機器人導航控制的響應時間和精度。本技術解決其技術問題所采用的技術方案是變電站智能巡檢機器人的激光導航系統，它包括激光導航傳感器，激光導航傳感器與運動控制器連接，運動控制器同時還與工控機連接。所述激光導航傳感器還與反光標志相對應。所述反光標志為平面形或圓柱形，固定安裝于導航系統運行路徑周圍，其分布應保證同一時刻導航系統能檢測到至少3個反光標志。所述激光導航傳感器安裝于機器人前部，并使其相對于機器人底盤位置固定。所述激光導航傳感器和運動控制器，運動控制器和工控機之間的通信均通過 RS232接口完成。在使用本技術時，預先在機器人運行路徑附近設定位置固定的反光標志，之后在平面全局坐標系下測量標志位置數據并輸入導航系統；導航系統所用激光導航傳感器安裝于機器人前部，并使其相對于機器人底盤位置固定；激光導航傳感器、運動控制器和工控機之間的通信均通過RS232接口完成。當機器人導航運行時，導航系統利用激光導航傳感器檢測環境中的反光標志，至少檢測到3個反光標志就可計算得到與反光標志同一全局坐標系下傳感器所處位置的位置和航向；由于傳感器相對于機器人底盤位置固定，因此傳感器位置和航向可通過轉換得到機器人實際位置和航向，該轉換在機器人運動控制器內完成；機器人上的運動控制器通過將機器人位置和航向信息與工控機下發的機器人運行路徑信息比較，得到機器人相對于路徑的位置和航向偏差，之后通過該偏差計算機器人左右兩側驅動輪差速，從而使機器人沿預定路線運行；機器人路徑信息一般應由路徑點定義，每兩個路徑點之間可形成一條路徑，路徑點的位置坐標在機器人運行前預先測量并存儲于機器人工控機，當機器人運行至路徑點后會按照要求執行?？炕蜣D向動作。變電站智能巡檢機器人的激光導航系統的特點是由于機器人運行路線通過坐標方式給出，機器人運行路線可靈活更改，機器人底盤高度不受該導航系統約束，通過增加機器人底盤高度可提高機器人越障能力。另外，機器人需要執行?？炕蜣D向操作的路徑點一般定義為路徑終點，因此機器人在到達路徑點并執行相應操作過程中就無需工控機參與， 降低了系統各部分耦合程度，從而避免了之前由于工控機和運動控制器間通信延遲對?？烤鹊挠绊?。本技術的有益效果是，激光導航系統模塊化程度高，結構簡單，而且可利用激光導航不受電磁干擾影響，定位精度可達厘米級等優勢提高機器人導航的可靠性和精度。 與原有導航系統相比，本系統無需復雜的地面處理工作量，可靈活改變機器人運行路線，機器人底盤高度不受導航系統地約束，并且機器人?？烤纫膊皇芄た貦C和運動控制器間通信延遲影響，從而避免了原有導航定位方式所面臨的問題。附圖說明圖1是本技術實際應用及系統結構示意圖；圖2是導航系統中機器人運動控制軟件流程圖；其中1、激光導航傳感器，2、工控機，3、運動控制器，4、反光標志。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本技術作進一步說明附圖1中，給出了本技術技術方案的系統連接圖，激光導航系統安裝于機器人底盤上，其中激光導航傳感器1通過RS232接口與運動控制器3連接，運動控制器3同時通過RS232接口與工控機2連接，激光導航傳感器1通過激光束檢測其周圍固定的反光標志4的位置。各部分功能分別為激光導航傳感器1負責檢測預先設定的反光標志4 ；運動控制器3負責機器人實際導航控制；工控機2負責機器人運行路徑的存儲、導航信息處理及導航定位任務的下發；反光標志4可以為平面形或圓柱形，固定安裝于導航系統運行路徑周圍，其分布應保證同一時刻導航系統能檢測到至少3個反光標志4。在圖2所示實施例中，機器人運動控制軟件在運動控制器3中執行，其接收到工控機2下發的指令數據后，首先進行指令判斷，當下發導航停止指令，導航控制將停止，若為導航指令，運動控制器3將進一步判斷指令數據是否有效，如果無效則向工控機2發送導航系統信息并交由工控機2處理。其次，當確定接收指令數據有效后，運動控制器3通過獲取運行路徑信息計算得到導航所需運行路徑參數，同時通過激光導航傳感器1獲取傳感器位置和航向航數據，如果數據有效，則通過轉換得到機器人位置和航向數據；計算機器人位置航向偏差并得到機器人兩驅動輪差速控制量從而控制兩輪輪速，之后向工控機2發送相關導航系統信息；如果接收激光導航傳感器1數據無效，機器人將停止運行，并發送導航系統信息至工控機2處理。最后，導航過程中運動控制器3通過判斷是否運行至路徑終點以決定繼續沿設定路線運行或者接收工控機2下發的新的控制指令。權利要求1.變電站智能巡檢機器人的激光導航系統，其特征是，它包括激光導航傳感器，激光導航傳感器與運動控制器連接，運動控制器同時還與工控機連接。2.如權利要求1所述的變電站智能巡檢機器人的激光導航系統，其特征是，所述激光導航傳感器還與反光標志相對應。3.如權利要求2所述的變電站智能巡檢機器人的激光導航系統，其特征是，所述反光標志為平面形或圓柱形，固定安裝于導航系統運行路徑周圍，其分布應保證同一時刻導航系統能檢測到至少3個反光標志。4.如權利要求1所述的變電站智能巡檢機器人的激光導航系統，其特征是，所述激光導航傳感器安裝于機器人前部，并使其相對于機器人底盤位置固定。5.如權利要求1所述的變電站智能巡檢機器人的激光導航系統，其特征是，所述激光導航傳感器和運動控制器，運動控制器和工控機之間的通信均通過RS232接口完成。專利摘要本技術公開了變電站智能巡檢機器人的激光導航系統，它包括激光導航傳感器，激光導航傳感器與運動控制器連接，運動控制器同時還與工控機連接。所述激光導航傳感器還與反光標志相對應。所述反光標志為平面形或圓柱形，固定安裝于導航系統運行路徑周圍。本技術結構簡單，而且可利用激光導航不受電磁干擾影響，定位精度可達厘米級等優勢提高機器人導航的可靠性和精度。與原有導航系統相比，本系統無需復雜的地面處理工作量，可靈活改變機器人運行路線，機器人底盤高度不受導航系統地約束，并且機器人?？烤纫膊皇芄た貦C和運動本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．變電站智能巡檢機器人的激光導航系統，其特征是，它包括激光導航傳感器，激光導航傳感器與運動控制器連接，運動控制器同時還與工控機連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖鵬，欒貽青，曹濤，王海鵬，孫大慶，楊墨，王飛，王永，
申請(專利權)人：山東電力研究院，
類型：實用新型
國別省市：88