一種基于激光導航的變電站巡檢機器人自主充電方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于激光導航的變電站巡檢機器人自主充電方法，包括以下步驟：1）修建巡檢機器人充電房；2）充電時，巡檢機器人倒退進入充電房，掃描機器人正前方和兩側的墻壁信息；3）利用機器人的定位來發布運動控制信息；4）擬合直線；5）選取符合要求的四條直線；6）計算角點A、B的坐標，得到機器人的位姿信息；7）根據位姿信息，調整機器人的角度；8）判斷機器人與充電樁的距離；9）達到預定距離后，機器人直接向后倒退進入充電樁，機器人開始充電；10）充電完成后，機器人向前移動退出充電樁，結束充電。本發明可以實現無軌的自主充電，不需要鋪設軌道，既能夠節省施工成本與時間，充電房的位置設計又十分靈活。
【專利說明】
一種基于激光導航的變電站巡檢機器人自主充電方法
技術領域
[0001]本發明涉及變電站巡檢機器人的導航定位技術，特別涉及一種基于激光導航的變電站巡檢機器人自主充電方法。【背景技術】
[0002]目前，變電站巡檢機器人自主充電技術是根據導航定位技術而設計的，現有的導航定位技術多采用有軌式導航定位，即巡檢機器人通過識別自身所在的軌道位置信息，從而得知自身的位置，然后由導航定位系統發布運動命令，使得機器人沿著提前鋪設好軌道， 到達指定的作業位置。
[0003]但是，采用有軌式巡檢機器人導航定位技術需要提前鋪設好軌道，這帶來了大量的基礎設施建設工作，而且軌道鋪設好以后，巡檢機器人的行走路線固定不靈活，不能夠根據管理人員的需要進行變動。而基于激光導航技術的巡檢機器人在工作時將不再依賴軌道進行定位，既能夠節省軌道鋪設的成本以及工作量，又使巡檢工作變得十分靈活，可根據巡檢需要進行路線調整。因此，現有的自主充電技術不適用于無軌式導航的變電站巡檢機器人。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了解決巡檢機器人在無軌式導航定位中的自主充電問題，提供一種基于激光導航的變電站巡檢機器人自主充電方法。
[0005]為此，本發明的技術方案是:一種基于激光導航的變電站巡檢機器人自主充電方法，在至少具有運動控制系統、慣性導航系統、激光掃描傳感器的機器人上使用；其特征在于:包括以下步驟:1)在變電站內修建巡檢機器人充電房，并將充電房的尺寸數據、充電粧在充電房中的位置錄入巡檢機器人的工控機中；2)充電時，巡檢機器人從室外倒退進入充電房，并利用激光掃描傳感器掃描機器人正前方和兩側的墻壁信息；3)機器人搭載的工控機利用機器人的定位來發布運動控制信息;所述機器人的定位是計算機器人與前方兩個墻角一一角點A和角點B的相對位置，來確定自身的位置;步驟2)中激光掃描傳感器掃描后得到一組含有深度信息的點集，對點集進行擬合，擬合四條直線L1、 L2、I^L4;4)所述直線的擬合采用最小二乘法，輸入一組數據點，得到一個擬合的直線方程;將每次掃描到的數據點分割成若干組，每一組擬合出一條直線，再從擬合出的所有直線中，選取符合要求的四條直線L1、L2、L3和L4;5)若直線L1和L2、L3和L4分別存在交點a、b，且其夾角的銳角大于90-E1，同時a、b的距離在區間[W-E2，W+E2]內，則交點a、b即為角點A、B;其中E1是設置的夾角誤差閾值，W是充電房的寬度，E2是設置的距離誤差閾值；6)計算角點A、B的坐標，得到兩個坐標后，根據機器人與它們的相對距離與方向信息， 得到機器人自身的位姿信息；7)根據機器人的位姿信息，調整機器人的角度，使機器人兩側與墻壁保持平行；8)判斷機器人與充電粧的距離，如果沒有達到預定距離，機器人緩慢向后移動;并在移動過程中，不斷調整機器人的位姿，保證機器人兩側與墻壁保持平行；9)達到預定距離后，機器人將停止位姿調整，直接向后倒退進入充電粧，機器人開始充電；10)充電完成后，機器人向前移動到預定距離，自動退出充電粧，結束充電。
[0006]進一步地，所述巡檢機器人上設有充電槽，充電槽末端設有減震彈簧;所述充電粧上的充電頭與機器人上的充電槽相匹配，充電頭末端也設有減震彈簧。
[0007]本發明利用巡檢機器人上搭載的激光掃描傳感器，對充電環境進行掃描，然后通過掃描到的環境信息，實現對自身的定位，機器人再根據記錄的充電粧的位置信息做出相應的運動，從而實現自主充電。本發明可以實現無軌的自主充電，不需要鋪設軌道，既能夠節省施工成本與時間，充電房的位置設計又十分靈活。【附圖說明】
[0008]以下結合附圖和本發明的實施方式來作進一步詳細說明圖1為本發明的工作示意圖；圖2為本發明的流程框圖；圖3為本發明巡檢機器人上充電槽的結構示意圖；圖4為本發明充電粧上充電頭的結構示意圖。
[0009]圖中標記為:充電房1、自動卷簾門11、機器人2、充電槽21、第一彈簧22、充電粧3、 充電頭31、第二彈簧32。【具體實施方式】
[0010]參見附圖。本實施例所述的巡檢機器人自主充電方法，在至少具有運動控制系統、 慣性導航系統、激光掃描傳感器的機器人上使用；首先需要在變電站內修建巡檢機器人充電房1，并將充電房1的尺寸數據、充電粧3在充電房1中的位置錄入巡檢機器人2的工控機中；充電房1裝有自動卷簾門11;在巡檢機器人2需要充電時，首先回到充電房1正前方，尾部朝向屋內，充電房1自動打開卷簾門11，然后機器人2直線倒退一定距離，使得機器人2進入充電房1前半部分，充電房關門；同時機器人2利用激光掃描傳感器掃描機器人正前方和兩側的墻壁信息；機器人搭載的工控機利用機器人的定位結果來發布運動控制信息;定位的具體方法是計算機器人與前方兩個墻角一一角點A和角點B的相對位置，來確定自身的位置。機器人前方搭載有激光掃描傳感器，它能夠掃描前方180°的環境信息，其傳回的數據是一個有深度信息的點集，為了找到角點A和B，采用的方法是對點集進行擬合，擬合出四條直線L1、L2、 L3、L4;如果L1和L2、L3和L4分別存在交點a、b，且其夾角的銳角大于90-E1，同時a、b的距離在區間[W-E2，W+E2]，則認為交點a、b即為我們要尋找的角點A、B。其中E1是設置的夾角誤差閾值，W是充電房寬度，E2是設置的距離誤差閾值，這些值事先設定。
[0011]所述直線的擬合采用最小二乘法，輸入一組數據點，得到一個擬合的直線方程;將每次掃描到的數據點分割成若干組，每一組擬合出一條直線，再從擬合出的所有直線中，選取符合要求的四條直線L1、L2、L3和L4;計算其交點a、b，也就是角點A、B的坐標，得到兩個坐標后，可以根據機器人與它們的相對距離與方向信息，得到機器人自身的位姿信息。
[0012]得到機器人的位姿之后，我們首先調整機器人的角度，使機器人兩側與墻壁保持平行，然后判斷機器人與充電粧的距離，如果沒有達到預定距離，機器人緩慢向后移動。
[0013]由于機器人的運動是存在誤差的，當我們發布命令讓機器人運動到某個位置，機器人的實際運動存在角度和距離上的誤差，可能運動到目標位置附近。所以，我們需要在機器人運動過程中，不斷調整機器人的位姿。
[0014]當機器人移動到距離充電粧20cm后，將停止位姿調整，直接向后倒退20cm進入充電粧，機器人開始充電。充電完成后，機器人向前移動20cm，自動退出充電粧，結束充電。
[0015]如圖3所示，機器人2尾部的充電槽21末端具有兩個第一彈簧22可以用來緩沖減震，而且使充電槽21能夠進行一定角度的偏轉。如圖4所示，充電粧3上充電頭31末端同樣具有兩個第二彈簧32可以用來緩沖減震。
【主權項】
1.一種基于激光導航的變電站巡檢機器人自主充電方法，在至少具有運動控制系統、 慣性導航系統、激光掃描傳感器的機器人上使用;其特征在于:包括以下步驟:1)在變電站內修建巡檢機器人充電房，并將充電房的尺寸數據、充電粧在充電房中的 位置錄入巡檢機器人的工控機中；2)充電時，巡檢機器人從室外倒退進入充電房，并利用激光掃描傳感器掃描機器人正 前方和兩側的墻壁信息；3)機器人搭載的工控機利用機器人的定位來發布運動控制信息;所述機器人的定位是 計算機器人與前方兩個墻角一一角點A和角點B的相對位置，來確定自身的位置;步驟2)中 激光掃描傳感器掃描后得到一組含有深度信息的點集，對點集進行擬合，擬合四條直線L1、 L2、I^L4;4)所述直線的擬合采用最小二乘法，輸入一組數據點，得到一個擬合的直線方程;將每 次掃描到的數據點分割成若干組，每一組擬合出一條直線，再從擬合出的所有直線中，選取 符合要求的四條直線L1、L2、L3和L4;5)若直線L1和L2、L3和L4分別存在交點a、b，且其夾角的銳角大于90-E1，同時a、b的距 離在區間[W-E2，W+E2]內，則交點a、b即為角點A、B;其中E1是設置的夾角誤差閾值，W是充電 房的寬度，E2是設置的距離誤差閾值；6)計算角點A、B的坐標，得到兩個坐標后，根據機器人與它們的相對距離與方向信息， 得到機器人自身的位姿信息；7 )根據機器人的位姿信息，調整機器人的角度，使機器人兩側與墻壁保持平行；8)判斷機器人與充電粧的距離，如果沒有達到預定距離，機器人緩慢向后移動;并在移 動過程中，不斷調整機器人的位姿，保證機器人兩側與墻壁保持平行；9)達到預定距離后，機器人將停止位姿調整，直接向后倒退進入充電粧，機器人開始充 電；10)充電完成后，機器人向前移動到預定距離，自動退出充電粧，結束充電。2.如權利要求1所述的一種基于激光導航的變電站巡檢機器人自主充電方法，其特征 在于:所述巡檢機器人上設有充電槽，充電槽末端設有減震彈簧;所述充電粧上的充電頭與 機器人上的充電槽相匹配，充電頭末端也設有減震彈簧。
【文檔編號】G05D1/02GK106020188SQ201610324865
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】賈帆, 陳如申, 黎勇躍
【申請人】杭州申昊科技股份有限公司