本發(fā)明涉及巡檢機(jī)器人自主導(dǎo)航系統(tǒng)，尤其涉及巡檢機(jī)器人的一鍵返航控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

巡檢機(jī)器人能夠代替巡檢工，可靠巡檢、自主充電，實(shí)時采集、存儲、傳輸現(xiàn)場的圖像、聲音、溫度、煙霧等數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)的分析，判斷是否存在設(shè)備故障以及故障位置，把巡檢工從惡劣的工作環(huán)境中解脫出來，減輕勞動強(qiáng)度、降低勞動風(fēng)險，避免事故擴(kuò)大化，大大降低生產(chǎn)過程中的非正常停機(jī)時間，且具有終點(diǎn)自動換向、限位停止、定點(diǎn)校正等功能。巡檢機(jī)器人平臺主要由巡檢機(jī)器人本體、控制箱、無線通訊系統(tǒng)、充電裝置和軌道系統(tǒng)組成，適用于城市綜合管廊、電纜管廊、礦山水泵房、變電所、大型膠帶輸送機(jī)巷道移動巡檢。

在變電站強(qiáng)電磁環(huán)境中，變電站巡檢機(jī)器人一般采用路面磁條引導(dǎo)加射頻識別(RFID)標(biāo)簽的方法。變電站巡檢機(jī)器人在跟蹤路面磁條執(zhí)行任務(wù)過程中，偶爾會發(fā)生部件損壞或電池電量過低等意外情況，導(dǎo)致其無法繼續(xù)執(zhí)行巡檢任務(wù)，這時單純依賴變電站工作人員實(shí)施救援，既耗費(fèi)時間，又耗費(fèi)人力。尤其在一些狹窄區(qū)域，難予施救。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種巡檢機(jī)器人的一鍵返航控制方法及系統(tǒng)，本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的巡檢機(jī)器人的一鍵返航控制方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括：

A寫入RFID標(biāo)簽信息；

B記錄測量的RFID標(biāo)簽間的距離；

C給機(jī)器人發(fā)送指令以移動至有效RFID標(biāo)簽；

D發(fā)送返回原點(diǎn)的最佳路徑指令。

優(yōu)選地，所述步驟A中，所述標(biāo)簽信息由用字母‘S’、‘D’、‘L’或‘R’表示的包頭和從000開始排列的數(shù)字共同組成的4個字節(jié)。

優(yōu)選地，將所述‘S’標(biāo)簽固定于各個?？奎c(diǎn)，將‘L’或‘R’標(biāo)簽固定于各個轉(zhuǎn)彎處，將‘D’標(biāo)簽固定于狹窄斷頭路區(qū)域的?？奎c(diǎn)。

優(yōu)選地，所述步驟B中，將所述RFID標(biāo)簽設(shè)于閉環(huán)路徑中，按照所述標(biāo)簽信息的數(shù)字序號將測量的距離值記錄于distance.txt文本文檔中，啟動工控機(jī)，將所述distance.txt文本文檔的距離值讀入到一維數(shù)組distance中；其中將L或R標(biāo)簽至D標(biāo)簽間的距離記為0。

優(yōu)選地，所述步驟C中，向機(jī)器人發(fā)送返航指令后行駛至所述RFID標(biāo)簽，若有‘S’、‘L’或‘R’的有效標(biāo)簽，則讀取簽號i；若是信息包頭為‘D’的無效標(biāo)簽，則執(zhí)行后退運(yùn)動直至有所述有效RFID標(biāo)簽感應(yīng)。

優(yōu)選地，所述步驟D中，接收指令的機(jī)器人根據(jù)當(dāng)前的簽號i，計算distance[0]～distance[i]的累加和Lb同剩余路徑的累加和Lf，并將此兩累加和比較，若Lb>Lf，則向機(jī)器人發(fā)出前進(jìn)指令，否則發(fā)送后退指令，直至運(yùn)動到標(biāo)簽S000處。

一種基于上述方法的巡檢機(jī)器人的一鍵返航控制系統(tǒng)，包括工控機(jī)、運(yùn)動控制器、前端磁感應(yīng)傳感器、后端磁感應(yīng)傳感器、RFID傳感器；其改進(jìn)之處在于，所述工控機(jī)分別與所述前端磁感應(yīng)傳感器、后端磁感應(yīng)傳感器、RFID傳感器和運(yùn)動控制器連接。

優(yōu)選地，所述RFID傳感器設(shè)于機(jī)器人底盤幾何中心處，所述RFID標(biāo)簽設(shè)于機(jī)器人完成任務(wù)的閉環(huán)路徑中。

優(yōu)選地，所述前端磁感應(yīng)傳感器和后端磁感應(yīng)傳感器由16陣列磁感應(yīng)點(diǎn)組成。

優(yōu)選地，所述RFID傳感器采用實(shí)時檢測模式。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明的巡檢機(jī)器人的工控機(jī)接收前端磁感應(yīng)傳感器、后端磁感應(yīng)傳感器和RFID傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，發(fā)送指令至運(yùn)動控制器，接收指令的機(jī)器人感應(yīng)有效標(biāo)簽，確定最短路徑并最終返回原點(diǎn)。本發(fā)明的一鍵返航方法流程簡單，且用時時間極短，保證了機(jī)器人在部件損壞或電池電量偏低等意外情況發(fā)生時快速返回任務(wù)起點(diǎn)，無需依賴變電站工作人員施救，確保巡檢工作的順利進(jìn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一鍵返航控制方法流程圖

圖2為本發(fā)明巡檢路徑示意圖

圖3是本發(fā)明的一鍵返航控制系統(tǒng)示意圖

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明提供的巡檢機(jī)器人的一鍵返航控制方法，使機(jī)器人在執(zhí)行巡檢任務(wù)時發(fā)生部件損壞或電池電量過低等意外情況時能自主返回起點(diǎn)。在一鍵返航命令觸發(fā)后，機(jī)器人可快速計算出最短的返回路徑，最快并以最少的能量消耗返回起點(diǎn)。

如圖1所示，具體步驟為：

(1)寫入RFID標(biāo)簽信息，標(biāo)簽信息由數(shù)據(jù)包頭和數(shù)字共四個字節(jié)組成，比如S001。包頭采用字母‘S’、‘D’、‘L’和‘R’表示，信息包頭為‘S’的標(biāo)簽固定在各個?？奎c(diǎn)，包頭為‘L’和‘R’的標(biāo)簽固定在各個轉(zhuǎn)彎處，而包頭為‘D’的標(biāo)簽則順序固定在狹窄斷頭路區(qū)域的?？奎c(diǎn)處；數(shù)字由三字節(jié)表示，從000(起點(diǎn))開始順序排列。

(2)人工測量各個RFID標(biāo)簽之間的距離信息，按照RFID標(biāo)簽信息的數(shù)字序號將測量的距離值記錄在distance.txt文本文檔中，其中L或R標(biāo)簽到D標(biāo)簽的距離記為0；

啟動工控機(jī)，將distance.txt文本文檔中的距離值讀入到一維數(shù)組distance中。

(3)機(jī)器人在執(zhí)行巡檢任務(wù)過程中接收工作人員一鍵返航指令后，繼續(xù)正常行駛至RFID標(biāo)簽點(diǎn)后停止，若當(dāng)前時刻RFID標(biāo)簽為‘S’、‘L’或‘R’，則停止前行，若當(dāng)前時刻RFID標(biāo)簽為‘D’，則執(zhí)行后退運(yùn)動，直至感應(yīng)到‘L’、‘R’或‘S’標(biāo)簽停止前行，讀取標(biāo)簽號i。

(4)根據(jù)當(dāng)前的RFID標(biāo)簽號i，計算distance[0]～distance[i]的累加和Lb同剩余路徑累加和Lf，二者比較；其中若Lb<Lf，則機(jī)器人執(zhí)行后退運(yùn)動，否則執(zhí)行前進(jìn)運(yùn)動；在前行或后退運(yùn)動過程中忽略其它標(biāo)簽信息，直至運(yùn)動到標(biāo)簽S000處停止，即完成一鍵返航操作。

如圖2所示，建立于坐標(biāo)系上的矩形框為磁條，信息包頭為‘S’的標(biāo)簽固定在各個?？奎c(diǎn)，包頭為‘L’和‘R’的標(biāo)簽固定在各個轉(zhuǎn)彎處，而包頭為‘D’的標(biāo)簽則順序固定在狹窄斷頭路區(qū)域的?？奎c(diǎn)處；數(shù)字由三字節(jié)表示，S000代表起點(diǎn)。

若機(jī)器人接收一鍵返航指令后行駛至D005處，則執(zhí)行后退運(yùn)動移動至L004，判斷distance[0]～distance[4]的距離小于剩余路徑距離，則沿前者運(yùn)動直至原點(diǎn)。

如圖3所示，巡檢機(jī)器人的一鍵返航控制系統(tǒng)，包括工控機(jī)、運(yùn)動控制器、前端磁感應(yīng)傳感器、后端磁感應(yīng)傳感器、RFID傳感器、RFID標(biāo)簽；工控機(jī)接收前端磁感應(yīng)傳感器、后端磁感應(yīng)傳感器、RFID傳感器的信息，解算出運(yùn)動控制量并發(fā)送給運(yùn)動控制器。

RFID傳感器安裝于機(jī)器人底盤幾何中心處，RFID標(biāo)簽設(shè)于機(jī)器人可完成任務(wù)的閉環(huán)路徑中，采用實(shí)時檢測模式。前端磁感應(yīng)傳感器和后端磁感應(yīng)傳感器由16陣列磁感應(yīng)點(diǎn)組成。

機(jī)器人根據(jù)磁條運(yùn)動時，工控機(jī)上運(yùn)行自主導(dǎo)航系統(tǒng)，采集磁傳感器數(shù)據(jù)，按照下式計算機(jī)器人橫擺角速度w和行駛速度v：

$w=\frac{l-r}{n}{w}_{max}$

v＝const

其中，l和r分別是磁感應(yīng)傳感器左右感應(yīng)到磁條的磁感應(yīng)點(diǎn)數(shù)目總和，n為磁感應(yīng)點(diǎn)數(shù)目總和，w_max為機(jī)器人的最大橫擺角速度，const為常值。

工控機(jī)將機(jī)器人橫擺角速度和行駛速度運(yùn)動控制量發(fā)送給運(yùn)動控制器，驅(qū)動機(jī)器人沿著磁軌跡移動；依據(jù)當(dāng)前時刻及上一時刻接收到的數(shù)據(jù)包頭信息切換跟蹤控制模式，設(shè)定前進(jìn)模式、后退模式、左轉(zhuǎn)模式及右轉(zhuǎn)模式。在后退模式控制過程中，控制量解算器采集后端磁傳感器數(shù)據(jù)計算機(jī)器人運(yùn)動控制量，而在其它模式采集前端磁傳感器數(shù)據(jù)計算運(yùn)動控制量。針對變電站巡檢環(huán)境，設(shè)計了前進(jìn)模式、后退模式、左轉(zhuǎn)模式及右轉(zhuǎn)模式進(jìn)行切換，在每個模式中采用控制量解算器實(shí)時計算機(jī)器人調(diào)整姿態(tài)的運(yùn)動控制量，并下發(fā)給運(yùn)動控制器，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在?？奎c(diǎn)的精確控制，避免了其原地轉(zhuǎn)向運(yùn)動，有效降低能量消耗，提高機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。