本實(shí)用新型屬于機(jī)器人自動導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種適用于換流閥廳的基于磁導(dǎo)和光學(xué)導(dǎo)引的復(fù)合式導(dǎo)航裝置。

背景技術(shù)：

在當(dāng)代，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速，各種機(jī)器人層出不窮。越來越多的機(jī)器人不斷代替人們應(yīng)用到各種環(huán)境復(fù)雜、危險(xiǎn)程度高、勞動強(qiáng)度大的工作領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)自動化高效作業(yè)。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高效自動化作業(yè)，機(jī)器人的導(dǎo)航技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外對導(dǎo)航技術(shù)的研究主要有坐標(biāo)導(dǎo)航技術(shù)、電磁導(dǎo)航技術(shù)、磁帶導(dǎo)航技術(shù)、光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)、激光導(dǎo)航技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)，視覺導(dǎo)航技術(shù)、GPS導(dǎo)航技術(shù)等。其中激光導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航為自由路徑導(dǎo)航方式，電磁感應(yīng)導(dǎo)引、光學(xué)導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引為固定式導(dǎo)航方式。

現(xiàn)階段，在換流閥廳內(nèi)部，特別需要研制一種清洗機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜工廠壁面的清洗工作。該清洗機(jī)器人在換流閥廳內(nèi)沿固定路徑行進(jìn)作業(yè)，其導(dǎo)航方式的設(shè)計(jì)是機(jī)器人能否實(shí)現(xiàn)作業(yè)的關(guān)鍵。市場上最成熟并得到實(shí)際工程應(yīng)用的是磁導(dǎo)航技術(shù)，新松的AGV小車就是其具體應(yīng)用，而視覺導(dǎo)航和激光導(dǎo)航技術(shù)是一種自由路徑導(dǎo)航方式，并且成本很高，尚處于研究階段?？紤]到換流閥廳內(nèi)部的強(qiáng)磁場環(huán)境和實(shí)際工程技術(shù)應(yīng)用，提出了一種適用于換流閥廳的基于磁導(dǎo)和光學(xué)導(dǎo)引的復(fù)合式導(dǎo)航裝置。通過對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計(jì)算，智能選擇導(dǎo)航方式。根據(jù)傳感器采集到的數(shù)值進(jìn)行判斷，當(dāng)光學(xué)特征 值滿足導(dǎo)航要求而磁場強(qiáng)度值不滿足時(shí)，機(jī)器人利用光學(xué)特征進(jìn)行導(dǎo)航；反之，切換到磁導(dǎo)進(jìn)行導(dǎo)航。當(dāng)兩者都滿足導(dǎo)航的要求時(shí)，采用兩者融合的導(dǎo)航方式。該導(dǎo)航方式能夠滿足換流閥廳內(nèi)地面機(jī)器人的導(dǎo)航要求。

因此，本項(xiàng)目提出一種適用于換流閥廳的基于磁導(dǎo)和光學(xué)導(dǎo)引的復(fù)合式導(dǎo)航裝置，通過光學(xué)導(dǎo)航和磁導(dǎo)航的相互切換以及二者相互融合的導(dǎo)航方式，實(shí)現(xiàn)換流閥廳內(nèi)部地面移動機(jī)器人的自動導(dǎo)航。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，導(dǎo)航方式有很多，但并無針對此類換流閥廳內(nèi)部地面移動機(jī)器人的復(fù)合式導(dǎo)航裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)缺乏對換流閥廳內(nèi)復(fù)雜工廠壁面的清洗工作設(shè)備的問題，本實(shí)用新型提供一種適用于換流閥廳的基于磁導(dǎo)和光學(xué)導(dǎo)引的復(fù)合式導(dǎo)航裝置。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

適用于換流閥廳的基于磁導(dǎo)和光學(xué)導(dǎo)引的復(fù)合式導(dǎo)航裝置，其特征在于：包括機(jī)架、設(shè)置在機(jī)架上的光學(xué)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)和磁導(dǎo)引機(jī)構(gòu)、按照預(yù)定路徑鋪設(shè)在地面上的復(fù)合式導(dǎo)引帶，以及用于控制上述機(jī)構(gòu)動作的控制器，所述的機(jī)架上安裝有地面移動小車，所述的地面移動小車在光學(xué)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)和磁導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的相互作用下沿預(yù)定路徑移動；

所述的復(fù)合式導(dǎo)引帶為長條狀，包括第一導(dǎo)引帶、第二導(dǎo)引帶和第三導(dǎo)引帶，所述的第一導(dǎo)引帶和第三導(dǎo)引帶的形狀結(jié)構(gòu)相同，并且對稱布置于所述的第二導(dǎo)引帶兩邊，所述的第一導(dǎo)引帶和第三導(dǎo)引帶 用以光導(dǎo)引，所述的第二導(dǎo)引帶用以磁導(dǎo)引；

所述的光學(xué)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)包括光電傳感器、LED光源以及安裝在機(jī)架上的用于遮擋外界光源的遮光罩，所述的光電傳感器通過光電傳感器安裝支架安裝在所述的遮光罩上面，所述的LED光源安裝在所述的復(fù)合式導(dǎo)引帶正上方位置；所述的光電傳感器將搜集感測到的光強(qiáng)度通過霍爾元件轉(zhuǎn)換為電信號，所述的控制器通過電信號的變化控制車輪的轉(zhuǎn)速；

所述的磁導(dǎo)引機(jī)構(gòu)包括磁導(dǎo)航傳感器，所述的磁導(dǎo)航傳感器通過磁導(dǎo)航傳感器安裝支架安裝在機(jī)架上，所述的磁導(dǎo)航傳感器將感測到的磁感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流信號，所述的控制器通過電流信號的變化控制車輪的轉(zhuǎn)速。

進(jìn)一步，所述的光學(xué)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)和磁導(dǎo)引機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)架的中心線位置處，且前后布置。

進(jìn)一步，所述的光電傳感器包括感測頭，四個(gè)所述的光電傳感器對稱布置于復(fù)合式導(dǎo)引帶上方的兩側(cè)。

進(jìn)一步，所述的第一導(dǎo)引帶和第三導(dǎo)引帶的表面均為橡膠樹脂表面，且具有不規(guī)則結(jié)構(gòu)，表面噴涂黑色。光源將光線射到第一導(dǎo)引帶和第三導(dǎo)引帶后，一部分發(fā)生漫反射，一部分被吸收，少量被反射回來，形成微弱的光強(qiáng)度。

進(jìn)一步，所述的第二導(dǎo)引帶為永磁材料，在其周圍將產(chǎn)生永磁磁場；表面具有規(guī)則結(jié)構(gòu)并噴涂白色。光源將光線射向第二導(dǎo)引帶時(shí)，大部分光線將被反射回來，形成較強(qiáng)的反射光強(qiáng)度。

本實(shí)用新型的工作原理如下：

地面移動小車在行進(jìn)的過程中，當(dāng)車輪發(fā)生偏移預(yù)定路徑時(shí)，兩側(cè)的光電傳感器檢測的光強(qiáng)度信號會發(fā)生顯著變化，兩側(cè)光強(qiáng)度的變化會引起電流的變化，控制器通過電流的變化控制車輪的轉(zhuǎn)速。

第二導(dǎo)引帶產(chǎn)生永磁磁場，磁導(dǎo)航傳感器通過感測磁場強(qiáng)度的變化，判斷小車是否偏離預(yù)定路徑，并且磁導(dǎo)航傳感器把磁感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流信號，控制器通過電流信號的變化控制車輪的轉(zhuǎn)速。

本實(shí)用新型通過對光電傳感器和磁導(dǎo)航傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計(jì)算，智能選擇導(dǎo)航方式。根據(jù)光電傳感器和磁導(dǎo)航傳感器采集到的數(shù)值進(jìn)行判斷，當(dāng)光學(xué)特征值滿足導(dǎo)航要求而磁場強(qiáng)度值不滿足時(shí)，機(jī)器人利用光學(xué)特征進(jìn)行導(dǎo)航；反之，切換到磁導(dǎo)航進(jìn)行導(dǎo)航。當(dāng)兩者都滿足導(dǎo)航的要求時(shí)，采用兩者融合的導(dǎo)航方式。本實(shí)用新型通過磁導(dǎo)航方式和光學(xué)導(dǎo)引導(dǎo)航方式的相互切換以及兩者的信息融合方式導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)對換流閥廳內(nèi)部地面移動機(jī)器人沿預(yù)定路徑的自動導(dǎo)航。

本實(shí)用新型的有益效果主要體現(xiàn)在：

1、通過磁導(dǎo)航方式和光學(xué)導(dǎo)引導(dǎo)航方式的相互切換以及兩者的信息融合方式導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)對換流閥廳內(nèi)部地面移動機(jī)器人沿預(yù)定路徑的自動導(dǎo)航。

2、本裝置采用復(fù)合式導(dǎo)引帶，同時(shí)滿足磁導(dǎo)航和光學(xué)導(dǎo)引對導(dǎo)引帶的要求，通過特殊的表面處理和材料布置保證對光強(qiáng)度信號變化的檢測，提高檢測精度。

3、本實(shí)用新型能夠滿足換流閥廳內(nèi)部地面移動機(jī)器人的導(dǎo)航要求，且與視覺導(dǎo)航、激光導(dǎo)航比較，本實(shí)用新型的成本較低。

附圖說明

圖1是復(fù)合式導(dǎo)航裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是復(fù)合式導(dǎo)航裝置導(dǎo)航原理圖。

圖3是復(fù)合式導(dǎo)航裝置復(fù)合式導(dǎo)引帶結(jié)構(gòu)圖。

圖4是復(fù)合式導(dǎo)航裝置安裝結(jié)構(gòu)總裝圖。

具體實(shí)施方式

參照圖1至圖4，適用于換流閥廳的基于磁導(dǎo)和光學(xué)導(dǎo)引的復(fù)合式導(dǎo)航裝置，包括機(jī)架3、設(shè)置在機(jī)架3上的光學(xué)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)和磁導(dǎo)引機(jī)構(gòu)、按照預(yù)定路徑鋪設(shè)在地面10上的復(fù)合式導(dǎo)引帶1，以及用于控制上述機(jī)構(gòu)動作的控制器8，所述的機(jī)架3上安裝有地面移動小車11，所述的地面移動小車11在光學(xué)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)和磁導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的相互作用下沿預(yù)定路徑移動；

所述的復(fù)合式導(dǎo)引帶1為長條狀，包括第一導(dǎo)引帶101、第二導(dǎo)引帶102和第三導(dǎo)引帶103，所述的第一導(dǎo)引帶101和第三導(dǎo)引帶103的形狀結(jié)構(gòu)相同，并且對稱布置于所述的第二導(dǎo)引帶102兩邊，所述的第一導(dǎo)引帶101和第三導(dǎo)引帶103用以光導(dǎo)引，所述的第二導(dǎo)引帶102用以磁導(dǎo)引；

所述的光學(xué)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)包括光電傳感器6、LED光源7以及安裝在機(jī)架3上的用于遮擋外界光源的遮光罩9，所述的光電傳感器6通過光電傳感器安裝支架5安裝在所述的遮光罩9上面，所述的LED 光源7安裝在所述的復(fù)合式導(dǎo)引帶1正上方位置；所述的光電傳感器6將搜集感測到的光強(qiáng)度通過霍爾元件轉(zhuǎn)換為電信號，所述的控制器8通過電信號的變化控制車輪的轉(zhuǎn)速；

所述的磁導(dǎo)引機(jī)構(gòu)包括磁導(dǎo)航傳感器2，所述的磁導(dǎo)航傳感器2通過磁導(dǎo)航傳感器安裝支架4安裝在機(jī)架上，所述的磁導(dǎo)航傳感器2將感測到的磁感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流信號，所述的控制器8通過電流信號的變化控制車輪的轉(zhuǎn)速。

進(jìn)一步，所述的光學(xué)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)和磁導(dǎo)引機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)架3的中心線位置處，且前后布置。

進(jìn)一步，所述的光電傳感器6包括感測頭，四個(gè)所述的光電傳感器6對稱布置于復(fù)合式導(dǎo)引帶1上方的兩側(cè)。

進(jìn)一步，所述的第一導(dǎo)引帶101和第三導(dǎo)引帶103的表面均為橡膠樹脂表面，且具有不規(guī)則結(jié)構(gòu)，表面噴涂黑色。光源將光線射到第一導(dǎo)引帶和第三導(dǎo)引帶后，一部分發(fā)生漫反射，一部分被吸收，少量被反射回來，形成微弱的光強(qiáng)度。

進(jìn)一步，所述的第二導(dǎo)引帶102為永磁材料，在其周圍將產(chǎn)生永磁磁場；表面具有規(guī)則結(jié)構(gòu)并噴涂白色。光源將光線射向第二導(dǎo)引帶時(shí)，大部分光線將被反射回來，形成較強(qiáng)的反射光強(qiáng)度。

本實(shí)施例的工作原理如下：

地面移動小車11在行進(jìn)的過程中，當(dāng)車輪發(fā)生偏移預(yù)定路徑時(shí)，兩側(cè)的光電傳感器6檢測的光強(qiáng)度信號會發(fā)生顯著變化，兩側(cè)光強(qiáng)度的變化會引起電流的變化，控制器11通過電流的變化控制車輪的轉(zhuǎn) 速。

第二導(dǎo)引帶102產(chǎn)生永磁磁場，磁導(dǎo)航傳感器2通過感測磁場強(qiáng)度的變化，判斷小車是否偏離預(yù)定路徑，并且磁導(dǎo)航傳感器2把磁感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流信號，控制器11通過電流信號的變化控制車輪的轉(zhuǎn)速。

本實(shí)用新型通過對光電傳感器6和磁導(dǎo)航傳感器2采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計(jì)算，智能選擇導(dǎo)航方式。根據(jù)光電傳感器6和磁導(dǎo)航傳感器2采集到的數(shù)值進(jìn)行判斷，當(dāng)光學(xué)特征值滿足導(dǎo)航要求而磁場強(qiáng)度值不滿足時(shí)，機(jī)器人利用光學(xué)特征進(jìn)行導(dǎo)航；反之，切換到磁導(dǎo)航進(jìn)行導(dǎo)航。當(dāng)兩者都滿足導(dǎo)航的要求時(shí)，采用兩者融合的導(dǎo)航方式。本實(shí)用新型通過磁導(dǎo)航方式和光學(xué)導(dǎo)引導(dǎo)航方式的相互切換以及兩者的信息融合方式導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)對換流閥廳內(nèi)部地面移動機(jī)器人沿預(yù)定路徑的自動導(dǎo)航。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。