本實(shí)用新型涉及一種電力巡檢機(jī)器人用二維激光雷達(dá)標(biāo)定裝置。

背景技術(shù)：

變電站巡檢機(jī)器人是一種全自主運(yùn)行的地面移動機(jī)器人，其可攜帶可見光攝像機(jī)、紅外熱像儀、拾音器等傳感器對電力設(shè)備進(jìn)行自動巡檢，有效降低人工巡檢的勞動強(qiáng)度，保障變電站設(shè)備安全運(yùn)行。

目前，基于激光雷達(dá)的無軌定位導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)在巡檢機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用，該技術(shù)一般利用二維激光雷達(dá)探測機(jī)器人周邊障礙物相對于其探測中心點(diǎn)的距離和方位信息，并利用該信息構(gòu)建機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境電子地圖；之后通過將當(dāng)前激光雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)與電子地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，從而得到機(jī)器人的絕對位置和方向。另外，在機(jī)器人運(yùn)行過程中，還可通過分析激光雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)得到機(jī)器人運(yùn)行前方障礙物信息，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對障礙物的避讓。

在上述過程中，激光雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)精度直接影響到后續(xù)機(jī)器人定位導(dǎo)航效果，然而激光雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)則受到其傳感器本體系統(tǒng)誤差及工作環(huán)境中非系統(tǒng)誤差的影響，導(dǎo)致其輸出的測距值與真實(shí)距離存在偏差。雖然已有文獻(xiàn)對激光傳感器性能進(jìn)行研究并給出了傳感器參數(shù)的標(biāo)定方法和裝置，但這些標(biāo)定工作大都需要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行，得到的標(biāo)定參數(shù)實(shí)際應(yīng)用時不一定使激光測距精度達(dá)到最佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決上述問題，提出了一種電力巡檢機(jī)器人用二維激光雷達(dá)標(biāo)定裝置，本實(shí)用新型可以在機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)對激光雷達(dá)測距參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，減少標(biāo)定結(jié)果誤差。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種電力巡檢機(jī)器人用二維激光雷達(dá)標(biāo)定裝置，包括具有行走機(jī)構(gòu)的移動平臺，所述移動平臺上設(shè)置有待標(biāo)定的激光雷達(dá)，所述激光雷達(dá)的上端設(shè)置有電控旋轉(zhuǎn)裝置，所述電控旋轉(zhuǎn)裝置上端設(shè)置有激光測距儀，使激光測距儀的測距參考點(diǎn)位于電控旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動中心，數(shù)據(jù)采集控制裝置接收激光雷達(dá)和激光測距儀的測量結(jié)果，并控制電控旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)動角度。

優(yōu)選的，所述移動平臺上設(shè)置有供電裝置和接線裝置，供電裝置通過接線裝置與激光光源連接。

所述激光雷達(dá)為二維激光雷達(dá)，其以固定角度間隔探測平面扇形區(qū)域內(nèi)障礙物相對于其探測中心的距離信息。

所述激光測距儀隨電控旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)，輸出電控旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的距離數(shù)據(jù)。

所述電控旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動中心與激光雷達(dá)中心對齊，并保證電控旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)時激光測距儀測距平面與激光雷達(dá)掃描平面平行。

所述數(shù)據(jù)采集控制裝置內(nèi)包含一個PID控制器，依據(jù)激光測距儀輸出的測距數(shù)據(jù)控制電控旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)，直到相鄰的測距數(shù)據(jù)差值小于設(shè)定閾值，之后采集激光測距儀對激光雷達(dá)進(jìn)行標(biāo)定。

本實(shí)用新型的有益效果為：

構(gòu)建了新型激光雷達(dá)標(biāo)定裝置，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，非常適合在機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境現(xiàn)場進(jìn)行，從而使所得到的標(biāo)定參數(shù)更好的匹配機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境中障礙物表面特性，為基于激光雷達(dá)的變電站巡檢機(jī)器人無軌定位導(dǎo)航提供更為精確的數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明標(biāo)定裝置組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的涉及電控旋轉(zhuǎn)裝置控制流程圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

一種電力巡檢機(jī)器人用二維激光雷達(dá)標(biāo)定系統(tǒng)，如圖1所示，包括待標(biāo)定激光雷達(dá)、移動平臺、輔助測距裝置和數(shù)據(jù)采集控制裝置。

所述待標(biāo)定激光雷達(dá)為二維激光雷達(dá)，其可以固定角度間隔探測平面扇形區(qū)域內(nèi)障礙物相對于其探測中心的距離信息；

所述移動平臺上固定安裝待標(biāo)定激光雷達(dá)、輔助測距裝置和數(shù)據(jù)采集控制裝置；

所述輔助測距裝置包含了一個高精度一維激光測距儀及電控旋轉(zhuǎn)裝置，激光測距儀固定于電控旋轉(zhuǎn)裝置上，并保證其測距參考點(diǎn)位于電控旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動中心，同時測距儀可隨電控旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)，從而得到電控旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的測距數(shù)據(jù)；

所述電控旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動中心還與待標(biāo)定激光雷達(dá)中心對齊，并保證其旋轉(zhuǎn)時一維激光測距儀測距平面與激光雷達(dá)掃描平面平行；

所述數(shù)據(jù)采集控制裝置分別連接激光雷達(dá)、高精度一維激光測距儀及電控旋轉(zhuǎn)裝置，其負(fù)責(zé)采集激光雷達(dá)、高精度一維激光測距儀數(shù)據(jù)，并控制電控旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)。

本標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法可以利用多種方法。

現(xiàn)舉例說明下。激光雷達(dá)標(biāo)定具體步驟為：

(1)在機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境中選擇標(biāo)定用障礙物，保證障礙物具有與地面垂直的平整表面且周邊地面平坦；

(2)在障礙物周邊區(qū)域的固定點(diǎn)上調(diào)整移動平臺位置和方向，使激光雷達(dá)探測到所選障礙物表面；

(3)保持移動平臺靜止，數(shù)據(jù)采集控制裝置采集m組激光雷達(dá)測距數(shù)據(jù)rⁱ，其中i＝1,2,…,m，之后在每組數(shù)據(jù)中截取對應(yīng)到障礙物相同探測方向上的各n個數(shù)據(jù)，并求取每個探測方向上測距數(shù)據(jù)的均值如下式所示：

(4)在上述n個測距數(shù)據(jù)均值中選擇最小值(k為該最小值的索引)作為激光雷達(dá)探測中心與所選障礙物表面垂直距離的傳感器內(nèi)部測量值R，即：

(5)數(shù)據(jù)采集控制裝置采集高精度一維激光測距儀測距數(shù)據(jù)，并依據(jù)相鄰兩次采集數(shù)據(jù)差值控制電控旋轉(zhuǎn)裝置，以得到測距數(shù)據(jù)的最小值L，作為激光雷達(dá)探測中心與所選障礙物表面垂直距離的傳感器內(nèi)外部測量值，其控制流程(如圖2所示)如下：

(5-1)控制電控旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)，使高精度一維激光測距儀測距軸線與被測障礙物表面基本垂直，采集此時測距數(shù)據(jù)；

(5-2)控制電控旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)一定角度，再次采集測距數(shù)據(jù)，將前后兩次采集距離數(shù)據(jù)相減，得到的差值輸入數(shù)據(jù)采集控制裝置內(nèi)的PID控制器，之后連續(xù)采集測距數(shù)據(jù)并計(jì)算差值，并由PID控制器控制電控機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)；

(5-3)當(dāng)相鄰兩次測距數(shù)據(jù)差值小于設(shè)定閾值時，電控旋轉(zhuǎn)裝置停止旋轉(zhuǎn)。

(6)將移動平臺放置到所選標(biāo)定用障礙物周邊區(qū)域內(nèi)新的固定點(diǎn)上，再依次執(zhí)行步驟(2)至步驟(6)，經(jīng)過N次后，形成N組激光雷達(dá)探測中心與所選障礙物表面垂直距離的傳感器內(nèi)外部測量值對：

＜R₁,L₁＞,＜R₂,L₂＞,…,＜R_N,L_N＞

(7)利用文獻(xiàn)“移動機(jī)器人導(dǎo)航中激光雷達(dá)測距性能研究，傳感技術(shù)學(xué)報，第19卷，第2期，2006.4，356-360頁”所述方法建立L和R的線性關(guān)系，如下式所示：

L＝a*R+b

采用線性最小二乘方法即可求得激光雷達(dá)測距數(shù)據(jù)的標(biāo)定參數(shù)a和b，如下式所示：

其中：

求得光雷達(dá)測距數(shù)據(jù)的標(biāo)定參數(shù)后，后續(xù)激光雷達(dá)測距輸出數(shù)據(jù)r經(jīng)標(biāo)定參數(shù)校正后所得校正值為：

上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。