專利名稱：變電站智能巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，尤其是應(yīng)用于變電站智能巡檢機(jī)器人的組合定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，變電站智能巡檢機(jī)器人導(dǎo)航采用磁軌跡引導(dǎo)外加RFID標(biāo)簽定位，定位系統(tǒng)由RFID閱讀器、運(yùn)動(dòng)控制器(含電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，下同)、工控機(jī)組成，其基本的工作流程是由安裝于機(jī)器人底盤前部的磁傳感器陣列檢測機(jī)器人相對(duì)于磁軌跡的偏移，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器按照該偏移量調(diào)整機(jī)器人兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的差速，從而使機(jī)器人沿預(yù)先鋪設(shè)的磁軌跡運(yùn)行； 當(dāng)機(jī)器人上的RFID閱讀器檢測到預(yù)先埋設(shè)的RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)的路徑點(diǎn)并上報(bào)至機(jī)器人工控機(jī)后，工控機(jī)再下發(fā)指令控制機(jī)器人?？?。該導(dǎo)航定位方式雖然簡單可靠，但實(shí)際使用中也面臨一些問題，比如由于RFID數(shù)據(jù)處理周期較長，機(jī)器人運(yùn)行速度大于lm/s時(shí)，會(huì)出現(xiàn) RFID漏檢的情況，而當(dāng)機(jī)器人速度大于1. 5m/s時(shí)，RFID標(biāo)簽幾乎完全檢測不到；由于RFID 標(biāo)簽信號(hào)的輻射范圍較大，閱讀器讀取信息的位置點(diǎn)不能精確確定，造成機(jī)器人重復(fù)定位精度較差；以及RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)需要工控機(jī)處理，存在傳輸延時(shí)等，這些問題在目前定位方式下較難解決。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服變電站智能巡檢機(jī)器人所用定位方式的不足，本實(shí)用新型提供了一種基于RFID閱讀器、磁傳感器和編碼器推算的組合定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)機(jī)器人定位直接由運(yùn)動(dòng)控制器檢測磁傳感器信號(hào)進(jìn)行決策，可以有效的提高機(jī)器人的定位精度。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是變電站智能巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，它包括工控機(jī)，工控機(jī)與 RFID閱讀器和運(yùn)動(dòng)控制器雙向連接，運(yùn)動(dòng)控制器分別與電機(jī)編碼器、導(dǎo)航磁傳感器組和定位磁傳感器連接。述導(dǎo)航磁傳感器組包含有至少一個(gè)導(dǎo)航磁傳感器組成。所述工控機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)器人運(yùn)行路徑的存儲(chǔ)，并向運(yùn)動(dòng)控制器下發(fā)運(yùn)動(dòng)命令。所述運(yùn)動(dòng)控制器控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過電機(jī)編碼器采集機(jī)器人速度和位置信息，對(duì)機(jī)器人當(dāng)前位置進(jìn)行推算。所述RFID閱讀器讀取RFID標(biāo)簽信息，主動(dòng)上傳至工控機(jī)以便對(duì)路徑進(jìn)行標(biāo)識(shí)。所述定位磁傳感器檢測定位橫磁條，用于機(jī)器人停靠時(shí)的精確定位。本實(shí)用新型的工作原理如下在機(jī)器人運(yùn)行路徑上的轉(zhuǎn)彎等特殊位置預(yù)先埋設(shè)RFID標(biāo)簽，用來將整個(gè)機(jī)器人運(yùn)行路徑劃分為多個(gè)可知路徑區(qū)域，每一段路徑用起點(diǎn)和終點(diǎn)的RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)。在每一段可知的路徑內(nèi)鋪設(shè)橫磁條作為機(jī)器人定位點(diǎn)，每個(gè)定位點(diǎn)通過其在該段路徑內(nèi)的物理位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)。每一段路徑的信息和定位點(diǎn)的信息預(yù)先存儲(chǔ)在工控機(jī)中。RFID閱讀器、運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)均通過RS232進(jìn)行通訊，磁傳感器通過I/O信號(hào)與運(yùn)動(dòng)控制器連接，編碼器信號(hào)通過RS422總線與運(yùn)動(dòng)控制器連接，因而運(yùn)動(dòng)控制器可以通過電機(jī)編碼器推算機(jī)器人的速度和行駛距離。RFID閱讀器用于讀取標(biāo)簽信息，并且將RFID標(biāo)簽的編碼發(fā)送給工控機(jī)， 工控機(jī)通過該編碼可以獲取到當(dāng)前的路徑信息。運(yùn)動(dòng)控制器通過電機(jī)編碼器推算機(jī)器人的速度和行駛的距離，并且將速度和位置信息發(fā)送給工控機(jī)，工控機(jī)可以通過機(jī)器人在一段路徑中行駛的距離來推算當(dāng)前所處的位置，以及推算到下一個(gè)定位點(diǎn)的距離。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器可以采集定位磁傳感器，當(dāng)接收到停車命令并且檢測到橫磁條時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器控制機(jī)器人停車。工控機(jī)通過RFID閱讀器標(biāo)簽信息判斷機(jī)器人當(dāng)前所處的路徑，通過運(yùn)動(dòng)控制器獲取的行駛距離信息判斷機(jī)器人在當(dāng)前路徑中所處的位置，以確定在該位置區(qū)域內(nèi)的定位點(diǎn)是否需要停靠。對(duì)于需要停靠的定位點(diǎn)，工控機(jī)向運(yùn)動(dòng)控制器下發(fā)停車命令，當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器檢測到橫磁條信號(hào)時(shí)控制機(jī)器人自動(dòng)停車；對(duì)于不需要?？康亩ㄎ稽c(diǎn)，則不需要發(fā)送停車命令，機(jī)器人直接越過該定位點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行下一個(gè)位置的推算。為了有效避免由于機(jī)器人運(yùn)行速度過快而漏檢RFID標(biāo)簽的情況，在推算機(jī)器人位置接近路徑轉(zhuǎn)換點(diǎn)之前，工控機(jī)向運(yùn)動(dòng)控制器下發(fā)減速命令，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行減速。本實(shí)用新型與已有技術(shù)比較，其特點(diǎn)和有益效果有機(jī)器人最終停靠決策由運(yùn)動(dòng)控制器完成，運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)時(shí)性較高，解決了由于RFID標(biāo)簽讀取以及工控機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)造成的系統(tǒng)延時(shí)問題；磁條的信號(hào)輻射范圍較小，磁傳感器檢測的精度高，避免了傳感器檢測誤差對(duì)機(jī)器人定位的影響，可以有效地提高機(jī)器人的定位精度；通過編碼器推算機(jī)器人所在位置， 在路徑轉(zhuǎn)換或?？壳斑M(jìn)行減速，提高了機(jī)器人運(yùn)行的效率和機(jī)器人定位的可靠性；減少了 RFID標(biāo)簽的使用數(shù)量，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和現(xiàn)場的施工難度。

圖1是本實(shí)用新型的RFID標(biāo)簽和橫磁條埋設(shè)方法；圖2是本實(shí)用新型技術(shù)方案的系統(tǒng)連接圖；圖3是本實(shí)用新型定位控制軟件流程圖；其中1、RFID標(biāo)簽，2、橫磁條，3、路徑，4、機(jī)器人，6、工控機(jī)，7、運(yùn)動(dòng)控制器，8、
電機(jī)編碼器，9、導(dǎo)航磁傳感器組，11、RFID閱讀器、12、定位磁傳感器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明如圖1所示，在機(jī)器人4運(yùn)行路徑3上的轉(zhuǎn)彎等特殊位置預(yù)先埋設(shè)RFID標(biāo)簽1， 用來將整個(gè)機(jī)器人4運(yùn)行路徑3劃分為多個(gè)可知路徑區(qū)域，每一段路徑3用起點(diǎn)和終點(diǎn)的 RFID標(biāo)簽1標(biāo)識(shí)。在每一段可知的路徑內(nèi)鋪設(shè)橫磁條2作為機(jī)器人1定位點(diǎn)，每個(gè)定位點(diǎn)通過其在該段路徑內(nèi)的物理位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)。每一段路徑3的信息和定位點(diǎn)的信息預(yù)先存儲(chǔ)在工控機(jī)6中。如圖2所示，工控機(jī)6分別通過RS232接口與RFID閱讀器11和運(yùn)動(dòng)控制器7連接，電機(jī)編碼器8通過RS422總線與運(yùn)動(dòng)控制器7連接，導(dǎo)航磁傳感器組9和定位磁傳感器 12通過I/O總線與運(yùn)動(dòng)控制器7連接。其中，工控機(jī)6負(fù)責(zé)機(jī)器人4運(yùn)行路徑3的存儲(chǔ)，并向運(yùn)動(dòng)控制器7下發(fā)運(yùn)動(dòng)命令；運(yùn)動(dòng)控制器7控制機(jī)器人4運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過電機(jī)編碼器8采集機(jī)器人4速度和位置信息，對(duì)機(jī)器人4當(dāng)前位置進(jìn)行推算；RFID閱讀器11讀取RFID標(biāo)簽 1信息，主動(dòng)上傳至工控機(jī)6以便對(duì)路徑3進(jìn)行標(biāo)識(shí)；導(dǎo)航磁傳感器組9通過檢測行走路徑 3引導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；定位磁傳感器12檢測定位橫磁條2，用于機(jī)器人4?？繒r(shí)的精確定位。 圖3給出了機(jī)器人4 一次運(yùn)動(dòng)的控制流程，首先機(jī)器人4必須先檢測到一個(gè)有效的RFID標(biāo)簽1，以獲知本身所處的路徑3，然后獲取該路徑3的信息和該路徑3上所有定位點(diǎn)的任務(wù)信息。然后，在機(jī)器人4運(yùn)動(dòng)過程中，工控機(jī)6不斷通過機(jī)器人4相對(duì)于路徑起點(diǎn)形式的距離，來推算機(jī)器人4在該路徑3中的位置。如果機(jī)器人4到達(dá)定位點(diǎn)所在的區(qū)域范圍，則獲取該定位點(diǎn)的信息，以確定該定位點(diǎn)是否需要?？?。如果該定位點(diǎn)需要?？浚瑒t向運(yùn)動(dòng)控制器7發(fā)送停車命令。當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器7檢測到橫磁條2時(shí)，控制機(jī)器人4?？?。如果該定位點(diǎn)不需要停靠，則查詢下一個(gè)定位點(diǎn)所在位置，繼續(xù)進(jìn)行下一位置的推算，以此類推。正確停車后，機(jī)器人4開始執(zhí)行預(yù)先設(shè)定好的任務(wù)，一次運(yùn)動(dòng)完成。如果該定位點(diǎn)不是終點(diǎn)，在執(zhí)行完任務(wù)后，機(jī)器人4繼續(xù)新的運(yùn)動(dòng)，并開始新位置的推算。
權(quán)利要求1.變電站智能巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，其特征是，它包括工控機(jī)，工控機(jī)與RFID閱讀器和運(yùn)動(dòng)控制器雙向連接，運(yùn)動(dòng)控制器分別與電機(jī)編碼器、導(dǎo)航磁傳感器組和定位磁傳感器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的變電站智能巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，其特征是，所述導(dǎo)航磁傳感器組包含有至少一個(gè)導(dǎo)航磁傳感器組成。
3.如權(quán)利要求1所述的變電站智能巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，其特征是，所述工控機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)器人運(yùn)行路徑的存儲(chǔ)，并向運(yùn)動(dòng)控制器下發(fā)運(yùn)動(dòng)命令。
4.如權(quán)利要求1所述的變電站智能巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，其特征是，所述運(yùn)動(dòng)控制器控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過電機(jī)編碼器采集機(jī)器人速度和位置信息，對(duì)機(jī)器人當(dāng)前位置進(jìn)行推算。
5.如權(quán)利要求1所述的變電站智能巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，其特征是，所述RFID閱讀器讀取RFID標(biāo)簽信息，主動(dòng)上傳至工控機(jī)以便對(duì)路徑進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的變電站智能巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，其特征是，所述定位磁傳感器檢測定位橫磁條，用于機(jī)器人?？繒r(shí)的精確定位。
專利摘要本實(shí)用新型公開了變電站智能巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，它包括工控機(jī)，工控機(jī)與RFID閱讀器和運(yùn)動(dòng)控制器雙向連接，運(yùn)動(dòng)控制器分別與電機(jī)編碼器和定位磁傳感器連接，機(jī)器人最終?？繘Q策由運(yùn)動(dòng)控制器完成，運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)時(shí)性較高，解決了由于RFID標(biāo)簽讀取以及工控機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)造成的系統(tǒng)延時(shí)問題；磁條的信號(hào)輻射范圍較小，磁傳感器檢測的精度高，避免了傳感器檢測誤差對(duì)機(jī)器人定位的影響，可以有效地提高機(jī)器人的定位精度；通過編碼器推算機(jī)器人所在位置，在路徑轉(zhuǎn)換或?？壳斑M(jìn)行減速，提高了機(jī)器人運(yùn)行的效率和機(jī)器人定位的可靠性；減少了RFID標(biāo)簽的使用數(shù)量，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和現(xiàn)場的施工難度。
文檔編號(hào)G06K7/00GK202058039SQ20112013160
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月23日
發(fā)明者孫大慶, 曹濤, 欒貽青, 肖鵬 申請(qǐng)人:山東電力研究院