一種適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]該發(fā)明涉及一種機(jī)器人的激光導(dǎo)航方法，，特別是涉及一種適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技進(jìn)步和電力體制改革的不斷深入和發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度已有了很大提高，許多變電站實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)功能，但一定程度上都還存在因無人在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)監(jiān)視、巡視而導(dǎo)致的一系列安全隱患。為此，變電站智能巡檢機(jī)器人正逐漸成為少人或無人值班變電站中的重要成員。
[0003]目前，變電站智能巡檢機(jī)器人主要有兩種導(dǎo)航方式，磁軌跡導(dǎo)航和激光導(dǎo)航。磁導(dǎo)航方式雖然具有導(dǎo)航定位重復(fù)精度好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也異常明顯，比如磁軌跡鋪設(shè)時(shí)地面施工復(fù)雜工作量大、機(jī)器人運(yùn)行路線不靈活、機(jī)器人底盤高度受限于磁傳感器檢測(cè)距離等等。激光導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，無需復(fù)雜的地面處理，并且能提供機(jī)器人精確的位置和航向信息；機(jī)器人導(dǎo)航控制都在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)完成，有利于提高機(jī)器人導(dǎo)航控制的響應(yīng)時(shí)間和精度。
[0004]另一方面，隨著機(jī)器人領(lǐng)域的快速發(fā)展和復(fù)雜化，代碼的復(fù)用性和模塊化的需求越來越強(qiáng)烈，而已有的開源機(jī)器人系統(tǒng)又不能很好的適應(yīng)需求。2010年Willow Garage公司發(fā)布了遵從BSD協(xié)議的開源機(jī)器人操作系統(tǒng)R0S(robot operating system)，很快在機(jī)器人研究領(lǐng)域展開了學(xué)習(xí)和使用ROS的熱潮。目前，ROS已經(jīng)逐漸成為機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域中的通用軟件平臺(tái)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)采用的磁軌跡導(dǎo)航采用磁軌跡引導(dǎo)外加RFID標(biāo)簽定位，導(dǎo)航系統(tǒng)由磁傳感器陣列、運(yùn)動(dòng)控制器(含電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，下同)、工控機(jī)以及RFID讀卡器組成;工作流程是:由安裝于機(jī)器人底盤前端的磁傳感器陣列檢測(cè)機(jī)器人相對(duì)于磁軌跡的偏移，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;機(jī)器人上的RFID讀卡器與工控機(jī)連接，當(dāng)RFID讀卡器檢測(cè)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)信息至工控機(jī)后，工控機(jī)再下發(fā)指令控制機(jī)器人?？炕蜣D(zhuǎn)向。
[0006]激光導(dǎo)航方式采用激光導(dǎo)航傳感器定位，導(dǎo)航系統(tǒng)由激光導(dǎo)航傳感器、運(yùn)動(dòng)控制器及工控機(jī)組成。專利號(hào)ZL200420040968.9，名稱為“變配電設(shè)備巡檢機(jī)器人”的專利中提出了一種采用機(jī)器人自動(dòng)巡檢變電站中變配電設(shè)備運(yùn)行狀況的技術(shù)方案。該方案采用GPS全球定位系統(tǒng)和激光測(cè)距傳感器組成導(dǎo)航信息傳遞單元，其動(dòng)態(tài)定位精度最高可達(dá)厘米級(jí)，理論上可以精確地得到變電站內(nèi)任意位置的坐標(biāo)。但在變電站強(qiáng)電磁環(huán)境中，GPS設(shè)備易受變電站內(nèi)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，導(dǎo)致其導(dǎo)航定位精度降低甚至失效，影響機(jī)器人完成巡檢工作質(zhì)量。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn):1、磁軌跡導(dǎo)航導(dǎo)航定位方式雖然具有導(dǎo)航定位重復(fù)精度好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但實(shí)際使用中也面臨一些問題，比如磁軌跡鋪設(shè)時(shí)地面施工復(fù)雜工作量大、機(jī)器人運(yùn)行路線不靈活、機(jī)器人底盤高度受限于磁傳感器檢測(cè)距離、?？烤鹊奶岣呤芟抻诠た貦C(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器之間通信延遲等，這些問題在磁導(dǎo)航方式下較難解決。
[0008]2、結(jié)合GPS的激光導(dǎo)航采用GPS全球定位系統(tǒng)和激光測(cè)距傳感器組成導(dǎo)航信息傳遞單元，但在變電站強(qiáng)電磁環(huán)境中，該導(dǎo)航信息傳遞單元中的GPS設(shè)備易受變電站內(nèi)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，導(dǎo)致其導(dǎo)航定位精度降低甚至失效，影響機(jī)器人完成巡檢工作質(zhì)量。
[0009]3、現(xiàn)有變電站巡檢機(jī)器人多采用預(yù)置位的方式執(zhí)行電力設(shè)備的檢測(cè)任務(wù)，不僅需要事先校正每個(gè)任務(wù)點(diǎn)處各個(gè)電力設(shè)備對(duì)應(yīng)的相機(jī)云臺(tái)參數(shù)，作為預(yù)置位數(shù)據(jù)記錄下來，示教任務(wù)繁重;更要確保機(jī)器人在每個(gè)任務(wù)點(diǎn)的精準(zhǔn)?？浚駝t就無法完成檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)器人導(dǎo)航控制定位精度仍需改進(jìn)的問題，提供一種運(yùn)行可靠、定位精度較高的適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下步驟的適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng):含有以下步驟:步驟1、機(jī)器人配置;步驟2、環(huán)境地圖創(chuàng)建;步驟3、激光導(dǎo)航定位測(cè)試;步驟4、?？奎c(diǎn)任務(wù)執(zhí)行。
[0012]所述步驟I中的機(jī)器人配置主要包括以下步驟:步驟1:機(jī)器人建模;步驟2:傳感器數(shù)據(jù)發(fā)布;步驟3:里程信息計(jì)算;步驟4: tf坐標(biāo)系變換等。
[0013]所述步驟2環(huán)境地圖創(chuàng)建中的hector_mapping包利用激光傳感器感知到的周圍環(huán)境信息繪制環(huán)境地圖，并計(jì)算機(jī)器人當(dāng)前位置信息。
[0014]所述步驟3中激光導(dǎo)航定位測(cè)試中的m0Ve_baSe包利用機(jī)器人位置信息和激光傳感器感知到的實(shí)時(shí)障礙信息在地圖上做路徑規(guī)劃，并將規(guī)劃速度信息發(fā)布給底層的運(yùn)動(dòng)控制器，使機(jī)器人安全到達(dá)指定的目標(biāo)位置。
[0015]所述m0Ve_baSe包主要包括兩個(gè)部分:全局路徑規(guī)劃一根據(jù)給定的目標(biāo)位置進(jìn)行總體路徑的規(guī)劃，計(jì)算出機(jī)器人到目標(biāo)位置的全局路線，利用navfn包實(shí)現(xiàn)；局部路徑規(guī)劃一根據(jù)附近的障礙物進(jìn)行躲避路線規(guī)劃，利用base_local_planner包實(shí)現(xiàn)。
[0016]所述navfn包通過Di jkstra最優(yōu)路徑的算法，在環(huán)境地圖上計(jì)算最小花費(fèi)路徑，作為機(jī)器人的全局路線；所述base_local_planner包通過Trajectory Rollout和DynamicWindow approaches算法搜索到達(dá)目標(biāo)的多條路經(jīng)，利用一些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選取最優(yōu)的路徑，如是否會(huì)撞擊障礙物或所需要的時(shí)間，并且計(jì)算所需要的實(shí)時(shí)速度和角度;其主要思路如下:
(I)機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)采樣(dx，dy,dtheta) ; (2)針對(duì)每個(gè)采樣的速度，計(jì)算機(jī)器人以該速度行駛一段時(shí)間后的狀態(tài)，得出一條行駛的路線；(3)利用一些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為多條路線計(jì)算得分;(4)根據(jù)得分，選擇最優(yōu)路徑;(5)重復(fù)上面過程直至到達(dá)目標(biāo)位置。
[0017]所述步驟4?？奎c(diǎn)任務(wù)執(zhí)行中須事先測(cè)定各個(gè)設(shè)備在三維空間中的坐標(biāo)位置，機(jī)器人?？亢螅詣?dòng)計(jì)算所停位置處對(duì)應(yīng)設(shè)備的云臺(tái)相機(jī)參數(shù)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明提供了一種不受變電站環(huán)境中強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾、運(yùn)行可靠、導(dǎo)航定位精確、易于實(shí)現(xiàn)、開發(fā)成本低廉的激光導(dǎo)航變電站智能巡檢機(jī)器人。充分利用原有的磁導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)，只需提供一個(gè)導(dǎo)航模塊與運(yùn)動(dòng)控制器通信即可，激光導(dǎo)航不受電磁干擾影響，導(dǎo)航定位精度可達(dá)厘米級(jí)甚至毫米級(jí)，設(shè)備集成度高，對(duì)外接口簡(jiǎn)單易用，保證了機(jī)器人可靠高效的完成巡檢工作，可廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠和變電站各種變配電設(shè)備的巡檢。本系統(tǒng)無需復(fù)雜的地面處理工作量，可靈活改變機(jī)器人運(yùn)行路線，機(jī)器人底盤高度不受導(dǎo)航系統(tǒng)地約束，并且機(jī)器人?？烤纫膊皇芄た貦C(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器間通信延遲影響，從而避免了原有導(dǎo)航定位方式所面臨的問題。使用HECTOR快速制圖，十?dāng)?shù)分鐘就能創(chuàng)建一幅原來需要數(shù)十個(gè)小時(shí)才能生成的地圖。摒棄預(yù)置位檢測(cè)方法，提高機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)部署的效率。限定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍，使其能夠在變電站特定道路上運(yùn)行而不虞其會(huì)進(jìn)入非道路區(qū)。限定地圖大小，每次只加載機(jī)器人周邊地圖，提高運(yùn)行速度。本發(fā)明只需一次性測(cè)定各個(gè)電力設(shè)備在三維空間中的坐標(biāo)位置(全站儀)，機(jī)器人到達(dá)停靠點(diǎn)后，自動(dòng)計(jì)算該點(diǎn)處對(duì)應(yīng)設(shè)備的云臺(tái)相機(jī)參數(shù)，該方法精準(zhǔn)可靠，簡(jiǎn)單易行，大大節(jié)省了機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)部署的人力物力及時(shí)間成本。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)機(jī)器人建模中ROS使用的右手準(zhǔn)則示意圖；
圖3是本發(fā)明適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)中車身和車輪的建模尺寸示意圖；
圖4是本發(fā)明適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)中的ROS導(dǎo)航模塊框架示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明適用于變電站智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)作進(jìn)一步說明:如圖1所示，本發(fā)明的硬件系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:激光導(dǎo)航變電站智能巡檢機(jī)器人