專利名稱：變電站智能巡檢機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：
本實用新型涉及一種機器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，尤其是應用于變電站智能巡檢機器人的組合定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，變電站智能巡檢機器人導航采用磁軌跡引導外加RFID標簽定位，定位系統(tǒng)由RFID閱讀器、運動控制器(含電機驅(qū)動器，下同)、工控機組成，其基本的工作流程是由安裝于機器人底盤前部的磁傳感器陣列檢測機器人相對于磁軌跡的偏移，機器人運動控制器按照該偏移量調(diào)整機器人兩側(cè)驅(qū)動輪的差速，從而使機器人沿預先鋪設的磁軌跡運行； 當機器人上的RFID閱讀器檢測到預先埋設的RFID標簽標識的路徑點并上報至機器人工控機后，工控機再下發(fā)指令控制機器人?？俊Ｔ搶Ш蕉ㄎ环绞诫m然簡單可靠，但實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，機器人運行速度大于lm/s時，會出現(xiàn) RFID漏檢的情況，而當機器人速度大于1. 5m/s時，RFID標簽幾乎完全檢測不到；由于RFID 標簽信號的輻射范圍較大，閱讀器讀取信息的位置點不能精確確定，造成機器人重復定位精度較差；以及RFID標簽數(shù)據(jù)需要工控機處理，存在傳輸延時等，這些問題在目前定位方式下較難解決。

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

圖1是本實用新型的RFID標簽和橫磁條埋設方法；圖2是本實用新型技術(shù)方案的系統(tǒng)連接圖；圖3是本實用新型定位控制軟件流程圖；其中1、RFID標簽，2、橫磁條，3、路徑，4、機器人，6、工控機，7、運動控制器，8、
電機編碼器，9、導航磁傳感器組，11、RFID閱讀器、12、定位磁傳感器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明如圖1所示，在機器人4運行路徑3上的轉(zhuǎn)彎等特殊位置預先埋設RFID標簽1， 用來將整個機器人4運行路徑3劃分為多個可知路徑區(qū)域，每一段路徑3用起點和終點的 RFID標簽1標識。在每一段可知的路徑內(nèi)鋪設橫磁條2作為機器人1定位點，每個定位點通過其在該段路徑內(nèi)的物理位置進行標識。每一段路徑3的信息和定位點的信息預先存儲在工控機6中。如圖2所示，工控機6分別通過RS232接口與RFID閱讀器11和運動控制器7連接，電機編碼器8通過RS422總線與運動控制器7連接，導航磁傳感器組9和定位磁傳感器 12通過I/O總線與運動控制器7連接。其中，工控機6負責機器人4運行路徑3的存儲，并向運動控制器7下發(fā)運動命令；運動控制器7控制機器人4運動，同時通過電機編碼器8采集機器人4速度和位置信息，對機器人4當前位置進行推算；RFID閱讀器11讀取RFID標簽 1信息，主動上傳至工控機6以便對路徑3進行標識；導航磁傳感器組9通過檢測行走路徑 3引導機器人運動；定位磁傳感器12檢測定位橫磁條2，用于機器人4停靠時的精確定位。 圖3給出了機器人4 一次運動的控制流程，首先機器人4必須先檢測到一個有效的RFID標簽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上所有定位點的任務信息。然后，在機器人4運動過程中，工控機6不斷通過機器人4相對于路徑起點形式的距離，來推算機器人4在該路徑3中的位置。如果機器人4到達定位點所在的區(qū)域范圍，則獲取該定位點的信息，以確定該定位點是否需要停靠。如果該定位點需要停靠，則向運動控制器7發(fā)送停車命令。當運動控制器7檢測到橫磁條2時，控制機器人4?？俊Ｈ绻摱ㄎ稽c不需要?？?，則查詢下一個定位點所在位置，繼續(xù)進行下一位置的推算，以此類推。正確停車后，機器人4開始執(zhí)行預先設定好的任務，一次運動完成。如果該定位點不是終點，在執(zhí)行完任務后，機器人4繼續(xù)新的運動，并開始新位置的推算。
權(quán)利要求1.變電站智能巡檢機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，工控機與RFID閱讀器和運動控制器雙向連接，運動控制器分別與電機編碼器、導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器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，其特征是，所述導航磁傳感器組包含有至少一個導航磁傳感器組成。
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，所述工控機負責機器人運行路徑的存儲，并向運動控制器下發(fā)運動命令。
4.如權(quán)利要求1所述的變電站智能巡檢機器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，其特征是，所述運動控制器控制機器人運動，同時通過電機編碼器采集機器人速度和位置信息，對機器人當前位置進行推算。
5.如權(quán)利要求1所述的變電站智能巡檢機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標簽信息，主動上傳至工控機以便對路徑進行標識。
6.如權(quán)利要求1所述的變電站智能巡檢機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，用于機器人?？繒r的精確定位。
專利摘要本實用新型公開了變電站智能巡檢機器人多傳感器融合的組合定位系統(tǒng)，它包括工控機，工控機與RFID閱讀器和運動控制器雙向連接，運動控制器分別與電機編碼器和定位磁傳感器連接，機器人最終?？繘Q策由運動控制器完成，運動控制器實時性較高，解決了由于RFID標簽讀取以及工控機轉(zhuǎn)發(fā)造成的系統(tǒng)延時問題；磁條的信號輻射范圍較小，磁傳感器檢測的精度高，避免了傳感器檢測誤差對機器人定位的影響，可以有效地提高機器人的定位精度；通過編碼器推算機器人所在位置，在路徑轉(zhuǎn)換或?？壳斑M行減速，提高了機器人運行的效率和機器人定位的可靠性；減少了RFID標簽的使用數(shù)量，降低了系統(tǒng)的復雜程度和現(xiàn)場的施工難度。
文檔編號G06K7/00GK202058039SQ20112013160
公開日2011年11月30日 申請日期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 申請人:山東電力研究院