CN104133476A - 巡检机器人自适应路径跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巡检机器人自适应路径跟踪方法，包括步骤：在工作场所铺设用于导航机器人行走的多个磁导轨，所述多个磁导轨构成机器人的多个实际运行路径，在所述运行路径的监测点位置和相邻所述运行路径之间位置设置磁条；根据所述工作场所的实际运行路径建立对应的机器人运行路径的电子地图；根据所述电子地图设置机器人运行的原点与停靠点，计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度，生成巡检任务单；下发所述巡检任务单到机器人，机器人根据所述巡检任务单在实际运行路径上运行。本发明方法可直观确定机器人当前运行路径，可靠跟踪机器人运行路径。

Description

巡检机器人自适应路径跟踪方法

技术领域

本发明涉及巡检机器人领域，尤其涉及巡检机器人自适应路径跟踪方法。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，巡检机器人在工业、农业、医疗、军事以及社会服务业等领域得到广泛运用，特别是以巡检机器人为载体，搭载红外热成像仪、可见光摄像头等设备完成与故障监测、设备监控等相关的工作任务，具有广阔的应用前景和实用价值。

在移动机器人相关技术研究中，移动机器人路径跟踪必须具有高可靠性，并且适应强磁、强辐射、高寒、高压等特殊环境。电磁感应巡线是目前用于巡检机器人最可靠的导航方案。电磁感应巡检是利用设置在机器人上的电磁感应传感器不断感应铺设在巡检路径上的磁条，以保证机器人始终行驶在既定的巡检路径上，磁条是永磁铁，不受环境光线、温度、湿度、天气条件、场地路面的影响。

但是现有技术中，机器人自动运行，运行过程中操作人员并不能快直观的确定机器人的当前巡检路段，例如机器人运行过程可能存在偏离运行路径的情况，操作人员不容易及时发现，运行路径跟踪可靠性差。

发明内容

    本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种巡检机器人自适应路径跟踪方法，该方法可直观确定机器人当前运行路径，跟踪机器人运行路径，可靠性高。

   为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种巡检机器人自适应路径跟踪方法，包括如下步骤：

A：在工作场所铺设用于导航机器人行走的多个磁导轨，所述多个磁导轨构成机器人的多个实际运行路径，在所述运行路径的监测点位置和相邻所述运行路径之间位置设置磁条；B：根据所述工作场所的实际运行路径建立对应的机器人运行路径的电子地图： C：根据所述电子地图设置机器人运行的原点与停靠点，计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度，生成巡检任务单；D：下发所述巡检任务单到机器人，机器人根据所述巡检任务单在实际运行路径上运行。

上述方法中，当机器人在实际运行路径上运行时，若检测到磁条的磁场信号时则停止运行，此时判断当前停靠点是否为监测点，若是则采集监测点信息，若否则继续运行。

上述方法中，所述步骤C具体为：在所述电子地图上设置机器人运行的原点与停靠点，所述运行路径上的磁条位置即为停靠点，然后根据电子地图上所述原点坐标和每一个停靠点坐标计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度；其中，所述原点与第一停靠点之间的路段构成第一运行路径；第一停靠点与除第一停靠点之外的所有停靠点中，相邻两个停靠点之间的路段构成一个运行路径。        

进一步的，所述根据电子地图上所述原点坐标和每一个停靠点坐标计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度，具体为： 

在电子地图上设置原点                                                ，原点即为机器人开始巡检的起点，然后选取第一个停靠点和第二停靠点，确定第一运行路径和第二运行路径；

1）如果原点与第一停靠点的坐标相同，此时判断第二停靠点与第一停靠点的坐标：

当坐标相同时，此时可以判断两段运行路径呈直线，继续判断，如果，则机器人直行，否则机器人转弯180°掉头；

当坐标不相同时，如果，则机器人左转90°，否则右转90°；

2) 如果原点与第一停靠点的坐标相同，此时判断第二停靠点点与第一停靠点的坐标：

当坐标相同时，此时可以判断两段运行路径呈直线，继续判断，如果，则机器人直行，否则机器人转弯180°掉头；

当坐标不相同时，机器人需要转弯：如果，机器人左转90°，否则右转90°；

之后的每个运行路径上选取当前运行路径上的两停靠点坐标和以及下一运行路径上的第三停靠点，采用与上述步骤1）、2）的相同方法，判断相邻两个运行路径之间的转弯角度，其中i为大于2的正整数。

优选的，所述巡检任务单包括每段运行路径的路径号、相邻运行路劲间的转弯角度、路径属性以及是否为监测点信息。

优选的，该方法还包括显示步骤，实时显示机器人当前运行状态。

优选的，所述磁条与磁导轨垂直且呈“十”字形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用巡检任务单，配合电子地图的使用，能够快速、直观的确定机器人的当前巡检路段，电子地图根据实际运行路径建立，根据电子地图生成对应的巡检任务单，再通过巡检任务单控制机器人运行，方便运行人员进行巡检模式的设置和监测设备的校核，机器人根据巡检任务单运行，路径跟踪可靠性高，提供了机器人运行的重要安全保障。

2、本发明提供了高可靠性的路径跟踪方法，利用磁条定位，行走定位精度高，误差小于2mm，抗电磁干扰能力强。

3、机器人每一次的巡检路径可设置建立，保证路径最优，设备监测效率高，巡检方式灵活。

4、本发明机器人追踪路径采用电子地图显示，能直观的显示机器人当前跟踪路段以及工作状态，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的巡检机器人自适应路径跟踪方法流程图；

图2为本发明的巡检机器人自适应路径跟踪方法中电子地图的示意图；

图3为本发明的巡检机器人自适应路径跟踪方法中电子地图的另一示意图；

图4为本发明的巡检机器人自适应路径跟踪方法中的巡检任务单示意图；

图5为本发明的巡检机器人自适应路径跟踪方法中的后台界面显示当前路段示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明为了直观地确定机器人当前运行路径，可靠跟踪机器人运行位置，提出了一种巡检机器人自适应路径跟踪方法，下面结合附图具体说明。

请参考图1，本发明方法首先在工作场所铺设用于导航机器人行走的多个磁导轨，所述多个磁导轨构成机器人的多个实际运行路径（或称巡检路段，下同），在所述运行路径的监测点位置和相邻所述运行路径之间位置设置磁条。

具体的，在变电站预埋5cm宽、1mm厚的磁条构成导航机器人行走的磁导轨，预埋路径覆盖变电站需要检测的所有设备。在磁导轨构成的运行路径上的监测点位置（即需检测设备处）和转弯位置（即两个磁导轨相接处）铺设磁条。当机器人上设置的磁传感器检测到磁条的磁场信号时，磁传感器的每一个采样点都会有一路信号输出，若采样点个数大于某一预设值，则控制使巡检机器人停止运行。当机器人在实际运行路径上运行时，若检测到磁条的磁场信号时则停止运行，此时判断当前停靠点是否为监测点，若是则采集监测点信息，若否则继续运行。在一个优选方案中，磁条与磁导轨垂直且呈“十”字型，（磁条位置即停靠点，下同）。机器人在磁导轨上导航行走是依靠设置在机器人上的磁传感器检测磁导轨信号控制使机器人运行在磁导轨中间位置来实现导航行走，定位停止是通过检测与磁导轨垂直的横向磁条的信号实现，两者垂直并呈“十”字形，能确保机器人底盘安装的磁传感器全部被磁条覆盖，此时若检测点数大于预设值，则控制实现定位停止，定位可靠性高。其中磁导轨与机器人底盘上安装的磁传感器之间的垂直距离为25-40mm，这个距离范围可以保证有效的磁场检测，提高机器人运行可靠性。

B：根据所述工作场所的实际运行路径建立对应的机器人运行路径的电子地图。

具体的，根据前述步骤中预埋的磁导轨构成的实际运行路径在后台计算机上建立变电站工作场所实际运行路径对应的电子地图。每相邻两个停止点之间为一条巡检路段，没有绘制精度要求，只需要绘制相对方位的巡检路径和相同数量的停止位即可。例如利用绘图软件绘制640*480像素的24位位图，然后利用VC++ 6.0对电子地图进行编辑,确定界面内x轴正方向为水平向右，y轴正方向为垂直向下，实现电子地图的建立。

C：根据所述电子地图设置机器人运行的原点与停靠点，计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度，生成巡检任务单。

具体的，在所述电子地图上设置机器人运行的原点与停靠点，所述运行路径上的磁条位置即为停靠点，然后根据电子地图上所述原点坐标和每一个停靠点坐标计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度；其中，所述原点与第一停靠点之间的路段构成第一运行路径；第一停靠点与除第一停靠点之外的所有停靠点中，相邻两个停靠点之间的路段构成一个运行路径。        所述根据电子地图上所述原点坐标和每一个停靠点坐标计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度，具体为：在电子地图上设置原点，原点即为机器人开始巡检的起点，然后选取第一个停靠点和第二停靠点，确定第一运行路径和第二运行路径；

1）如果原点与第一停靠点的坐标相同，此时判断第二停靠点与第一停靠点的坐标：

当坐标相同时，此时可以判断两段运行路径呈直线，继续判断，如果，则机器人直行，否则机器人转弯180°掉头；

当坐标不相同时，如果，则机器人左转90°，否则右转90°；

2) 如果原点与第一停靠点的坐标相同，此时判断第二停靠点点与第一停靠点的坐标：

当坐标相同时，此时可以判断两段运行路径呈直线，继续判断，如果，则机器人直行，否则机器人转弯180°掉头；

当坐标不相同时，机器人需要转弯：如果，机器人左转90°，否则右转90°；

之后的每个运行路径上选取当前运行路径上的两停靠点坐标和以及下一运行路径上的第三停靠点，采用与上述步骤1）、2）的相同方法，判断相邻两个运行路径之间的转弯角度，其中i为大于2的正整数。

下面结合图2和图3更进一步说明步骤C。图2是建立的变电站工作场所的电子地图，图中每一个十字型交叉点都为一个停靠点。停靠点包含所有的监测位置。机器人从充电房出发，即以充电房为原点，开始路径跟踪。当机器人巡检到图3所示方向为从A点到B点的第8条巡检路段上，此时A点与B点的坐标相等(由于选择停靠点有坐标误差，因此设定绝对值小于10的坐标或者坐标在判断转弯时为相等坐标)。

1)若下一段巡检路段是BC段，C点的坐标与B点的坐标不相等，并且，满足右转90°判断条件，机器人会在停靠点B停止并开始右转90°，转弯完成以后开始第9段(BC段)路径跟踪；

2)若下一段巡检路径是BD段，D点的坐标与B点的坐标不相等，并且，满足左转90°判断条件，机器人会在停靠点B停止并开始左转90°，转弯完成以后开始BD段路径跟踪；

3)若下一段巡检路段是BE段，E点的坐标与B点的坐标相等，并且，满足直行条件，机器人会经过停靠点B后，继续前进开始BE段路径跟踪。

4)若下一段巡检路段是BA段，A点的坐标与B点的坐标相等，并且，满足掉头条件，机器人会经过停止点B后开始掉头，掉头完成以后继续BA段路径跟踪。

图4是按照图3的路径跟踪方法制作的AB段—BC段—CB段—BD段—DB段—BE段的巡检任务单,其依次的路径号为8、9、10、11、12和13。机器人按照巡检任务单，顺序执行，完成路径跟踪。

D：下发所述巡检任务单到机器人，机器人根据所述巡检任务单在实际运行路径上运行。

具体的，本发明中的机器人上设有工控机，机器人的底盘设有磁传感器，磁传感器用于当机器人在所述磁导轨上方行走时检测输出所述磁导轨和磁条的磁场信号；工控机用于接收所述磁传感器输出的所述磁场信号，根据所述磁场信号和巡检任务单控制机器人的行走状态从而导航并定位机器人运行。所述巡检任务单包括每段运行路径的路径号、相邻运行路劲间的转弯角度、路径属性以及是否为监测点信息。在一个优选方案中，本发明方法还包括显示步骤，通过后台计算机实时显示机器人当前运行状态。所述后台计算机与机器人上的工控机无线通信，具体可以为现有任何无线通信方式，如红外、GPRS、3G等等。所述巡检任务单通过后台计算机发送到机器人的工控机，工控机与机器人的电机驱动器电性连接，通过控制所述电机驱动器从而控制机器人的行走状态。

图5是在后台计算机界面实时显示机器人在巡检路段BC段上时的示意图，机器人按照箭头所指的方向前进，同时显示出判断转弯的三个停靠点，并且即将到达的停靠点C会闪烁，以便直观显示。

本发明的优点如下：1、采用巡检任务单，配合电子地图的使用，能够快速、直观的确定机器人的当前巡检路段，电子地图根据实际运行路径建立，根据电子地图生成对应的巡检任务单，再通过巡检任务单控制机器人运行，方便运行人员进行巡检模式的设置和监测设备的校核，机器人根据巡检任务单运行，路径跟踪可靠性高，提供了机器人运行的重要安全保障。2、本发明提供了高可靠性的路径跟踪方法，利用磁条定位，行走定位精度高，误差小于2mm，抗电磁干扰能力强。3、机器人每一次的巡检路径可设置建立，保证路径最优，设备监测效率高，巡检方式灵活。4、本发明机器人追踪路径采用电子地图显示，能直观的显示机器人当前跟踪路段以及工作状态，可靠性高。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (7)

1.一种巡检机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：

A：在工作场所铺设用于导航机器人行走的多个磁导轨，所述多个磁导轨构成机器人的多个实际运行路径，在所述运行路径的监测点位置和相邻所述运行路径之间位置设置磁条；

B：根据所述工作场所的实际运行路径建立对应的机器人运行路径的电子地图： 

C：根据所述电子地图设置机器人运行的原点与停靠点，计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度，生成巡检任务单；

D：下发所述巡检任务单到机器人，机器人根据所述巡检任务单在实际运行路径上运行。

2.根据权利要求1所述的巡检机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于，当机器人在实际运行路径上运行时，若检测到磁条的磁场信号时则停止运行，此时判断当前停靠点是否为监测点，若是则采集监测点信息，若否则继续运行。

3.根据权利要求1或2所述的巡检机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于，所述步骤C具体为：在所述电子地图上设置机器人运行的原点与停靠点，所述运行路径上的磁条位置即为停靠点，然后根据电子地图上所述原点坐标和每一个停靠点坐标计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度；其中，所述原点与第一停靠点之间的路段构成第一运行路径；第一停靠点与除第一停靠点之外的所有停靠点中，相邻两个停靠点之间的路段构成一个运行路径。

4.根据权利要求3所述的巡检机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于，所述根据电子地图上所述原点坐标和每一个停靠点坐标计算当前巡检运行路径到下一条巡检运行路径的转弯角度，具体为： 

在电子地图上设置原点                                               ，原点即为机器人开始巡检的起点，然后选取第一个停靠点和第二停靠点，确定第一运行路径和第二运行路径；

1）如果原点与第一停靠点的坐标相同，此时判断第二停靠点与第一停靠点的坐标：

当坐标相同时，此时可以判断两段运行路径呈直线，继续判断，如果，则机器人直行，否则机器人转弯180°掉头；

当坐标不相同时，如果，则机器人左转90°，否则右转90°；

2) 如果原点与第一停靠点的坐标相同，此时判断第二停靠点点与第一停靠点的坐标：

当坐标相同时，此时可以判断两段运行路径呈直线，继续判断，如果，则机器人直行，否则机器人转弯180°掉头；

当坐标不相同时，机器人需要转弯：如果，机器人左转90°，否则右转90°；

之后的每个运行路径上选取当前运行路径上的两停靠点坐标和以及下一运行路径上的第三停靠点，采用上述步骤1）、2）的相同方法，判断相邻两个运行路径之间的转弯角度，其中i为大于2的正整数。

5.根据权利要求4所述的巡检机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于，所述巡检任务单包括每段运行路径的路径号、相邻运行路径间的转弯角度、路径属性以及是否为监测点信息。

6.根据权利要求4所述的巡检机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于，该方法还包括显示步骤，实时显示机器人当前运行状态。

7.根据权利要求4所述的巡检机器人自适应路径跟踪方法，其特征在于，所述磁条与磁导轨垂直且呈“十”字形。