CN205655844U - 一种基于ros的机器人里程计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及变电站巡检机器人技术，特别是一种基于ROS的机器人里程计。本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种基于ROS的机器人里程计。在前轮差速转向方式运行的机器人底盘上，设置了电动旋转台，电动旋转台上设置电子罗盘及激光测距仪，用于测量机器人的运行方向及与外界物体的距离，在车轮上设置了光电编码器，用于测量机器人的运行速度。里程计控制器依据光电编码器获取的运行速度及电子罗盘获取的运行方向数据，按机器人主机的导航基础数据到达预定停靠点时，里程计控制器根据激光测距仪测量的距离值，通过三角定位算法得到机器人的精确定位。

Description

一种基于ROS的机器人里程计

技术领域

本实用新型涉及变电站巡检机器人技术，特别是一种基于ROS的机器人里程计。

背景技术

随着社会的发展，经济的繁荣，计算机自动化技术得到越来越广泛的应用。在变电站中，传统的巡检工作由人工完成，将机器人技术运用到变电站的日常巡检工作中，能够克服人工巡检工作量大，巡检可靠性不高，数据准确性不高，巡检数据记录困难等缺点。在自动巡检过程中，当巡检机器人到达预先设定的检测点时，停靠并控制摄像机云台转动，将摄像机对准被测目标设备，同时采集并存储目标的高清视频图像和红外热成像图像，随后计算机根据这些图像数据，对设备故障进行智能判断，能够自动检测设备的工作温度，对设备过热故障能够及时报警，提高了变电站巡检工作的可靠性，能够实现变电站无人值守。

但是，变电站巡检的路径复杂，巡检距离也比较长，而机器人自主行走，需要进行精确的导航，才能在预先设定的检测点停靠。常用的双轮驱动差速转向的巡检机器人，其导航基础数据来自里程计，里程计通过安装在左右车轮上的光电编码器来检测车轮移动的距离，从而计算出机器人的运行速度，根据左右车轮的速度差来计算运行方向。基于光电编码器的里程计距离测量相对精度很高，但是其主要缺点是会产生误差累积问题，且机器人运行距离越长，误差累积越严重。另外，当机器人转弯时，车轮会产生滑动，机器人运行方向的计算也将产生较大误差，因此，设计一种测量精度高、可消除误差累积的机器人里程计就成为一个必须解决的重要问题。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种基于ROS的机器人里程计。在前轮差速转向方式运行的机器人底盘上，设置了电动旋转台，电动旋转台上设置电子罗盘及激光测距仪，用于测量机器人的运行方向及与外界物体的距离，在车轮上设置了光电编码器，用于测量机器人的运行速度。里程计控制器依据光电编码器获取的运行速度及电子罗盘获取的运行方向数据，按机器人主机的导航基础数据到达预定停靠点时，里程计控制器根据激光测距仪测量的距离值，通过三角定位算法得到机器人的精确定位，测量精度高。并可消除误差累积的机器人里程计。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

一种基于ROS机器人里程计包括用于检测车轮移动的运行速度的速度测量装置、用于检测机器人运行方向的设置于电动旋转台上的电子罗盘、用于测量机器人与外界物体距离的设置于电动旋转台上的激光测距仪、用于放置激光测距仪及电子罗盘的电动旋转台、里程计控制器；速度测量装置分别安装在机器人底盘两个前轮上；机器人底盘上设置有电动旋转台与里程计控制器；速度测量装置、电动旋转台、电子罗盘、激光测距仪都分别与里程计控制器连接；里程计控制器用于机器人精确定位。

所述速度测量装置是安装于机器人底盘前轮上的左、右光电编码器。

所述机器人底盘采用双轮差速驱动方式，机器人底盘两个前轮为驱动轮、机器人底盘两个后轮为万向轮。

所述里程计控制器，采用ARM嵌入式***设计，里程计控制器芯片型号为瑞芯微RK3066。里程计控制器运行基于Linux操作***的ROS机器人操作***，自身成为一个ROS节点。

所述电动旋转台通过螺栓固定安装在机器人底盘正前方，电动旋转台通过自身旋转带动控制电动旋转台上的电子罗盘及激光测距仪的测量方向；型号为：K101DC60，行程360°，台面尺寸直径60mm，驱动结构为涡轮蜗杆结构，最大速度50°/sec，分辨率0.001°，重复定位精度0.005°，绝对定位精度0.01°。

所述电子罗盘型号为：HEC345，电子罗盘通过RS232接口与里程计控制器连接。

所述激光测距仪型号为迈测Y3-20-232，里程200米，精度±2mm，分辨率1mm，波长635nm，数据接口RS232。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

里程计控制器依据光电编码器获取的运行速度及电子罗盘获取的运行方向数据，按机器人主机的导航基础数据到达预定停靠点时，里程计控制器根据激光测距仪测量的距离值，通过三角定位算法得到机器人里程计的精确定位。使用这种方法，每到达一个预定停靠点，机器人都利用左右两个固定标志来重新计算当前位置坐标，从而避免了位置误差的累积。

里程计控制器作为ROS节点，测量底盘速度及方向，消除累积误差，再将速度、方向及坐标数据发布到机器人主机，用与更新导航基础数据。

通过以上设计，里程计具有无累积误差、速度及方向测量精度高的优点，适合用作变电巡检机器人的里程计。

附图说明

图1是本专利结构简图。

图2是本专利原理框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

机器人包括机器人里程计、由执行机构、驱动装置、检测装置和控制***和复杂机械等组成。而本装置相当于机器人中检测装置，计算当前位置坐标等参数，避免了位置误差的累积。

工作过程：光电编码器、电子罗盘与里程计控制器连接，必然将采集的数据输入至里程计控制器，因此里程计控制器依据光电编码器获取的运行速度，及电子罗盘获取的运行方向数据，当机器人控制***的导航基础数据到达预定停靠点时，里程计控制器根据激光测距仪测量的距离值，通过三角定位算法或者其他定位算法得到机器人的精确定位。具体为：

本具体实施，机器人底盘左右驱动前轮上都安装有光电编码器，里程计控制器通过在单位时间内计算光电编码器的输出脉冲数，可计算出左右车轮的转速，进而计算出机器人的运行速度。里程计控制器通过读取电子罗盘数据，可计算出机器人的运行方向。机器人的巡检路径（导航基础数据的一部分）是预先确定的，巡检路径周围的环境位置也是确定的，当机器人到达某个预定停靠点后，里程计控制器控制电动旋转台，带动电动旋转台上的电子罗盘及激光测距仪旋转到特定方向，测量机器人与外界环境中设置的固定标志的距离，通过三角定位法，确定机器人的当前位置，里程计控制器计算出与预定位置的误差（即两点之间的距离计算。是本领域技术人员常用技术手段），在机器人导航至下一停靠点时，将当前停靠点得到的位置的误差与下一停靠点预定位置进行综合后（在停靠点位置加上位置的误差计算是本领域技术人员常用技术手段），提前校正导航距离及方向，从而消除位置的累积误差。里程计控制器运行ROS操作***，自身成为一个ROS节点，将所测量的运行速度、方向及坐标数据发布到机器人主机。

其中三角定位算法是本领域公知技术。三角定位算法具体过程是：机器人控制电动旋转台，将激光测距仪分别转向机器人的左右两侧，转动角度由电动旋转台控制，使激光测距仪指向左右两侧预先设置的固定标志，用激光测距仪获取机器人与这两个固定标志的距离数据，由电动旋转台转动角度获取左右两个固定标志与机器人前进方向的角度差，这样就形成一个三角形，其三个顶点分别为机器人及左右两个固定标志，其三边长分别为机器人与左右两标志的距离及左右两标志之间的距离。而左右两标志的位置坐标已经预先测定，利用三角定位算法，即可解算出机器人的当前位置坐标。

如图1所示，本发明实施例包括机器人底盘、左光电编码器、右光电编码器、里程计控制器、电动旋转台、电子罗盘、激光测距仪。左右光电编码器安装在底盘的两个驱动前轮上。底盘上安装有里程计控制器和电动旋转台，电子罗盘和激光测距仪安装在电动旋转台上。如图2所示，里程计由里程计控制器、左光电编码器、右光电编码器、电动旋转台、电子罗盘、激光测距仪组成。左光电编码器、右光电编码器、电动旋转台、电子罗盘、激光测距仪都连接到里程计控制器。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于ROS机器人里程计，其特征在于包括用于检测车轮移动的运行速度的速度测量装置、用于检测机器人运行方向的设置于电动旋转台上的电子罗盘、用于测量机器人与外界物体距离的设置于电动旋转台上的激光测距仪、用于放置激光测距仪及电子罗盘的电动旋转台、里程计控制器；速度测量装置分别安装在机器人底盘两个前轮上；机器人底盘上设置有电动旋转台与里程计控制器；速度测量装置、电动旋转台、电子罗盘、激光测距仪都分别与里程计控制器连接；里程计控制器用于机器人精确定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于ROS机器人里程计，其特征在于所述速度测量装置是安装于机器人底盘两前轮上的左、右光电编码器。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于ROS机器人里程计，其特征在于所述机器人底盘采用双轮差速驱动方式，机器人底盘两个前轮为驱动轮、机器人底盘两个后轮为万向轮。

4.根据权利要求3所述的一种基于ROS机器人里程计，其特征在于所述里程计控制器，采用ARM嵌入式***设计，里程计控制器芯片型号为瑞芯微RK3066；里程计控制器运行基于Linux操作***的ROS机器人操作***，自身成为一个ROS节点。

5.根据权利要求4所述的一种基于ROS机器人里程计，其特征在于所述电动旋转台通过螺栓固定安装在机器人底盘正前方，电动旋转台通过自身旋转，带动控制电动旋转台上的电子罗盘及激光测距仪的测量方向；型号为：K101DC60，行程360°，台面尺寸直径60mm，驱动结构为涡轮蜗杆结构，最大速度50°/sec，分辨率0.001°，重复定位精度0.005°，绝对定位精度0.01°。

6.根据权利要求5所述的一种基于ROS机器人里程计，其特征在于所述电子罗盘型号为：HEC345，电子罗盘通过RS232方式与里程计控制器连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于ROS机器人里程计，其特征在于所述激光测距仪型号为迈测Y3-20-232，里程200米，精度±2mm，分辨率1mm，波长635nm，数据接口RS232。