[发明专利]一种基于轮间差速的变电站巡检机器人航迹推算方法与装置

说明书

技术领域

本发明隶属于移动机器人定位与导航技术领域，尤其涉及一种基于轮间差速的变电站巡检机器人航迹推算方法与装置。

背景技术

随着近几年变电站巡检机器人更深入的应用，复杂的变电站巡检任务对于巡检机器人在变电站可靠、准确的运行提出了更高的要求，机器人本体位置与航向角信息感知是机器人实现巡检点准确停靠的基础，目前变电站巡检机器人位置与航向角信息感知采用的技术主要有以下几种：

1、磁轨道航向引导加RFID标签辅助定位的方式。该方式是通过预先埋设于地表面的磁轨道与机器人本体上携带的磁传感器阵列相结合，行进间进行实时航向引导，控制系统通过对平均轮速积分求得运行距离，再通过RFID标签辅助实现机器人对位置信息感知。该方式虽然运行稳定，停靠准确，但是该方式需要全站进行磁轨道铺设和密集埋设RFID辅助标签，施工量大，成本高，维护不方便。

2、GPS加电子指南针的方式。该方式是通过安装于机器人机体上的高精度差分GPS全球定位系统实时进行位置信息的获取，通过电子指南针进行机器人航向探测，从而实现对机器人本体位置与航向角信息的感知。该方式有效的减少了变电站现场的施工量，提高了系统的集成化程度，但是高精度的差分GPS全球定位系统成本高，另外在变电站存在严重的磁场信号干扰，局部差分GPS信号接收不稳定，电子指南针航向探测受影响，不利于局部准确定位和航向探测，所以该方式的稳定性和可靠性欠佳。

3、里程计加陀螺仪的方式。该方式是通过控制系统对平均轮速进行积分实现对位置信息的感知，通过对陀螺仪数据的处理实现航向的计算。该方式虽然局部定位精度高，位置信息感知准确可靠，但是该方式硬件电路复杂，陀螺仪受颠簸等干扰的影响较大，对于数据的同步性要求高。

所以亟需一种方案简单，成本低的航迹推算方法与装置，进行变电站局部精度较高的航迹推算，实现机器人位置信息感知。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于轮间差速的变电站巡检机器人航迹推算方法与装置，本发明有效减少现场施工量，降低成本，并提高局部航迹推算的精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于轮间差速的变电站巡检机器人航迹推算装置，包括机器人左轮测速传感器信号接口、机器人右轮测速传感器信号接口、信号调理电路和控制器，其中，机器人左轮测速传感器信号接口接收左侧车轮的测速传感器信号，机器人右轮测速传感器信号接口接收右侧车轮的测速传感器信号，机器人左轮测速传感器信号接口、机器人右轮测速传感器信号接口将采集的传感器信号传输给信号调理电路，信号调理电路将调理后的信号传输给控制器。

所述控制器上设有通信接口，与工控机或其他控制系统通信，在机器人系统中实现数据交互和传输。

一种基于上述系统的航迹推算方法，包括以下步骤：

(1)根据不同运行环境设定基本参数矩阵元素，构建动态参数矩阵规则表；

(2)控制器读取t时刻的左轮和右轮速度，结合动态参数矩阵规则表的索引逻辑，构建航迹推算模型；

(3)控制器根据航迹推算模型计算机器人的航迹信息，利用卡尔曼滤波器对该航迹信息进行滤波，控制器将滤波后的航迹信息反馈回航迹推算模型，进行航迹推算。

所述步骤(1)中，具体方法为：构造动态参数矩阵规则表，该规则表中的基本参数矩阵元素是，

上述矩阵中的参数para11、para12是左右轮速在行程推算中的线性系数，para21、para22是左右轮速在航向角推算中的线性系数。

通过调整上述线性系数，可以根据机器人机械结构、机械误差、测试环境等条件建立更准确的数学推算模型。调试阶段针对不同的运行环境、不同的机械结构设计多个基本参数矩阵元素，通过理想环境测试，选定标准单向距离比如10m进行para11、para12线性系数调整，选定标准转角角度比如90°进行para21、para22线性系数，如果机械结构对称、机械误差对称则para11、para12和para21、para22为绝对值相等参数对。同样的道理，可以根据不同的运行环境类型进行相应的参数对调整。将这些参数对整理成参数矩阵元素，并将这些基本参数矩阵元素按照一定的类型索引顺序填写到规则表中，该规则表中至少拥有一个有效类型基本参数矩阵元素。

所述步骤(2)中，航迹推算模型方程如下：

W(t)＝W(t-1)+Δw(2)

X(t)+＝Δd*cos((W(t-1)+Δw)/2.0)