基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统技术方案

基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统，包括复数个间隔预埋于变电站巡检路径处的RFID卡以及一巡检机器人，所述巡检机器人包括机体以及设置于该机体内的IMU模块、数据采集单元、数据处理控制单元、RFID卡识别器和用于驱动该机体移动的行走单元。本实用新型专利技术通过采用路面预埋RFID卡来代替传统的磁条的铺设，能够有效节约成本，减少铺设工作量，并且在导航过程中，首先用IMU模块来实时检测机器人运动状态，再根据检测到数据精确的控制机器人运动到下一个校准点，也就是RFID卡的放置位置，然后执行巡检任务和校准IMU模块，经融合计算得出下一段巡检轨迹精确导航信息，因而既能有效节约成本，又可提高导航精度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种变电站使用的机器人系统，尤其是指基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统。
技术介绍
当前，自动巡检机器人、自动搬运装卸机器人的出现提高了工作效率，同时在相对恶劣、危险的环境中可以保证人员的安全，所以得到大家的追捧。其中用于无人值守变电站巡检机器人对高压设备仪器仪表的检测运用的较为广泛，其关键技术之一是给机器人的运动控制系统提供连续、实时、精确的位置、航向等导航信息，使其沿预定的路径行驶并完成检测任务。机器人有多种导航方式，这些导航方式各有其特点，适用于不同的应用环境。其中运用较为广泛的是磁条导航，但是磁条导航在变电站里面的一些磁场干扰大的地方对导航精度存在一定的影响，甚至导致机器人出轨。在变电站中路径一般较长，磁条导航铺设工作量较大，铺设磁条的成本会比较高。同时由于磁条的磁性会衰减，不能重复使用，磁条后期在水、碾压、磨损等条件下，维护较麻烦。
技术实现思路
本技术提供一种基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统，其主要目的在于克服现有磁条导航存在的成本高、容易损坏、维修麻烦的缺陷。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统，包括复数个间隔预埋于变电站巡检路径处的RFID卡以及一巡检机器人，所述巡检机器人包括机体以及设置于该机体内的IMU模块、数据采集单元、数据处理控制单元、RFID卡识别器和用于驱动该机体移动的行走单元，所述IMU模块的输出端连接于所述数据采集单元的使能端，所述数据采集单元的输出端连接于所述数据处理控制单元的使能端，所述RFID卡识别器的输出端连接于所述数据处理控制单元的使能端，所述数据处理控制单元的输出端连接于所述行走单元的使能端。进一步的，所述行走单元包括伺服电机PID调节及控制驱动模块、伺服电机以及与该伺服电机输出轴传动连接的行走轮，所述伺服电机PID调节及控制驱动模块的使能端连接于所述数据处理控制单元的输出端，所述伺服电机PID调节及控制驱动模块的输出端连接于所述伺服电机的使能端。进一步的，所述行走单元还包括一用于反馈伺服电机运转状况的编码器，所述编码器的使能端连接于所述伺服电机，所述编码器的输出端连接于所述伺服电机PID调节及控制驱动模块的使能端。进一步的，所述IMU模块安装于机体的重心位置处。进一步的，所述RFID卡埋设于地下2～3㎝处。进一步的，所述IMU模块包括三个单轴的加速度计以及三个单轴的陀螺仪，所述加速度计用于检测机体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号；所述陀螺仪用于检测机体相对于导航坐标系的角速度信号，测量机体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出机体的姿态，精确的推算出机体运动轨迹。进一步的，所述RFID卡识别器安装于所述机体的底部。进一步的，所述RFID卡识别器距离地面的高度小于8㎝。进一步的，所述数据采集单元为互补滤波器。和现有技术相比，本技术产生的有益效果在于:本技术结构简单、实用性强，通过采用路面预埋RFID卡来代替传统的磁条的铺设，有效节约成本，减少铺设工作量，并且在导航过程中，首先用IMU模块来实时检测机器人运动状态，再根据检测到数据精确的控制机器人运动到下一个校准点，也就是RFID卡的放置位置（一般的校准点为机器人巡检任务点）。然后执行巡检任务和校准IMU模块，经融合计算得出下一段巡检轨迹精确导航信息，因而既能有效节约成本，又可提高导航精度。附图说明图1为本技术的电路原理示意图。具体实施方式下面参照附图说明本技术的具体实施方式。参照图1。基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统，包括复数个间隔预埋于变电站巡检路径处的RFID卡1以及一巡检机器人2，所述巡检机器人2包括机体3以及设置于该机体3内的IMU模块4、数据采集单元、数据处理控制单元5、RFID卡识别器6和用于驱动该机体3移动的行走单元7，所述IMU模块4的输出端连接于所述数据采集单元的使能端，所述数据采集单元的输出端连接于所述数据处理控制单元5的使能端，所述RFID卡识别器6的输出端连接于所述数据处理控制单元5的使能端，所述数据处理控制单元5的输出端连接于所述行走单元7的使能端。本实施例通过采用路面预埋RFID卡1来代替传统的磁条的铺设，有效节约成本，减少铺设工作量，并且在导航过程中，首先用IMU模块4来实时检测机器人运动状态，再根据检测到数据精确的控制机器人运动到下一个校准点，也就是RFID卡1的放置位置（一般的校准点为机器人巡检任务点）。然后执行巡检任务和校准IMU模块4，经融合计算得出下一段巡检轨迹精确导航信息，因而既能有效节约成本，又可提高导航精度。参照图1。所述行走单元7包括伺服电机PID调节及控制驱动模块70、伺服电机71以及与该伺服电机71输出轴传动连接的行走轮72，所述伺服电机PID调节及控制驱动模块70的使能端连接于所述数据处理控制单元5的输出端，所述伺服电机PID调节及控制驱动模块70的输出端连接于所述伺服电机71的使能端。所述行走单元7还包括一用于反馈伺服电机71运转状况的编码器73，所述编码器73的使能端连接于所述伺服电机71，所述编码器73的输出端连接于所述伺服电机PID调节及控制驱动模块70的使能端。参照图1。所述IMU模块4包括三个单轴的加速度计以及三个单轴的陀螺仪，所述加速度计用于检测机体3在载体坐标系统独立三轴的加速度信号；所述陀螺仪用于检测机体3相对于导航坐标系的角速度信号，测量机体3在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出机体3的姿态，精确的推算出机体3运动轨迹。参照图1。所述数据采集单元为互补滤波器8。采用互补滤波器8能够有效的滤除由IMU模块4采集的数据的固定漂移和随机误差，使之得到的数据更加稳定、可靠。参照图1。在本实施例中，IMU模块4需安装在机体3的重心位置上，RFID卡1埋在机器人巡检的航道的地下2～3cm处，RFID卡识别器6放置在巡检机器人2底部，离地高度不得超过8cm。本实施例的IMU模块4为通用惯性测量装置，包含陀螺仪，加速度计等惯性测量单元。IMU模块4可包含其他辅助测量传感器用于提高测量精度。IMU模块4通信方式采用RS232的方式进行数据传输，但不局限于RS232的通信方式。IMU模块4安装需方式尽量安装到本体的重心位置。参照图1。RFID卡1为普通的射频卡，每个FRID卡内置唯一的识别码。在变电站的巡检路径上需要将RFID卡1埋的地下2～3cm处。每处RFID卡1的预埋点之间应记录下准确的里程信息，存储到机器人的数据存储器中，然后数据处理控制单元5根据RFID卡1之间的里程信息和IMU模块4数据推算出的导航信息使机器人按照相应的里程信息控制伺服电机71转动。参照图1。RFID卡识别器6采集到的RFID识别码，然后就知道巡检机器人2所在变电站中的位置。数据处理控制单元5得出巡检机器人2轨迹偏移角度，并对偏移角度进行校准。同时校准IMU模块4，消除IMU模块4所产生的累计误差。上述仅为本技术的具体实施方式，但本技术的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本技术进行非实质性的改动，均应属于侵犯本技术保护范围的行为。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统，其特征在于：包括复数个间隔预埋于变电站巡检路径处的RFID卡以及一巡检机器人，所述巡检机器人包括机体以及设置于该机体内的IMU模块、数据采集单元、数据处理控制单元、RFID卡识别器和用于驱动该机体移动的行走单元，所述IMU模块的输出端连接于所述数据采集单元的使能端，所述数据采集单元的输出端连接于所述数据处理控制单元的使能端，所述RFID卡识别器的输出端连接于所述数据处理控制单元的使能端，所述数据处理控制单元的输出端连接于所述行走单元的使能端。

【技术特征摘要】
1.基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统，其特征在于：包括复数个间隔预埋于变电站巡检路径处的RFID卡以及一巡检机器人，所述巡检机器人包括机体以及设置于该机体内的IMU模块、数据采集单元、数据处理控制单元、RFID卡识别器和用于驱动该机体移动的行走单元，所述IMU模块的输出端连接于所述数据采集单元的使能端，所述数据采集单元的输出端连接于所述数据处理控制单元的使能端，所述RFID卡识别器的输出端连接于所述数据处理控制单元的使能端，所述数据处理控制单元的输出端连接于所述行走单元的使能端。2.如权利要求1所述基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统，其特征在于：所述行走单元包括伺服电机PID调节及控制驱动模块、伺服电机以及与该伺服电机输出轴传动连接的行走轮，所述伺服电机PID调节及控制驱动模块的使能端连接于所述数据处理控制单元的输出端，所述伺服电机PID调节及控制驱动模块的输出端连接于所述伺服电机的使能端。3.如权利要求2所述基于惯性导航的变电站巡检机器人导航控制系统，其特征在于：所述行走单元还包括一用于反馈伺服电机运转状况的编码器，所述编码器的使能端连接于所述伺...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建明，韦德乐，于树海，梁毅，庞龙，温忠伟，张文良，李硕，陈耀高，袁愿，赖斌，林阳坡，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司北海供电局，
类型：新型
国别省市：广西;45