一种池内工作机器人的自定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开的一种池内工作机器人的自定位系统及方法，包括全局观测模块和定位模块，全局观测模块包括无线通信收发单元和相机，定位模块包括计算仓、带标记浮块、编码器、恒张力单元及拉绳，计算仓内设置有自定位计算控制器和陀螺仪。工作时，首先标定相机成像平面像素尺寸和实际工作水池物理尺寸之间的关系，得到几何对应关系参数，并通过编码器计算拉绳有效长度，其次通过陀螺仪计算机器人在水下实时俯仰角和偏摆角，再次通过自定位计算控制器计算机器人实时深度，最后无线通信收发单元将带标记浮块在相机中的实时成像平面位置发送至自定位计算控制器，由自定位计算控制器进行计算，从而得到机器人实时位置，定位精度高且制造成本低。造成本低。造成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种池内工作机器人的自定位系统及方法


[0001]本专利技术涉及池内工作机器人定位
，尤其涉及一种池内工作机器人的自定位系统及方法。

技术介绍

[0002]池内工作机器人是指在池塘涉水工作的池内工作机器人，如污池清淤池内工作机器人、泳池清洗池内工作机器人、养殖池水下观测池内工作机器人等。
[0003]目前的池内工作机器人基本上都处于人工遥控操作使用阶段，智能自主化工作程度不高。池内工作机器人实现自主化工作，需要解决池内工作机器人自定位、导航控制、路径规划、智能避障等技术问题，自定位问题同时也是上述其他问题的解决的基础，因此解决自定位问题是格外重要的。池内工作机器人由于是在环境非常复杂的水下进行工作，存在泥浆、沙土、固废、滤膜、动植物等不可预见的干扰物，水质浑浊光线昏暗，常见的机器人自定位技术均难以适用。
[0004]为解决上述自定位问题，现有技术中较为常见的技术手段分别包括：（1）基于UWB超宽带三角定位、GPS卫星定位、WIFI定位等无线通信电磁波定位为主的移动机器人定位技术。例如可参见：中国专利（申请号CN202110942890.8）公开的一种基于GPS和INS的移动机器人定位系统、中国专利（申请号CN202210595176.0）公开的一种基于视觉和UWB定位的移动机器人跟随方法、中国专利（申请号CN2020107974.0）公开的一种基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法。但上述定位技术的缺陷在于，由于无线通信电磁波在水中的穿透能力较差，通常只能在较浅的水体表层进行机器人定位，无法实现深水池定位，而且由于无线通信电磁波在水中的衰减也导致定位准确度不高。
[0005]（2）基于激光雷达、红外光等光学定位技术为主的移动机器人定位技术。例如可参见：中国专利（申请号CN2022112763.9）公开的基于激光雷达的机器人实时控制方法、中国专利（申请号CN2020111037.1）公开的一种基于红外顶标及里程计的AGV小车定位系统及方法、中国专利（申请号CN202110592577.6）公开的一种移动机器人定位方法和系统。但上述定位技术的缺陷在于，由于水下浮游物体遮挡、水质浑浊等原因导致透光性不好，只能在较为干净的水中进行机器人定位，而大多数需要池内工作机器人展开作业的水池中的水都是不干净的水，因此会导致该方法失效。而且即时在相对干净的水中，由于水流运动、水中介质成分在实时动态变化使得局部液体折射率实时动态变化，定位用的光线发生无规律折射、散射也会导致定位精度不高。
[0006]（3）基于超声换能器的定位技术。例如可参见：中国专利（申请号CN202010986590.5）公开的一种基于网格划分的水下机器人自定位系统及自定位方法、中国专利（申请号CN202111281232.5）公开的一种水下机器人定位系统及方法、中国专利（申请号CN202210668875.3）公开的水下机器人定位方法、装置、水下机器人和计算机设备。上述定位技术基于超声换能器进行水下定位，在大江大河、湖泊海洋等水域广袤、干扰物相对而言可以忽略不计、对定位要求不高的场景中较为适用，但是水池内工作的机器人工作环
境水中干扰物相对较多、水池池壁也会对超声波换能器发出的超声波形成多次反射，造成杂波过多，导致定位失效。超声换能器水下定位技术的定位精度不高，多用于大型水域等对定位精度要求不高的水下机器人导航，而水池机器人对定位要求较高。超声换能器成本较大，不宜于对性价比要求较高的水池机器人进行使用。
[0007]（4）基于辅助漂浮物进行定位的定位技术。例如可参加：中国专利（申请号CN202111286805.3）公开的一种试验水池用清淤机器人水下定位装置和使用方法、中国专利（申请号CN202110801627.7）公开的一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置及方法、中国专利（申请号CN202210386077.1）公开的一种用于浅水区域水下机器人定位的装置和方法。上述定位技术多使用柔性绳索进行机器人和辅助漂浮物的连接，在机器人运动、姿态变换、水池水流运动时会使得漂浮物与机器人发生不可测的相对位置变动，进而导致定位精度不高的问题产生。
[0008]此外，在水下机器人定位中，往往需要用到机器人在水中的深度数据作为基础数据，水深数据是通过压力型传感器感知压力再通过水介质密度转换出深度来，而池内工作机器人的工作环境中泥浆水密度一般是未知而且变化较大，因此深度数据会误差较大，更一步导致机器人定位误差较大。故有必要对现有技术加以改进。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的缺陷与不足，提供一种池内工作机器人的自定位系统及方法，使其定位精度较高，制造成本较低，适应性较强。
[0010]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种池内工作机器人的自定位系统，包括全局观测模块和定位模块；所述全局观测模块通过安装支架固定安装于水池的人孔处，所述全局观测模块包括无线通信收发单元和相机，所述无线通信收发单元和所述相机分别与所述安装支架固定连接；所述定位模块包括：计算仓，其分别设置有用于与池内工作机器人固定连接的安装单元、与池内工作机器人进行通信的通信接口，所述计算仓内还设置有自定位计算控制器和陀螺仪；带标记浮块，其漂浮于水池的水面上，所述计算仓垂直设置有导向杆，所述带标记浮块与所述导向杆滑动连接，所述带标记浮块设置有与所述无线通信收发单元通信连接的无线通信收发子单元；编码器，其设置于所述计算仓的外部，所述编码器设置有编码器同步轮；恒张力单元，其设置于所述计算仓的外部；拉绳，其第一端连接至所述带标记浮块，第二端穿过所述编码器同步轮并连接至所述恒张力单元；所述通信接口、所述陀螺仪、所述无线通信收发子单元、所述编码器、恒张力单元分别与所述自定位计算控制器通信连接。
[0011]进一步地，所述全局观测模块还包括有照明装置，所述照明装置与所述安装支架固定连接。
[0012]进一步地，所述定位模块还包括动力电池，所述动力电池分别与所述自定位计算
控制器、所述陀螺仪、所述编码器及所述恒张力单元电连接。
[0013]进一步地，所述恒张力单元包括卷扬电机、张力传感器及浮动轮，所述卷扬电机、所述张力传感器分别与所述自定位计算控制器通信连接，所述卷扬电机设置有电机卷扬释放轮，所述张力传感器通过弹性连接杆与所述浮动轮相连接，所述拉绳的第二端依次穿过所述编码器同步轮、所述浮动轮并连接至所述电机卷扬释放轮。
[0014]进一步地，所述浮动轮与所述编码器同步轮之间设置有供所述拉绳穿过的导向滑轮。
[0015]进一步地，所述无线通信收发子单元通过零浮力通信线缆与所述自定位计算控制器通信连接。
[0016]第二方面，本专利技术还提供了一种池内工作机器人的自定位方法，应用于所述的池内工作机器人的自定位系统，包括以下步骤：S1、将安装有所述定位模块的池内工作机器人投放至水池的适当深度，并将所述全局观测模块固定安装于水池的人孔处；S2、标定所述相机成像平面像素尺寸和实际工作水池物理尺寸之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种池内工作机器人的自定位系统，其特征在于，包括全局观测模块和定位模块；所述全局观测模块通过安装支架固定安装于水池的人孔处，所述全局观测模块包括无线通信收发单元和相机，所述无线通信收发单元和所述相机分别与所述安装支架固定连接；所述定位模块包括：计算仓，其分别设置有用于与池内工作机器人固定连接的安装单元、与池内工作机器人进行通信的通信接口，所述计算仓内还设置有自定位计算控制器和陀螺仪；带标记浮块，其漂浮于水池的水面上，所述计算仓垂直设置有导向杆，所述带标记浮块与所述导向杆滑动连接，所述带标记浮块设置有与所述无线通信收发单元通信连接的无线通信收发子单元；编码器，其设置于所述计算仓的外部，所述编码器设置有编码器同步轮；恒张力单元，其设置于所述计算仓的外部；拉绳，其第一端连接至所述带标记浮块，第二端穿过所述编码器同步轮并连接至所述恒张力单元；所述通信接口、所述陀螺仪、所述无线通信收发子单元、所述编码器、恒张力单元分别与所述自定位计算控制器通信连接。2.如权利要求1所述的一种池内工作机器人的自定位系统，其特征在于，所述全局观测模块还包括有照明装置，所述照明装置与所述安装支架固定连接。3.如权利要求1所述的一种池内工作机器人的自定位系统，其特征在于，所述定位模块还包括动力电池，所述动力电池分别与所述自定位计算控制器、所述陀螺仪、所述编码器及所述恒张力单元电连接。4.如权利要求1所述的一种池内工作机器人的自定位系统，其特征在于，所述恒张力单元包括卷扬...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝磊，贾庆伟，
申请(专利权)人：宁波韦尔德斯凯勒智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：