一种巡检机器人的一键返航控制方法及系统与流程

本发明涉及巡检机器人自主导航系统，尤其涉及巡检机器人的一键返航控制方法及系统。

背景技术：

巡检机器人能够代替巡检工，可靠巡检、自主充电，实时采集、存储、传输现场的图像、声音、温度、烟雾等数据。通过对数据的分析，判断是否存在设备故障以及故障位置，把巡检工从恶劣的工作环境中解脱出来，减轻劳动强度、降低劳动风险，避免事故扩大化，大大降低生产过程中的非正常停机时间，且具有终点自动换向、限位停止、定点校正等功能。巡检机器人平台主要由巡检机器人本体、控制箱、无线通讯系统、充电装置和轨道系统组成，适用于城市综合管廊、电缆管廊、矿山水泵房、变电所、大型胶带输送机巷道移动巡检。

在变电站强电磁环境中，变电站巡检机器人一般采用路面磁条引导加射频识别(RFID)标签的方法。变电站巡检机器人在跟踪路面磁条执行任务过程中，偶尔会发生部件损坏或电池电量过低等意外情况，导致其无法继续执行巡检任务，这时单纯依赖变电站工作人员实施救援，既耗费时间，又耗费人力。尤其在一些狭窄区域，难予施救。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种巡检机器人的一键返航控制方法及系统，本发明的目的是采用以下技术方案实现的：

本发明的巡检机器人的一键返航控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：

A写入RFID标签信息；

B记录测量的RFID标签间的距离；

C给机器人发送指令以移动至有效RFID标签；

D发送返回原点的最佳路径指令。

优选地，所述步骤A中，所述标签信息由用字母‘S’、‘D’、‘L’或‘R’表示的包头和从000开始排列的数字共同组成的4个字节。

优选地，将所述‘S’标签固定于各个停靠点，将‘L’或‘R’标签固定于各个转弯处，将‘D’标签固定于狭窄断头路区域的停靠点。

优选地，所述步骤B中，将所述RFID标签设于闭环路径中，按照所述标签信息的数字序号将测量的距离值记录于distance.txt文本文档中，启动工控机，将所述distance.txt文本文档的距离值读入到一维数组distance中；其中将L或R标签至D标签间的距离记为0。

优选地，所述步骤C中，向机器人发送返航指令后行驶至所述RFID标签，若有‘S’、‘L’或‘R’的有效标签，则读取签号i；若是信息包头为‘D’的无效标签，则执行后退运动直至有所述有效RFID标签感应。

优选地，所述步骤D中，接收指令的机器人根据当前的签号i，计算distance[0]～distance[i]的累加和Lb同剩余路径的累加和Lf，并将此两累加和比较，若Lb>Lf，则向机器人发出前进指令，否则发送后退指令，直至运动到标签S000处。

一种基于上述方法的巡检机器人的一键返航控制系统，包括工控机、运动控制器、前端磁感应传感器、后端磁感应传感器、RFID传感器；其改进之处在于，所述工控机分别与所述前端磁感应传感器、后端磁感应传感器、RFID传感器和运动控制器连接。

优选地，所述RFID传感器设于机器人底盘几何中心处，所述RFID标签设于机器人完成任务的闭环路径中。

优选地，所述前端磁感应传感器和后端磁感应传感器由16阵列磁感应点组成。

优选地，所述RFID传感器采用实时检测模式。

与最接近的现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的巡检机器人的工控机接收前端磁感应传感器、后端磁感应传感器和RFID传感器传输的数据，发送指令至运动控制器，接收指令的机器人感应有效标签，确定最短路径并最终返回原点。本发明的一键返航方法流程简单，且用时时间极短，保证了机器人在部件损坏或电池电量偏低等意外情况发生时快速返回任务起点，无需依赖变电站工作人员施救，确保巡检工作的顺利进行。

附图说明

图1为本发明的一键返航控制方法流程图

图2为本发明巡检路径示意图

图3是本发明的一键返航控制系统示意图

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供的巡检机器人的一键返航控制方法，使机器人在执行巡检任务时发生部件损坏或电池电量过低等意外情况时能自主返回起点。在一键返航命令触发后，机器人可快速计算出最短的返回路径，最快并以最少的能量消耗返回起点。

如图1所示，具体步骤为：

(1)写入RFID标签信息，标签信息由数据包头和数字共四个字节组成，比如S001。包头采用字母‘S’、‘D’、‘L’和‘R’表示，信息包头为‘S’的标签固定在各个停靠点，包头为‘L’和‘R’的标签固定在各个转弯处，而包头为‘D’的标签则顺序固定在狭窄断头路区域的停靠点处；数字由三字节表示，从000(起点)开始顺序排列。

(2)人工测量各个RFID标签之间的距离信息，按照RFID标签信息的数字序号将测量的距离值记录在distance.txt文本文档中，其中L或R标签到D标签的距离记为0；

启动工控机，将distance.txt文本文档中的距离值读入到一维数组distance中。

(3)机器人在执行巡检任务过程中接收工作人员一键返航指令后，继续正常行驶至RFID标签点后停止，若当前时刻RFID标签为‘S’、‘L’或‘R’，则停止前行，若当前时刻RFID标签为‘D’，则执行后退运动，直至感应到‘L’、‘R’或‘S’标签停止前行，读取标签号i。

(4)根据当前的RFID标签号i，计算distance[0]～distance[i]的累加和Lb同剩余路径累加和Lf，二者比较；其中若Lb<Lf，则机器人执行后退运动，否则执行前进运动；在前行或后退运动过程中忽略其它标签信息，直至运动到标签S000处停止，即完成一键返航操作。

如图2所示，建立于坐标系上的矩形框为磁条，信息包头为‘S’的标签固定在各个停靠点，包头为‘L’和‘R’的标签固定在各个转弯处，而包头为‘D’的标签则顺序固定在狭窄断头路区域的停靠点处；数字由三字节表示，S000代表起点。

若机器人接收一键返航指令后行驶至D005处，则执行后退运动移动至L004，判断distance[0]～distance[4]的距离小于剩余路径距离，则沿前者运动直至原点。

如图3所示，巡检机器人的一键返航控制系统，包括工控机、运动控制器、前端磁感应传感器、后端磁感应传感器、RFID传感器、RFID标签；工控机接收前端磁感应传感器、后端磁感应传感器、RFID传感器的信息，解算出运动控制量并发送给运动控制器。

RFID传感器安装于机器人底盘几何中心处，RFID标签设于机器人可完成任务的闭环路径中，采用实时检测模式。前端磁感应传感器和后端磁感应传感器由16阵列磁感应点组成。

机器人根据磁条运动时，工控机上运行自主导航系统，采集磁传感器数据，按照下式计算机器人横摆角速度w和行驶速度v：

$w=\frac{l-r}{n}{w}_{max}$

v＝const

其中，l和r分别是磁感应传感器左右感应到磁条的磁感应点数目总和，n为磁感应点数目总和，w_max为机器人的最大横摆角速度，const为常值。

工控机将机器人横摆角速度和行驶速度运动控制量发送给运动控制器，驱动机器人沿着磁轨迹移动；依据当前时刻及上一时刻接收到的数据包头信息切换跟踪控制模式，设定前进模式、后退模式、左转模式及右转模式。在后退模式控制过程中，控制量解算器采集后端磁传感器数据计算机器人运动控制量，而在其它模式采集前端磁传感器数据计算运动控制量。针对变电站巡检环境，设计了前进模式、后退模式、左转模式及右转模式进行切换，在每个模式中采用控制量解算器实时计算机器人调整姿态的运动控制量，并下发给运动控制器，实现了机器人在停靠点的精确控制，避免了其原地转向运动，有效降低能量消耗，提高机器人系统的运行效率。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。