专利名称：清淤机器人激光扫描窨井定位装置及方法
技术领域：
本发明涉及机器人清淤领域，更具体地说，它涉及一种用于清淤机器人作业的基于激光测距传感器的窨井定位装置及方法。
背景技术：
抓斗式清淤机是为有效清除城市窨井淤积物而生产的机械。目前清淤机种类较多，清淤方式也各不相同。现在的清淤机械存在一些不足，如需耗费大量的人力、财力，作业环境恶劣，作业效率低，而且为手工操作，自动化程度低。研制能自动清淤的机器人取代传统人工操作的清淤机，不但能实现安全生产，也能提高工作效率。窨井自动定位是清淤机器人关键技术之一。现有的机器人定位方法如文献“一种基于视觉的移动机器人定位系统”(董再励，郝颖明，朱枫.《中国图像图形学报》，2000，5A(08)，pp. 688 692.)报道的视觉定位方法，抗干扰性不强。
发明内容
窨井自动定位是清淤机器人关键技术之一，而超声波定位精度低，视觉定位抗干扰性差，针对这一问题，本发明提供一种清淤机器人激光扫描窨井定位装置及方法，有效提高清淤机器人对窨井定位的精确性和可靠性，为清淤机器人在恶劣户外环境下的高效作业提供了有力的技术保障。一种清淤机器人激光扫描窨井定位装置，具有基板，基板上设有滑轨，基板两端设有2个支座，上述之座之间架设有丝杠，丝杠上设有形成螺旋副的螺母，上述螺母下方设有用来导向的支撑板，支撑板与基板上的滑轨配合，螺母上方的支撑板上安装有激光测距传感器，且上述丝杠一端设有轴向驱动电机，螺母上设有用来驱动激光测距传感器转动的周向驱动电机。一种清淤机器人激光扫描窨井定位方法如下1、放置标杆在窨井盖的中心上，上述标杆为一段粗细相间的5段圆柱体结构，即从上往下依次为细、粗、细、粗、细5段间隔分布圆柱体，且将第2段粗圆柱体中间位置设为 1号特征位，将第3段细圆柱体中间位置设为2号特征位，将第4段粗圆柱体中间位置设为 3号特征位；2、控制装置的激光测距传感器沿所述丝杠移动至与所述标杆的1号特征位高度平齐，并进行扫描，得到与所述标杆1号特征位对应的粗圆柱体的直径；3、控制所述激光测距传感器沿丝杠向下移动一段距离到达标杆2号特征位高度， 进行扫描，得到与标杆的2号特征位对应的细圆柱体的直径；4、控制所述激光测距传感器再沿丝杠下移一段距离到达标杆3号特征位高度，进行扫描，得到与所述标杆的3号特征位对应的粗圆柱体的直径；5、将上述第2、第3和第4步得到的标杆三个特征位对应的圆柱体直径数据，与清淤机器人控制系统存储的标准标杆进行特征尺寸匹配，匹配正确后，计算出窨井相对清淤
3机器人的相对位置。本发明提出一种用于清淤机器人的基于激光测距技术的窨井自动定位装置及方法，与现有的机器人定位技术相比，具有以下优点1、本发明提出的窨井定位装置和方法，通过标杆特征位尺寸匹配方法，有效消除作业环境中树木，路灯等物体的干扰，定位准确性高；2、本发明提出的激光扫描定位装置，结构简单，定位精度高，能广泛应用于城市窨井清淤等领域。
图1为本发明装置结构示意图。图2为本发明实施例的工作示意图。图3为本发明工作时标杆示意图。图4为本发明清淤机器人激光扫描窨井定位方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明作更详尽的说明。见图1、2和图3，本发明清淤机器人激光扫描窨井定位装置包括基板1、2个支座 2、支撑板3和滑轨31、丝杠8和螺母5、轴向驱动电机4和周向驱动电机6、激光测距传感器 7。上述2个支座设在基板两端，滑轨31安装在基板上。上述丝杠8和螺母5构成的丝杠螺母螺旋副架设在2个支座2上，纵向驱动电机4安装在丝杠一端，用来驱动丝杠旋转，并通过丝杠、螺母螺旋副运动，最终驱动激光测距传感器7沿丝杠8移动，到达需要的高度位置进行扫描作业。上述支撑板3安装在与所述丝杠8配合的螺母5下方，且与基板上滑轨31配合，当丝杠、螺母相对运动时，滑轨能够保证螺母连同安装在螺母上的驱动激光测距传感器7沿丝杠移动，安装在支撑板上的周向驱动电机6的输出轴连接激光测距传感器7，能带动激光测距传感器7旋转，对窨井上放置的标杆的特征位进行扫描。在实际作业中需要放置在窨井盖中心的标杆来作为本发明装置的参考物，标杆为一段粗细相间的5段圆柱体结构，即从上往下依次为细、粗、细、粗、细5段间隔分布圆柱体， 且将第2段粗圆柱体中间位置设为1号特征位91，将第3段细圆柱体中间位置设为2号特征位92，将第4段粗圆柱体中间位置设为3号特征位93。再见图2，多自由度液压伺服机器人100安装在车体300上构成窨井清淤机器人， 本发明激光扫描窨井定位装置200安装在液压伺服机器人1上。在液压伺服机器人100对窨井清淤前，首先放置标杆于窨井盖的中心上，然后由本发明定位装置200获取窨井位置信息，窨井激光扫描定位方法流程如图4所示，具体详述如下第一步控制驱动激光测距传感器直线运动和旋转运动的电机回到零点，激光测距传感器回到丝杠上部的初始位，通过设计标杆的结构尺寸，使得激光测距传感器的初始位距离地面的高度与标杆上1号特征位(91)距离地面的高度平齐，控制激光测距传感器旋转，进行扫描，得到与所述标杆1号特征位对应的粗圆柱体的直径；第二步控制激光测距传感器沿丝杠向下移动一段距离，该距离为1号特征位与2号特征位之间的距离，控制激光测距传感器旋转，进行扫描，得到与所述标杆2号特征位对应的细圆柱体的直径；第三步控制所述激光测距传感器再沿丝杠下移一段距离，该距离等于标杆上2 号特征位与3号特征位之间的距离，激光测距传感器旋转，进行扫描，得到与所述标杆3号特征位对应的粗圆柱体的直径；第四步将上述第一、第二和第三步得到的标杆三个特征位扫描获得的圆柱体直径数据，与清淤机器人的控制系统存储的标准标杆进行特征尺寸匹配，如果匹配不正确，则重复从标杆1号特征位进行扫描，如果匹配正确，则进行清淤机器人逆解计算，获得窨井在机器人坐标系下的位置坐标，以便进行下一步清淤作业。显然，本发明的上述具体实施方式
仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以容易的做出其它形式上的变化或者替代，而这些改变或者替代也将包含在本发明确定的保护范围之内。
权利要求
1.一种清淤机器人激光扫描窨井定位装置，其特征在于具有基板(1)，基板上设有滑轨(31)，基板两端设有2个支座O)，上述之座之间架设有丝杠(8)，丝杠上设有形成螺旋副的螺母(5)，上述螺母下方设有用来导向的支撑板(3)，支撑板与基板上的滑轨(31)配合， 螺母上方的支撑板上安装有激光测距传感器(7)，且上述丝杠一端设有轴向驱动电机0)， 螺母上设有用来驱动激光测距传感器转动的周向驱动电机(6)。
2.一种清淤机器人激光扫描窨井定位方法如下1)、放置标杆在窨井盖的中心上，上述标杆为一段粗细相间的5段圆柱体结构，即从上往下依次为细、粗、细、粗、细5段间隔分布圆柱体，且将第2段粗圆柱体中间位置设为1号特征位(91)，将第3段细圆柱体中间位置设为2号特征位(92)，将第4段粗圆柱体中间位置设为3号特征位(93)；2)、控制装置的激光测距传感器(7)沿所述丝杠(8)移动至与所述标杆的1号特征位高度平齐，并进行扫描，得到与所述标杆1号特征位对应的粗圆柱体的直径；3)、控制所述激光测距传感器(7)沿丝杠(8)向下移动一段距离到达标杆2号特征位高度，进行扫描，得到与标杆(7)的2号特征位对应的细圆柱体的直径；4)、控制所述激光测距传感器(7)再沿丝杠(8)下移一段距离到达标杆3号特征位高度，进行扫描，得到与所述标杆3号特征位对应的粗圆柱体的直径；5)、将上述第2、第3和第4步得到的标杆三个特征位对应的圆柱体直径数据，与清淤机器人控制系统存储的标准标杆进行特征尺寸匹配，匹配正确后，计算出窨井相对清淤机器人的相对位置。
全文摘要
本发明涉及机器人清淤领域，更具体地说，它涉及一种用于清淤机器人作业的基于激光测距传感器的窨井定位装置及方法。提供一种清淤机器人激光扫描窨井定位装置及方法，有效提高清淤机器人对窨井定位的精确性和可靠性，为清淤机器人在恶劣户外环境下的高效作业提供了有力的技术保障。一种清淤机器人激光扫描窨井定位装置，具有基板，基板上设有滑轨，基板两端设有2个支座，上述之座之间架设有丝杠，丝杠上设有形成螺旋副的螺母，上述螺母下方设有用来导向的支撑板，支撑板与基板上的滑轨配合，螺母上方的支撑板上安装有激光测距传感器，且上述丝杠一端设有轴向驱动电机，螺母上设有用来驱动激光测距传感器转动的周向驱动电机。
文档编号E02F5/28GK102433907SQ20111042535
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者夏永彬, 方世辉, 章小建, 赵江海, 陈丹惠, 骆长俊 申请人:常州先进制造技术研究所