一种基于激光测距的机器人自主充电对准方法与流程

本发明属于导航定位及目标对准技术领域，涉及一种基于激光测距的机器人自主充电对准方法。

背景技术：

在变电站巡检任务中现在主要采用移动机器人进行自主巡检，那么移动机器人就需要经常充电。现有的机器人自主充电的充电对准方法一般采用有轨导航或激光雷达和gps导航定位至预定位置进行对接充电。有轨导航虽然定位精度高、可靠性好，但是需要进行导航轨道铺设，不便于实施；激光雷达和gps导航是无轨导航，不需要铺设导航轨道，但是激光雷达价格昂贵，导航算法复杂，gps在室内和电磁环境复杂环境下，受干扰严重，无法进行导航。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于激光测距的机器人自主充电对准方法，利用激光测距进行距离和角度检测，进而精确的控制机器人的姿态，具有简便、实用、精度高的特点，能够提高自主充电的安全性和可靠性。

本发明的技术方案为：

所述一种基于激光测距的机器人自主充电对准方法，其特征在于：

在巡检机器人车身前方左右角处分别安装一个激光测距仪，两个激光测距仪的测距方向平行且朝向车身正前方，在巡检机器人车身中部左右两侧分别安装一个激光测距仪，两个激光测距仪的测距方向分别朝向车身左右方向；

巡检机器人的充电房内部为四方形，充电房一侧供巡检机器人进出，另外三面墙壁平整；充电桩安装在充电房内距左右两侧墙面距离相等的位置，且充电桩的充电插座朝向房门；

当巡检机器人进入充电房后，巡检机器人车身中部两侧的激光测距仪测量车身与充电房两侧墙面距离为b1和b2，巡检机器人车身前方左右角处的激光测距仪测量车身与充电房内侧墙面距离为a1和a2；

情况1：若a1＝a2且b1＝b2，则巡检机器人处于充电房左右两侧墙面之间的中间位置，控制巡检机器人保持当前姿态前进，并根据a1和a2的测距值，控制巡检机器人前进至充电桩前方设定位置后，实现插头与充电桩对接充电；

情况2：若b1＝b2但a1≠a2，则根据公式α＝artg|a1-a2|/l，计算偏角α，并控制巡检机器人车身向a1和a2中测距距离小的一侧偏转，直至a1＝a2，其中l为车身宽度；而后采用情况1的方式进行处理；

情况3：若b1≠b2，则控制巡检机器人车身向b1和b2中测距距离大的一侧偏转设定角度后再次进行测距，若此时|a1-a2|增大，则控制巡检机器人车身向相反方向偏转2倍的设定角度后再次进行测距，若此时|a1-a2|减小，则进一步按照该方向进行偏转，直至a1＝a2，此时将巡检机器人车身摆正；后再次进行测距，若b1≠b2，则控制巡检机器人车身向b1和b2中测距距离大的一侧偏转，偏转角度β根据公式β＝artg|b1-b2|/2c确定，其中c为设定尺寸；巡检机器人车身偏转β角度后，直线前进并持续测距，直至b1＝b2，而后按照情况2进行处理。

进一步的优选方案，所述一种基于激光测距的机器人自主充电对准方法，其特征在于：所述充电插座的插孔采用横向凹槽形状，高度与巡检机器人的充电插头高度相同，巡检机器人的充电插头为扁平条状，横向宽度小于插孔的横向宽度。

进一步的优选方案，所述一种基于激光测距的机器人自主充电对准方法，其特征在于：巡检机器人的充电插头前端安装有限位开关，当充电插头插入插孔到位后，限位开关能够被触发，发出信号至巡检机器人的控制器，自动控制巡检机器人停止前进。

进一步的优选方案，所述一种基于激光测距的机器人自主充电对准方法，其特征在于：充电桩贴近充电房内侧墙壁安装。

有益效果

本发明的优点是：第一、硬件结构简单，成本低，易于实现；第二、可靠性高，无论在白天还是夜晚都能准确引导机器人进行充电；第三、适合各类行走机器人系统实现无轨导航下的自主充电对准。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明示意图；

图2是本发明的校正过程.

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明是应用在变电站巡检任务中巡检机器人回充电房充电的场景内。现有的机器人自主充电的充电对准方法一般采用有轨导航或激光雷达和gps导航定位至预定位置进行对接充电。有轨导航虽然定位精度高、可靠性好，但是需要进行导航轨道铺设，不便于实施；激光雷达和gps导航是无轨导航，不需要铺设导航轨道，但是激光雷达价格昂贵，导航算法复杂，gps在变电站这种室内和电磁环境复杂环境下，受干扰严重，无法进行导航。

为此，本发明提出一种基于激光测距的机器人自主充电对准方法，利用激光测距进行距离和角度检测，进而精确的控制机器人的姿态，具有简便、实用、精度高的特点，能够提高自主充电的安全性和可靠性。

如图1所示，本发明中在巡检机器人车身1前方左右角处分别安装一个激光测距仪4和5，两个激光测距仪的测距方向平行且朝向车身正前方；根据这两个激光测距仪的测距值，能够计算出车身相对于前方墙面的角度和车身与前方墙面的距离。在巡检机器人车身中部左右两侧分别安装一个激光测距仪6和7，两个激光测距仪的测距方向分别朝向车身左右方向；根据这两个激光测距仪的测距数值，可计算出车身在充电房中的横向位置。

巡检机器人的充电房2内部为四方形，充电房一侧供巡检机器人进出，另外三面墙壁平整；充电桩3安装在充电房内距左右两侧墙面距离相等的位置，并贴近充电房内侧墙壁安装，且充电桩的充电插座朝向房门，便于机器人进入充电房后，定位对准进行插头与充电桩对接充电。

所述充电插座10的插孔采用横向凹槽形状，高度与巡检机器人的充电插头9高度相同，巡检机器人的充电插头9为扁平条状，横向宽度大大小于插孔的横向宽度，增加横向定位容错能力。本实施例中横向凹槽宽度为200mm，充电插头横向宽度20mm。

巡检机器人的充电插头前端还安装有限位开关8，当充电插头插入插孔到位后，限位开关能够被触发，发出信号至巡检机器人的控制器，自动控制巡检机器人停止前进，这样可增加前向定位容错能力。

当巡检机器人进入充电房后，巡检机器人车身中部两侧的激光测距仪测量车身与充电房两侧墙面距离为b1和b2，巡检机器人车身前方左右角处的激光测距仪测量车身与充电房内侧墙面距离为a1和a2，并分别依据以下情况进行处理：

情况1：若a1＝a2且b1＝b2，则巡检机器人处于充电房左右两侧墙面之间的中间位置且姿态正确，控制巡检机器人保持当前姿态前进，并根据a1和a2的测距值，控制巡检机器人前进至充电桩前方设定位置后，实现插头与充电桩对接充电。

情况2：若b1＝b2但a1≠a2，表示巡检机器人处于充电房左右两侧墙面之间的中间位置，但姿态有偏角，此时根据公式α＝artg|a1-a2|/l，计算偏角α，并控制巡检机器人车身向a1和a2中测距距离小的一侧偏转，直至a1＝a2，其中l为车身宽度；而后采用情况1的方式进行处理。

情况3：当巡检机器人以偏角方式进入充电房，此时b1≠b2，则控制巡检机器人车身向b1和b2中测距距离大的一侧偏转设定角度后再次进行测距，若此时|a1-a2|增大，则控制巡检机器人车身向相反方向偏转2倍的设定角度后再次进行测距，若此时|a1-a2|减小，则进一步按照该方向进行偏转，直至a1＝a2，此时将巡检机器人车身摆正。后再次进行测距，若b1≠b2，则控制巡检机器人车身向b1和b2中测距距离大的一侧偏转，偏转角度β根据公式β＝artg|b1-b2|/2c确定，其中c为朝向充电房内侧墙壁方向的一个设定尺寸，表示巡检机器人在朝向充电房内侧墙面方向上移动c距离后到达充电房左右两侧墙面之间的中间位置；巡检机器人车身偏转β角度后，直线前进并持续测距，直至b1＝b2，而后按照情况2进行处理。

这样能够实现巡检机器人在充电房内自动行进并充电，本实施例中激光测距仪测距精度为±2mm，机器人车身宽度l＝700mm，精度满足机器人自主充电定位要求。

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不脱离本发明的原理和宗旨的情况下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。