一种城市管廊巡检机器人运动定位系统的制作方法

1.本发明属于智慧城市监控技术领域，具体涉及一种城市管廊巡检机器人 运动定位系统。


背景技术：

2.城市管廊因为需要监测各类仪表读数、管道连接法兰渗漏情况，对巡 检机器人的巡检速度和停止定位有一定要求，综合管廊智能化巡检机器人通 用技术标准中有规定，巡检速度在1m/s的运动速度下，巡检机器人的制动 距离应不大于0.2m；定位精度应小于
±
100mm，重复定位误差应不大于
±ꢀ
50mm；因此，综合管廊巡检机器人需要考虑移动状态下精确定位的问题。
3.现有技术中有轨的轮式巡检机器人运动记录，是靠轮子运动计数来测试 行进长度，但轨道过于平滑，在运动过程中轮子与轨道之间存在相对滑动， 从而会影响巡检机器人的精确定位，而巡检机器人的定位精度低会导致巡检 机器人的图像采集角度差进而影响巡检机器人的监测效果，为了解决上述问 题，本发明提供了以下技术方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种城市管廊巡检机器人运动定位系统，解决现 有技术中巡检机器人通过对电机转速进行监控来判断巡检机器人运动距离所 带来的定位精度差导致的监测图像采集角度差的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种城市管廊巡检机器人运动定位系统，包括安装在巡检机器人上的光 电开关以及安装在机器人行驶轨道上的触发结构；
7.触发结构按照1、2、3、...、n的顺序依次标号；
8.巡检机器人上安装有速度传感器，用于读取巡检机器人速度信息，并将 其传输至控制器，控制器对巡检机器人的运行速度进行调节；
9.该运动定位系统的工作方法为：
10.第一步，巡检机器人根据预设的巡检要求向对应方向运动，根据运动方 向，光电开关每触发一次，控制器在上一触发结构标号的基础上加1或减1， 得到当前位置的触发结构的标号；
11.第二步，对检测点对应的触发结构的标号i进行标记，其中1≤i≤n， 当巡检机器人移动方向为自标号为1的触发结构至标号为n的触发结构时， 设定标号为i-q的触发结构为触发点；
12.当巡检机器人的移动方向为自标号n的触发结构至标号为1的触发结构 时，设定标号为i q的触发结构为触发点；
13.q为大于等于1的正整数，当控制器根据读取到触发点标号时，读取此 时速度传感器传输的信号，得到巡检机器人此时的运行速度v，根据公式
14.得到减速过程需要的加速度a，并根据该加速度进行减速运动 直至下一触发结构。
15.作为本发明的进一步方案，第二步中，当q等于1时，若巡检机器人在 减速至v1时还未读取到触发点标号，则保持速度v1匀速前进，并在读取到 对应触发点信号时进行制动；
16.若巡检机器人在减速至v1前便读取到触发点标号，则保持制动直至速度 为零，然后以速度v1匀速回撤至读取到对应触发点信号时进行制动，
17.其中v1为能够保证巡检机器人制动距离小于5mm的预设速度；
18.当q大于1时，巡检机器人在运行至触发点的下一触发结构时，读取此 时巡检机器人的运行速度，并根据公式计算减速过程需要的加速 度，并根据该加速度进行减速直至下一触发结构，并重复上述触发机制，直 至到达标号为i的触发结构。
19.作为本发明的进一步方案，光电开关为常闭式对射光电开关，触发结构 为一排设置在机器人行驶轨道上的贯穿孔，贯穿孔的位置对应常闭式对射光 电开关的安装位置设置。
20.作为本发明的进一步方案，触发结构之间为等距或非等距设置，非等距 设置时，记录各触发结构之间的距离。
21.作为本发明的进一步方案，巡检机器人上固定安装有射频识别器，机器 人行驶轨道上在关键位置上或每隔一段距离设置有载码体，载码体与射频识 别器构成无线连接，每一个载码体的安装位置都对应有一个触发结构，巡检 机器人在该触发结构的对应位置上能够实现对载码体上信息的读取，巡检机 器人在该触发结构相邻的两个触发结构上无法对对应载码体上的信息进行读 取；
22.载码体上的信息为对应触发结构的标号。
23.作为本发明的进一步方案，巡检机器人进行定位的方法为：
24.巡检机器人朝任一方向运动，当巡检机器人上的射频识别器读取到一个 载码体的信息时，开始减速至速度为零，并返回直至光电开关处于触发状态 且射频识别器能够读取对应载码体上的信息，得到对应触发结构的标号，实 现定位。
25.作为本发明的进一步方案，巡检机器人在经过一个载码体位置时，读取 载码体内的信息，并与控制器读取的触发结构计数得到的触发结构标号信息 进行比对，当两者不同时，以载码体所记载标号信息为准进行矫正，并发出 报警信息。
26.本发明的有益效果：
27.(1)本发明通过在机器人行驶轨道上设置有一排触发结构与安装在巡 检机器人上的光电开关，通过对经过的触发结构的数量进行计数来计算巡检 机器人的运行距离，从而实现对巡检机器人行驶距离的精准监控，另外通过 对触发机构进行标号，还能够实现对巡检机器人的位置进行实时监控；
28.(2)本发明在工作时，能够对所处位置进行高精度的判断，并根据所处 位置提前进行减速，使小车能够平稳的到达预定位置，并在减速过程中根据 实际运行距离实时反馈调节，使小车能够准确的停在对应的触发机构位置上 进行信息的采集。
29.(3)当巡检机器人长时间未启动或第一次启动或因断电、断信号、重启 等原因进行重新启动时，大概率会丢失位置信息，本发明能够快速的对巡检 机器人进行定位，使巡检机器人能够快速进入工作状态。
30.(4)本发明能够通过对光电开关采集数据以及射频识别器采集数据进 行比对，进行自我校准，及时发现故障位置，方便进行维保工作。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出 创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
32.一种城市管廊巡检机器人运动定位系统，包括安装在巡检机器人上的光 电开关以及安装在机器人行驶轨道上的触发结构，
33.在本发明的一个实施例中，光电开关为常闭式对射光电开关，触发结构 为一排设置在机器人行驶轨道上的贯穿孔，贯穿孔的位置对应常闭式对射光 电开关的安装位置设置，当常闭式对射光电开关经过贯穿孔时，常闭式对射 光电开关的发光端与接收端连通，光电开关处于触发状态；
34.触发结构之间为等距或非等距设置，非等距设置时，需要记录各触发结 构之间的距离，方便后续的智能控制；
35.触发结构按照1、2、3、...、n的顺序依次标号，根据触发结构对应的 标号能够得到对应触发结构与预设的参照物之间的距离，方便对巡检机器人 所在的位置进行实时监控；
36.巡检机器人上固定安装有射频识别器，机器人行驶轨道上在关键位置上 或每隔一段距离设置有载码体，载码体与射频识别器构成无线连接，载码体 中记载有载码体的安装位置信息，每一个载码体的安装位置都对应有一个触 发结构，巡检机器人在该触发结构的对应位置上能够实现对载码体上信息的 读取，巡检机器人在该触发结构相邻的两个触发结构上无法对对应载码体上 的信息进行读取；
37.载码体上的信息为对应触发结构的标号；
38.巡检机器人上安装有速度传感器，用于读取巡检机器人在机器人行驶轨 道上的运行速度，并将速度信息传输至控制器，控制器能够对巡检机器人的 运行速度进行调节；
39.第一步，巡检机器人定位，当巡检机器人长时间未启动或第一次启动或 因断电、断信号、重启等原因进行重新启动时，需要对巡检机器人进行定位， 具体为巡检机器人朝任一方向运动，当巡检机器人上的射频识别器读取到一 个载码体的信息时，开始减速至速度为零，并返回直至光电开关处于触发状 态且射频识别器能够读取对应载码体上的信息，得到对应触发结构的标号， 从而得到巡检机器人的具体位置；
40.在运行过程中，巡检机器人在经过一个载码体位置时，读取载码体内的 信息，并与控制器读取的触发结构计数得到的触发结构标号信息进行比对， 当两者不同时，以载码体所记载标号信息为准进行矫正，并发出报警信息， 将对应载码体与路径上一载码体之间的区段定义为问题区段，对该区域的机 器人行驶轨道进行人工检查或对巡检机器人在该路段的运行记录进行分析以 得到具体问题位置；
41.第二步，根据预设的巡检要求向对应方向运动，根据巡检机器人的运动 方向，光电开关每触发一次，控制器在上一触发结构标号的基础上加1或减 1，得到当前位置的触发结构的标号，从而得到巡检机器人的实时位置；
42.第三步，对检测点对应的触发结构的标号i进行标记，其中1≤i≤n， 当巡检机器人移动方向为自标号为1的触发结构至标号为n的触发结构时， 设定标号为i-q的触发结构为触发点；
43.当巡检机器人的移动方向为自标号n的触发结构至标号为1的触发结构 时，设定标号为i q的触发结构为触发点；
44.q为大于等于1的正整数，当控制器根据读取到触发点标号时，读取此 时速度传感器传输的信号，得到巡检机器人此时的运行速度v，根据公式
45.得到减速过程需要的加速度a，并根据该加速度进行减速直至 下一触发结构；
46.当q等于1时，若巡检机器人在减速至v1时还未读取到触发点标号，则 保持速度v1匀速前进，并在读取到对应触发点信号时进行制动；
47.若巡检机器人在减速至v1前便读取到触发点标号，则保持制动直至速度 为零，然后以速度v1匀速回撤至读取到对应触发点信号时进行制动，
48.其中v1为能够保证巡检机器人制动距离小于5mm的较低速度；
49.当q大于1时，巡检机器人在运行至触发点的下一触发结构时，读取此 时巡检机器人的运行速度，并再次根据公式计算减速过程需要的 加速度，并根据该加速度进行减速直至下一触发结构，并重复上述触发机制， 直至到达标号为i的触发结构；
50.优选的a＝0.2m/s
2-0.6m/s2，通过降低减速与加速的加速度，能够有利于 巡检机器人结构的稳定性提升，因此可以在一定程度上降低对巡检巡检机器 人的强度要求，将巡检巡检机器人的外壳设置为塑料材质，一方面能够降低 自重，从而提升续航效果，另一方面能够提升巡检巡检机器人的防水防腐蚀 效果，因此在实际操作过程中，能够通过提升触发点与检测点之间的距离来 控制加速度a处于该范围；
51.通过在机器人行驶轨道上设置有一排触发结构与安装在巡检机器人上的 光电开关，通过对经过的触发结构的数量进行计数来计算巡检机器人的运行 距离，另外通过对触发机构进行标号，还能够对巡检机器人的位置进行实时 监控，在工作时，能够对所处位置进行高精度的判断，并根据所处位置提前 进行减速，使小车能够平稳的到达预定位置，并在减速过程中根据实际运行 距离实时反馈调节，使小车能够准确的停在对应的触发机构位置上进行信息 的采集。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、
ꢀ“
右”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而 不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位 构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第 二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明 所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以 明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说 明，“多个”的含义是两个或两个以上。
53.本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安 装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是 可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直 接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于 本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体 含义。
54.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的 较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围 所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。