矿用轨道机器人路标检测定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种矿用轨道机器人路标检测定位系统及方法，属于轨道机器人定位技术领域；所述系统包括矿用轨道机器人和设置在机器人行走轨道一侧的定位标识，以及安装在机器人上的接近开关一、接近开关二、防爆伺服电机、控制器，防爆伺服电机配备有增量编码器、伺服驱动器；所述方法引入路标检测定位系统来消除机器人远距离行驶中的里程定位误差，通过按预设长度沿途设置定位标识，将机器人行驶路径划分为均等几段，机器人可检测到定位标识并判定路标检测定位的正确性，而后通过对比编码器里程值与实际测量值补偿定位误差，继而消除长距离行驶中产生的定位累计误差。行驶中产生的定位累计误差。

【技术实现步骤摘要】
矿用轨道机器人路标检测定位系统及方法


[0001]本专利技术属于轨道机器人定位
，具体涉及一种矿用轨道机器人路标检测定位系统及方法。

技术介绍

[0002]随着煤矿智能化发展，大量智能化矿用机器人被引入到煤矿生产的各个环节，其中矿用轨道机器人凭借体积小、空间利用率高等优势，得到广大用户青睐，应用最为广泛。定位技术是轨道机器人系统的关键技术之一，定位精度与可靠性将直接影响机器人的安全性和运行效率。目前，较为成熟的轨道定位技术有：全球定位(GPS)技术、里程计定位技术、特征视觉识别技术、路标检测定位技术等。
[0003]专利“CN201310071279.8一种轨道式移动装置的定位方法”，通过路标检测定位系统实现。移动装置的运行轨道依据预设长度设置多个标定位置，并对标定位置依次编号，包括移动装置目标位置的目的编号与当前位置的编号。移动装置前进当运动时间等于预设移动长度所用时间的整数倍时，获得当前标定位置编号，直到当前位置的标号与目的标号相等，移动装置到达目的地。
[0004]专利“CN202010545104.6一种机器人定位装置”，利用一个定位摄像头或多个定位摄像头组合的视角范围覆盖指定的定位范围，实际位置与定位摄像头拍摄图片中的位置预先进行标定，使两者存在对应关系。机器人工作时，计算模块对定位摄像头拍摄的图片进行分析，识别机器人并计算机器人在图片中的位置，通过实际位置与图片位置的对应关系确定机器人的实际位置。
[0005]专利“CN201810594133.4一种适用于轨道机器人的定位系统和方法”，利用机器人上搭载光电传感器和增量式编码器，在轨道上设置固定位置的码板，根据码板信息可得到机器人上的实际移动距离，编码器可以实时记录机器人的里程值。处理器可计算出同一时刻下码板对应的实际距离值和里程值的偏差值，依据偏差值对里程值进行调整，可实现对轨道机器人位置信息的矫正。
[0006]上述定位技术或方法存在问题如下:
[0007]1)GPS定位技术在井下环境无法使用，无法应用到矿用轨道机器人的定位上。
[0008]2)单一里程定位技术，由于机器人行走轮打滑等原因会造成定位误差，且随着机器人前进，误差累积加大。
[0009]3)视觉定位技术图像采集工作受环境光线等因素制约，不适用于井下巷道等光线不足的使用场所，且图像处理数据运算量大需高性能工控机进行数据处理，成本高。
[0010]专利“CN201810594133.4一种适用于轨道机器人的定位系统和方法”中，采用路标检测定位系统与里程计定位技术结合的方式进行机器人定位，虽可以修正里程计定位的累积误差，但在该系统中并无相应措施验证偏差计算的合理性，当定位识别失败时用错误的偏差矫正里程值相反会增大误差。例如在高粉尘的煤矿环境下，严重影响码板的识别而造成定位失败，此时计算的偏差将严重偏离真实值。

技术实现思路

[0011]基于上述技术问题，本专利技术提供一种矿用轨道机器人路标检测定位系统及矿用轨道机器人定位方法，旨在修正单纯依靠编码器的里程计定位技术产生的定位误差，实现矿用轨道机器人长距离行驶精准定位。其中，矿用轨道机器人定位方法，引入路标检测定位系统来消除机器人远距离行驶中的里程定位误差，通过按预设长度沿途设置定位标识，将机器人行驶路径划分为均等几段，机器人可检测到定位标识并判定路标检测定位的正确性，而后通过对比编码器里程值与实际测量值补偿定位误差，继而消除长距离行驶中产生的定位累计误差。
[0012]一种矿用轨道机器人路标检测定位系统，包括：矿用轨道机器人和设置在机器人行走轨道一侧的定位标识，以及安装在机器人上的接近开关一、接近开关二、防爆伺服电机、控制器，防爆伺服电机配备有增量编码器、伺服驱动器；接近开关一、接近开关二、增量编码器连接控制器的输入端，伺服驱动器连接控制器的输出端。
[0013]所述接近开关用于检测定位标识，当接近开关一检测到定位标识时，作为位置积分的起始时刻t0，触发控制器开始进行位置积分，当接近开关二检测到所述定位标识时，作为位置积分的结束时刻t1，触发控制器结束进行位置积分，t0～t1时间段内的位置积分值s为检测定位标识过程中矿用轨道机器人的移动距离；
[0014]所述增量编码器用于对机器人行走轮的行走圈数进行计数；
[0015]所述控制器用于根据位置积分结果s、测量值d之比判断标识定位的准确性，其中测量值d为两个接近开关之间的距离。
[0016]所述控制器采用西门子S7
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1200PLC，增量编码器通过RS485与西门子S7
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1200PLC相连，防爆伺服电机由伺服驱动器进行驱动，伺服驱动器通过RS485与西门子S7
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1200PLC相连，防爆伺服电机、增量编码器、控制器、伺服驱动器均封装在防爆电控箱内。
[0017]一种矿用轨道机器人定位方法，基于所述的矿用轨道机器人路标检测定位系统实现，所述方法包括：
[0018]步骤1：当接近开关一检测到定位标识时，控制器触发伺服驱动器控制防爆伺服电机带动机器人减速后以速度v前进；
[0019]步骤2：预设编码器里程值范围为[L
min
,L
max
]，判断编码器里程值M是否在范围[L
min
,L
max
]内，若超出该范围，停机排查故障，反之执行步骤3；其中，L
min
为编码器的最小里程值，L
max
为编码器的最大里程值；
[0020]步骤3：当接近开关一检测到定位标识时，积分计算开始，当接近开关二检测到同一定位标识时，积分计算结束，t0～t1时间段内的位置积分值s表示为：
[0021][0022]式中，v表示矿用机器人的行进速度，t表示时刻；
[0023]步骤4：计算积分值s与测量值d的距离比设置距离比的范围为[i
min
,i
max
]，如果距离比i在范围[i
max
,i
max
]内，则表明定位成功，其中i
min
为距离比的最小值，i
max
为距离比的最大值。
[0024]所述步骤2判断编码器里程值是否在合理范围内，具体表示为：
[0025]当机器人行走到第一个定位标识时，将编码器清零，机器人继续前行到第二个定
位标识时的编码里程值M如果在[L
min
,L
max
]范围内，则表明编码器里程值在合理的范围内；所述编码里程值M表示为：
[0026]M＝b/λ*γ*d
s
*π
[0027]式中，b为编码器的编码值，λ为编码器分辨率，γ为减速比，d
s
为轮子直径。
[0028]所述步骤4具体表述为：
[0029]如果距离比i在范围[i
min
,i
max
]内，则表明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用轨道机器人路标检测定位系统，其特征在于，包括：矿用轨道机器人和设置在机器人行走轨道一侧的定位标识，以及安装在机器人上的接近开关一、接近开关二、防爆伺服电机、控制器，防爆伺服电机配备有增量编码器、伺服驱动器；接近开关一、接近开关二、增量编码器连接控制器的输入端，伺服驱动器连接控制器的输出端。2.根据权利要求1所述的一种矿用轨道机器人路标检测定位系统，其特征在于，所述接近开关用于检测定位标识，当接近开关一检测到定位标识时，作为位置积分的起始时刻t0，触发控制器开始进行位置积分，当接近开关二检测到所述定位标识时，作为位置积分的结束时刻t1，触发控制器结束进行位置积分，t0～t1时间段内的位置积分值s为检测定位标识过程中矿用轨道机器人的移动距离；所述增量编码器用于对机器人行走轮的行走圈数进行计数；所述控制器用于根据位置积分结果s、测量值d之比判断标识定位的准确性，其中测量值d为两个接近开关之间的距离。3.根据权利要求2所述的一种矿用轨道机器人路标检测定位系统，其特征在于，所述控制器采用西门子S7
‑
1200PLC，增量编码器通过RS485与西门子S7
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1200PLC相连，防爆伺服电机由伺服驱动器进行驱动，伺服驱动器通过RS485与西门子S7
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1200PLC相连，防爆伺服电机、增量编码器、控制器、伺服驱动器均封装在防爆电控箱内。4.一种矿用轨道机器人定位方法，基于权利要求1～3任意一项所述的矿用轨道机器人路标检测定位系统实现，其特征在于，所述方法包括：步骤1：当接近开关一检测到定位标识时，控制器触发伺服驱动器控制防爆伺服电机带动机器人减速后以速度v前进；步骤2：预设编码器里程值范围为[L
min
,L
max
]，判断编码器里程值M是否在范围[L
min
,L
max
]内，若超出该范围，停机排查故障，反之执行步骤3；其中，L
min
为编码器的最小里程值，L
max
为编码器的最大里程值；步骤3：当接近开关一检测到定位标识时，积分计算开始，当接近开关二检测到同一定位标识时，积分计算结束，t0～t1时间段内的位置积分值s表示为：式中，v...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨征，梁旭，王小勇，张慧峰，常毛毛，王新铭，邱教伟，姜宇，李赫，李玉生，
申请(专利权)人：中煤科工集团沈阳研究院有限公司中煤科工机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：