一种变电站巡视机器人的导航系统技术方案

本实用新型专利技术属于机器人及导航领域，特别涉及一种变电站巡视机器人的导航系统。其导航系统采用GPS、电子罗盘导航和红外测距定位配合使用的方法，由单片机控制电路、GPS模块、电子罗盘、激光测距仪和激光寻的装置组成。根据变电站的平面布置图绘制电子地图，建立坐标系；机器人小车巡视工作时，以GPS值在坐标系中粗定位，选取参考杆(柱)，以激光测距仪测得的距离为半径画圆，圆周公共交点即为小车在坐标系中的精确位置，调整小车航向，完成变电站的自主巡视工作。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人及导航领域，特别涉及一种变电站巡视机器人的导航系统。
技术介绍
长期以来，我国电力行业沿用的变电站设备人工巡检作业方式，在高压、超高压环境下，不仅对人身危害大，而且对电网安全运行带来一定隐患。变电站设备巡视机器人可代替人工完成变电站设备的巡视工作，巡视机器人可以根据预先设定的任务指令或工作人员在基站的任务操作，自动导航、定位和路径规划，对设备进行巡视。工作人员只需通过后台基站计算机接收到的实时数据、图像等信息，即可了解变电站设备的工作情况。变电站设备巡检机器人导航定位系统是实现设备巡检工作的关键技术之一。GPS导航定位精度高，单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。但是GPS系统不足之处是GPS接收机的工作受到变电站高压电场和强磁场干扰， 以及当地地形和周围建筑物等因素的影响，而且当可视导航卫星少于4颗，GPS接收机就无法正确定位，或定位精度较差。
技术实现思路
本技术为了克服现有技术的上述缺陷，提出了一种变电站巡视机器人的导航系统，其导航系统采用GPS、电子罗盘导航和红外测距定位配合使用的方法，引导机器人小车完成变电站的自主巡视工作。本技术采用的技术方案为该导航系统包括导航模块和执行模块，其中，导航模块由单片机、GPS模块、电子罗盘、激光测距仪和激光寻的装置组成，GPS模块、电子罗盘、激光测距仪及激光寻的装置的信号输出端均与单片机连接；执行模块由云台电机、云台电位器和行走电机组成，其中，单片机的信号输出端分别与云台电机、云台电位器以及行走电机连接。所述单片机为Atmegal^单片机。本技术的有益效果为采用GPS、电子罗盘导航和红外测距定位配合使用的方法，引导机器人小车完成变电站的自主巡视工作；定位精度高，速度快，能够克服变电站高压电场和强磁场对GPS接收机的干扰，以及当地地形和周围建筑物等因素的影响，适用场合广泛。附图说明图1是本技术变电站巡视机器人导航系统的结构框图。具体实施方式本技术提供了一种变电站巡视机器人的导航系统，以下结合附图和具体实施方式对本技术做进一步说明。如图1所示，该导航系统包括导航模块和执行模块，其中，导航模块由AtmegaUS 单片机、GPS模块、电子罗盘、激光测距仪和激光寻的装置组成，GPS模块、电子罗盘、激光测距仪及激光寻的装置的信号输出端均与AtmegaUS单片机连接；执行模块由云台电机、云台电位器和行走电机组成，其中，Atmegal28单片机的信号输出端分别与云台电机、云台电位器以及行走电机连接。该导航系统的导航流程为(1)根据变电站的平面布置图绘制电子地图，建立坐标系，在坐标图中标示道路， 杆/柱的坐标，包括经纬度和电气设备之间的距离；(2)所述机器人进行巡视工作时，读出所在位置的GPS数值，确定小车在坐标系中的粗定位；(3)读出罗盘的值，确定机器人小车车头方向；(4)根据所述机器人的粗定位位置，在车头前方270°度范围内，从电子地图中选取三个参考杆/柱，并确定参考杆/柱的坐标；(5)将激光测距仪对准参考杆/柱进行测距，为保证得到正确结果采取区域扫描方式，并与估算的距离进行比较，如果超出设定值，则重新检测；(6)以三个参考杆/柱为圆心，测得的距离为半径画圆，三个圆周的公共交点即为机器人小车在电子地图中的精确坐标；(7)根据所得的精确坐标，调整所述机器人的航向。机器人小车进行巡视工作时，为快速准确地实现导航定位，采用的措施有1.测定机器人小车的精确坐标时，因为小车是在行进过程中，因此需要精确测定小车的行进轨迹，在计算中加入行进路线偏差校正。2.激光测距定位在尽短时间内完成，为了缩短定位时间采用了以下两种措施(1)激光测距仪在搜寻参考定位杆/柱时，装载激光测距仪的水平云台的转动速度为250-300° /s ；在寻找参考杆/柱上的最近点时，装载激光测距仪的水平云台的转动速度为 25-30° /s。为保证云台正确快速转动，采用AtmegaUS单片机及其电路板控制云台与激光测距仪；为减小云台转动惯量，采用电机带动云台转动，用电位器输出转动角度。(2)为尽快寻找到参考杆/柱，测得距离，加设激光寻的装置，引导激光测距仪对准参考杆/柱。权利要求1.一种变电站巡视机器人的导航系统，包括导航模块和执行模块，其特征在于，导航模块由单片机、GPS模块、电子罗盘、激光测距仪和激光寻的装置组成，GPS模块、电子罗盘、激光测距仪及激光寻的装置的信号输出端均与单片机连接；执行模块由云台电机、云台电位器和行走电机组成，其中，单片机的信号输出端分别与云台电机、云台电位器以及行走电机连接。2.根据权利要求1所述的变电站巡视机器人的导航系统，其特征在于，所述单片机为 Atmegal28 单片机。专利摘要本技术属于机器人及导航领域，特别涉及一种变电站巡视机器人的导航系统。其导航系统采用GPS、电子罗盘导航和红外测距定位配合使用的方法，由单片机控制电路、GPS模块、电子罗盘、激光测距仪和激光寻的装置组成。根据变电站的平面布置图绘制电子地图，建立坐标系；机器人小车巡视工作时，以GPS值在坐标系中粗定位，选取参考杆(柱)，以激光测距仪测得的距离为半径画圆，圆周公共交点即为小车在坐标系中的精确位置，调整小车航向，完成变电站的自主巡视工作。文档编号G01C21/34GK202092653SQ20102069788公开日2011年12月28日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日专利技术者刘瑶, 李俊霖, 李卫国, 李熙, 渠展展, 石海鹏, 芦竹茂 申请人:华北电力大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种变电站巡视机器人的导航系统，包括导航模块和执行模块，其特征在于，导航模块由单片机、ＧＰＳ模块、电子罗盘、激光测距仪和激光寻的装置组成，ＧＰＳ模块、电子罗盘、激光测距仪及激光寻的装置的信号输出端均与单片机连接；执行模块由云台电机、云台电位器和行走电机组成，其中，单片机的信号输出端分别与云台电机、云台电位器以及行走电机连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫国，刘瑶，芦竹茂，李俊霖，渠展展，石海鹏，李熙，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：实用新型
国别省市：11