一種基于ros的機器人里程計的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及變電站巡檢機器人技術，特別是一種基于ROS的機器人里程計。本實用新型針對現有技術存在的問題，提供一種基于ROS的機器人里程計。在前輪差速轉向方式運行的機器人底盤上，設置了電動旋轉臺，電動旋轉臺上設置電子羅盤及激光測距儀，用于測量機器人的運行方向及與外界物體的距離，在車輪上設置了光電編碼器，用于測量機器人的運行速度。里程計控制器依據光電編碼器獲取的運行速度及電子羅盤獲取的運行方向數據，按機器人主機的導航基礎數據到達預定停靠點時，里程計控制器根據激光測距儀測量的距離值，通過三角定位算法得到機器人的精確定位。
【專利說明】
一種基于ROS的機器人里程計
技術領域
[0001]本實用新型涉及變電站巡檢機器人技術，特別是一種基于ROS的機器人里程計。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，經濟的繁榮，計算機自動化技術得到越來越廣泛的應用。在變電站中，傳統的巡檢工作由人工完成，將機器人技術運用到變電站的日常巡檢工作中，能夠克服人工巡檢工作量大，巡檢可靠性不高，數據準確性不高，巡檢數據記錄困難等缺點。在自動巡檢過程中，當巡檢機器人到達預先設定的檢測點時，停靠并控制攝像機云臺轉動，將攝像機對準被測目標設備，同時采集并存儲目標的高清視頻圖像和紅外熱成像圖像，隨后計算機根據這些圖像數據，對設備故障進行智能判斷，能夠自動檢測設備的工作溫度，對設備過熱故障能夠及時報警，提高了變電站巡檢工作的可靠性，能夠實現變電站無人值守。
[0003]但是，變電站巡檢的路徑復雜，巡檢距離也比較長，而機器人自主行走，需要進行精確的導航，才能在預先設定的檢測點停靠。常用的雙輪驅動差速轉向的巡檢機器人，其導航基礎數據來自里程計，里程計通過安裝在左右車輪上的光電編碼器來檢測車輪移動的距離，從而計算出機器人的運行速度，根據左右車輪的速度差來計算運行方向。基于光電編碼器的里程計距離測量相對精度很高，但是其主要缺點是會產生誤差累積問題，且機器人運行距離越長，誤差累積越嚴重。另外，當機器人轉彎時，車輪會產生滑動，機器人運行方向的計算也將產生較大誤差，因此，設計一種測量精度高、可消除誤差累積的機器人里程計就成為一個必須解決的重要問題。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的發明目的在于:針對現有技術存在的問題，提供一種基于ROS的機器人里程計。在前輪差速轉向方式運行的機器人底盤上，設置了電動旋轉臺，電動旋轉臺上設置電子羅盤及激光測距儀，用于測量機器人的運行方向及與外界物體的距離，在車輪上設置了光電編碼器，用于測量機器人的運行速度。里程計控制器依據光電編碼器獲取的運行速度及電子羅盤獲取的運行方向數據，按機器人主機的導航基礎數據到達預定停靠點時，里程計控制器根據激光測距儀測量的距離值，通過三角定位算法得到機器人的精確定位，測量精度高。并可消除誤差累積的機器人里程計。
[0005]本實用新型采用的技術方案是這樣的:
[0006]一種基于ROS機器人里程計包括用于檢測車輪移動的運行速度的速度測量裝置、用于檢測機器人運行方向的設置于電動旋轉臺上的電子羅盤、用于測量機器人與外界物體距離的設置于電動旋轉臺上的激光測距儀、用于放置激光測距儀及電子羅盤的電動旋轉臺、里程計控制器;速度測量裝置分別安裝在機器人底盤兩個前輪上;機器人底盤上設置有電動旋轉臺與里程計控制器;速度測量裝置、電動旋轉臺、電子羅盤、激光測距儀都分別與里程計控制器連接;里程計控制器用于機器人精確定位。
[0007]所述速度測量裝置是安裝于機器人底盤前輪上的左、右光電編碼器。
[0008]所述機器人底盤采用雙輪差速驅動方式，機器人底盤兩個前輪為驅動輪、機器人底盤兩個后輪為萬向輪。
[0009]所述里程計控制器，采用ARM嵌入式系統設計，里程計控制器芯片型號為瑞芯微RK3066。里程計控制器運行基于Linux操作系統的ROS機器人操作系統，自身成為一個ROS節點。
[0010]所述電動旋轉臺通過螺栓固定安裝在機器人底盤正前方，電動旋轉臺通過自身旋轉帶動控制電動旋轉臺上的電子羅盤及激光測距儀的測量方向；型號為:K101DC60，行程360°，臺面尺寸直徑60mm，驅動結構為渦輪蝸桿結構，最大速度50° /sec，分辨率0.001°，重復定位精度0.005°，絕對定位精度0.01°。
[0011 ] 所述電子羅盤型號為:HEC345，電子羅盤通過RS232接口與里程計控制器連接。
[0012]所述激光測距儀型號為邁測Y3-20-232，里程200米，精度土 2mm，分辨率Imm，波長635nm，數據接口 RS232。
[0013]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是:
[0014]里程計控制器依據光電編碼器獲取的運行速度及電子羅盤獲取的運行方向數據，按機器人主機的導航基礎數據到達預定停靠點時，里程計控制器根據激光測距儀測量的距離值，通過三角定位算法得到機器人里程計的精確定位。使用這種方法，每到達一個預定停靠點，機器人都利用左右兩個固定標志來重新計算當前位置坐標，從而避免了位置誤差的累積。
[0015]里程計控制器作為ROS節點，測量底盤速度及方向，消除累積誤差，再將速度、方向及坐標數據發布到機器人主機，用與更新導航基礎數據。
[0016]通過以上設計，里程計具有無累積誤差、速度及方向測量精度高的優點，適合用作變電巡檢機器人的里程計。
【附圖說明】
[0017]圖1是本專利結構簡圖。
[0018]圖2是本專利原理框圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0020]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0021]機器人包括機器人里程計、由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統和復雜機械等組成。而本裝置相當于機器人中檢測裝置，計算當前位置坐標等參數，避免了位置誤差的累積。
[0022]工作過程:光電編碼器、電子羅盤與里程計控制器連接，必然將采集的數據輸入至里程計控制器，因此里程計控制器依據光電編碼器獲取的運行速度，及電子羅盤獲取的運行方向數據，當機器人控制系統的導航基礎數據到達預定停靠點時，里程計控制器根據激光測距儀測量的距離值，通過三角定位算法或者其他定位算法得到機器人的精確定位。具體為:
[0023]本具體實施，機器人底盤左右驅動前輪上都安裝有光電編碼器，里程計控制器通過在單位時間內計算光電編碼器的輸出脈沖數，可計算出左右車輪的轉速，進而計算出機器人的運行速度。里程計控制器通過讀取電子羅盤數據，可計算出機器人的運行方向。機器人的巡檢路徑(導航基礎數據的一部分)是預先確定的，巡檢路徑周圍的環境位置也是確定的，當機器人到達某個預定停靠點后，里程計控制器控制電動旋轉臺，帶動電動旋轉臺上的電子羅盤及激光測距儀旋轉到特定方向，測量機器人與外界環境中設置的固定標志的距離，通過三角定位法，確定機器人的當前位置，里程計控制器計算出與預定位置的誤差(即兩點之間的距離計算。是本領域技術人員常用技術手段)，在機器人導航至下一停靠點時，將當前停靠點得到的位置的誤差與下一停靠點預定位置進行綜合后(在停靠點位置加上位置的誤差計算是本領域技術人員常用技術手段)，提前校正導航距離及方向，從而消除位置的累積誤差。里程計控制器運行ROS操作系統，自身成為一個ROS節點，將所測量的運行速度、方向及坐標數據發布到機器人主機。
[0024]其中三角定位算法是本領域公知技術。三角定位算法具體過程是:機器人控制電動旋轉臺，將激光測距儀分別轉向機器人的左右兩側，轉動角度由電動旋轉臺控制，使激光測距儀指向左右兩側預先設置的固定標志，用激光測距儀獲取機器人與這兩個固定標志的距離數據，由電動旋轉臺轉動角度獲取左右兩個固定標志與機器人前進方向的角度差，這樣就形成一個三角形，其三個頂點分別為機器人及左右兩個固定標志，其三邊長分別為機器人與左右兩標志的距離及左右兩標志之間的距離。而左右兩標志的位置坐標已經預先測定，利用三角定位算法，即可解算出機器人的當前位置坐標。
[0025]如圖1所示，本發明實施例包括機器人底盤、左光電編碼器、右光電編碼器、里程計控制器、電動旋轉臺、電子羅盤、激光測距儀。左右光電編碼器安裝在底盤的兩個驅動前輪上。底盤上安裝有里程計控制器和電動旋轉臺，電子羅盤和激光測距儀安裝在電動旋轉臺上。如圖2所示，里程計由里程計控制器、左光電編碼器、右光電編碼器、電動旋轉臺、電子羅盤、激光測距儀組成。左光電編碼器、右光電編碼器、電動旋轉臺、電子羅盤、激光測距儀都連接到里程計控制器。
[0026]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于ROS機器人里程計，其特征在于包括用于檢測車輪移動的運行速度的速度測量裝置、用于檢測機器人運行方向的設置于電動旋轉臺上的電子羅盤、用于測量機器人與外界物體距離的設置于電動旋轉臺上的激光測距儀、用于放置激光測距儀及電子羅盤的電動旋轉臺、里程計控制器;速度測量裝置分別安裝在機器人底盤兩個前輪上;機器人底盤上設置有電動旋轉臺與里程計控制器;速度測量裝置、電動旋轉臺、電子羅盤、激光測距儀都分別與里程計控制器連接;里程計控制器用于機器人精確定位。2.根據權利要求1所述的一種基于ROS機器人里程計，其特征在于所述速度測量裝置是安裝于機器人底盤兩前輪上的左、右光電編碼器。3.根據權利要求1或2所述的一種基于ROS機器人里程計，其特征在于所述機器人底盤采用雙輪差速驅動方式，機器人底盤兩個前輪為驅動輪、機器人底盤兩個后輪為萬向輪。4.根據權利要求3所述的一種基于ROS機器人里程計，其特征在于所述里程計控制器，采用ARM嵌入式系統設計，里程計控制器芯片型號為瑞芯微RK3066;里程計控制器運行基于Linux操作系統的ROS機器人操作系統，自身成為一個ROS節點。5.根據權利要求4所述的一種基于ROS機器人里程計，其特征在于所述電動旋轉臺通過螺栓固定安裝在機器人底盤正前方，電動旋轉臺通過自身旋轉，帶動控制電動旋轉臺上的電子羅盤及激光測距儀的測量方向；型號為:K101DC60，行程360°，臺面尺寸直徑60mm，驅動結構為渦輪蝸桿結構，最大速度50° /sec，分辨率0.001%重復定位精度0.005°，絕對定位精度0.01。。6.根據權利要求5所述的一種基于ROS機器人里程計，其特征在于所述電子羅盤型號為:HEC345，電子羅盤通過RS232方式與里程計控制器連接。7.根據權利要求6所述的一種基于ROS機器人里程計，其特征在于所述激光測距儀型號為邁測Y3-20-232，里程200米，精度土 2mm，分辨率Imm，波長635nm，數據接口 RS232。
【文檔編號】G01C23/00GK205655844SQ201620492922
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月27日 公開號201620492922.3, CN 201620492922, CN 205655844 U, CN 205655844U, CN-U-205655844, CN201620492922, CN201620492922.3, CN205655844 U, CN205655844U
【發明人】居錦武, 王蘭英, 鄒修榮, 羅鑫
【申請人】四川理工學院