[实用新型]一种变电站巡视机器人的导航系统

说明书

技术领域

本实用新型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。 

背景技术

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。 

发明内容

本实用新型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。 

本实用新型采用的技术方案为： 

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Atmega128单片机。 

本实用新型的有益效果为：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是本实用新型变电站巡视机器人导航系统的结构框图。 

具体实施方式

本实用新型提供了一种变电站巡视机器人的导航系统，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。 

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Atmega128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Atmega128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，Atmega128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Atmega128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。