CN105835059B - 一种机器人控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人控制系统，不仅能够精确定位机器人当前所在位置，而且能够通过远程监控装置随时对机器人的行走路径进行新的界定，而且不需要专业人员在后台程序中进行添加或修改，只需要作业者使用鼠标在既定的三维立体地图中进行选择添加或者移动，随时输入新的路径调整指令，远程监控装置则会自动处理修改后的巡检路径数据，并通过数据接收和传输模块发送给机器人主控装置，机器人主控装置中的存储模块生成新的巡检路径，指令机器人按照新的巡检路径进行巡检。该系统操作简单，定位准确，能够更加容易地生成新的巡检路径，减少了误操作和不必要的设备故障。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种机器人控制系统。
背景技术
机器人行走中的导航是实现在复杂环境下机器人系统依靠传感器技术和人工智能技术，从出发点运动到目的地的系统和方法。机器人是一种可以帮助人类完成服务性工作的半自主或全自主工作的机器人。
路径规划技术是机器人研究领域的一个重要分支，是依据某个或某些优化准则（如工作代价最小、行走路线最短、行走时间最短等），在其工作空间中找到一条从起始点到目标地的能够避开障碍物的最优路径。
室内定位技术大多采用短距离无线定位技术，尤其采用超声波定位技术的最为常见。但是，该技术存在以下缺陷：超声波在传输过程中衰减明显，受多径效应和非视距传播影响，这些缺点导致该技术基本只能用于无人且环境较空旷场所。同时，在路径较为复杂的场所，定位准确性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种器人控制系统，该系统不仅能够更容易地实现机器人巡检路径的切换，同时，能够实时监控接收机器人在行走过程中可能发生的碰撞、或者部件发生异常等状况。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种机器人控制系统，包括：远程监控装置及机器人；
所述机器人上设有蓄电池、驱动装置、行走执行装置、拍摄三维图像的拍摄装置、进行二维扫描的激光扫描装置，计量机器人运行距离的里程计数装置、报警装置和主控装置；
所述远程监控装置包括主机、显示机器人当前状态的显示屏和输入外部监控指令的输入设备，所述主机中设有机器人巡检路径调整模块；
所述主控装置与所述远程监控装置、驱动装置、行走执行装置、拍摄装置、激光扫描装置、里程计数装置、报警装置相连，所述主控装置包括：
计数模块，获取所述里程计数装置计量的机器人从初始位置行走至当前位置的行走距离；
存储模块，存储机器人行走路径的三维立体地图；接收所述行走距离，根据所述行走距离确定机器人当前在所述三维立体地图中的区域位置；获取所述激光扫描装置扫描的机器人当前所在环境的二维坐标数据以及所述拍摄装置拍摄的三维图像；在所述区域位置内，将所述二维坐标数据或将所述三维图像与所述三维立体地图比对，精确定位机器人的当前位置；
数据接收和传送模块，接收所述精确定位机器人的当前位置，并发送给所述机器人巡检路径调整模块；
所述机器人巡检路径调整模块，接收所述当前位置并结合外部输入的监控指令进行巡检路径调整，形成巡检路径调整指令，并将所述巡检路径调整指令通过所述数据接收和传送模块发送给所述存储模块；
所述存储模块根据巡检路径调整指令结合所述三维立体地图生成新的巡检路径，并发送行走信息至所述驱动装置；
所述驱动装置，驱动行走执行装置按照新的巡检路径行走。
进一步地，所述机器人上还设有防撞钢梁和急停控制装置；
所述防撞钢梁为使用合页将多个部分相互连接构成的环形条状结构，所述防撞横梁设在机器人表面，所述急停控制装置设在所述防撞横梁的内侧；所述防撞钢梁被挤压触动所述急停控制装置，机器人停止行走，所述警报装置启动。
进一步地，所述急停控制装置为常开行程开关，所述常开行程开关的固定端设在机器人表面，其活动触头朝向所述防撞钢梁的内壁。
进一步地，所述机器人上还设有获取目标变压器的当前工作声音的定向拾音设备和对所述当前工作声音进行频率检测分析的声音频率分析设备；
所述主控装置中还包括音频处理模块，存储变压器的正常工作声音频率，同时获取所述声音频率分析设备分析的目标变压器的当前工作声音频率，并将该当前工作声音频率与所述正常工作声音频率比对；比对结果一致则变压器工作正常，比对结果不一致则变压器工作异常，并向所述报警装置发送启动信息，报警装置发出警报。
进一步地，所述机器人上还设有与所述蓄电池连接的温度传感器，以及设在所述蓄电池上的升温装置和降温装置；
所述数据接收和传送模块，接收所述温度传感器检测的所述蓄电池的当前温度；
存储模块，存储所述蓄电池工作的正常温度范围值；接收所述蓄电池的当前温度，并与所述正常温度范围值对比，当前温度较高时，发送启动信息至所述降温装置；当前温度较低时，发送启动信息至所述升温装置。
进一步地，所述温度传感器为非接触式温度传感器。
进一步地，所述升温装置为自控温电伴热带。
进一步地，所述降温装置为排风扇，在机器人的表面设有与所述蓄电池连通的排风窗口。
进一步地，所述拍摄装置为双目立体相机，所述激光扫描装置为激光扫描仪，所述双目立体相机和所述激光扫描仪均设在机器人的头部；
所述激光扫描仪的扫描角度最大为190°，扫描精度为±15mm，扫描的最大距离为80米。
进一步地，所述里程计数装置为码盘。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：
本发明提供的机器人控制系统，不仅能够精确定位机器人当前所在位置，而且能够通过远程监控装置随时对机器人的行走路径进行新的界定，而且不需要专业人员在后台程序中进行添加或修改，只需要作业者使用鼠标在既定的三维立体地图中进行选择添加或者移动即可，也就是说随时输入新的路径调整指令，远程监控装置则会自动处理修改后的巡检路径数据，并通过数据接收和传输模块发送给机器人主控装置，机器人主控装置中的存储模块生成新的巡检路径，指令机器人按照新的巡检路径进行巡检。该系统操作简单，定位准确，能够更加容易地生成新的巡检路径，减少了误操作和不必要的设备故障。
附图说明
图1为本发明提供的一种机器人控制系统中机器人的结构示意图；
图2为本发明提供的一种机器人控制系统模块图；
图中：1.机器人，2.头部，3.行动轮，4.驱动装置，5.蓄电池，6.拍摄装置，7.激光扫描装置，8.里程计数装置，9.报警装置，10.防撞钢梁，11.急停控制装置，12.定向拾音设备，13.声音频率分析设备，14.温度传感器，15.升温装置，16.降温装置，17.主控装置；
18.远程监控装置，18-1.主机，18-2.显示屏，18-3.输入设备。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步详细的叙述。
图1和2所示，一种机器人控制系统，包括：远程监控装置18及机器人1；机器人1上设有蓄电池5、驱动装置4、行走执行装置、拍摄三维图像的拍摄装置6、进行二维扫描的激光扫描装置7，计量机器人1运行距离的里程计数装置8、报警装置9和主控装置17；
远程监控装置18包括主机18-1、显示机器人1当前状态的显示屏18-2和输入外部监控指令的输入设备18-3，主机18-1中设有机器人1巡检路径调整模块。
主控装置17与远程监控装置18、驱动装置4、行走执行装置、拍摄装置6、激光扫描装置7、里程计数装置8、报警装置9相连，主控装置17包括：
计数模块，获取所述里程计数装置8计量的机器人1从初始位置行走至当前位置的行走距离；
存储模块，存储机器人1行走路径的三维立体地图；接收所述行走距离，根据所述行走距离确定机器人1当前在所述三维立体地图中的区域位置；获取所述激光扫描装置7扫描的机器人1当前所在环境的二维坐标数据以及所述拍摄装置6拍摄的三维图像；在所述区域位置内，将所述二维坐标数据或将所述三维图像与所述三维立体地图比对，精确定位机器人1的当前位置；
数据接收和传送模块，接收所述精确定位机器人1的当前位置，并发送给所述机器人1巡检路径调整模块；
所述机器人1巡检路径调整模块，接收所述当前位置并结合外部输入的监控指令进行巡检路径调整，形成巡检路径调整指令，并将所述巡检路径调整指令通过所述数据接收和传送模块发送给所述存储模块；
所述存储模块根据巡检路径调整指令结合所述三维立体地图生成新的巡检路径，并发送行走信息至所述驱动装置4；
所述驱动装置4，驱动行走执行装置按照新的巡检路径行走。
其中的主控装置17可以通过PLC控制面板或者本领域其它可以使用的工控装置来实现。
其中的驱动装置4为伺服电机。伺服电机可使控制速度、位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
行走执行装置包括头部22和用于带动机器人1行走行动轮33；行动轮3设在机器人1的底部，头部22设在机器人1的顶部，头部22和行动轮3均通过转轴与机器人1主体连接，在运行过程中，可以在可执行范围内转动任意角度。
所述拍摄装置6为双目立体相机，所述激光扫描装置7为激光扫描仪，所述双目立体相机和所述激光扫描仪均设在机器人1的头部22。激光扫描仪的扫描角度最大为190°，扫描精度为±15mm，扫描的最大距离为80米，可以优选德国进口LMS511 SICK激光雷达。
里程计数装置8优选为码盘（encoding disk），也叫里程计，测量角位移的数字编码器。它具有分辨能力强、测量精度高和工作可靠等优点，是测量轴转角位置的一种最常用的位移传感器。本方案中码盘主要采用脉冲计数，每个脉冲车轮转动多少来确定机器人1行走的距离，将脉冲数反馈给主控装置17中的计数模块，由计数模块计算出机器人1行走距离。
具体作业时，机器人1在正常巡检的过程中，会不断地进行当前环境位置的扫描和拍摄，并将扫描的二维坐标数据和拍摄的三维图像反馈给远程监控装置18，后台的监控人员能够在远程监控装置18的显示屏18-2上看到机器人1目前的准确定位。此时，后台的监控人员临时需要正在巡检的机器人1马上去巡检某一指定位置，该人员可以通过远程监控装置18输入监控指令，主机18-1根据目前机器人1的准确位置和接收到的监控指令，形成巡检路径调整指令，并将该调整指令反馈给机器人1，机器人1的主控装置17中的存储模块根据该巡检路径调整指令结合存储的既定三维立体地图形成新的巡检路径，并指令机器人1按照新的巡检路径进行巡检。
而在实际操作中，远程监控装置18的显示屏18-2上会显示出整个巡检场地的平面图，同时，也能够显示出机器人1当前的所在位置，为了方便监控人员的操作，可以在平面图上使用不同颜色标明机器人1可以行走的区域、不能行走的区域，需要巡检的设备区域，之后监控人员可以在平面图上通过拖动鼠标，选择不同的区域作为临时巡检场所，之后机器人1将会按照监控人员的指令进行巡检。
变电站的变压器由于长时间的使用，其会发生一定的内部损耗，而根据探测变压器的工作声音频率就能够更早地了解到变压器是否已经发生了内部损耗严重的问题。
定向拾音器正对待检测变压器，采集变压器的当前工作声音，与其连接的音频分析仪获取该当前工作声音，并对其进行分析检测，得到当前工作声音频率。主控装置17中的音频处理模块获取当前工作声音频率，并与存储的变压器正常工作声音频率对比，比对结果一致则变压器工作正常，比对结果不一致则变压器工作异常，向所述报警装置9发送启动信息，报警装置9发出警报，提示监测人员该变压器需要检修。
其中的定向拾音设备12为定向拾音器，所述声音频率分析设备13为音频分析仪。定向拾音是语音增强众多方法中的一种，是按照声音来源方向，在混杂的信号中进行目标信号的拾取，即只拾取特定方向传播来的声音信号，而其他方向的噪声、干扰信号不拾取而衰减或是屏蔽，从而达到目标语音增强的效果。
优选报警装置9为报警灯或者报警铃，当报警装置9响起，则说明被检测变压器为非正常工作状态，需要及时进行检修。
在机器人1上设置防撞钢梁10，该防撞钢梁10通过合页相互连接的多个部分都成的条状横梁结构，在防撞钢梁10的内部设有急停控制装置11，机器人1在行走过程中，防撞钢梁10撞击在外部物体上时，在合页位置会向内部凹陷，此时，内凹部分撞击急停控制装置11，机器人1停止行走，并启动报警装置9，监控人员及时接收到报警信号，进行及时处理。通过该装置能够很好地保护机器人1，同时在机器人1撞击到外部物体时能够防止其严重受损。
优选温度传感器14为非接触式温度传感器14，不仅方便安装而且即能够准确测量蓄电池5的当前温度。
其中的升温装置15优选为自控温电伴热带，也叫温控电伴热带电缆，由导电高分子复合材料(塑料)和两根平行金属导线及绝缘护套构成的扁形带状电缆。其特性是导电高分子复合材料具有正温度系数“PTC”特性，且相互并联，能随被加热体系的温度变化自动调节输出功率，自动限制加热的温度。“PTC”特性即正温度系数效应，是指材料电阻率随着温度升高而增大，并在一定温度区间电阻率急剧增大的特性。温控电伴热带电缆可以任意截短或在一定范围内接长使用，并允许多次交叉重叠而无高温热点及烧毁之虑。
为了方便设置，优选降温装置16为排风扇，排风扇设在蓄电池5一侧，在机器人1的表面设置与蓄电池5连通的排风窗口，当排风扇对蓄电池5吹风时能够及时将热风从内部吹出，达到对蓄电池5降温的目的。
具体作业时，在通常环境中，机器人1行走过程中，蓄电池5不断做功，蓄电池5自身温度升高，此时温度传感器14实时检测蓄电池5的当前温度，并将检测的当前温度反馈给主控装置17，其中的数据接收和传送模块接收该当前温度，并传送给存储模块。存储模块中存储有蓄电池5正常工作中的正常温度范围值，存储模块将当前温度与正常温度范围值对比，当该当前温度达到或者高于正常温度范围值的最大值时，证明蓄电池5此时的温度过高，需要降温，此时，存储模块发送启动信息至降温装置16，也就是排风扇，排风扇上的电机接收启动信息后驱动排风扇转动，对蓄电池5降温。当温度降低至正常温度范围值的中间值附近时，存储模块发送停止信息至排风扇电机，停止降温。
当蓄电池5的当前温度达到或者低于正常温度范围值的最小值时，证明蓄电池5此时的温度过低，需要升温。比如在环境温度较低的地方作业，蓄电池5由于外界温度的影响，自身温度较低，此时会影响蓄电池5的工作时间，需要对蓄电池5及时升温，以保证其有效的工作时间。此时，存储模块会发送启动信息至升温装置15，也就是伴热带，随被加热蓄电池5的温度变化自动调节输出功率，自动限制加热的温度，达到对蓄电池5及时加热升温保证蓄电池5工作时间的目的。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机器人控制系统，其特征在于，包括：远程监控装置及机器人；
所述机器人上设有蓄电池、驱动装置、行走执行装置、拍摄三维图像的拍摄装置、进行二维扫描的激光扫描装置，计量机器人运行距离的里程计数装置、报警装置和主控装置；
所述远程监控装置包括主机、显示机器人当前状态的显示屏和输入外部监控指令的输入设备，所述主机中设有机器人巡检路径调整模块；
所述主控装置与所述远程监控装置、驱动装置、行走执行装置、拍摄装置、激光扫描装置、里程计数装置、报警装置相连，所述主控装置包括：
计数模块，获取所述里程计数装置计量的机器人从初始位置行走至当前位置的行走距离；
存储模块，存储机器人行走路径的三维立体地图；接收所述行走距离，根据所述行走距离确定机器人当前在所述三维立体地图中的区域位置；获取所述激光扫描装置扫描的机器人当前所在环境的二维坐标数据以及所述拍摄装置拍摄的三维图像；在所述区域位置内，将所述二维坐标数据或将所述三维图像与所述三维立体地图比对，精确定位机器人的当前位置；
数据接收和传送模块，接收所述精确定位机器人的当前位置，并发送给所述机器人巡检路径调整模块；
所述机器人巡检路径调整模块，接收所述当前位置并结合外部输入的监控指令进行巡检路径调整，形成巡检路径调整指令，并将所述巡检路径调整指令通过所述数据接收和传送模块发送给所述存储模块；
所述存储模块根据巡检路径调整指令结合所述三维立体地图生成新的巡检路径，并发送行走信息至所述驱动装置；
所述驱动装置，驱动行走执行装置按照新的巡检路径行走。
2.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述机器人上还设有防撞钢梁和急停控制装置；
所述防撞钢梁为使用合页将多个部分相互连接构成的环形条状结构，所述防撞钢梁设在机器人表面，所述急停控制装置设在所述防撞钢梁的内侧；所述防撞钢梁被挤压触动所述急停控制装置，机器人停止行走，所述报警装置启动。
3.根据权利要求2所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述急停控制装置为常开行程开关，所述常开行程开关的固定端设在机器人表面，其活动触头朝向所述防撞钢梁的内壁。
4.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述机器人上还设有获取目标变压器的当前工作声音的定向拾音设备和对所述当前工作声音进行频率检测分析的声音频率分析设备；
所述主控装置中还包括音频处理模块，存储变压器的正常工作声音频率，同时获取所述声音频率分析设备分析的目标变压器的当前工作声音频率，并将该当前工作声音频率与所述正常工作声音频率比对；比对结果一致则变压器工作正常，比对结果不一致则变压器工作异常，并向所述报警装置发送启动信息，报警装置发出警报。
5.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述机器人上还设有与所述蓄电池连接的温度传感器，以及设在所述蓄电池上的升温装置和降温装置；
所述数据接收和传送模块，接收所述温度传感器检测的所述蓄电池的当前温度；
存储模块，存储所述蓄电池工作的正常温度范围值；接收所述蓄电池的当前温度，并与所述正常温度范围值对比，当前温度较高时，发送启动信息至所述降温装置；当前温度较低时，发送启动信息至所述升温装置。
6.根据权利要求5所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述温度传感器为非接触式温度传感器。
7.根据权利要求5所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述升温装置为自控温电伴热带。
8.根据权利要求5所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述降温装置为排风扇，在机器人的表面设有与所述蓄电池连通的排风窗口。
9.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述拍摄装置为双目立体相机，所述激光扫描装置为激光扫描仪，所述双目立体相机和所述激光扫描仪均设在机器人的头部；
所述激光扫描仪的扫描角度最大为190°，扫描精度为±15mm，扫描的最大距离为80米。
10.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述里程计数装置为码盘。
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