CN105881549A - 一种工业化机器人实时高精度探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业化机器人实时高精度探测系统，包括：机器人模型，所述机器人模型包括机器人本体、机器人头部、机器人手臂、机器人脚；所述机器人本体上设置有探测系统和护心扫描眼，机器人头部设置有扫描眼；所述探测系统包括：普通视频搜索模块；红外线搜索模块；音频搜索模块；以及电磁波搜索模块。本发明在满足使用方便的前提下，在危险条件下能够通过工业化机器人设备实施救实时性、高精度探测及定位系统，保证迅速、准确、有效的救出受困人员，极大提高救援成功率，最大限度减轻人员伤亡的技术保障，满足实际使用要求。

Description

一种工业化机器人实时高精度探测系统

技术领域

本发明涉及一种工业化机器人实时高精度探测系统，属于工业机器人视觉伺服探测和感应技术领域。

背景技术

随着工业机器人的应用范围的扩大和多种复杂场合的需要，工业机器人视觉伺服显得越来越重要。在目前的工业机器人实际运用中，由于定位精度、实时性、需要标定等问题，只有极少场合运用了机器人视觉伺服定位，随着工业机器人行业的发展，工业机器人拥有视觉伺服能力将是必然趋势。实时性与定位精度是验证一个机器人视觉定位系统有效性与可实用性的最重要的两个指标，也是能否被投入到实际工业生产中的关键性因素。基于视觉的机器人控制分为两类：基于位置的视觉伺服和基于图像的视觉伺服：基于位置的视觉伺服机器人定位过程中需要对机器人进行标定，标定中存在任何误差都会导致机器人三维空间中的定位产生一定的误差（P.I.Corke and S.Hutchinson2001）；在基于图像的视觉伺服中，视觉系统中微小的误差将会对机器人定位产生很大的影响，故需要对摄像机以及机器人进行标定，而对摄像机和机器人的标定是一个及其复杂的问题。图像处理与控制机器人运动之间同步实时性是一个必须面临的难题，因此，由于图像处理的延时，高精度与高实时性的基于图像的视觉伺服定位是一个难以完成的任务（Itsushi Kinbara提出了一种新的视觉伺服机器人控制系统，此系统采用对图像特征进行估计的方法，但是这种方法始终摆脱不了需要对相机进行标定的弊端）。

随着我国现代化、城市化建设的加快，城市建筑物的规模、高度以及跨度都在逐渐增加，人口密度也在逐渐增大。如果在施工过程中（或者发送地震灾害），人员伤亡、建筑物破坏程度会相对于其他国家更加严重，救援工作难度会极度增加，这就对减员技术和设备提出更高的要求。为了对被困人员实施高效有序的救援，除了要确保紧急救援队伍反应迅速、机动性高和突击性强之外，同样重要的是配备必要的实时性高精度探测设备，这样在危险条件下工作的先进救助技术与设备是提高救援成功率，最大限度减轻人员伤亡的技术保障。因此，在危险条件下救援过程中使用先进实时性高精度探测设备保证迅速、准确、有效的救出受困人员，才真正符合我国国情的工业化机器人应急救援体系要求。为此，需要设计一种新的技术方案，能够解决上述背景技术中所提到的问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种工业化机器人实时高精度探测系统，在满足使用方便的前提下，在危险条件下能够通过工业化机器人设备实施实时性、高精度探测及定位系统，保证迅速、准确、有效的救出受困人员，极大提高救援成功率，最大限度减轻人员伤亡的技术保障，满足实际使用要求。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种工业化机器人实时高精度探测系统，包括：机器人模型，所述机器人模型包括机器人本体、机器人头部、机器人手臂、机器人脚，所述机器人头部活动设置在机器人本体顶部，所述机器人手臂活动设置在机器人本体两侧，所述机器人脚活动设置在机器人本体下部；所述机器人本体内部设置有探测系统，所述机器人本体中心位置处设置有护心扫描眼，所述机器人头部设置有扫描眼；

所述探测系统包括：

普通视频搜索模块；

红外线搜索模块；所述红外线搜索模块的光学系统将接收到的人体红外辐射能量聚焦在红外传感器上，当人体和接收系统发生相对移动时，接收到的能量发生变化，传感器输出一个变化的信号，这个信号经电路放大、滤波、判别等处理后触发报警和指示；

音频搜索模块；

以及电磁波搜索模块；在该装置的前端设置有可进行接收电磁波搜索模块的天线设备，该天线设备针对测量目标的距离及方位进行搜索。

作为上述技术方案的改进，所述普通视频搜索模块为摄像机和图像采集模块，所述音频搜索模块为声音采集模块，所述护心扫描眼与扫描眼均通过电信号与所述探测系统连接。

作为上述技术方案的改进，所述机器人脚底端设置有预警单元，所述预警单元包括顶板和连接件，位于所述顶板下方同一侧设置有一组升降柱，所述升降柱之间设有加强筋，所述连接件上设置有一组配合所述升降柱使用的圆筒，所述升降柱活动设置在所述圆筒内，所述升降柱下方设置有滚轮座，所述滚轮座上活动设置有重型滚动轮；位于所述连接件一侧还设置有连接板，所述连接板上设置有配合所述顶板使用的位移感应器，且所述位移感应器是位于所述顶板下方设置。

作为上述技术方案的改进，所述红外线搜索模块的红外辐射范围为3～50μm。

作为上述技术方案的改进，所述红外线搜索模块的红外辐射范围为8～14μm。

作为上述技术方案的改进，所述电磁波搜索模块对测量目标的距离R进行搜索的方法为：

式中：—询问与回答脉冲之间的时间间隔；

—系统延迟

—电磁波在均匀介质中的传播速度。

作为上述技术方案的改进，所述电磁波搜索模块对测量目标的方位进行搜索的方法为：

采取类似全球卫星定位系统的方式，基于测量学中的空间后方交会原理：雷达接收机分别在三个位置利用测距原理测出被困人员到雷达接收机的大致距离并分别记录三个位置的坐标，这样可以得到三个空间球，即可得联立方程组，三个空间球的交点就是被困人员的位置坐标。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明所述的一种工业化机器人实时高精度探测系统，广泛应用在工业化建筑中，如地震、爆炸、楼房倒塌、山体滑坡等各种巨灾风险等，在灾害发生之后进行应急救援等项目，使用该装置可探入人体无法进入的洞穴或缝隙，避免了人工操作的危险性，通过监控进行实时观察，该装置可以精确探测废墟下的生命迹象并准确定位，发现被困人员后，立刻进行施救，保证了挖掘的有效性；

该装置既可控制观察角度变化，又方便在后端操控，该装置通过电磁、红外、高清视频进行多级探测，在雨雪等恶劣天气下可同时开启人体智能识别系统辅助探测，后端有CCU控制中心，可将前方信息进行处理，并将探测视频显示在后端显示屏上，同时可将该视频存储并无线同步发射到指挥部；

发现被困人员后，可通过视频观察被困者状况，并可使用前端一体化集成设备进行确认。驻极体声音采集系统旁边还设置有一个微型喇叭，通过后端耳机上的麦克风话筒询问受困者情况，例如受伤程度、是否失血过多、身体被严重挤压部位等，如果受困者昏迷或者死亡，则根据传统的视频和音频则无法判定。启用红外和电磁波功能对受困者进行体温以及体波的探测，则可以判定该受困者目前状况，及时根据了解的情况进行援救方案处理；

该装置在地震、爆炸、楼房倒塌、山体滑坡等各种巨灾风险等情况下，还可进行自动化搬运和移走障碍物，提供定位扫描系统的准确率，以及帮组救援队伍清扫人工难以移动和搬运的障碍物，极大提高救援成功率，最大限度减轻人员伤亡的技术保障，满足实际使用要求；

该装置中的预警单元的设置，避免了机器人在探测过程中陷入坑洞中，具有良好的预警和保护作用，延长了装置的使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述的一种工业化机器人实时高精度探测系统机器人模型结构示意图；

图2为本发明所述的一种工业化机器人实时高精度探测系统中电磁波搜索模块定位原理结构示意图；

图3为本发明所述的一种工业机化器人实时高精度探测系统中多驱动电路集成化框架图；

图4为本发明所述的一种工业化机器人实时高精度探测系统中预警单元结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1至图4所示，为本发明所述的一种工业化机器人实时高精度探测系统结构及探测系统原理示意图。

本发明所述一种工业化机器人实时高精度探测系统，包括：机器人模型，机器人模型包括机器人本体10、机器人头部20、机器人手臂30、机器人脚40，机器人头部20活动设置在机器人本体10顶部，机器人手臂30活动设置在机器人本体10两侧，机器人脚40活动设置在机器人本体10下部；机器人本体10内部设置有探测系统11，机器人本体10中心位置处设置有护心扫描眼12，机器人头部20设置有扫描眼21；探测系统包括：普通视频搜索模块；红外线搜索模块；所述红外线搜索模块的光学系统将接收到的人体红外辐射能量聚焦在红外传感器上，当人体和接收系统发生相对移动时，接收到的能量发生变化，传感器输出一个变化的信号，这个信号经电路放大、滤波、判别等处理后触发报警和指示；音频搜索模块；以及电磁波搜索模块；在该装置的前端设置有可进行接收电磁波搜索模块的天线设备，该天线设备针对测量目标的距离及方位进行搜索。本发明所述的一种工业化机器人实时高精度探测系统，广泛应用在工业化建筑中，如地震、爆炸、楼房倒塌、山体滑坡等各种巨灾风险等，在灾害发生之后进行应急救援等项目，使用该装置可探入人体无法进入的洞穴或缝隙，避免了人工操作的危险性，通过监控进行实时观察，该装置可以精确探测废墟下的生命迹象并准确定位，发现被困人员后，立刻进行施救，保证了挖掘的有效性；该装置既可控制观察角度变化，又方便在后端操控，该装置通过电磁、红外、高清视频进行多级探测，在雨雪等恶劣天气下可同时开启人体智能识别系统辅助探测，后端有CCU控制中心，可将前方信息进行处理，并将探测视频显示在后端显示屏上，同时可将该视频存储并无线同步发射到指挥部；发现被困人员后，可通过视频观察被困者状况，并可使用前端一体化集成设备进行确认。驻极体声音采集系统旁边还设置有一个微型喇叭，通过后端耳机上的麦克风话筒询问受困者情况，例如受伤程度、是否失血过多、身体被严重挤压部位等，如果受困者昏迷或者死亡，则根据传统的视频和音频则无法判定。启用红外和电磁波功能对受困者进行体温以及体波的探测，则可以判定该受困者目前状况，及时根据了解的情况进行援救方案处理；该装置在地震、爆炸、楼房倒塌、山体滑坡等各种巨灾风险等情况下，还可进行自动化搬运和移走障碍物，提供定位扫描系统的准确率，以及帮组救援队伍清扫人工难以移动和搬运的障碍物，极大提高救援成功率，最大限度减轻人员伤亡的技术保障，满足实际使用要求。

进一步改进地，普通视频搜索模块为摄像机和图像采集模块，音频搜索模块为声音采集模块，护心扫描眼与扫描眼均通过电信号与所述探测系统连接。降低经济投资成本，摄像机、图像采集模块和声音采集模块均为常规技术手段，使用起来较为方便。

进一步改进地，如图1和图4所示，机器人脚底端设置有预警单元50，预警单元50包括顶板53和连接件51，位于顶板53下方同一侧设置有一组升降柱54，升降柱54之间设有加强筋55，连接件51上设置有一组配合所述升降柱54使用的圆筒52，升降柱54活动设置在圆筒52内，升降柱54下方设置有滚轮座56，滚轮座56上活动设置有滚轮57；位于连接件51一侧还设置有连接板58，连接板58上设置有配合顶板53使用的位移感应器59，且位移感应器59是位于顶板53下方设置。避免了机器人在探测过程中陷入坑洞中，具有良好的预警和保护作用，延长了装置的使用寿命。

进一步改进地，如图2和图3所示，红外线搜索模块的红外辐射范围为3～50μm；红外线搜索模块的红外辐射范围为8～14μm。所述红外搜索模块工作原理如下：人体红外辐射能量较集中的中心波长为9.4μm；人体皮肤的红外辐射范围为3～50μm，其中8～14μm占全部人体辐射能量的46%，这个波段是设计人体红外探测仪的一个重要技术参数。光学系统将接收到的人体红外辐射能量聚焦在红外传感器上，当人体和接收系统发生相对移动时，接收到的能量发生变化，传感器输出一个变化的信号，这个信号经电路放大、滤波、判别等处理后触发报警和指示。

进一步改进地，电磁波搜索模块对测量目标的距离R进行搜索的方法为：

式中：—询问与回答脉冲之间的时间间隔；

—系统延迟

—电磁波在均匀介质中的传播速度。

电磁波搜索模块对测量目标的方位进行搜索的方法为：

采取类似全球卫星定位系统的方式，基于测量学中的空间后方交会原理：雷达接收机分别在三个位置利用测距原理测出被困人员到雷达接收机的大致距离并分别记录三个位置的坐标，这样可以得到三个空间球，即可得联立方程组，三个空间球的交点就是被困人员的位置坐标，其原理如图2所示。

在理想情况下方程组得解是确定的，即三个球面交于目标点，但由于误差的存在，三个球面往往并不严格交于目标点，而是围绕在目标点周围形成一个由四个球面围成的曲面，可近似看作四面体，选取四面体内哪一个点来代表目标点是精确定位的首要问题。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种工业化机器人实时高精度探测系统，其特征在于：

包括：机器人模型，所述机器人模型包括机器人本体（10）、机器人头部（20）、机器人手臂（30）、机器人脚（40），所述机器人头部（20）活动设置在机器人本体（10）顶部，所述机器人手臂（30）活动设置在机器人本体（10）两侧，所述机器人脚（40）活动设置在机器人本体（10）下部；所述机器人本体（10）内部设置有探测系统（11），所述机器人本体（10）中心位置处设置有护心扫描眼（12），所述机器人头部（20）设置有扫描眼（21）；

所述探测系统（11）包括：

普通视频搜索模块；

红外线搜索模块；所述红外线搜索模块的光学系统将接收到的人体红外辐射能量聚焦在红外传感器上，当人体和接收系统发生相对移动时，接收到的能量发生变化，传感器输出一个变化的信号，这个信号经电路放大、滤波、判别等处理后触发报警和指示；

音频搜索模块；

以及电磁波搜索模块；在该装置的前端设置有可进行接收电磁波搜索模块的天线设备，该天线设备针对测量目标的距离及方位进行搜索。

2.根据权利要求1所述一种工业化机器人实时高精度探测系统，其特征在于：所述普通视频搜索模块为摄像机和图像采集模块，所述音频搜索模块为声音采集模块，所述护心扫描眼与扫描眼均通过电信号与所述探测系统连接。

3.根据权利要求1所述一种工业化机器人实时高精度探测系统，其特征在于：所述机器人脚底端设置有预警单元（50），所述预警单元（50）包括顶板（53）和连接件（51），位于所述顶板（53）下方同一侧设置有一组升降柱（54），所述升降柱（54）之间设有加强筋（55），所述连接件（51）上设置有一组配合所述升降柱（54）使用的圆筒（52），所述升降柱（54）活动设置在所述圆筒（52）内，所述升降柱（54）下方设置有滚轮座（56），所述滚轮座（56）上活动设置有滚轮（57）；位于所述连接件（51）一侧还设置有连接板（58），所述连接板（58）上设置有配合所述顶板（53）使用的位移感应器（59），且所述位移感应器（59）是位于所述顶板（53）下方设置。

4.根据权利要求1所述一种工业化机器人实时高精度探测系统，其特征在于：所述红外线搜索模块的红外辐射范围为3～50μm。

5.根据权利要求1所述一种工业化机器人实时高精度探测系统，其特征在于：所述红外线搜索模块的红外辐射范围为8～14μm。

6.根据权利要求1所述一种工业化机器人实时高精度探测系统，其特征在于：所述电磁波搜索模块对测量目标的距离R进行搜索的方法为：

式中：—询问与回答脉冲之间的时间间隔；

—系统延迟

—电磁波在均匀介质中的传播速度。

7.根据权利要求1所述一种工业化机器人实时高精度探测系统，其特征在于：所述电磁波搜索模块对测量目标的方位进行搜索的方法为：

采取类似全球卫星定位系统的方式，基于测量学中的空间后方交会原理：雷达接收机分别在三个位置利用测距原理测出被困人员到雷达接收机的大致距离并分别记录三个位置的坐标，这样可以得到三个空间球，即可得联立方程组，三个空间球的交点就是被困人员的位置坐标。