CN106313114B - 室内巡检机器人过门系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种室内巡检机器人过门系统，包括卷帘门、巡检机器人、卷帘门控制器、卷帘门电机、卷帘门无线通讯模块、激光发射器和激光接收器，巡检机器人包括机器人控制器、机器人无线通讯模块和避障器；本发明还公开一种室内巡检机器人过门系统采用的过门方法，包括以下步骤：巡检机器人靠近卷帘门时，启动过门模式；确定卷帘门完全关闭；激光发射器发射激光；激光接收器接收激光；机器人无线通讯模块修正位置；机器人控制器发送开门指令；卷帘门控制器控制开启卷帘门；巡检机器人通过卷帘门，然后控制关闭卷帘门。通过本发明巡检机器人能够自动判断和修正自身位置、自动控制卷帘门开启、通过后自动控制卷帘门关闭的自动化控制功能。

Description

室内巡检机器人过门系统及方法
技术领域
本发明涉及室内巡检机器人的应用领域，具体涉及一种应用于电力系统的室内巡检机器人过门系统及方法。
背景技术
目前，市面上的应用于电力系统的巡检机器人，均无室内自动开启门与通过门洞的功能，市面上还没有应用于水电发电厂房巡检的机器人，也没有专门应用于室内巡检机器人开启和过门的控制系统。
现有巡检机器人很多已经包括无线通讯模块和超声波避障器，所以具有无线通讯和超声波避障功能，例如应用于仓库的AGV机器人等，但是，这些现有巡检机器人均是按照固定轨道，预先铺设好磁条，或者安装好色带等方式，门洞无门，机器人沿着磁条直接通过门洞，无需开启门。这种工作方式，如果应用于水电厂，门洞一直保留着一个机器人能通过的洞，使屋内设备以及物品带来安全隐患，给水电厂的安全带来不利影响；由于门洞一直敞开，容易造成设备失窃等安全问题；同时，这种预先铺设轨道的作业方式，工程量大，灵活性不够，一旦环境改变，用户需求改变，不得不重新假设路线，重新在墙壁上挖洞。
综上，现有的电力系统如水电厂一般没有室内巡检机器人，或者即使采用现有巡检机器人也不具有自动开门及过门的功能，所以难以满足电力系统对高效巡检需求的需要。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种室内巡检机器人过门系统及方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种室内巡检机器人过门系统，包括卷帘门和巡检机器人，所述巡检机器人包括机器人控制器、机器人无线通讯模块和避障器，所述机器人无线通讯模块和所述避障器分别与所述机器人控制器对应连接，所述室内巡检机器人过门系统还包括卷帘门控制器、卷帘门电机、卷帘门无线通讯模块、激光发射器和激光接收器，所述卷帘门电机的转轴与所述卷帘门的转轴连接，所述卷帘门电机的控制输入端与所述卷帘门控制器的控制输出端连接，所述卷帘门无线通讯模块与所述卷帘门控制器的通讯端连接，所述卷帘门无线通讯模块与所述机器人无线通讯模块之间无线通讯连接，所述激光发射器安装于所述卷帘门的底部，所述激光接收器安装于所述巡检机器人的前部，所述激光接收器的信号输出端与所述机器人控制器的信号输入端连接。
具体地，所述避障器为超声波避障器。
一种室内巡检机器人过门系统采用的过门方法，包括以下步骤：
步骤（1）：巡检机器人按照后台系统给定的路线运动，同时不断更新自身坐标，通过坐标比对，判断是否已经靠近卷帘门，当靠近卷帘门时，启动过门模式；
步骤（2）：机器人控制器与卷帘门控制器之间通过机器人无线通讯模块和卷帘门无线通讯模块进行无线通讯，确保卷帘门处于完全关闭状态，如果卷帘门没有处于完全关闭状态，则由卷帘门控制器控制卷帘门电机运行，带动卷帘门开始关闭直至完全关闭；
步骤（3）：激光发射器在卷帘门控制器的控制下发射激光，或者，激光发射器一直保持发射激光状态；
步骤（4）：巡检机器人通过机器人控制器启动激光接收器，接收激光发射器发射的激光，激光接收器将激光检测信号传输给机器人控制器；
步骤（5）：机器人控制器根据激光检测信号修正巡检机器人自身位置，直到修正成功；
步骤（6）：成功修正位置后，巡检机器人开始前进，同时，机器人控制器启动避障器，以避开卷帘门门框或其它障碍物，同时，机器人控制器向卷帘门控制器发送开门指令；
步骤（7）：卷帘门控制器通过卷帘门无线通讯模块接收到开门指令后，控制卷帘门电机运行，带动卷帘门开始开启直至达到巡检机器人通过所需高度；
步骤（8）：巡检机器人通过卷帘门，并通过避障器检测巡检机器人是否已经通过卷帘门，在完全通过后，巡检机器人继续前进，同时，机器人控制器向卷帘门控制器发送关门指令；
步骤（9）：卷帘门控制器接收到关门指令后，控制卷帘门电机运行，带动卷帘门开始关闭直至完全关闭，结束。
作为优选，所述步骤（5）中，机器人控制器修正巡检机器人自身位置的方法包括以下步骤：
（5.1）机器人控制器获取巡检机器人当前坐标（X,Y,Z）；
（5.2）机器人控制器将巡检机器人当前坐标（X,Y,Z）与目标坐标（X0,Y0,Z0）进行比较，设定误差范围为a，如果（X,Y,Z）在（X0±a, Y0±a, Z0±a）的范围内，则判断巡检机器人已经到达目标位置，否则，需要修正自身位置；
（5.3）如果判断X0-a>X||Y0-a>Y||Z0-a>Z为真，则通过计算机器人运动角度Φ，通过计算机器人运动距离S，机器人控制器控制巡检机器人沿着X周正方向以角度Φ运动，同时继续判断X0-a>X||Y0-a>Y||Z0-a>Z是否为真，直到判断不为真为止；如果判断X0-a<X||Y0-a<Y||Z0-a <Z为真，则通过计算机器人运动角度360-Φ，通过计算机器人运动距离S，机器人控制器控制巡检机器人沿着X周正方向以角度360-Φ运动，同时继续判断X0-a<X||Y0-a<Y||Z0-a <Z是否为真，直到判断不为真为止。
本发明的有益效果在于：
本发明通过机器人控制器和卷帘门控制器之间的无线通讯，分别对巡检机器人和卷帘门的位置或状态进行对应控制，实现了巡检机器人在经过卷帘门之间自动判断和修正自身位置、自动控制卷帘门开启、通过后自动控制卷帘门关闭的自动化控制功能，可以实现巡检机器人在不同厂房之间自由巡检，保证了房间的防盗安全性，避免在房间上开凿开放式的门洞，解决了人工干预巡检机器人的过门问题，尤其适用于水电厂等电力系统单位。
附图说明
图1是本发明所述室内巡检机器人过门系统的立体结构示意图；
图2是本发明所述巡检机器人的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本发明所述室内巡检机器人过门系统包括卷帘门6、卷帘门控制器2、卷帘门电机1、卷帘门无线通讯模块3、激光发射器7、激光接收器8和巡检机器人9，巡检机器人9包括机器人控制器（是常规结构，图中未示）、机器人无线通讯模块10和超声波避障器11，机器人无线通讯模块10和避障器11分别与所述机器人控制器对应连接，卷帘门电机1的转轴与卷帘门6的转轴4连接，卷帘门电机1的控制输入端与卷帘门控制器2的控制输出端连接，卷帘门无线通讯模块3与卷帘门控制器2的通讯端连接，卷帘门无线通讯模块3与机器人无线通讯模块10之间无线通讯连接，激光发射器7安装于卷帘门6的底部，激光接收器8安装于巡检机器人9的前部，激光接收器8的信号输出端与所述机器人控制器的信号输入端连接。卷帘门控制器2、卷帘门电机1、卷帘门无线通讯模块3均至于同一控制盒内；超声波避障器11安装在巡检机器人9的前底部，两侧各安装1个，其超声探头使用40KHz频率防水传感器。
上述结构中，卷帘门无线通讯模块3和机器人无线通讯模块10使用nRF24L01,nRF24L01是工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片，2.4GHz是全球开放的ISM 频段，包括频率发生器、增强型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器，输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。机器人控制器通过SPI接口，控制机器人无线通讯模块10的数据发送与接收。激光发射器7采用650nm 红光可视激光器，在激光指示、条码扫描、POS机方面的应用非常广泛，具有低电流、高效率、高稳定性的特点。
结合图1和图2，本发明所述室内巡检机器人过门系统采用的过门方法，包括以下步骤：
步骤（1）：巡检机器人9按照后台系统给定的路线运动，同时不断更新自身坐标，通过坐标比对，判断是否已经靠近卷帘门6，当靠近卷帘门6时，启动过门模式；本步骤为现有常规方法，本申请的方法创新主要就是下述步骤体现的“过门模式”的内容；包括巡检机器人9的机器人系统在上位机中建立起一套坐标系统，坐标是先前确定好的，巡检机器人9通过机器人无线通讯模块10与自身定位模块，从上位机地图中获得自身的坐标(X,Y,X)，这些都是现有的常规技术可以轻松实现的；
步骤（2）：机器人控制器与卷帘门控制器2之间通过机器人无线通讯模块10和卷帘门无线通讯模块3进行无线通讯，确保卷帘门6处于完全关闭状态，如果卷帘门6没有处于完全关闭状态，则由卷帘门控制器2控制卷帘门电机1运行，带动卷帘门6开始关闭直至完全关闭；
步骤（3）：激光发射器7在卷帘门控制器2的控制下发射激光，或者，激光发射器7一直保持发射激光状态；
步骤（4）：巡检机器人9通过机器人控制器启动激光接收器8，接收激光发射器7发射的激光，激光接收器8将激光检测信号传输给机器人控制器；
步骤（5）：机器人控制器根据激光检测信号修正巡检机器人9的自身位置，直到修正成功；修正方法包括以下步骤：
（5.1）机器人控制器获取巡检机器人当前坐标（X,Y,Z）；
（5.2）机器人控制器将巡检机器人当前坐标（X,Y,Z）与目标坐标（X0,Y0,Z0）进行比较，设定误差范围为a，如果（X,Y,Z）在（X0±a, Y0±a, Z0±a）的范围内，则判断巡检机器人已经到达目标位置，否则，需要修正自身位置；
（5.3）如果判断X0-a>X||Y0-a>Y||Z0-a >Z为真，则通过 计算机器人运动角度Φ，通过 计算机器人运动距离S，机器人控制器控制巡检机器人沿着X周正方向以角度Φ运动，同时继续判断X0-a>X||Y0-a>Y||Z0-a >Z是否为真，直到判断不为真为止；如果判断X0-a<X||Y0-a<Y||Z0-a <Z为真，则通过 计算机器人运动角度360-Φ，通过 计算机器人运动距离S，机器人控制器控制巡检机器人沿着X周正方向以角度360-Φ运动，同时继续判断X0-a<X||Y0-a<Y||Z0-a <Z是否为真，直到判断不为真为止；
步骤（6）：成功修正位置后，巡检机器人9开始前进，同时，机器人控制器启动超声波避障器11，以避开卷帘门门框5或其它障碍物，同时，机器人控制器向卷帘门控制器2发送开门指令；
步骤（7）：卷帘门控制器2通过卷帘门无线通讯模块3接收到开门指令后，控制卷帘门电机1运行，带动卷帘门6开始开启直至达到巡检机器人9通过所需高度；
步骤（8）：巡检机器人9通过卷帘门6，并通过超声波避障器11检测巡检机器人9是否已经通过卷帘门6，在完全通过后，巡检机器人9继续前进，同时，机器人控制器向卷帘门控制器2发送关门指令；
步骤（9）：卷帘门控制器2接收到关门指令后，控制卷帘门电机1运行，带动卷帘门6开始关闭直至完全关闭，结束。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (1)

1.一种室内巡检机器人过门系统采用的过门方法，所述室内巡检机器人过门系统包括卷帘门和巡检机器人，所述巡检机器人包括机器人控制器、机器人无线通讯模块和避障器，所述机器人无线通讯模块和所述避障器分别与所述机器人控制器对应连接，所述室内巡检机器人过门系统还包括卷帘门控制器、卷帘门电机、卷帘门无线通讯模块、激光发射器和激光接收器，所述卷帘门电机的转轴与所述卷帘门的转轴连接，所述卷帘门电机的控制输入端与所述卷帘门控制器的控制输出端连接，所述卷帘门无线通讯模块与所述卷帘门控制器的通讯端连接，所述卷帘门无线通讯模块与所述机器人无线通讯模块之间无线通讯连接，所述激光发射器安装于所述卷帘门的底部，所述激光接收器安装于所述巡检机器人的前部，所述激光接收器的信号输出端与所述机器人控制器的信号输入端连接；其特征在于：所述过门方法包括以下步骤：
步骤（1）：巡检机器人按照后台系统给定的路线运动，同时不断更新自身坐标，通过坐标比对，判断是否已经靠近卷帘门，当靠近卷帘门时，启动过门模式；
步骤（2）：机器人控制器与卷帘门控制器之间通过机器人无线通讯模块和卷帘门无线通讯模块进行无线通讯，确保卷帘门处于完全关闭状态，如果卷帘门没有处于完全关闭状态，则由卷帘门控制器控制卷帘门电机运行，带动卷帘门开始关闭直至完全关闭；
步骤（3）：激光发射器在卷帘门控制器的控制下发射激光，或者，激光发射器一直保持发射激光状态；
步骤（4）：巡检机器人通过机器人控制器启动激光接收器，接收激光发射器发射的激光，激光接收器将激光检测信号传输给机器人控制器；
步骤（5）：机器人控制器根据激光检测信号修正巡检机器人自身位置，直到修正成功；
步骤（6）：成功修正位置后，巡检机器人开始前进，同时，机器人控制器启动避障器，以避开卷帘门门框或其它障碍物，同时，机器人控制器向卷帘门控制器发送开门指令；
步骤（7）：卷帘门控制器通过卷帘门无线通讯模块接收到开门指令后，控制卷帘门电机运行，带动卷帘门开始开启直至达到巡检机器人通过所需高度；
步骤（8）：巡检机器人通过卷帘门，并通过避障器检测巡检机器人是否已经通过卷帘门，在完全通过后，巡检机器人继续前进，同时，机器人控制器向卷帘门控制器发送关门指令；
步骤（9）：卷帘门控制器接收到关门指令后，控制卷帘门电机运行，带动卷帘门开始关闭直至完全关闭，结束；
所述步骤（5）中，机器人控制器修正巡检机器人自身位置的方法包括以下步骤：
（5.1）机器人控制器获取巡检机器人当前坐标（X,Y,Z）；
（5.2）机器人控制器将巡检机器人当前坐标（X,Y,Z）与目标坐标（X0,Y0,Z0）进行比较，设定误差范围为a，如果（X,Y,Z）在（X0±a, Y0±a, Z0±a）的范围内，则判断巡检机器人已经到达目标位置，否则，需要修正自身位置；
（5.3）如果判断X0-a>X||Y0-a>Y||Z0-a>Z为真，则通过计算机器人运动角度Φ，通过计算机器人运动距离S，机器人控制器控制巡检机器人沿着X周正方向以角度Φ运动，同时继续判断X0-a>X||Y0-a>Y||Z0-a >Z是否为真，直到判断不为真为止；如果判断X0-a<X||Y0-a<Y||Z0-a <Z为真，则通过计算机器人运动角度360-Φ，通过计算机器人运动距离S，机器人控制器控制巡检机器人沿着X周正方向以角度360-Φ运动，同时继续判断X0-a<X||Y0-a<Y||Z0-a <Z是否为真，直到判断不为真为止。
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