CN107688349A - 一种巡检机器人远程控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巡检机器人远程控制系统及控制方法，包括机械人控制系统与地面基站系统，机械人控制系统包括：运动控制单元，负责控制机器人各机构的运动；工况采集单元，负责采集机器人本体的模拟量；图像采集单元，负责采集机器人周围的图像信息；机器人发送接收单元，负责与地面基站系统信息交互；机器人处理单元，用于对控制信息进行处理，生成控制信号，控制机器人运动。地面基站系统包括：基站发送接收单元，用于与机器人发送接收单元的交互；地面基站控制单元，用于生成控制信号，并处理由机器人本体传回的信息。本发明能通过远离巡检机器人的地面基站监控端实施对巡检机器人的远程操控，大大降低了劳动强度，提升了安全系数。
Description
技术领域
本发明属于机器人控制领域，涉及一种控制基站，尤其是涉及一种巡检机器人远程控制系统及控制方法，非自动巡检时用工业手柄操作巡检机器人，并获取巡检机器人所处位置的姿态信号，远程控制巡检机器人姿态的地面基站监控系统。
背景技术
输电线路巡检机器人在输电线路上运行时，机器人所处位置姿态信号无法用肉眼获取，所以，如何使地面基站获取远距离的机器人所处位置的姿态信号，稳定高效地远程操控巡检机器人姿态，完成过障、巡检、充电对接等作业任务，是值得研究的课题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种巡检机器人地面基站监控系统，所述地面基站监控系统通过显示器显示巡检机器人所处位置的姿态信号，并通过所述地面基站在监控巡检机器人所处位置的姿态信号的同时，操控机器人改变姿态，达到巡检机器人作业的目的。本发明能够通过远离巡检机器人的地面基站实现对巡检机器人的远程控制，有效地提高了巡检机器人的巡检效率，节省了相关的人力物力。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种巡检机器人远程控制系统，其特征在于：该远程控制系统包括机械人控制系统和地面基站系统，所述机械人控制系统包括：
运动控制单元，用于控制巡检机器人的运动机构动作；
图像采集单元，用于采集巡检机器人所处线路环境的图像信息；
工况采集单元，用于采集巡检机器人的工况信息；
机器人发送接收单元，用于与地面基站系统的发送接收单元的交互，将所获取的工况信息和图像信息传输至地面基站系统，并接收地面基站系统所发出的指令；
机器人处理单元，用于处理地面基站系统发出的指令，生成运动指令发送给运动控制单元，并将图像采集单元获取的图像信息和工况采集单元获取的工况信息处理后传输至机器人发送接收单元；
所述地面基站系统包括：
基站发送接收单元，用于与机器人发送接收单元的交互，获取巡检机器人所处环境的工况信息和图像信息信息，并发送控制指令给机器人发送接收单元；
基站处理单元，用于处理基站发送接收单元获取的信号，根据工况信息和图像信息信息和人机交互信息生成机器人控制指令，通过基站发送接收单元传输给机器人控制系统，远程操控巡检机器人各部分动作。
作为改进，所述图像采集单元包含可见光云台与红外云台。
作为改进，所述工况采集单元采集的工况信息包括巡检机器人的电池电压、干路电流、温度、电机转速和倾角值的任意一项或几项组合。
作为改进，所述机器人发送接收单元与基站发送接收单元通过WIFI或者4G信号进行通讯。
作为改进，所述地面基站系统还包括：
电源管理单元，用于基站各装置的供电，并监控电源电压；
操控单元，用于接收机器人处理单元信息并生成指令，远程操控巡检机器人各部分动作；
温度管理单元，用于监控地面基站温度，并维持地面基站温度处于工作温度范围内。
作为改进，所述地面基站系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元通过显示屏显示工况信息和图像信息，并与操作人员进行交互。
作为改进，所述人机交互单元包括：
工业手柄，用于操作可见光云台旋转俯仰，调整角度获取机器人周围图像，或用于机器人非自动任务巡检下巡检机器人的远程操控；
软件交互界面，包括机器人工况信息和远程操作按钮，用于生成交互指令，远程控制巡检机器人各机构的运动；
图像及工况显示单元，用于显示图像采集单元采集的图像信息及工况采集单元采集的工况信息。
一种巡检机器人远程控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：
S410：巡检机器人在输电线路上，机械人控制系统的图像采集单元和工况采集单元采集巡检机器人周围图像信息及内部的工况信息；
S420：机器人处理单元获取工况信息和图像信息，经处理后传输至机器人发送接收单元；
S430：机器人发送接收单元将上述工况信息和图像信息经无线网传输至基站发送接收单元；
S440：基站发送接收单元接收接收上述工况信息和图像信息，并经基站处理单元处理，由基站的图像及工况显示单元显示上述工况信息和图像信息；
S450：操控人员根据人机交互单元中的图像及工况显示单元显示的图像信息和工况信息，判断巡检机器人该如何运作；
S460：操作人员通过人机交互单元与机器人进行交互，下达交互指令；
S470：基站处理单元巡检机器人的工况信息、图像信息和人机交互信息生成机器人控制指令；
S480：基站发送接收单元将上述控制指令经无线网传输至机器人发送接收单元。
S490：机器人发送接收单元将上述信息传输至机器人处理单元，机器人处理单元处理上述控制指令，通过运动控制单元控制巡检机器人动作以及图像采集单元的信息采集。
本发明的有益效果是：
本发明通过巡检机器人的图像采集单元和工况采集单元将巡检机器人本体的模拟量信号与机器人所处位置的图像信息等数据发送至设置于远离巡检机器人的地面基站，通过操作人员的处理分析，地面基站监控系统能够远程控制巡检机器人，操作人员不需紧跟巡检机器人，大大降低了劳动强度，提升了操作安全系数。
附图说明
图1为巡检机器人远程控制系统的结构示意图。
图2为巡检机器人远程控制系统结构框图。
图3为地面基站系统的结构框图。
图4为巡检机器人远程控制方法流程图。
1-机械人控制系统，2-地面基站系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，示出了本发明一种巡检机器人远程控制系统结构示意图，该远程控制系统用于控制巡检机器人的远程作业。巡检机器人包含多个运动执行机构，包括行走机构、压紧机构等，为保证各个运动执行机构安全有效执行。巡检机器人远程控制系统包含设置于机器人本体的机器人控制系统和设置于控制端的地面基站系统。
请参照图1，所述机械人控制系统包括：
运动控制单元，用于控制巡检机器人的运动机构正常运行动作；
图像采集单元，用于采集巡检机器人所处线路环境的图像信息；
工况采集单元，用于采集巡检机器人的工况信息；
机器人发送接收单元，用于与地面基站系统的发送接收单元的交互，将所获取的工况信息和图像信息传输至地面基站系统，并接收地面基站系统所发出的指令；
机器人处理单元，用于处理地面基站系统发出的指令，生成运动指令发送给运动控制单元，并将图像采集单元获取的图像信息和工况采集单元获取的工况信息处理后传输至机器人发送接收单元；
在本发明的实施例中，运动控制单元接收机器人处理单元发送的控制指令，而机器人处理单元发送的控制指令由基站处理单元生成，运动控制单元用于接收由基站最初生成的交互指令，执行这些交互指令，完成对巡检机器人本体各个机构电机的控制。
如图1所示，所述图像采集单元包含可见光云台与红外云台，用于采集所述机器人所处线路环境的图像信息，在本发明的实施例中，所述图像采集单元包括巡检机器人本体上安装的可见光云台及红外云台，可见光云台可获取巡检机器人所处位置周围的图像信息，这些信息在地面基站系统的图像及工况显示单元上实时显示，可见光云台为具有大摄像范围的摄像头，可在地面基站系统的操控单元的操控下自由转动，在巡检机器人执行自动巡检任务时采集线路走廊环境情况，在巡检机器人执行非自动巡检任务时获取机器人各机构图像信息；红外云台用于实时采集线路环境情况。
如图1所示，所述工况采集单元用于采集所述机器人系统内部的工况信息，在本发明实施例中，所述工况采集单元需采集的工况信息包括但不限于巡检机器人的电池电压、干路电流、温度、倾角、电机转速等任意一项或几项组合，所述工况信息采集单元可通过传感器、电机驱动器等实现。
如图1所示，机器人发送接收单元，用于与基站发送接收单元的交互，将所获取的工况信息、图像信息传输至地面基站系统，并接收基站发送接收单元所发送的指令。
如图1所示，机器人处理单元，用于处理地面基站系统发出的指令，生成运动指令发送给运动控制单元，并将图像采集单元获取的图像信息和工况采集单元获取的工况信息处理后传输至机器人发送接收单元。
如图2所示，所述地面基站系统包括基站发送接收单元、基站处理单元、电源管理单元、操控单元、温度管理单元和人机交互单元。
所述基站发送接收单元，用于与机器人发送接收单元的交互，获取巡检机器人所处环境的工况信息和图像信息，并发送指令给机器人发送接收单元；
所述基站处理单元，用于处理基站发送接收单元获取的信号，根据工况信息和图像信息生成控制指令，传输给机器人控制系统。所述生成的控制指令既可以是预先编写好的机器人操作指令，也可以是由人工输入的交互指令转换而来。
所述基站发送接收单元与机器人发送接收单元通过WIFI或者4G信号进行交互，实现通信。具体实施方式可以是通过平板天线搜索机器人发送接收单元发出的WIFI信号或4G信号，也可通过使用无线图传完成。
所述电源管理单元，用于基站各装置的供电，并监控电源电压，具体实施方式为，电池电源经分压后分别供给地面基站内各个装置。
操控单元，用于接收机器人处理单元信息并生成控制指令，远程操控巡检机器人各部分动作；远程操控巡检机器人各部分动作；具体实施方式为，操控单元配合基站处理单元生成指令，这些指令均为通过人机交互单元手动输入。
温度管理单元，用于监控地面基站温度，并进行散热降温，维持地面基站温度处于工作温度范围内。
所述人机交互单元通过显示屏显示工况信息和图像信息，并与操作人员进行交互；具体实施方式为，人机交互单元上显示用户界面，包括可见光用户界面、红外云台界面、地面基站-巡检机器人交互界面，操作人员可在图像及工况显示单元上获取图像信息和工况信息，并通过上述界面与基站处理单元进行交互。
所述人机交互单元包括：
工业手柄，用于操作可见光云台旋转俯仰，调整角度获取机器人周围图像，或用于机器人非自动任务巡检下巡检机器人的远程操控；
软件交互界面，包括机器人工况信息和远程操作按钮，用于生成交互指令，远程控制巡检机器人各机构的运动；
图像及工况显示单元，用于显示图像采集单元采集的图像信息及工况采集单元采集的工况信息。
USB设备，包括键盘鼠标等，用于输入交互指令，远程控制机器人各机构的运动。具体实施方式为，根据图像及工况显示单元上所显示的信息，操作人员分析机器人所处位置的图像信息及机器人本体各机构的工况信息，选择远程控制巡检机器人的按钮，或输入参数值，生成交互指令值，对巡检机器人进行远程操控。
地面基站-巡检机器人交互界面，用于生成指令，远程控制机器人各机构的运动。
一种巡检机器人远程控制方法，该控制方法包括以下步骤：
S410：巡检机器人在输电线路上，机械人控制系统的图像采集单元和工况采集单元采集巡检机器人周围图像信息及内部的工况信息；
S420：机器人处理单元获取工况信息和图像信息，经处理后传输至机器人发送接收单元；
S430：机器人发送接收单元将上述工况信息和图像信息经无线网传输至基站发送接收单元；
S440：基站发送接收单元接收接收上述工况信息和图像信息，并经基站处理单元处理，由基站的图像及工况显示单元显示上述工况信息和图像信息；
S450：操控人员根据人机交互单元中的图像及工况显示单元显示的图像信息和工况信息，判断巡检机器人该如何运作；
S460：操作人员通过人机交互单元与机器人进行交互，下达交互指令；
S470：基站处理单元巡检机器人的工况信息、图像信息和人机交互信息生成机器人控制指令；
S480：基站发送接收单元将上述控制指令经无线网传输至机器人发送接收单元。
S490：机器人发送接收单元将上述信息传输至机器人处理单元，机器人处理单元处理上述控制指令，通过运动控制单元控制巡检机器人动作以及图像采集单元的信息采集。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本使用新型要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种巡检机器人远程控制系统，其特征在于：该远程控制系统包括机械人控制系统和地面基站系统，所述机械人控制系统包括：
运动控制单元，用于控制巡检机器人的运动机构动作；
图像采集单元，用于采集巡检机器人所处线路环境的图像信息；
工况采集单元，用于采集巡检机器人的工况信息；
机器人发送接收单元，用于与地面基站系统的发送接收单元的交互，将所获取的工况信息和图像信息传输至地面基站系统，并接收地面基站系统所发出的指令；
机器人处理单元，用于处理地面基站系统发出的指令，生成运动指令发送给运动控制单元，并将图像采集单元获取的图像信息和工况采集单元获取的工况信息处理后传输至机器人发送接收单元；
所述地面基站系统包括：
基站发送接收单元，用于与机器人发送接收单元的交互，获取巡检机器人所处环境的工况信息和图像信息，并发送控制指令给机器人发送接收单元；
基站处理单元，用于处理基站发送接收单元获取的信号，根据工况信息、图像信息和人机交互信息生成机器人控制指令，通过基站发送接收单元传输给机器人控制系统，远程操控巡检机器人各部分动作。
2.如权利要求1所述的一种巡检机器人远程控制系统，其特征在于：所述图像采集单元包含可见光云台与红外云台。
3.如权利要求1所述的一种巡检机器人远程控制系统，其特征在于：所述工况采集单元采集的工况信息包括巡检机器人的电池电压、干路电流、温度、电机转速和倾角值的任意一项或几项组合。
4.如权利要求1所述的一种巡检机器人远程控制系统，其特征在于：所述机器人发送接收单元与基站发送接收单元通过WIFI或者4G信号进行通讯。
5.如权利要求1至4任意一项所述的一种巡检机器人远程控制系统，其特征在于：所述地面基站系统还包括：
电源管理单元，用于基站各装置的供电，并监控电源电压；
操控单元，用于接收机器人处理单元信息并生成指令，远程操控巡检机器人各部分动作；
温度管理单元，用于监控地面基站温度，并维持地面基站温度处于工作温度范围内。
6.如权利要求5所述的一种巡检机器人远程控制系统，其特征在于：所述地面基站系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元通过显示屏显示工况信息和图像信息，并与操作人员进行交互。
7.如权利要求6所述的一种巡检机器人远程控制系统，其特征在于：所述人机交互单元包括：
工业手柄，用于操作可见光云台旋转俯仰，调整角度获取机器人周围图像，或用于机器人非自动任务巡检下巡检机器人的远程操控；
软件交互界面，包括机器人工况信息和远程操作按钮，用于生成交互指令，远程控制巡检机器人各机构的运动；
图像及工况显示单元，用于显示图像采集单元采集的图像信息及工况采集单元采集的工况信息。
8.一种巡检机器人远程控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：
S410：巡检机器人在输电线路上，机械人控制系统的图像采集单元和工况采集单元采集巡检机器人周围图像信息及内部的工况信息；
S420：机器人处理单元获取工况信息和图像信息，经处理后传输至机器人发送接收单元；
S430：机器人发送接收单元将上述工况信息和图像信息经无线网传输至基站发送接收单元；
S440：基站发送接收单元接收接收上述工况信息和图像信息，并经基站处理单元处理，由基站的图像及工况显示单元显示上述工况信息和图像信息；
S450：操控人员根据人机交互单元中的图像及工况显示单元显示的图像信息和工况信息，判断巡检机器人该如何运作；
S460：操作人员通过人机交互单元与机器人进行交互，下达交互指令；
S470：基站处理单元巡检机器人的工况信息、图像信息和人机交互信息生成机器人控制指令；
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