CN107756447A - 巡逻机器人网络及其巡逻方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种巡逻机器人网络及巡逻方法，巡逻机器人网络包括控制中心、多台巡逻机器人、至少一个充电基站以及至少一台无人机系统，所述巡逻机器人上设有用于无人机系统停靠的对接单元，所述无人机系统可在所述巡逻机器人上停靠；所述巡逻机器人以及无人机系统均可与所述控制中心通信；所述充电基站可为所述巡逻机器人提供充电服务；所述巡逻机器人以及所述无人机系统上均设有视觉元件以及定位模块。基于该巡逻机器人网络的巡逻方法可将巡逻区域进行合理分区并有序分派巡逻机器人与无人机系统进行巡逻，巡逻均匀且覆盖面广。

Description

巡逻机器人网络及其巡逻方法
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别是涉及巡逻机器人领域。
背景技术
当前巡逻机器人的应用正越来越广泛，大到工业园区，小到家庭内部，均开始出现相应的巡逻机器人，但当前的巡逻机器人只限于在地面上行走的车式巡逻机器人，其可巡逻范围较小，存在很多死角无法巡逻。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可大范围巡逻且可从空、陆两个视角进行巡逻的巡逻机器人网络及其巡逻方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的巡逻机器人网络包括控制中心、多台巡逻机器人、至少一个充电基站以及至少一台无人机系统，所述巡逻机器人上设有用于无人机系统停靠的对接单元，所述无人机系统可在所述巡逻机器人上停靠；所述巡逻机器人以及无人机系统均可与所述控制中心通信；所述充电基站可为所述巡逻机器人提供充电服务；所述巡逻机器人以及所述无人机系统上均设有相机以及定位模块。
进一步地，所述充电基站上也设置有用于无人机系统停靠的对接单元。
进一步地，还包括设置在巡逻区域内建筑上的无人机通道和/或机器人通道。
进一步地，所述无人机通道与机器人通道均为可自动启闭的自动门，所述无人机系统可与所述无人机通道直接或间接通信，所述巡逻机器人可与所述机器人通道直接或间接通信。
进一步地，所述无人机通道上设置有认证模块，所述无人机系统上设置有可与认证模块直接或间接通信的请求模块。
进一步地，所述充电基站在巡逻区域内分散设置。
进一步地，所述无人机系统与所述对接单元之间设置有用于辅助确定两者相对位置的辅助定位系统，辅助对接系统包括由分散设置的多个独立的分散单元组成的分散单元组以及可与每个分散单元进行单独互动的独立单元，分散单元组与独立单元两者中其中之一相对于所述对接单元固定，另一个安装在无人机系统上。
进一步地，所述对接单元包括用于初步抓取所述无人机系统的捕捉机构，所述捕捉机构可相对于所述巡逻机器人或所述充电基站上下平移以及旋转。
根据上述巡逻机器人网络的巡逻方法，所述控制中心存储有巡逻区域地图，巡逻区域地图包括若干不连续的、需要进行空中巡逻的特定区域；控制中心实时统计当前在执行任务的巡逻机器人以及无人机系统的数量，据巡逻机器人的数量将巡逻区域划分为若干巡逻子区域，并统计各巡逻子区域中特定区域的有无与数量；控制中心根据巡逻机器人的位置信息分派各巡逻机器人至不同的巡逻子区域，对于包含特定区域的巡逻子区域，控制中心分派无人机系统配合该巡逻子区域中的巡逻机器人作业；若当前在执行任务的无人机系统少于包含有特定区域的巡逻子区域的数量，控制中心统计包含特定区域的巡逻子区域的数量与位置，根据位置信息将其分为若干组合，每台无人机系统负责一个组合内巡逻子区域中的特定区域的巡逻任务；当有无人机系统和/或巡逻机器人停止和/或加入执行巡逻任务，控制中心对巡逻区域进行重新划分并重新分派巡逻机器人以及无人机系统；巡逻过程中，所述无人机系统和/或巡逻机器人可穿过无人机通道和/或机器人通道进出建筑进行巡逻。
进一步地，在当前在执行任务的无人机系统少于包含有特定区域的巡逻子区域的数量的情况下，负责多个巡逻子区域内特定区域巡逻任务的无人机系统的巡逻方法为：无人机系统先在当前巡逻子区域巡逻机器人的运载下依次到达当前巡逻子区域的特定区域，无人机系统脱离巡逻机器人进行巡逻，巡逻完成后再次与巡逻机器人对接，无人机系统完成一个巡逻子区域内的巡逻任务后，无人机系统与该区域内的巡逻机器人对接等待跳转至另一巡逻子区域的时机，当当前巡逻子区域与目标巡逻子区域的巡逻机器人之间的距离小于一定阈值，无人机系统跳转至目标巡逻子区域与目标巡逻子区域的巡逻机器人对接，并在目标巡逻子区域的巡逻机器人的运载下依次到达该巡逻子区域内的特定区域进行起飞巡逻。
有益效果：本发明的巡逻机器人网络包含多个巡逻机器人与至少一台无人机系统，可进行大面积多视角移动覆盖巡逻，基于该巡逻机器人网络的巡逻方法可将巡逻区域进行合理分区并有序分派巡逻机器人与无人机系统进行巡逻，巡逻均匀且覆盖面广。
附图说明
附图1为巡逻机器人网络的系统组成图；
附图2为对接后的对接单元与对接凸缘的结构图；
附图3为对接后的对接单元与对接凸缘的剖视图；
附图4为对接后的对接单元与对接凸缘的局部放大图；
附图5为第二种实施方式的对接后的对接单元与对接凸缘的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1所述的巡逻机器人网络，包括控制中心3、多台巡逻机器人1、至少一个充电基站6以及至少一台无人机系统2，所述巡逻机器人1上设有用于无人机系统2停靠的对接单元7，所述无人机系统2可在所述巡逻机器人1上停靠；所述巡逻机器人1 以及无人机系统2均可与所述控制中心3通信；所述充电基站6可为所述巡逻机器人1 提供充电服务；所述巡逻机器人1以及所述无人机系统2上均设有相机以及定位模块，巡逻机器人1上还设置有用于辅助避障的机器人探测元件(图中未示出)，机器人探测元件可以是激光雷达、红外线探测传感器、超声波传感器中的其一、其二或全部；无人机系统2上还设置有用于辅助避障的无人机探测元件(图中未示出)，无人机探测元件可以是激光雷达、红外线探测传感器、超声波传感器中的其一、其二或全部。所述定位模块优选为GPS定位模块或北斗定位模块。
为了增加无人机系统2的可停靠位置，所述充电基站6上也设置有用于无人机系统2停靠的对接单元7。
为了进一步拓展巡逻机器人1和/或无人机系统2的巡逻范围，还包括设置在巡逻区域内建筑上的无人机通道4和/或机器人通道5。所述无人机通道4与机器人通道5均为可自动启闭的自动门，所述无人机系统2可与所述无人机通道4直接或间接通信，所述巡逻机器人1可与所述机器人通道5直接或间接通信。所述无人机通道4与机器人通道 5上均设置有认证模块，所述无人机系统2以及巡逻机器人1上均设置有可与认证模块直接或间接通信的请求模块。
以无人机系统2上的请求模块与无人机通道4上的认证模块为例：在第一种实施例中，请求模块直接向认证模块发送请求信息，认证模块接收到请求信息并进行确认是否是已经登记过的无人机系统2以及此时段是否可以通行，若是则对无人机系统2进行放行，若否则认证失败，无人机系统2无法通过；这种情形下，认证模块可以是孤立模块，只执行固定的判断程序，认证模块也可以与控制中心3建立通信，控制中心3可根据用户设定更新放行规则。在第二种实施例中，认证模块可与控制中心3建立通信，请求模块将请求信息发送至控制中心3，控制中心3判断无人机系统2的通过权限并决定是否放行，并将结论发送至认证模块，认证模块根据控制中心3的结论判断是否启动打开自动门的程序。通过设置请求模块与认证模块，可以保证系统的安全性，同时可以根据需求随时灵活设置各无人机通道4的通过权限，设置可放行的时间区段等信息，实现对无人机系统2的智能化管理。
巡逻机器人1与机器人通道5之间的通讯规则同上。
当充电基站6有多台时，所述充电基站6在巡逻区域内分散设置，使得巡逻区域内的巡逻机器人1可就近充电。
所述无人机系统2与所述对接单元7之间设置有用于辅助确定两者相对位置的辅助定位系统，辅助对接系统包括由分散设置的多个独立的分散单元组成的分散单元组以及可与每个分散单元进行单独互动的独立单元，分散单元组与独立单元两者中其中之一相对于所述对接单元7固定，另一个安装在无人机系统2上。
具体地，所述分散单元呈矩形阵列分布或者圆周阵列分布在多个同心圆上，本实施例中采用后者的分布方式，当分散单元组安装在无人机系统2上时，分散单元安装在无人机本体的机体部分以及翼臂上，每个翼臂的长度方向上均直线阵列排布有相等数量的分散单元；第一接口位于同心圆的圆心位置。当分散单元组相对于对接单元7固定时，第二接口位于同心圆的圆心位置。
在第一种实施例中，所述独立单元为视觉元件21，所述分散单元为二维码，每个二维码均具有唯一性。这里的视觉元件21是指相机或者其他视觉传感器，视觉元件21可读取二维码信息并通过控制中心3进行解码，控制中心3可根据其读取到的二维码信息确定无人机系统2与对接单元7的相对位置，并控制无人机系统2进行位置补偿，为了使无人机系统2最终较为准确地找到对接单元7上第二接口的中心，对接单元7上设置有用于视觉元件21捕捉的对心标记，所述对心标记可以为方便视觉元件21捕捉的十字图形标记或星形图形标记。
在第二种实施例中，所述分散单元与独立单元两者中其中之一为信号发射器，另一个为信号接收器。此处的信号发射器为红外灯，信号接收器为红外线感光元件。本实施例中，分散单元为信号接收器，独立单元为信号发射器，且分散单元组安装在对接单元 7的四周，独立单元安装在无人机系统2上。
所述对接单元7包括用于初步抓取所述无人机系统2的捕捉机构，所述捕捉机构可相对于所述巡逻机器人1或所述充电基站6上下平移以及旋转。
所述捕捉机构包括捕捉支架73，所述捕捉支架73上圆周阵列设置有至少三个可沿捕捉支架73的径向同步平移的卡爪74，所述卡爪74包括滑动配合部741、沿捕捉支架 73的轴向延伸的轴向延伸部742以及沿捕捉支架73的径向向外延伸的径向延伸部743；卡爪74的运动由驱动支架75驱动，具体地，对应于每一个所述卡爪74所述捕捉支架 73上均设置有一个驱动连杆721，所述驱动连杆721中部铰接在所述捕捉支架73上，驱动连杆721的一端连接卡爪74(驱动连杆721的一端伸入开在卡爪74上的凹坑中，并可相对于凹坑有一定的相对运动)，另一端连接驱动支架75(驱动支架75的外圆周上设置有环形槽，驱动支架75的另一端伸入在环形槽中)，初始状态下，所有卡爪74聚拢在所述捕捉支架73的中部，执行捕捉动作时，所述卡爪74四向分散呈分散状态；所述驱动支架75在所述主动支架76的推动下在所述捕捉支架73的轴向升降，且驱动支架75与主动支架76之间设置有弹性元件77；主动支架76上设有用于压住所述对接凸缘22的压边凸缘761；主动支架76由设置在所述捕捉支架73上的驱动装置驱动。
作为第一种实施方式，如附图2-3所示，所述驱动装置包括安装在所述捕捉支架73上的丝杆710，所述主动支架76上设有与所述丝杆710配合使用的螺纹，所述丝杆710 由第一电机711驱动转动。具体地，所述丝杆710上固定有第一齿轮712，所述第一电机711的输出轴上设置有与所述第一齿轮712啮合的第二齿轮713。
作为第二种实施方式，如附图5所示，所述驱动装置包括设置在所述捕捉支架73上的电磁铁78，所述主动支架76上设置有衔铁79。
所述捕捉机构整体安装在升降支架714上，所述捕捉支架73可相对于所述升降支架714旋转，所述升降支架714可相对于所述基座71升降。
所述捕捉支架73上固定有第三齿轮715，所述升降支架714上安装有第二电机716，所述第二电机716的输出轴上安装有与所述第三齿轮715啮合的第四齿轮717。
所述基座71上设置有第二丝杆218以及用于驱动第二丝杆218的第三电机719，所述升降支架714上设置有与第二丝杆218配合使用的丝杆螺母720。
其对接原理如下：第三电机719驱动升降支架714运动使捕捉机构的卡爪74伸入对接凸缘22中，捕捉机构的卡爪74在驱动支架75的驱动下向外分散抵住对接凸缘22 的内圈，这样可以起到圆心定位的作用，完成对接凸缘22的圆心定位后，驱动支架75 无法继续运动，由于主动支架76与驱动支架75之间设置有弹性元件77，因此主动支架 76不受限制可继续向靠近捕捉支架73的方向运动，直至主动支架76的压边凸缘761 抵住对接凸缘22并推动其轴向运动使对接凸缘22抵住卡爪74的径向延伸部743无法移动为止，此时压边凸缘761以及卡爪74上的径向延伸部743分别压住对接凸缘22的两侧，完成了对接凸缘22的轴向定位。完成定位后，第二电机716带动捕捉机构整体旋转使第一接口23与第二接口72的触点对准，然后，第三电机719驱动升降支架714 运动，使第一接口23与第二接口72对接，完成电气对接。
根据上述巡逻机器人网络的巡逻方法，具体为：所述控制中心3存储有巡逻区域地图，巡逻区域地图包括若干不连续的、需要进行空中巡逻的特定区域；控制中心3实时统计当前在执行任务的巡逻机器人1以及无人机系统2的数量，据巡逻机器人1的数量将巡逻区域划分为若干巡逻子区域，并统计各巡逻子区域中特定区域的有无与数量；控制中心3根据巡逻机器人1的位置信息分派各巡逻机器人1至不同的巡逻子区域，对于包含特定区域的巡逻子区域，控制中心3分派无人机系统2配合该巡逻子区域中的巡逻机器人1作业；若当前在执行任务的无人机系统2少于包含有特定区域的巡逻子区域的数量，控制中心3统计包含特定区域的巡逻子区域的数量与位置，根据位置信息将其分为若干组合，每台无人机系统2负责一个组合内巡逻子区域中的特定区域的巡逻任务；当有无人机系统2和/或巡逻机器人1停止和/或加入执行巡逻任务，控制中心3对巡逻区域进行重新划分并重新分派巡逻机器人1以及无人机系统2；巡逻过程中，所述无人机系统2和/或巡逻机器人1可穿过无人机通道4和/或机器人通道5进出建筑进行巡逻。
在当前在执行任务的无人机系统2少于包含有特定区域的巡逻子区域的数量的情况下，负责多个巡逻子区域内特定区域巡逻任务的无人机系统2的巡逻方法为：无人机系统2先在当前巡逻子区域巡逻机器人1的运载下依次到达当前巡逻子区域的特定区域，无人机系统2脱离巡逻机器人1进行巡逻，巡逻完成后再次与巡逻机器人1对接，无人机系统2完成一个巡逻子区域内的巡逻任务后，无人机系统2与该区域内的巡逻机器人 1对接等待跳转至另一巡逻子区域的时机，当当前巡逻子区域与目标巡逻子区域的巡逻机器人1之间的距离小于一定阈值，无人机系统2跳转至目标巡逻子区域与目标巡逻子区域的巡逻机器人1对接，并在目标巡逻子区域的巡逻机器人1的运载下依次到达该巡逻子区域内的特定区域进行起飞巡逻。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.巡逻机器人网络，其特征在于：包括控制中心、多台巡逻机器人、至少一个充电基站以及至少一台无人机系统，所述巡逻机器人上设有用于无人机系统停靠的对接单元，所述无人机系统可在所述巡逻机器人上停靠；所述巡逻机器人以及无人机系统均可与所述控制中心通信；所述充电基站可为所述巡逻机器人提供充电服务；所述巡逻机器人以及所述无人机系统上均设有相机以及定位模块。
2.根据权利要求1所述的巡逻机器人网络，其特征在于：所述充电基站上也设置有用于无人机系统停靠的对接单元。
3.根据权利要求1所述的巡逻机器人网络，其特征在于：还包括设置在巡逻区域内建筑上的无人机通道和/或机器人通道。
4.根据权利要求3所述的巡逻机器人网络，其特征在于：所述无人机通道与机器人通道均为可自动启闭的自动门，所述无人机系统可与所述无人机通道直接或间接通信，所述巡逻机器人可与所述机器人通道直接或间接通信。
5.根据权利要求4所述的巡逻机器人网络，其特征在于：所述无人机通道上设置有认证模块，所述无人机系统以及巡逻机器人上均设置有可与认证模块直接或间接通信的请求模块。
6.根据权利要求1所述的巡逻机器人网络，其特征在于：所述充电基站在巡逻区域内分散设置。
7.根据权利要求1或2所述的巡逻机器人网络，其特征在于：所述无人机系统与所述对接单元之间设置有用于辅助确定两者相对位置的辅助定位系统，辅助对接系统包括由分散设置的多个独立的分散单元组成的分散单元组以及可与每个分散单元进行单独互动的独立单元，分散单元组与独立单元两者中其中之一相对于所述对接单元固定，另一个安装在无人机系统上。
8.根据权利要求1或2所述的巡逻机器人网络，其特征在于：所述对接单元包括用于初步抓取所述无人机系统的捕捉机构，所述捕捉机构可相对于所述巡逻机器人或所述充电基站上下平移以及旋转。
9.根据权利要求3所述巡逻机器人网络的巡逻方法，其特征在于：所述控制中心存储有巡逻区域地图，巡逻区域地图包括若干不连续的、需要进行空中巡逻的特定区域；控制中心实时统计当前在执行任务的巡逻机器人以及无人机系统的数量，据巡逻机器人的数量将巡逻区域划分为若干巡逻子区域，并统计各巡逻子区域中特定区域的有无与数量；控制中心根据巡逻机器人的位置信息分派各巡逻机器人至不同的巡逻子区域，对于包含特定区域的巡逻子区域，控制中心分派无人机系统配合该巡逻子区域中的巡逻机器人作业；若当前在执行任务的无人机系统少于包含有特定区域的巡逻子区域的数量，控制中心统计包含特定区域的巡逻子区域的数量与位置，根据位置信息将其分为若干组合，每台无人机系统负责一个组合内巡逻子区域中的特定区域的巡逻任务；当有无人机系统和/或巡逻机器人停止和/或加入执行巡逻任务，控制中心对巡逻区域进行重新划分并重新分派巡逻机器人以及无人机系统；巡逻过程中，所述无人机系统和/或巡逻机器人可穿过无人机通道和/或机器人通道进出建筑进行巡逻。
10.根据权利要求9所述的巡逻方法，其特征在于：在当前在执行任务的无人机系统少于包含有特定区域的巡逻子区域的数量的情况下，负责多个巡逻子区域内特定区域巡逻任务的无人机系统的巡逻方法为：无人机系统先在当前巡逻子区域巡逻机器人的运载下依次到达当前巡逻子区域的特定区域，无人机系统脱离巡逻机器人进行巡逻，巡逻完成后再次与巡逻机器人对接，无人机系统完成一个巡逻子区域内的巡逻任务后，无人机系统与该区域内的巡逻机器人对接等待跳转至另一巡逻子区域的时机，当当前巡逻子区域与目标巡逻子区域的巡逻机器人之间的距离小于一定阈值，无人机系统跳转至目标巡逻子区域与目标巡逻子区域的巡逻机器人对接，并在目标巡逻子区域的巡逻机器人的运载下依次到达该巡逻子区域内的特定区域进行起飞巡逻。
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