CN108356818A - 一种基于机器人的综合管廊巡检系统及交互系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于机器人的综合管廊巡检系统及交互系统，包括远程红外监测与诊断模块、远程图像监测与诊断模块、远程声音监测与诊断模块、导航定位及运动控制模块、数据库；远程红外监测与诊断模块用于探测管廊内设备的温度，并经判断，对超出报警值的设备信息发送给数据库；远程图像监测与诊断模块用于采集管廊内设备及移动体图像，并对图像进行分析，并将异常结果发送给数据库；远程声音监测与诊断模块用于采集管廊内电气设备的噪声和对该噪声进行分析，并将该噪声发送给数据库；导航定位及运动控制模块用于获取机器人运行路径。通过传感器获取的周围环境信息，并对环境信息进行处理，可以检测已知目标和未知目标，在系统界面中显示处理结果。

Description

一种基于机器人的综合管廊巡检系统及交互系统

技术领域

本发明涉及地下管廊巡检技术领域，具体来说是一种基于机器人的综合管廊巡检系统及交互系统。

背景技术

地下综合管廊属狭长受限空间，与大气相通的孔洞少且面积较小，火灾发生时，热烟无法排出，热量集聚，散热缓慢，空间的温度提升很快，可能较早出现轰燃现象，甚至存在温度由400℃左右陡燃上升到800～900℃，空气体积急剧膨胀，一氧化碳、二氧化碳等有害气体的浓度迅速增高。且地下综合管廊存在大量可燃物，如电缆、光缆塑料橡胶保护套管，着火因素多，如短路、接触不良、过载等着火因素；扑救困难且危险，存在触电危险，有毒烟雾及热量；因管廊长而狭窄，所以火灾易蔓延。

城市综合管廊值班员进行人工巡检，对运行设备进行感观的简单的定性判断，主要通过看、触、听、嗅等感官去实现的。人工巡视对设备外部可见、可听、可嗅的缺陷能够发现，例如：渗漏水、外部损伤、锈蚀、冒烟、着火、异味、异常声音、二次设备指示信号异常等。

人工巡检受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的影响较大，存在漏巡，漏发现的可能性。且对于设备内部的缺陷，运行人员无专业仪器或者仪器精确度太低，通过简单的巡视是不能发现的，比如有毒气超标，设备特殊部位发热、绝缘不合格等缺陷；

巡视人员巡视设备时需要站在离设备较近的地方，对巡视人员的人身安全也有一定的威胁，特别是在异常现象查看，事故原因查找时危险性更大。

综上所述，无人值班城市综合管廊的人工巡检存在及时性、可靠性差，花费人工较多，存在较大的风险和巡视过程风险，巡视效率低下。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中城市综合管廊的人工巡检存在及时性、可靠性差，花费人工较多，存在较大的风险和巡视过程风险，巡视效率低下的缺陷，提供一种基于机器人的综合管廊巡检系统及交互系统来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于机器人的综合管廊巡检系统，包括远程红外监测与诊断模块、远程图像监测与诊断模块、远程声音监测与诊断模块、导航定位及运动控制模块、数据库；所述远程红外监测与诊断模块、远程图像监测与诊断模块、远程声音监测与诊断模块、导航定位及运动控制模块分别通过网络与数据库连接；

所述远程红外监测与诊断模块用于探测管廊内设备的温度，并经判断，对超出报警值的设备信息发送给数据库；

所述远程图像监测与诊断模块用于采集管廊内设备及移动体图像，并对图像进行分析，并将异常结果发送给数据库；

所述远程声音监测与诊断模块用于采集管廊内电气设备的噪声和对该噪声进行分析，并将该噪声发送给数据库；

所述导航定位及运动控制模块用于获取机器人运行路径，且包括移动检测单元，用以控制机器人的机械臂运行。

优选的，所述远程红外监测与诊断模块包括固定在机器人上的红外摄像头、红外图像处理单元；所述红外摄像头与红外图像处理单元连接；所述红外摄像头将拍摄到画面信息和探测到的温度信息发送给红外图像处理单元；所述红外图像处理单元根据画面信息判断当前设备种类，并根据预先设定的设备温度阈值，自动进行判断，对超出报警值的设备在用户端上给出声音和文本报警。

优选的，所述远程红外监测与诊断模块还包括报表生成单元；所述红外图像处理单元借助可见光图像识别，判断关键设备的内部温度梯度，并形成关键设备的温度曲线和该设备在一定历史时间内的时间-温度曲线。

优选的，所述远程图像监测与诊断模块包括RGB摄像头、图像处理单元；所述RGB摄像头用以拍摄管廊内设备图像，并将图像发送给图像处理单元；所述图像处理单元通过将当前接收到的图像与上次采集的图像进行差图像分析、累积图像分析、相关分析、区域识别、文理描述和判断处理，结合对应设备的参数库确定当前图像是何种设备；如当前设备有畸变，则向用户端发送警告信号。

优选的，所述远程声音监测与诊断模块包括噪声采集传输单元和噪声处理单元；所述噪声采集传输单元用以实时采集噪声信号，并发送给噪声处理单元；所述噪声处理单元将当前接收到的噪声信号与以往数据进行比较，判断电气工作是否正常，如出现异常，判断出是何种异常。

本发明还提供一种基于机器人的综合管廊巡检的交互系统，包括巡检系统、机器人、服务器、远程监控端；所述巡检系统、服务器、远程监控端通过网络连接；所述巡检系统为权利要求1至5任一所述的巡检系统；所述红外摄像头、RGB摄像头、噪声采集传输单元均安装固定在所述机器人上；所述服务器包括存储有地下管廊内环境及设备的各项参数信息的数据库；所述红外图像处理单元、图像处理单元、噪声处理单元将巡检信息存储于所述数据库中；所述服务器通过网络向远程监控端发送巡检信息；用户通过远程监控端查询巡检信息和向巡检系统发送指令。

优选的，所述机器人包括底盘系统；所述底盘系统包括两个减震支架、履带、内、外侧支撑板；两个所述减震支架中心转动固定形成整体，并整体转动固定在内、外侧支撑板上，且处于底盘系统的中间位置；在两个所述减震支架的顶端之间通过第一减震器连接，两个所述减震器的底端分别固定有第一支撑轮；所述第一支撑轮支撑在履带底部的内壁上。

优选的，两个所述减震支架中心通过支撑轴转动固定形成X状。

优选的，在所述两个减震支架的两个底端，分别转动固定有第一支撑轮支架，在第一支撑轮支架上转动固定所述第一支撑轮。

优选的，所述底盘系统的前端还包括副支撑板；在所述副支撑板上固定有第二支撑轮和第三支撑轮；所述第二支撑轮、第三支撑轮均支撑在履带前端的内壁上；所述底盘系统还包括第二减震器；在所述副支撑板上还固定有前减震器支架；所述第二减震器的一端固定在前减震器支架上，另一端固定在内、外支撑板上。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

通过传感器获取的周围环境信息，并对环境信息进行处理，可以检测已知目标和未知目标，在系统界面中显示处理结果。

本系统通过红外图像采集和处理，对设备进行检测，以判断设备的当前健康状态；

通过对移动体发送来的可见光图像进行分析，识别被检测的电力设备，通过分析对比，判断当前设备是否有畸变。

通过对噪声的检测和分析，判断电气工作是否正常，如出现异常，判断是何种异常。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构框图；

图2位本发明实施例2的结构框图；

图3为本发明实施例2的各功能模块结构框体；

图4为本发明实施例3的机器人整体结构示意图；

图5为本发明实施例3中机器人地盘系统的结构示意图；

图6为本发明实施例4的结构框图；

图7为本发明中底盘驱动模块的结构框图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

实施例1

如图1所示，一种基于机器人的综合管廊巡检系统，以机器人为载体平台，搭建该巡检系统。当然,在这个平台上可以搭建不同的检测系统或装置。

该系统包括远程红外监测与诊断模块、远程图像监测与诊断模块、远程声音监测与诊断模块、导航定位及运动控制模块、数据库；远程红外监测与诊断模块、远程图像监测与诊断模块、远程声音监测与诊断模块、导航定位及运动控制模块分别通过网络与数据库连接。

远程红外监测与诊断模块

本设计采取在线式红外热成像装置。本模块包括红外图像采集装置，即红外摄像头、红外图像处理单元、图像显示、存储、查询和报表生成单元。红外摄像头与红外图像处理单元连接；红外摄像头将拍摄到画面信息和探测到的温度信息发送给红外图像处理单元；红外图像处理单元根据画面信息判断当前设备种类，并根据预先设定的设备温度阈值，自动进行判断，对超出报警值的设备在用户端上给出声音和文本报警。该诊断系统可根据预先设定的设备温度阈值，自动进行判断，对超出报警值的设备在基站主控计算机上给出声音和文本报警;借助可见光图像识别，能判断一些关键设备的内部温度梯度，不但可以形成某一时刻地下综合管廊的一些关键设备的设备温度曲线，也可以生成某一设备在一定历史时间内的时间—温度曲线。

远程图像监测与诊断模块

本模块在无人值守地下综合管廊先利用机器人基站系统对移动体发送来的可见光图像进行分析，只传输分析结果或待进一步确定的图像。远程图像监测与诊断模块包括RGB摄像头、图像处理单元；RGB摄像头用以拍摄管廊内设备图像，并将图像发送给图像处理单元；图像处理单元通过将当前接收到的图像与上次采集的图像进行差图像分析、累积图像分析、相关分析、区域识别、文理描述和判断处理，结合对应设备的参数库确定当前图像是何种设备；如当前设备有畸变，则向用户端发送警告信号。

本模块首先对采集的图像进行预处理，识别出被监测的电力设备，通过将该图像与上次采集的图像进行差图像分析、累积图像分析、相关分析、区域标识、纹理描述和评判等处理。结合对应设备的参数库确定其是何设备。如有畸变发生则存储结果，向上一级传输及发出告警信号。不再传输的正常图像可由调度员人工远程调用。这就使信道的传送效率大为提高，而且调度员也不必时刻注视监视屏幕。无人值守地下综合管廊中的电力设备种类繁多，针对关键设备进行远程图像监测和状态诊断并与其他监测系统相结合使地下综合管廊运行的可靠性大为提高。

远程声音监测与诊断模块

本模块是地下综合管廊巡检机器人功能的一部分，主要是对电气的噪声进行采集和分析。通过机器人携带的噪声采集传输单元，即声音探测器进行噪声数据采集，并将噪声数据经过无线网传回服务器。

本模块主要包括如下3个单元

1)噪声采集传输单元，即噪声传感器，其任务是在巡检机器人上实时采集噪声信号，经过适当的压缩，通过无线网桥传送回服务器。

2)噪声处理单元，其任务是将移动巡检机器人传回的噪声与以往的数据进行比较，判断电气工作是否正常，如果出现异常，判断是何种异常。

3)用户交互单元，其任务是根据检测的最终结果给出提示信息或者交互方式，辅助工作人员完成仪表检测监控的任务，并可根据工作人员的需要检测通过其他途径录制的噪声数据。

导航定位及运动控制模块、

导航定位及运动控制模块用于获取机器人运行路径，且包括移动检测单元，用以控制机器人的机械臂运行。

综合管廊消防机器人导航定位原理如图3所示，机器人采用图像与深度图像信息构建地图，从而引导机器人沿预定路线运行。机器人可以根据预设路线进行巡逻，也可以自由随机巡逻。可设定巡逻时间和次数。机器人根据管廊的结构特征及管廊内设施的安装特征，在管廊内按规划路线自动行走。当管廊内出现障碍物，在不影响通行的情况下，机器人可自动避障。当管廊内采用防火门进行防火分隔，机器人可使用机械臂自动开门。机器人对管廊巡检一周后，将会按原路径原路返回，机器人采用无线充电技术，充电桩位置预设在系统当中，自动记忆充电位置，当电量低于20%时，自动回充电位置进行充电。

实施例2

如图1、图2、图3所示，一种基于机器人的综合管廊巡检的交互系统，包括巡检系统、机器人、服务器、远程监控端；巡检系统、服务器、远程监控端通过网络连接。巡检系统为上述实施例1的巡检系统。红外摄像头、RGB摄像头、噪声采集传输单元均安装固定在机器人上；服务器包括存储有地下管廊内环境及电气设备的各项参数信息的数据库；红外图像处理单元、图像处理单元、噪声处理单元将巡检信息存储于数据库中；服务器通过网络向远程监控端发送巡检信息；用户通过远程监控端查询巡检信息和向巡检系统发送指令。

多类型事故探测

本系统采用数据采集设备（视频，红外，烟感，天然气，煤气，一氧化碳，其他有害气体，温感，湿感） 加远程控制客户端组成。报警信息包括温度，湿度，有害气体浓度，实时采集管廊内各参量数据，可建立管廊内温度场等特征参量的分布，一旦相关数据发生异常，值班人员可远程遥控机器人可对可疑部位，利用CCD对现场进行检查确认。

感知

机器人可以判断前方物体是否阻挡前行，并对监控中心进行预警通知，通知中包含物体图像，物体温度，具体位置等信息。机器人自我选择绕行路线以完成巡检任务。

实施例3

如图4、图5所示，一种机器人的减震底盘，机器人包括底盘系统；底盘系统的具体结构为：

通过电机1连接减速器2上，电机1及减速器2通过螺栓固定在减速器固定套上，减速器2轴端与减速器固定轴套上设有固定螺栓防止驱动轮轴向力过大而脱落，减速器2固定轴套将驱动轮夹紧，减速器2固定轴套通过轴承在轴承套内进行固定并在外侧固定板3上进行定位，外侧固定板3与内侧固定板4通过3个连接固定板进行纵向位置固定，从而使得驱动轮始终在履带内齿上进行驱动。驱动轮分为2片器目的在于方便加工，加工完成后通过3个固定销孔进行内外侧的定位。在底盘的中心位置设置2个减震器支架5，安装方式为x型结构，其结构中心位置设置一个支撑轴将其固定，顶端通过固定导套52安装第一减震器53，底端通过支撑螺钉将4个滚动的第一支撑轮54安装在支撑轮支架55上，支撑螺钉上设有导套防止支撑轮轴向串动偏离履带中心，而支撑轮支架通过固定螺栓固定在减震器支架5上，固定螺栓两边设有导套限制支撑轮支架进行串动。整体的X型结构目的在于降低路面的不平整带来的颠簸，降低振动。支撑轮通过支持螺钉固定于壳体的侧板上起到支撑作用。底盘前端设置有2副支撑轮，分别为第二支撑轮6、第三支撑轮7；分别通过支撑轮支撑螺钉固定在副支撑板8上，副支撑板8上设有2个导轨，导轨的中心分别安装在前减震支架9内，头尾由固定螺栓连接进行固定。前减震器支架5由固定杆固定于壳体的侧板上防止副支撑板8脱落。前减震支架9上设有固定螺栓连接一个第二减震器10，第二减震器10另一端通过固定螺栓连接在内、外侧支撑板3、4上，固定螺栓上内外设有导套，防止第二减震器减震时发生侧向位移，进行限位。在副支撑板8上尾部设有前张紧簧固定套201及后张紧簧固定套200，在前、后张紧固定套201、200中设有张紧簧202，后张紧簧固定套201设有张紧簧固定板固定后张紧簧固定套，后张紧簧固定套末端设有张紧螺钉，调节履带的松紧。

实施例4

如图6所示，一种自主导航定位的综合管廊三维巡检机器人，包括底盘系统。其中底盘系统为实施例3中的底盘系统。

在底盘上设有RGB摄像头提供彩色图像、深度相机捕捉环境的三维参数、声音传感器捕捉环境声音、红外相机使得机器人在黑暗条件下的行驶、激光测距仪监测物体用于避障及LED照明灯用于环境的照明及补光。在机器人壳体中部设有温度传感器、湿度传感器用于捕捉环境的温湿度的参量，设置有毒有害气体用于捕捉环境的有毒有害气体浓度参量，尾部设有显示器显示各部件的参数，电源开关开启机器人系统，复位用于机器人的设有参数的恢复，倒车摄像头用于机器人在倒退是视频图像，激光测距仪用于倒车时对障碍物的距离参数的判读，停止用于机器人的所有动作的停止，急停用于进去在机器人情况下人为干预的停止。

如图6、图7所示，主控仓内设有主控系统模块、电机控制模块，其中机械臂底板固定在机械臂支撑板上。主控系统模块内设有底盘驱动模块、图像模块、传感器模块、电子地图模块、通讯模块、声音处理模块、机械臂模块、主控系统模块。

底盘驱动模块包括电机驱动控制单元、行程定位自适应编码单元、解码控制单元以及行程探测编码设备。电机驱动控制单元接收主控制指令，驱动电机1变速运行，实现机器人快速启动、稳速行进、直线行走、转弯、掉头、慢速、停止等功能；高速直流电机1为机器人提供所需的牵引能力，保证机器人各项行进运行；行程定位自适应编码单元、解码控制单元则用来监控机器人行进路程，接收行程探测编码设备发来的不同巡检点的编码标识，校检编码标识，若出现误码，改变编码规则，同时将解码后的巡检点位置标识发送至主控控制系统；行程探测编码设备按照行程定位自适应编码单元、解码控制单元发来的编码规则对不同巡检点的位置进行编码，探测到相应巡检位置时，将位置编发发送至行程定位自适应编码单元、解码控制单元。

图像模块包括实施例1中巡检系统中的各模块。其中包括第一红外相机、第二红外相机。将第一红外相机与第二红外相机捕捉的视频图像进行处理。第一红外相机主要功能是用于在黑暗条件下对底盘进行视频处理，而第二红外相机主要用于在管廊内顶部左右线缆进行每层的逐级扫描，分析电缆是否存在异常。深度图像探测模块利用红外摄像头按照一定规律发射点阵，接着采用一个普通的 CMOS 传感器以捕获该点阵。发射的点阵中有一些模式会在整个投影画面中重复出现，摄像头的点阵随着场景深度的变化而变化。利用这种点阵的模式变化情况就可以推断出目标物体或场景各点的深度信息。具有三维空间信息的立体编码。激光测距仪是在工作时向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，激光测距仪控制模块内的计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从设备到目标的距离。

传感器模块包括有毒有害气体传感器模块及温湿度传感器模块，通过前端有毒有害气体传感器、温度传感器、湿度传感器传回的数值的在对于的模块进行处理分析管廊内的有毒有害气体浓度和温湿度后上传至主控系统中。

电子地图模块是以地图数据库为基础，以数字形式存贮于服务器的存贮器上，并能在电子屏幕上实时显示的可视地图，用于比对机器人在管廊内的位置信息，对机器人实时定位及路径规划。

通讯模块多个无线网桥都通过双绞线接入交换机，所有的无线网桥设置为 AP模式，它们共同构成一个无线工作组，它们的 SSID、认证和加密模式相同。巡检机器人上安装的网桥设置为客户端模式，它的漫游算法可以使其自动从信号强度弱的无线网桥切换到信号强度好的网桥上，确保数据传输不中断。而且它还支持高速运动中的无缝漫游，使巡检视机器人在运动中也能将数据准确无误得传输到基站。

采用无线通信模块连接巡检机器人系统无线通讯系统，实现巡检数据的远传和远程后台监控命令的遥控。在此基础上，能够方便地接入管廊监控系统通信网络，实现与调度中心的数据交换。巡检机器人系统的工作流程如图3、图6所示。在巡检机器人远程后台监控由运行人员下发巡视任务，来启动巡检机器人进行自动巡检工作；巡检机器人通过自有生成地图与左右定位模块进行实时通讯对巡检机器人进行精确定位。巡检机器人及时保存并上传所巡视设备的可见光图像、红外图像、有毒有害气体，温感，湿感数据给本地服务器，如果发现检测设备超过预定值则向后台运行人员发出警报。

声音处理模块声音传感器收集到的目标音与环境杂音分离开，声音处理模块从目标音中抽取细小构成音的构成音抽取技术与根据构成音的组合模式判断事件有无的事件判别技术，可以从需要辨别的火灾及危险事件中判断正在发生的状况利用传感器探头将声音信号捕捉，同时采用声强技术检查管廊内的构件的密封情况。当声场是几个声源辐射场的叠加时，声强技术可以用于寻找主要辐射声源；按辐射声功率大小顺序排列声源。采用扫描式测量方法测量燃气管道泄露、水管泄露的各部分（表面）声辐射功率，找出主要声辐射区域进行定位。

主控系统模块

主控系统的功能是将图像模块、传感器模块、声音处理模块、机械臂模块的数据通过A/D转换对其进行信号处理，并结合用户的指令，完成对环境信息的采集及相应机器人的控制。电源模块功能是为机器人提供动力源，并保证电量异常时的报警、自我保护和充电行为。

图像模块及传感器模块为机器人提供数据，通过本地服务的电子地图米块进行比对，对机器人定位与导航，机器人通过处理这部分数据进行巡检并获得机器人的坐标。主控系统得到相应数据后发送命令控制底盘驱动模块让巡检机器人按照设定的录像进行自动巡检。另一部分是机器人搭载的通讯模块将机器人对这部分数据进行初步处理，并通过无线模块发送给控制基站。人机交互系统是从操作者处发出指令，控制机器人的自动及人工控制的运动。同时将从机器人处获得的传感器数据提供给用户。通讯系统的功能是将用户的指令和数据通过无线的方式进行发送，使用户对机器人进行控制。

电源模块由高容量高功率聚合物锂电池组、电池电量监控系统、智能充电控制设备和锂电池充电接入设备组成。电源管理模块用来实现电池的充放电控制，电池的电压，电流和电量的采集和电池的保护功能，为机器人各个系统提供能源保证，监控电池组电量，估算电量是否满足巡检任务，电量不足无法完成巡检任务时，告知主控系统需要充电。监测锂电池组是否充电完成，若完成充电断开电池与充电器连接，具备快速充电、涓流充电等功能， 锂电池充电接入设备与锂电池充电器物理连接，并完成智能充电控制系统相应控制动作。

本地服务器采用PC机，包括基站计算机、无线网桥、网络集线器等硬件设备，主要用于远程后台监控的人机交互、接收操作人员的各种操作指令，并将这些指令下达到消防巡检机器人移动体运动控制系统。同时，本地服务器了解消防巡检机器人的工作情况和结果。本地服务器安放在管廊内，由通讯系统、电子地图、状态报警处理、全局路径规划、数据库、实时数据库、工作模块(包括图像、视频、有毒气体、声音处理、图像、视频、有毒气体、声音处理、深度图像、机械臂控制系统、底盘控制系统)等模块组成，如图所示。

在该系统中，可见光图像、红外图像通过视频服务器的视频流数据和移动体控制系统信息等数据汇集到网络集线器后，经无线网桥、网络集线器一起通过系统内部网络传到运行监控中心，连接到远程后台监控上的计算机可根据访问权限实时浏览综合管廊设备的可见光和红外视频图像、消防巡检机器人本身运行情况等相关信息，并且可以控制消防巡检机器人移动体的运动等。

发明目的：

1.利用深度相机和三维激光传感器获取实验环境或物体的深度信息主要过程是：由红外线发射器发射出红外线，红外线在被测物体或环境中的目标遮挡后会产生镭射散斑。镭射散斑反射被红外摄像机读取，得到物体或环境的深度信息解决了管廊的场景构建、路径规划及避障

2.对移动平台进行规划,让防火门把手进入机械臂的工作空间,然后对机械臂进行规划,解决了末端执行器的精确定位与执行开门任务。使得机器人在管廊内可以进行长距离巡检，彻底解决了管廊每200米设置一个防火门的障碍无法通过。

3.综合管廊三维巡检机器人采用数据采集设备（视频，红外）+图像处理技术+有毒有害气体模块+远程控制客户端组成。解决了管廊点式传感器的距离限制，形成完整的线性报警信息包括温度，湿度，有害气体浓度，实时采集管廊内各参量数据，同时建立管廊内温度场等特征参量的分布。

4.机械臂的逆向运动学,即己知末端位姿,求取机械臂的各关节位移量。机械臂的逆向运动学只能得出唯一确定的末端位姿,但是求解机械臂的逆向运动学则可能得出不止一组解。解决了求取机械臂的逆运动学解及在机械臂存在多组解的情况下选择出最令人最满意的一组解,比如时间最短、行程最短或者能量最少等。

5.通过管廊三维巡检机器人巡检方式代替人员巡检，减少人员巡检的强度及减少安全事故

发明效果：

1.机器人周围的环境信息通过机载传感器来获取，并且通过通信模块，以硬件信息的形式被传送到中央控制端（上位机端）。此时的信息并不能直接作为有效信息使用，而需要经过传感器信息处理模块进行处理，将其转化为直接可用的数据，形成了移动机器人行为方式

2.人机交互模块：程序的主要界面。实现了机器人端与用户信息的交互，包括向使用者提供对机器人行为的控制与相关参数的设定，显示计算机对于传感器采集到的数据进行处理后结果。

3.环境检测模块：通过传感器获取的周围环境信息，并对环境信息进行处理，可以检测已知目标和未知目标，在系统界面中显示处理结果。

4.地图构建模块：通过图像系统对环境信息进行构建地图，并在系统界面中显示地图处理结果。通过电子地图进行匹配从而达到精确定位，解决了机器人在管廊中精确位置而不会发生坐标丢失及位移

5.自定位模块：根据机器人的当前位姿，计算出下一时刻的机器人位姿，使得机器人可以对防火门的开启的复杂动作，并反馈给计算机。

6.跟踪目标模块（到定点）：识别目标点，并通过以 PD 算法为基础的到定点功能实现跟踪目标。

7.漫游模块：实现机器人在随机环境下，以避障行为为基础的无死锁的漫游行为。

8.通信模块：整个通信系统基于 485 总线，系统配置中只有一个主机，其它AP设备全以多机的形式挂在 485 总线上。每50米布置一个点，本地主机是整个硬件系统的最高管理者，是硬件系统的主机，也是 RS485 总线的主机。实现管廊的3公里至5公里室内通讯问题，解决了管廊每200米设置一个防火门而阻断信号。

9.传感器信息处理模块：接受由机器人端（下位机端）返回的原始感器数据，通过相关函数将数据处理为方便用户可以使用的实际距离数据，存储在数组中，并且根据查询间隔实时更新。

10.数据存储模块：将机器人运行数据、传感器配置数据、环境地图等数据存储于数据库中，方便日后的读取与算法实现的实际效果分析，便于以后对于采集生成环境地图的存储。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种基于机器人的综合管廊巡检系统，其特征在于：包括远程红外监测与诊断模块、远程图像监测与诊断模块、远程声音监测与诊断模块、导航定位及运动控制模块、数据库；所述远程红外监测与诊断模块、远程图像监测与诊断模块、远程声音监测与诊断模块、导航定位及运动控制模块分别通过网络与数据库连接；

所述远程红外监测与诊断模块用于探测管廊内设备的温度，并经判断，对超出报警值的设备信息发送给数据库；

所述远程图像监测与诊断模块用于采集管廊内设备及移动体图像，并对图像进行分析，并将异常结果发送给数据库；

所述远程声音监测与诊断模块用于采集管廊内电气设备的噪声和对该噪声进行分析，并将该噪声发送给数据库；

所述导航定位及运动控制模块用于获取机器人运行路径，且包括移动检测单元，用以控制机器人的机械臂运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器人的综合管廊巡检系统，其特征在于：所述远程红外监测与诊断模块包括固定在机器人上的红外摄像头、红外图像处理单元；所述红外摄像头与红外图像处理单元连接；所述红外摄像头将拍摄到画面信息和探测到的温度信息发送给红外图像处理单元；所述红外图像处理单元根据画面信息判断当前设备种类，并根据预先设定的设备温度阈值，自动进行判断，对超出报警值的设备在用户端上给出声音和文本报警。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器人的综合管廊巡检系统，其特征在于：所述远程红外监测与诊断模块还包括报表生成单元；所述红外图像处理单元借助可见光图像识别，判断关键设备的内部温度梯度，并形成关键设备的温度曲线和该设备在一定历史时间内的时间-温度曲线。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器人的综合管廊巡检系统，其特征在于：所述远程图像监测与诊断模块包括RGB摄像头、图像处理单元；所述RGB摄像头用以拍摄管廊内设备图像，并将图像发送给图像处理单元；所述图像处理单元通过将当前接收到的图像与上次采集的图像进行差图像分析、累积图像分析、相关分析、区域识别、文理描述和判断处理，结合对应设备的参数库确定当前图像是何种设备；如当前设备有畸变，则向用户端发送警告信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器人的综合管廊巡检系统，其特征在于：所述远程声音监测与诊断模块包括噪声采集传输单元和噪声处理单元；所述噪声采集传输单元用以实时采集噪声信号，并发送给噪声处理单元；所述噪声处理单元将当前接收到的噪声信号与以往数据进行比较，判断电气工作是否正常，如出现异常，判断出是何种异常。

6.一种基于机器人的综合管廊巡检的交互系统，其特征在于：包括巡检系统、机器人、服务器、远程监控端；所述巡检系统、服务器、远程监控端通过网络连接；所述巡检系统为权利要求1至5任一所述的巡检系统；所述红外摄像头、RGB摄像头、噪声采集传输单元均安装固定在所述机器人上；所述服务器包括存储有地下管廊内环境及设备的各项参数信息的数据库；所述红外图像处理单元、图像处理单元、噪声处理单元将巡检信息存储于所述数据库中；所述服务器通过网络向远程监控端发送巡检信息；用户通过远程监控端查询巡检信息和向巡检系统发送指令。

7.根据权利要求6所述的一种基于机器人的综合管廊巡检的交互系统，其特征在于：所述机器人包括底盘系统；所述底盘系统包括两个减震支架、履带、内、外侧支撑板；两个所述减震支架中心转动固定形成整体，并整体转动固定在内、外侧支撑板上，且处于底盘系统的中间位置；在两个所述减震支架的顶端之间通过第一减震器连接，两个所述减震器的底端分别固定有第一支撑轮；所述第一支撑轮支撑在履带底部的内壁上。

8.根据权利要求7所述的一种基于机器人的综合管廊巡检的交互系统，其特征在于：两个所述减震支架中心通过支撑轴转动固定形成X状。

9.根据权利要求7或8所述的一种基于机器人的综合管廊巡检的交互系统，其特征在于：在所述两个减震支架的两个底端，分别转动固定有第一支撑轮支架，在第一支撑轮支架上转动固定所述第一支撑轮。

10.根据权利要求9所述的一种基于机器人的综合管廊巡检的交互系统，其特征在于：所述底盘系统的前端还包括副支撑板；在所述副支撑板上固定有第二支撑轮和第三支撑轮；所述第二支撑轮、第三支撑轮均支撑在履带前端的内壁上；所述底盘系统还包括第二减震器；在所述副支撑板上还固定有前减震器支架；所述第二减震器的一端固定在前减震器支架上，另一端固定在内、外支撑板上。