CN110696016A - 一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，包括运动平台、机械臂、全景拍摄相机和双目相机，所述机械臂和全景拍摄相机设置在所述运动平台上，所述双目相机设置在所述机械臂上；这样，通过所述全景拍摄相机对待测的车辆进行全景扫描，然后通过所述运动平台带动所述机械臂及双目相机进行移动，再通过所述机械臂灵活的将所述双目相机运送至拍摄位置对目标物进行状态采集，从而获得更有利于进行图像识别和计算的图像，同时，通过所述双目相机获取的目标物图像，能够重构该目标物的三维结构，进一步可以避免灰尘、光照、水渍等因素对图像识别结果的不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能机器人，尤其涉及一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人。
背景技术
地铁车辆是城市轨道交通中重要的组成部分，在铁路轨道上行驶，负责运载客人。地铁车辆结构复杂，为保障地铁车辆的日常安全运营，地铁车辆在每日执行完运载任务后，都需要回到专用检修库进行列检。列检内容主要包含地铁车辆的部件松动、断裂、缺失、变形等。而列检的方法主要是通过人工检查和人工维修。
目前，随着技术的进步，在列检的工作中也开始逐渐采用机器代替部分人力对地铁车辆进行列检，这里，机器主要负责对地铁车辆进行检查，根据检查结果由人工执行修理任务。在使用时，在检修地沟内设置一个“自动检查机器人”，然后通过采用视觉检查的方法对地铁车辆的底部进行检测。但在检查时，由于现有机器人上的用于视觉检查的拍摄装置一般均固定安装在自动检查机器人上，所以在使用时往往十分的不便，并且现有的自动检查机器人在检查时不能构建目标物的三维轮廓，从而导致检测的结果并不准确，容易受到灰尘、光照、水渍等因素的不良影响。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，可以通过机械臂的设置来更加灵活的调整拍摄装置的位置，从而使得获取目标物的图像位置更好，并通过设置的双目相机能构建目标物的三维轮廓，提高检测的结果精准度，避免容易受到灰尘、光照、水渍等因素的不良影响。
为达上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，包括运动平台、机械臂、全景拍摄相机和双目相机，所述机械臂和全景拍摄相机设置在所述运动平台上，所述双目相机设置在所述机械臂上。
在本发明实施例中，所述运动平台上设置传输装置。
在本发明实施例中，所述运动平台上设置升降平台，所述机械臂安装在所述升降平台上。在本发明实施例中，所述运动平台上设置激光雷达，所述激光雷达包括前置激光雷达和后置激光雷达，其中，沿所述运动平台的移动方向，所述前置激光雷达设置在所述运动平台的一端，所述后置激光雷达设置在所述运动平台的另一端。
在本发明实施例中，所述运动平台设置SLAM系统，所述SLAM系统包括：
扫描模块，用于获取机器人与周边物体的距离信息；
与所述扫描模块连接的算法模块，用于将距离信息构建成地图数据，同时定位机器人在地图中的实时坐标；
与所述扫描模块和所述算法模块连接的处理模块，用于计算虚拟导航路径或者计算虚拟目的地停车点。
在本发明实施例中，所述运动平台上设置定位传感器。
在本发明实施例中，所述定位传感器由车轴定位激光测距仪和车轮定位激光测距仪构成。
在本发明实施例中，所述运动平台的底部设置差速轮驱动。
在本发明实施例中，所述运动平台的外表面边缘设置气囊触发装置。
本发明实施例提供了一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，该智能机器人包括运动平台、机械臂、全景拍摄相机和双目相机，所述机械臂和全景拍摄相机设置在所述运动平台上，所述双目相机设置在所述机械臂上；这样，通过所述全景拍摄相机对待测的车辆进行全景扫描，然后通过控制所述运动平台带动所述双目相机进行移动，再通过所述机械臂灵活的控制所述双目相机调整至拍摄位置对目标物的三维轮廓进行采集，从而获得更有利于进行图像识别和计算的图像，同时，通过所述双目相机使得获取目标物的图像，能够重构该目标物的三维结构，进一步可以避免灰尘、光照、水渍等因素的图像识别结果的不良影响。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种智能机器人的结构示意主视图；
图2为本发明实施例提供的一种智能机器人的结构示意俯视图；
图3为本发明实施例提供的SLAM系统的模块示意图。
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。
本发明实施例提供一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，如图1和2所示，包括运动平台1、机械臂2、全景拍摄相机和双目相机4，所述机械臂2和全景拍摄相机设置在所述运动平台1上，所述双目相机4设置在所述机械臂2上。
这里，所述运动平台1为市面上可以买到的移动平台，其可以为履带式移动平台，也可以为其他具有移动功能的平台结构。所述运动平台1呈箱体状，在使用时，所述运动平台1一般置于用于检修的坑道内，所述运动平台1可以沿着坑道内进行移动，从而对地铁车进行检修。
所述移动平台1的内部设置全景拍摄相机，其中，所述全景拍摄相机是一个线阵相机与线激光器的组合。其中线阵相机的分辨率不小于2k，激光器功率不低于7W，激光器通常采用808nm的波长，所述全景拍摄相机的镜头位置可以设置在所述移动平台1的顶部，也可以设置在其他方便所述全景拍摄相机进行全景拍摄的位置。
所述移动平台1上还安装机械臂2，所述机械臂2上安装所述双目相机4，所述双目相机4一般采用两只工业相机、平面光源和激光结构光源构成。其中工业相机像素不低于200万，所述双目相机4可以通过所述机械臂2的驱动调整至对待测目标进行拍摄的拍摄位置，从而获取待测目标的图像，同时采用所述双目相机4进行拍摄能获取目标物的清晰图像，直观判断目标物状态，也能获取目标物的三维信息，测量关键部件的大小、间距等。同时剔除灰尘、光照、水渍等因素对智能判断的干扰。
具体地，所述机械臂2的关节数量不低于6个，臂展长度不低于800mm，这样，通过采用多自由度机械臂的形式，可以满足不同姿态要求的目标物检测。
更具体地，所述机器人内设置控制系统，所述控制系统包括用于处理所述全景拍摄相机和所述双目相机4的图像采集模块、用于控制所述运动平台1移动的平台控制模块、用于控制所述机械臂2各关节的机械臂驱动模块和用于收发、处理远程主机信号的中央处理器，所述图像采集模块、所述平台控制模块和所述机械臂驱动模块均与所述中央处理器连接。这样，当所述中央处理器接收到远程主机的处理信号时，能对所述图像采集模块、所述平台控制模块和所述机械臂驱动模进行驱动控制，进而进行拍摄工作，并将拍摄到的图像发送至远程主机。
进一步地，所述运动平台1上设置传输装置11。
这里，所述传输装置11可以通过有线连接的方式与远程主机连接，也可以通过无线连接的方式(例如无线网络)与远程主机连接，从而向工作人员发送采集到的图像信息。
进一步地，在本发明实施例中，所述运动平台1上设置升降平台5，所述机械臂2安装在所述升降平台5上。
这里，所述升降平台5用于改变所述双目相机4的位置，从而满足不同高度要求下的目标物检测。具体的，所述运动平台1上开设凹槽，所述升降平台5设置在凹槽内，所述升降平台5可以为通过液压驱动的平台，也可以是由其他动力元件进行驱动。
具体地，所述控制系统还包括用于控制升降平台5升降的升降控制模块，其中，所述升降控制模块与所述中央处理器连接。
进一步地，在本发明实施例中，所述运动平台1上设置激光雷达，所述激光雷达包括前置激光雷达61和后置激光雷达62，其中，沿所述运动平台1的移动方向，所述前置激光雷达61设置在所述运动平台1的一端，所述后置激光雷达62设置在所述运动平台1的另一端。
这里，由于机器人机械设置原因，所述前置激光雷61达无法完成360°扫描，当机器人后退时，存在视野盲区。因此需要增加所述后置激光雷达62，具体地，所述前置激光雷达61用于扫描地图、导航、定位、障碍物检测，所述后置激光雷达62可以用于对避免所述运动平台1与位于远处的障碍物相撞。其中，所述前置激光雷达61和所述后置激光雷达62均为目前市面上可以买到的产品，因此此处不在赘述。
进一步地，如图3所示，所述运动平台1设置SLAM系统，所述SLAM系统包括：
扫描模块，用于获取机器人与周边物体的距离信息；
与所述扫描模块连接的算法模块，用于将距离信息构建成地图数据，同时定位机器人在地图中的实时坐标；
与所述扫描模块和所述算法模块连接的处理模块，用于计算虚拟导航路径或者计算虚拟目的地停车点。
这里，SLAM系统主要由数据采集模块、视觉里程计、后端算法、地图构建、回环检测五个部分组成。其中，所述数据采集模块为所述扫描模块，所述后端算法为所述算法模块，所述视觉里程计、所述地图构建和所述回环检测组成所述处理模块，在使用时，数据采集模块即所述扫描模块，视觉里程计通过对数据采集模块采集到的数据进行分析，估计两个时刻的相对运动(ego-motion)，后端算法则处理视觉里程计的误差，地图构建则运动轨迹来建立地图信息，回环检测通过对同一场景下的不同时刻数据分析消除空间上的累计误差。后端算法模块中较特殊的部分采用了混合定位技术，第一步数据采集(即包括采用所述前置激光雷达61获取的数据)包含激光雷达原始数据、里程计数据、陀螺仪数据，第二步通过kalman滤波器完成对IMU、里程计及基于雷达数据的估计位姿的融合，进而估计新的激光雷达的位姿，第三步采用子地图的约束方案，进一步的消除因里程计和陀螺仪引入的环境误差。进一步优选的，在后端算法模块中，加入特殊尺寸的反光标识贴、或者加入二维码、或者加入单目相机辅助，进一步消除累计误差，提高最终定位精度。
进一步地，在本发明实施例中，所述运动平台1上设置定位传感器12。
所述定位传感器12由车轴定位激光测距仪和车轮定位激光测距仪构成。
所述运动平台1的底部设置差速轮驱动8。
所述运动平台1的外表面边缘设置气囊触发装置9，所述气囊触发装置9包括气囊囊体和压力传感器，所述压力传感器设置在气囊囊体的内部。
这里，所述定位传感器12为复合光学定位组件，其包括2个激光测距仪和1组面阵成像组件，在使用时，由于地铁车辆每次停车范围偏差1m左右，该复合光学定位组件可以通过查找列车的车轴确定地铁车辆的停车偏差，或者通过识别列车车底的特殊部件来确认列车部件的偏移。
进一步地，在本发明实施例中的机器人还可以设置所述线扫描组件13，所述线扫描组件13用以快速完成整车的底部仰视可见部分的部件检测。所述线扫描组件13通过螺丝安装在所述运动平台1的内部，所述线扫描组件13的扫描方向垂直向上，扫描位置在所述运动平台1外壳上开设的缺口处，所述线扫描组件13可以为LQ-H3XX高速系列的检测装置，也可以为其他具有上述设备检测功能的装置。
所述运动平台1上还可以设置行车记录仪，所述行车记录仪为市面上可以买到的产品，其能有效记录机器人走行过程中的图像，为事后分析提供依据。
所述差速轮驱动8可原地转向，自由行走，从而方便控制所述运动平台1的移动。
具体地，本发明实施例中的机器人整体在实际使用时，为了确保机器人能够在不同的检修地沟间自由的移动，机器人必须做到小型化设计。根据目前国内绝大部分检修地沟的机械参数。机器人的小型化设计需满足以下几个条件
1)机器人原地旋转直径需小于1300mm；
2)机器人最低姿态下，高度需要小于950mm；
3)机器人的宽度需小于850mm。
所述气囊触发装置9包括气囊囊体和压力传感器，所述气囊囊体沿所述运动平台1的外部周向设置，且所述气囊囊体的内部充满气体，这样，当所述运动平台1发生碰撞时，所述气囊囊体首先被挤压，然后所述气囊囊体的内部压强会产生变化，进而被压力传感器所感应，从而发出电信号，控制机器人(所述运动平台1)做出紧急停止的动作，这样避免了所述运动平台1移动时出现剧烈撞击，从而损伤所述运动平台1。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，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 (9)
1.一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，其特征在于，包括运动平台(1)、机械臂(2)、全景拍摄相机和双目相机(4)，所述机械臂(2)和全景拍摄相机设置在所述运动平台(1)上，所述双目相机(4)设置在所述机械臂(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，其特征在于，所述运动平台(1)上设置传输装置(11)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，其特征在于，所述运动平台(1)上设置升降平台(5)，所述机械臂(2)安装在所述升降平台(5)上。
4.根据权利要求1所述的一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，其特征在于，所述运动平台(1)上设置激光雷达，所述激光雷达包括前置激光雷达(61)和后置激光雷达(62)，其中，沿所述运动平台(1)的移动方向，所述前置激光雷达(61)设置在所述运动平台(1)的一端，所述后置激光雷达(62)设置在所述运动平台(1)的另一端。
5.根据权利要求1所述的一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，其特征在于，所述运动平台(1)设置SLAM系统，所述SLAM系统包括：
扫描模块，用于获取机器人与周边物体的距离信息；
与所述扫描模块连接的算法模块，用于将距离信息构建成地图数据，同时定位机器人在地图中的实时坐标；
与所述扫描模块和所述算法模块连接的处理模块，用于计算虚拟导航路径或者计算虚拟目的地停车点。
6.根据权利要求1所述的一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，其特征在于，所述运动平台(1)上设置定位传感器(12)。
7.根据权利要求6所述的一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，其特征在于，所述定位传感器(12)由车轴定位激光测距仪和车轮定位激光测距仪构成。
8.根据权利要求1所述的一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，其特征在于，所述运动平台(1)的底部设置差速轮驱动(8)。
9.根据权利要求1所述的一种适用于地铁车辆列检工作的智能机器人，其特征在于，所述运动平台(1)的外表面边缘设置气囊触发装置(9)，所述气囊触发装置(9)包括气囊囊体和压力传感器，所述压力传感器设置在气囊囊体的内部。
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