CN110977975A - 一种柔性管道机器人自返航控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性管道机器人自返航控制系统及方法，涉及机器人自返航。包括：检测模块，用于在柔性管道机器人进行巡检过程中，实时检测电池的剩余电量；比较模块，用于将剩余电量与预设电量阈值进行比较，并在剩余电量小于电量阈值时，输出相应的第一比较结果；定位模块，用于实时定位，得到柔性管道机器人的实时位置坐标；控制模块，用于根据实时位置坐标和管段信息生成相应的控制指令，以控制驱动模块驱动柔性管道机器人自返航；控制指令包括根据实时位置坐标和管段信息处理得到的柔性管道机器人自返航的返航路线。具有以下有益效果：在柔性管道机器人电量不足时搜寻最短自返航路线，且自返航过程中实时探测障碍物并避让。

Description

一种柔性管道机器人自返航控制系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人自返航领域，尤其涉及一种柔性管道机器人自返航控制系统及方法。

背景技术

地下管道网络是城市供水、排水系统的主要组成部分，也是城市的重要基础设施之一，城市中的各个道路下均分布有不同规格的地下管道。但由于受城市建设、经济条件和管理方式的制约，往往忽视了对已建成供水、排水管网的维护管理，或者维护管理力度不够，没有采用必要的检测手段，没有形成科学、系统的管理机制，使得出现问题的管网得不到及时修复，危及到城市公共服务的质量和城市安全。地下管道往往一般深埋在地下、空中或者建筑物中，内部结构错综复杂、环境恶劣，内径较小，人工难以在这样的环境下工作，柔性管道机器人由此应运而生。这种检测技术提高了管道检侧的准确性，便于管道工程管理维护人员分析了解管道缺陷产生的原因，开展对缺陷的评估，制订管道维护方案，消除管道安全隐患。但是柔性管道机器人在执行任务环境复杂，情况多变是往存在很多不确定因素，存在不足因电量失联丢失的情况，一个功能强大的柔性管道机器人造价昂贵，有必要让柔性管道机器人能在执行任务中出现电池不足时自动返航功能。

发明内容

本发明为了解决上述问题，现提出一种柔性管道机器人自返航控制系统，设置于所述柔性管道机器人内部，包括：

检测模块，用于在所述柔性管道机器人对地下管段进行巡检过程中，实时检测设置于所述柔性管道机器人内的电池的电量，以得到所述电池的剩余电量；

比较模块，连接所述检测模块，用于将所述剩余电量与预设电量阈值进行比较，并在所述剩余电量小于所述电量阈值时，输出相应的第一比较结果；

定位模块，用于对所述柔性管道机器人进行实时定位，得到所述柔性管道机器人的实时位置坐标；

控制模块，分别连接所述比较模块、所述定位模块和一驱动模块，所述控制模块具体包括：

第一获取单元，用于获取所述柔性管道机器人巡检的当前管段的管段信息；

所述管段信息包括设置于所述当前管段中的各阀门的阀门位置坐标；

第二获取单元，用于根据所述第一比较结果获取所述柔性管道机器人的所述实时位置坐标；

控制单元，分别连接所述第一获取单元和所述第二获取单元，用于根据所述实时位置坐标和所述管段信息生成相应的控制指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人自返航；

所述控制指令包括根据所述实时位置坐标和所述管段信息处理得到的所述柔性管道机器人自返航的返航路线。

优选的，所述控制模块还包括避让单元，连接所述控制单元，所述避让单元包括：

探测子单元，用于在所述柔性管道机器人自返航的过程中，实时测量所述返航路线中所述柔性管道机器人与前方障碍物之间的距离，以得到测量距离；

比较子单元，连接所述探测子单元，用于将所述测量距离与预先设置的避让阈值进行比较，并在所述测量距离小于所述避让阈值时，输出第二比较结果；

避让子单元，连接所述比较子单元，用于根据所述第二比较结果生成相应的避让指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人进行避让。

优选的，所述探测子单元为声呐传感器。

优选的，所述控制单元具体包括：

存储子单元，用于存储所述实时位置坐标和各所述阀门位置坐标；

排序子单元，连接所述存储子单元，用于分别计算所述实时位置坐标与每个所述阀门位置坐标之间的距离差值，并将各所述距离差值按照由小到大的顺序进行排序，形成一距离差值序列；

处理子单元，连接所述排序子单元，用于提取所述距离差值序列中排序最靠前的所述距离差值对应的所述阀门位置坐标，并根据所述阀门位置坐标和所述实时位置坐标生成返航路线；

控制子单元，连接所述处理子单元，用于根据所述返航路线生成包含所述返航路线的控制指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人自返航。

优选的，所述电量阈值为电池容量的百分之二十。

优选的，所述定位模块为GPS定位模块。

优选的，所述定位模块为北斗定位模块。

一种柔性管道机器人自返航控制方法，应用于柔性管道机器人自返航控制系统，包括：

步骤S1，所述柔性管道机器人自返航控制系统在所述柔性管道机器人对地下管段进行巡检过程中，实时检测设置于所述柔性管道机器人内的电池的电量，以得到所述电池的剩余电量；

步骤S2，所述柔性管道机器人自返航控制系统将所述剩余电量与预设电量阈值进行比较：

若所述剩余电量小于所述电量阈值，则转向步骤S3；

若所述剩余电量不小于所述电量阈值，则返回所述步骤S1；

步骤S3，所述柔性管道机器人自返航控制系统获取所述柔性管道机器人的实时位置坐标以及所述柔性管道机器人巡检的当前管段的管段信息；

所述管段信息包括设置于所述当前管段中的各阀门的阀门位置坐标；

步骤S4，所述柔性管道机器人自返航控制系统根据所述实时位置坐标和所述管段信息生成相应的控制指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人自返航；

所以控制指令包括根据所述实时位置坐标和所述管段信息处理得到的所述柔性管道机器人自返航的返航路线。

优选的，还包括一自返航过程中障碍物避让的过程，具体包括：

步骤A，所述柔性管道机器人自返航控制系统在所述柔性管道机器人自返航的过程中，实时测量所述返航路线中所述柔性管道机器人与前方障碍物之间的距离，以得到测量距离；

步骤B，所述柔性管道机器人自返航控制系统将所述测量距离与预先设置的避让阈值进行比较：

若所述测量距离小于所述避让阈值，则转向步骤C；

若所述测量距离不小于所述避让阈值时，则返回所述步骤A；

步骤C，所述柔性管道机器人自返航控制系统生成相应的避让指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人进行避让。

优选的，所述步骤S4包括：

步骤S41，所述柔性管道机器人自返航控制系统获取所述实时位置坐标和所述管段信息中的各所述阀门位置坐标；

步骤S42，所述柔性管道机器人自返航控制系统分别计算所述实时位置坐标与每个所述阀门位置坐标之间的距离差值，并将各所述距离差值按照由小到大的顺序进行排序，形成一距离差值序列；

步骤S43，所述柔性管道机器人自返航控制系统提取所述距离差值序列中排序最靠前的所述距离差值对应的所述阀门位置坐标，并根据所述阀门位置坐标和所述实时位置坐标生成返航路线；

步骤S44，所述柔性管道机器人自返航控制系统根据所述返航路线生成包含所述返航路线的控制指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人自返航。

具有以下有益效果：

在柔性管道机器人电量不足时搜寻最短自返航路线，且自返航过程中实时探测障碍物并避让。

附图说明

图1为本发明较佳的实施例中，一种柔性管道机器人自返航控制系统的结构示意图；

图2为本发明较佳的实施例中，一种柔性管道机器人自返航控制方法流程示意图；

图3为本发明较佳的实施例中，自返航过程中障碍物避让的过程示意图；

图4为本发明较佳的实施例中，一种柔性管道机器人自返航方法流程示意图。

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，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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明为了解决上述问题，现提出一种柔性管道机器人自返航控制系统，设置于柔性管道机器人内部，如图1所示，包括：

检测模块1，用于在柔性管道机器人对地下管段进行巡检过程中，实时检测设置于柔性管道机器人内的电池的电量，以得到电池的剩余电量；

比较模块2，连接检测模块1，用于将剩余电量与预设电量阈值进行比较，并在剩余电量小于电量阈值时，输出相应的第一比较结果；

定位模块3，用于对柔性管道机器人进行实时定位，得到柔性管道机器人的实时位置坐标；

控制模块4，分别连接比较模块2、定位模块3和一驱动模块5，控制模块4具体包括：

第一获取单元41，用于获取柔性管道机器人巡检的当前管段的管段信息；

管段信息包括设置于当前管段中的各阀门的阀门位置坐标；

第二获取单元42，用于根据第一比较结果获取柔性管道机器人的实时位置坐标；

控制单元43，分别连接第一获取单元41和第二获取单元42，用于根据实时位置坐标和管段信息生成相应的控制指令，以控制驱动模块驱动柔性管道机器人自返航；

控制指令包括根据实时位置坐标和管段信息处理得到的柔性管道机器人自返航的返航路线。

具体地，本实施例中，地下管网中的柔性管道机器人在对地下管网做巡检，往往需要很长时间，而且地下管网情况多变，环境复杂，需要对柔性管道机器人自身的一个保障，在这过程中最怕柔性管道机器人在执行任务中电量不足而失联，因此该柔性管道机器人内部设置了检测模块1，对电池实时进行检测，当比较模块2检测到电池的剩余电量小于预设的电量阈值时，控制柔性管道机器人执行自动返航；

该柔性管道机器人通过定位模块3实时获取柔性管道机器人的实时位置坐标，柔性管道机器人中的控制模块4还获取当前管段的管段信息，管段信息包含各个阀门的位置坐标，当电池剩余电量小于电量阈值时，柔性管道机器人根据实时位置坐标和管段信息生成相应的控制指令，以控制驱动模块5驱动柔性管道机器人自返航，优选的，柔性管道机器人优选自返航到最近的阀门位置。

本发明较佳的实施例中，控制模块4还包括避让单元44，连接控制单元43，避让单元44包括：

探测子单元441，用于在柔性管道机器人自返航的过程中，实时测量返航路线中柔性管道机器人与前方障碍物之间的距离，以得到测量距离；

比较子单元442，连接探测子单元441，用于将测量距离与预先设置的避让阈值进行比较，并在测量距离小于避让阈值时，输出第二比较结果；

避让子单元443，连接比较子单元442，用于根据第二比较结果生成相应的避让指令，以控制驱动模块5驱动柔性管道机器人进行避让。

具体地，本实施例中，在柔性管道机器人在自返航过程中，实时探测障碍物距离，当测量距离小于预设的避让阈值时进行避让，以防被困在障碍物中。

本发明较佳的实施例中，探测子单元441为声呐传感器。

本发明较佳的实施例中，控制单元43具体包括：

存储子单元431，用于存储实时位置坐标和各阀门位置坐标；

排序子单元432，连接存储子单元431，用于分别计算实时位置坐标与每个阀门位置坐标之间的距离差值，并将各距离差值按照由小到大的顺序进行排序，形成一距离差值序列；

处理子单元433，连接排序子单元432，用于提取距离差值序列中排序最靠前的距离差值对应的阀门位置坐标，并根据阀门位置坐标和实时位置坐标生成返航路线；

控制子单元434，连接处理子单元433，用于根据返航路线生成包含返航路线的控制指令，以控制驱动模块驱动柔性管道机器人自返航。

具体地，本实施例中，在控制单元43中存储柔性管道机器人的实时位置坐标和各个阀门的位置坐标，根据实时坐标位置和每个阀门的距离进行排序，并通过提取出与柔性管道机器人距离最短的阀门，实现柔性管道机器人自返航路线最短。

本发明较佳的实施例中，电量阈值为电池容量的百分之二十。

本发明较佳的实施例中，定位模块为GPS定位模块。

本发明较佳的实施例中，定位模块为北斗定位模块。

一种柔性管道机器人自返航控制方法，应用于柔性管道机器人自返航控制系统，如图2所示，包括：

步骤S1，柔性管道机器人自返航控制系统在柔性管道机器人对地下管段进行巡检过程中，实时检测设置于柔性管道机器人内的电池的电量，以得到电池的剩余电量；

步骤S2，柔性管道机器人自返航控制系统将剩余电量与预设电量阈值进行比较：

若剩余电量小于电量阈值，则转向步骤S3；

若剩余电量不小于电量阈值，则返回步骤S1；

步骤S3，柔性管道机器人自返航控制系统获取柔性管道机器人的实时位置坐标以及柔性管道机器人巡检的当前管段的管段信息；

管段信息包括设置于当前管段中的各阀门的阀门位置坐标；

步骤S4，柔性管道机器人自返航控制系统根据实时位置坐标和管段信息生成相应的控制指令，以控制驱动模块驱动柔性管道机器人自返航；

所以控制指令包括根据实时位置坐标和管段信息处理得到的柔性管道机器人自返航的返航路线。

本发明较佳的实施例中，还包括一自返航过程中障碍物避让的过程，如图3所示，具体包括：

步骤A，柔性管道机器人自返航控制系统在柔性管道机器人自返航的过程中，实时测量返航路线中柔性管道机器人与前方障碍物之间的距离，以得到测量距离；

步骤B，柔性管道机器人自返航控制系统将测量距离与预先设置的避让阈值进行比较：

若测量距离小于避让阈值，则转向步骤C；

若测量距离不小于避让阈值时，则返回步骤A；

步骤C，柔性管道机器人自返航控制系统生成相应的避让指令，以控制驱动模块驱动柔性管道机器人进行避让。

本发明较佳的实施例中，如图4所示，步骤S4包括：

步骤S41，柔性管道机器人自返航控制系统获取实时位置坐标和管段信息中的各阀门位置坐标；

步骤S42，柔性管道机器人自返航控制系统分别计算实时位置坐标与每个阀门位置坐标之间的距离差值，并将各距离差值按照由小到大的顺序进行排序，形成一距离差值序列；

步骤S43，柔性管道机器人自返航控制系统提取距离差值序列中排序最靠前的距离差值对应的阀门位置坐标，并根据阀门位置坐标和实时位置坐标生成返航路线；

步骤S44，柔性管道机器人自返航控制系统根据返航路线生成包含返航路线的控制指令，以控制驱动模块驱动柔性管道机器人自返航。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性管道机器人自返航控制系统，设置于所述柔性管道机器人内部，其特征在于，包括：

检测模块，用于在所述柔性管道机器人对地下管段进行巡检过程中，实时检测设置于所述柔性机器人内的电池的电量，以得到所述电池的剩余电量；

比较模块，连接所述检测模块，用于将所述剩余电量与预设电量阈值进行比较，并在所述剩余电量小于所述电量阈值时，输出相应的第一比较结果；

定位模块，用于对所述柔性管道机器人进行实时定位，得到所述柔性管道机器人的实时位置坐标；

控制模块，分别连接所述比较模块、所述定位模块和一驱动模块，所述控制模块具体包括：

第一获取单元，用于获取所述柔性管道机器人巡检的当前管段的管段信息；所述管段信息包括设置于所述当前管段中的各阀门的阀门位置坐标；

第二获取单元，用于根据所述第一比较结果获取所述柔性管道机器人的所述实时位置坐标；

控制单元，分别连接所述第一获取单元和所述第二获取单元，用于根据所述实时位置坐标和所述管段信息生成相应的控制指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人自返航；

所述控制指令包括根据所述实时位置坐标和所述管段信息处理得到的所述柔性管道机器人自返航的返航路线。

2.根据权利要求1所述的柔性管道机器人自返航控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括避让单元，连接所述控制单元，所述避让单元包括：

探测子单元，用于在所述柔性管道机器人自返航的过程中，实时测量所述返航路线中所述柔性管道机器人与前方障碍物之间的距离，以得到测量距离；

比较子单元，连接所述探测子单元，用于将所述测量距离与预先设置的避让阈值进行比较，并在所述测量距离小于所述避让阈值时，输出第二比较结果；

避让子单元，连接所述比较子单元，用于根据所述第二比较结果生成相应的避让指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人进行避让。

3.根据权利要求1所述的柔性管道机器人自返航控制系统，其特征在于，所述探测子单元为声呐传感器。

4.根据权利要求1所述的柔性管道机器人自返航控制系统，其特征在于，所述控制单元具体包括：

存储子单元，用于存储所述实时位置坐标和各所述阀门位置坐标；

排序子单元，连接所述存储子单元，用于分别计算所述实时位置坐标与每个所述阀门位置坐标之间的距离差值，并将各所述距离差值按照由小到大的顺序进行排序，形成一距离差值序列；

处理子单元，连接所述排序子单元，用于提取所述距离差值序列中排序最靠前的所述距离差值对应的所述阀门位置坐标，并根据所述阀门位置坐标和所述实时位置坐标生成返航路线；

控制子单元，连接所述处理子单元，用于根据所述返航路线生成包含所述返航路线的控制指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人自返航。

5.根据权利要求1所述的柔性管道机器人自返航控制系统，其特征在于，所述电量阈值为电池容量的百分之二十。

6.根据权利要求1所述的柔性管道机器人自返航控制系统，其特征在于，所述定位模块为GPS定位模块。

7.根据权利要求1所述的柔性管道机器人自返航控制系统，其特征在于，所述定位模块为北斗定位模块。

8.一种柔性管道机器人自返航控制方法，应用于如权利要求1至7任意一项所述的柔性管道机器人自返航控制系统，其特征在于，包括：

步骤S1，所述柔性管道机器人自返航控制系统在所述柔性管道机器人对地下管段进行巡检过程中，实时检测设置于所述柔性机器人内的电池的电量，以得到所述电池的剩余电量；

步骤S2，所述柔性管道机器人自返航控制系统将所述剩余电量与预设电量阈值进行比较：

若所述剩余电量小于所述电量阈值，则转向步骤S3；

若所述剩余电量不小于所述电量阈值，则返回所述步骤S1；

步骤S3，所述柔性管道机器人自返航控制系统获取所述柔性管道机器人的实时位置坐标以及所述柔性管道机器人巡检的当前管段的管段信息；

所述管段信息包括设置于所述当前管段中的各阀门的阀门位置坐标；

步骤S4，所述柔性管道机器人自返航控制系统根据所述实时位置坐标和所述管段信息生成相应的控制指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人自返航；

所以控制指令包括根据所述实时位置坐标和所述管段信息处理得到的所述柔性管道机器人自返航的返航路线。

9.根据权利要求8所述的柔性管道机器人自返航控制方法，其特征在于，还包括一自返航过程中障碍物避让的过程，具体包括：

步骤A，所述柔性管道机器人自返航控制系统在所述柔性管道机器人自返航的过程中，实时测量所述返航路线中所述柔性管道机器人与前方障碍物之间的距离，以得到测量距离；

步骤B，所述柔性管道机器人自返航控制系统将所述测量距离与预先设置的避让阈值进行比较：

若所述测量距离小于所述避让阈值，则转向步骤C；

若所述测量距离不小于所述避让阈值时，则返回所述步骤A；

步骤C，所述柔性管道机器人自返航控制系统生成相应的避让指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人进行避让。

10.根据权利要求8所述的柔性管道机器人自返航控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

步骤S41，所述柔性管道机器人自返航控制系统获取所述实时位置坐标和所述管段信息中的各所述阀门位置坐标；

步骤S42，所述柔性管道机器人自返航控制系统分别计算所述实时位置坐标与每个所述阀门位置坐标之间的距离差值，并将各所述距离差值按照由小到大的顺序进行排序，形成一距离差值序列；

步骤S43，所述柔性管道机器人自返航控制系统提取所述距离差值序列中排序最靠前的所述距离差值对应的所述阀门位置坐标，并根据所述阀门位置坐标和所述实时位置坐标生成返航路线；

步骤S44，所述柔性管道机器人自返航控制系统根据所述返航路线生成包含所述返航路线的控制指令，以控制所述驱动模块驱动所述柔性管道机器人自返航。

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