CN111152267A - 一种多模式巡检机器人防护系统和防护方法 - Google Patents

Abstract

一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：包括主控模块、子系统、防撞模块以及告警模块；所述主控模块、子系统和告警模块深度融合，构成被动防护；主控模块、子系统、告警模块的构成的巡检机器人外部凸出部位设置防撞模块，所述防撞模块为在所述巡检机器人的保护外壳上缠绕有一层凸出的防撞条，构成主动防护。本发明集机械防护、感知防护、告警提醒、安全检测为一体的多模式融合的防护系统，不仅能够主动防护又可以被动防护，确保机器人在任何情况下都能做到全方位的防护，在变电站这种机器复杂的运行场景下有效的防护机器人，减少机器人的故障率，而且即使在控制器失灵情况下，机械防护也能有效的保护机器人不受损伤。

Description

一种多模式巡检机器人防护系统和防护方法

技术领域

本发明涉及巡检机器人领域，具体涉及一种多模式巡检机器人防护系统，还涉及了一种多模式巡检机器人的防护方法，集机械防护、感知防护、告警提醒、安全检测为一体的多模式融合的一套机器人防护系统，能够在复杂应用场景下，更有效的做到主动防护和被动防护。

背景技术

为解决电力部门人工巡检存在安全风险、效率低下的问题，保障发现、处理故障的及时性等问题，电力巡检机器人应运而生。电力巡检机器人具备四大创新的技术集成，融合了地图构建、自主定位、视觉导航和激光导航等多项技术，真正实现了机器人自主行走。巡检机器人的主要应用场景如下：变电站、电力隧道、核退役与核辐射、冶金化工等高危环境。支持的巡视监测内容包括：变电站内各电气设备的温度监测、变电站设备的外观巡检(明显放电、污秽、破损等)、各仪表读数的采集和各开关状态的巡查、变压器等大型设的备声音监测与分析、变电站各区域微气象环境信息的采集等。

随着电力巡检机器人的广泛应用以及检测环境的不可控性，巡检机器人的防护系统也在不断提升，现有的巡检机器人防护措施主要有三种：一种是机械防护，在机器人机壳部位做些防护措施，外围再加一些防撞条，来实现机器人防护；另一种方式是通过传感器等感知设备，来对机器人进行保护；最后一种就是机械和传感器相融合的方式来做防护。

现有技术中公开了一种巡检机器人的防护机壳结构及防护系统，申请号201811532875.0的巡检机器人，它解决了现有技术下的巡检机器人的上方开口处不能进行有效的防护、机身内设备易受潮的问题，具有能够在壳体上方开口的情况下有效防水、防止湿热潮气的侵蚀、有效保护机身内部设备及电子元器件正常工作的效果。

现有技术中还公开了一种机器人防撞人系统，申请号201610757846.9；包括传感模块、通信模块、中央控制模块和行走执行模块；所述传感模块用于感测机器人的指定方位是否有人在活动区域内，并通过通信模块将感测结果传送至中央控制模块，所述中央控制模块根据感测结果控制所述行走执行模块动作，通过传感器等感知设备，来对机器人进行保护。

但是现有技术存在以下缺点：1、单一的机械防护只能防护机器人本身，对外部的人和物会造成损伤；2、只通过传感器的方式受外部环境影响较大；3、现有设备的机械和传感器融合防护的方式，太过简单，不构成系统。

发明内容

根据背景技术提出的问题，本发明提供一种多模式巡检机器人防护系统来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。

一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：包括主控模块、子系统、防撞模块以及告警模块，所述子系统、告警模块分别与主控模块连接，所述子系统包括微气象采集模块、主控环境采集模块、距离探测模块和视觉采集模块；

所述主控模块、子系统和告警模块深度融合，构成被动防护；主控模块、子系统、告警模块的构成的巡检机器人外部凸出部位设置防撞模块，所述防撞模块为在所述巡检机器人的保护外壳上缠绕有一层凸出的防撞条，构成主动防护，在紧急失控状态下，巡检机器人与外界发生碰撞后起到防护作用。

进一步地，所述微气象采集模块包含风速传感器、风向传感器、大气压传感器、雨量传感器，所述风速传感器、风向传感器、大气压传感器、雨量传感器分别探测外界风速、风向、大气压、余雨量的大小并转化为变化的电信号进而传递至与之连接的主控模块。

进一步地，所述主控环境采集模块包括用于监测工作电压的电压传感器、用于监测工作电流的电压传感器、用于监测工作温度的温度传感器以及用于监测工作湿度的湿度传感器，巡检机器人工作过程中，所述巡检机器人会实时监控主控环境采集模块的各个传感器状态，主控模块将所述的各传感器的信息传输至后台，以监控巡检机器人内各位置的运行环境。

进一步地，所述距离探测模块，通过发射超声波并根据超声波在空气中反射的原理来准确计算出机器人到障碍物之间的距离。

进一步地，所述采用两个与超声波发射器处于同一平面且与超声波发射器距离相同的超声波接收器，其中一个超声波接收器由侧面开槽的容器覆盖，该容器开槽的方向正对超声波发射器；两个超声波接收器输出的信号反相叠加，消除超声波发射器串扰直通波的影响，得到回波信号，完成测距。

进一步地，所述距离探测模块包括探沟传感器，所述探沟传感器利用的是激光测距，以感知沟壑情况。

进一步地，所述视觉采集模块采用双目深度相机采集外界环境信息，不仅能感知距离信息，还能通过成像来判断障碍物属性，双目深度相机将采集到的图像传递至主控模块。

进一步地，所述距离探测模块与视觉采集模块相互融合，距离探测模块无法进行判断时，视觉采集模块采集的数据显示断续或只偶然出现，主控模块启动视觉采集模块动作，转动并采集距离探测模块所探测位置，进行确认判断。

进一步地，所述防撞条外包裹一安全气囊，安全气囊内设置有与主控模块连接的加速度传感器，主控模块对这些加速度信息加以分析判断，如果所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值，则主控模块向气体发体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火，点火后发生爆炸反应，产生N2或将储气罐中压缩氮气释放出来充满碰撞气袋。

一种多模式巡检机器人的防护方法，包括以下步骤：

初始化，所述初始化包括系统初始化、子系统初始化、告警模块初始化、通讯模块初始化、驱动电机初始化；

任务创建，包括读取任务和巡检任务，所述读取任务包括微气象采集模块读取任务、主控环境采集模块读取任务；

逻辑判断并输出状态监控，所述的主控模块依据任务创建得到的反馈信息进行逻辑判断，与预设阈值进行比较判断是否异常；对于读取任务，若存在异常，主控模块触发告警模块发出警告信号并上传远端后台，若不存在异常，所述主控模块不中断主控模块的创建，并将信息作为巡检机器人的状态监控信息；对于巡检任务，若存在异常，主控模块触发告警模块发出警告信号并上传远端后台，若不存在异常，所述主控模块将信息作为巡检机器人的状态监控信息；

上传后台，对于不存在异常的读取任务和巡检任务，主控模块将信息打包上传远端后台。

有益效果：与现有技术相比，本发明集机械防护、感知防护、告警提醒、安全检测为一体的多模式融合的防护系统，该系统不仅能够主动防护又可以被动防护，确保机器人在任何情况下都能做到全方位的防护，尤其在变电站这种机器复杂的运行场景下，这种多模式融合的防护系统能更有效的防护机器人，减少机器人的故障率；而且即使在控制器失灵情况下，机械防护也能有效的保护机器人不受损伤，同时也能保护他人和其他设备，真正节省更多的检修成本和维护成本，提高机器人运行效率。

附图说明

图1：本发明的系统结构示意图；

图2：本发明防护方法的原理图；

具体实施方式

接下来结合附图1-2对本发明的一个具体实施例来做详细地阐述。

一种多模式巡检机器人防护系统，包括主控模块、子系统、防撞模块以及告警模块，所述子系统、告警模块分别与主控模块连接，主控模块、子系统、告警模块的构成的巡检机器人外部凸出部位设置防撞模块；所述子系统包括微气象采集模块、主控环境采集模块、距离探测模块和视觉采集模块。

本系统将机械防护同传感器防护进行系统性融合，形成相互支持的主动和被动的两种防护方式，本发明的巡检机器人尤其适用于变电站，变电站的每个站的环境也各不相同，对机器人的防护系统要求就比较高，本发明不仅要有主动防护，也要有被动防护，无论出现任何异常，都要保证机器人、人、设备以及其他物品不受损伤。

所述被动防护针对巡检机器人工作的外界环境以及巡检机器人系统内的工作环境进行监测和防护，通过主控模块、子系统和告警模块构成被动防护。

所述微气象采集模块包含风速传感器、风向传感器、大气压传感器、雨量传感器，所述风速传感器、风向传感器、大气压传感器、雨量传感器分别探测外界风速、风向、大气压、余雨量的大小并转化为变化的电信号进而传递至与之连接的主控模块，主控模块将接受的信号通过通讯模块传输至远端后台。其中，对于风速传感器测得的风速值、雨量传感器测得的雨量值，与预设有风速、雨量阈值的比较电路进行比较，当达到或超过阈值时，主控模块输出告警信号触发告警模块发出警报信号，告警信号通过传输至通讯模块传输至远端后台，后台通知机器人返回充电房以进行防护的处理命令。在巡检机器人工作过程中，机器人会实时监控微气象采集模块的各个传感器状态，当出现任何异常时，巡检机器人本体和后台都会产生告警，并给出提示。

所述主控环境采集模块包括设置于巡检机器人内用于监测主控模块工作环境的各类传感器，具体包括用于监测工作电压的电压传感器、用于监测工作电流的电压传感器、用于监测工作温度的温度传感器以及用于监测工作湿度的湿度传感器。巡检机器人工作过程中，所述巡检机器人会实时监控主控环境采集模块的各个传感器状态，主控模块将所述的各传感器的信息传输至后台，以监控巡检机器人内各位置的运行环境。当出现过温、过压、过流、过潮的情况下，机器人会做异常处理，采取保护措施。

所述距离探测模块，通过发射超声波并根据超声波在空气中反射的原理来准确计算出机器人到障碍物之间的距离，具体的，采用两个与超声波发射器处于同一平面且与超声波发射器距离相同的超声波接收器，其中一个超声波接收器由侧面开槽的容器覆盖，该容器开槽的方向正对超声波发射器；两个超声波接收器输出的信号反相叠加，消除超声波发射器串扰直通波的影响，得到回波信号，完成测距。同理，所述距离探测模块与主控模块连接，测距操作由主控模块完成，主控模块依据距离值逻辑判断是否以及何时完成避让操作。

进一步地，所述距离探测模块包括探沟传感器，所述探沟传感器利用的是激光测距，以感知沟壑情况，进而确保机器人在导航失效的情况下也不会走进沟里导致翻倒情况的发生。

视觉采集模块，本实施例采用双目深度相机采集外界环境信息，不仅能感知距离信息，还能通过成像来判断障碍物属性，双目深度相机将采集到的图像传递至主控模块，所述主控模块对采集到两个图像进行拼接，将拼接后的衬砌图像和热辐射图像经由传输模块压缩加密后传输至后台，所述后台通过高性能处理计算机系统，由高速存储磁盘存储图像数据，并按图像分析识别标准完成环境识别。

所述距离探测模块与视觉采集模块相互融合，具体地说，因外界环境的复杂性和突发性，所述距离探测模块探测的障碍物可为固定障碍或移动障碍，距离探测模块无法进行判断，尤其对于运动中的物体，距离探测模块无法判断是否探测失灵进而无法确定性地启动避让操作；在本实施例中，视觉采集模块采集的数据显示断续或只偶然出现时，主控模块启动视觉采集模块动作，转动并采集距离探测模块所探测位置，进行确认判断。

所述主动防护为在所述巡检机器人的保护外壳上缠绕有一层凸出的防撞条，在紧急失控状态下，巡检机器人与外界发生碰撞后起到防护作用。进一步地，所述防撞条外包裹一安全气囊，安全气囊内设置有与主控模块连接的加速度传感器，主控模块对这些加速度信息加以分析判断，如果所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值(即真正发生了碰撞)，则主控模块向气体发体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火，点火后发生爆炸反应，产生N2或将储气罐中压缩氮气释放出来充满碰撞气袋，进一步起到防护作用。

本发明还提供了一种基于多模式巡检机器人防护系统的防护方法，包括

初始化，所述初始化包括系统初始化、子系统初始化、告警模块初始化、通讯模块初始化、驱动电机初始化；

任务创建，包括读取任务和巡检任务，所述读取任务包括微气象采集模块读取任务、主控环境采集模块读取任务；其中，所述的微气象采集模块读取任务为通过微气象采集模块读取风速传感器、风向传感器、大气压传感器、雨量传感器的信息；所述的主控环境采集模块读取任务为通过主控环境采集模块读取监测工作的电压、电流、温度、湿度；所述的巡检任务包括距离探测模块通过发射超声波计算与障碍物之间的距离、通过激光测距感知沟壑，视觉采集模块通过双目深度相机采集外界环境信息感知距离和判断障碍物属性，感知防撞条处加速度变化；

逻辑判断并输出状态监控，所述的主控模块依据任务创建得到的反馈信息进行逻辑判断，与预设阈值进行比较判断是否异常；对于读取任务，若存在异常，主控模块触发告警模块发出警告信号并上传远端后台，若不存在异常，所述主控模块不中断主控模块的创建，并将信息作为巡检机器人的状态监控信息；对于巡检任务，若存在异常，主控模块触发告警模块发出警告信号并上传远端后台，若不存在异常，所述主控模块将信息作为巡检机器人的状态监控信息；

上传后台，对于不存在异常的读取任务和巡检任务，主控模块将信息打包上传远端后台。

本发明设计了一种集机械防护、感知防护、告警提醒、安全检测为一体的多模式融合的一套机器人防护系统，该系统不仅能够主动防护又可以被动防护，确保机器人在任何情况下都能做到全方位的防护，在变电站这种机器复杂的运行场景下，这种多模式融合的防护系统才能做到更有效的防护机器人，减少机器人的故障率，即使在控制器失灵情况下，机械防护也能有效的保护机器人不受损伤，同时也能保护他人和其他设备，这样才能真正的节省更多的检修成本和维护成本，提高机器人运行效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：包括主控模块、子系统、防撞模块以及告警模块，所述子系统、告警模块分别与主控模块连接，所述子系统包括微气象采集模块、主控环境采集模块、距离探测模块和视觉采集模块；

所述主控模块、子系统和告警模块深度融合，构成被动防护；主控模块、子系统、告警模块的构成的巡检机器人外部凸出部位设置防撞模块，所述防撞模块为在所述巡检机器人的保护外壳上缠绕有一层凸出的防撞条，构成主动防护，在紧急失控状态下，巡检机器人与外界发生碰撞后起到防护作用。

2.根据权利要求1所述的一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：所述微气象采集模块包含风速传感器、风向传感器、大气压传感器、雨量传感器，所述风速传感器、风向传感器、大气压传感器、雨量传感器分别探测外界风速、风向、大气压、余雨量的大小并转化为变化的电信号进而传递至与之连接的主控模块；其中，对于风速传感器测得的风速值、雨量传感器测得的雨量值，与预设有风速、雨量阈值的比较电路进行比较，当达到或超过阈值时，主控模块输出告警信号触发告警模块发出警报信号，告警信号通过传输至通讯模块传输至远端后台，后台通知机器人返回充电房以进行防护的处理命令。

3.根据权利要求1-2任一条所述的一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：所述主控环境采集模块包括用于监测工作电压的电压传感器、用于监测工作电流的电压传感器、用于监测工作温度的温度传感器以及用于监测工作湿度的湿度传感器，巡检机器人工作过程中，所述巡检机器人会实时监控主控环境采集模块的各个传感器状态，主控模块将所述的各传感器的信息传输至后台，以监控巡检机器人内各位置的运行环境。

4.根据权利要求1-3任一条所述的一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：所述距离探测模块，通过发射超声波并根据超声波在空气中反射的原理来准确计算出机器人到障碍物之间的距离。

5.根据权利要求4所述的一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：所述距离探测模块采用两个与超声波发射器处于同一平面且与超声波发射器距离相同的超声波接收器，其中一个超声波接收器由侧面开槽的容器覆盖，该容器开槽的方向正对超声波发射器；两个超声波接收器输出的信号反相叠加，消除超声波发射器串扰直通波的影响，得到回波信号，完成测距。

6.根据权利要求1-5任一条所述的一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：所述距离探测模块包括探沟传感器，所述探沟传感器利用的是激光测距，以感知沟壑情况。

7.根据权利要求1-6任一条所述的一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：所述视觉采集模块采用双目深度相机采集外界环境信息，不仅能感知距离信息，还能通过成像来判断障碍物属性，双目深度相机将采集到的图像传递至主控模块，所述主控模块对采集到两个图像进行拼接，将拼接后的衬砌图像和热辐射图像经由传输模块压缩加密后传输至后台，所述后台通过高性能处理计算机系统，由高速存储磁盘存储图像数据，并按图像分析识别标准完成环境识别。

8.根据权利要求1-7任一条所述的一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：所述距离探测模块与视觉采集模块相互融合，距离探测模块无法进行判断时，视觉采集模块采集的数据显示断续或只偶然出现，主控模块启动视觉采集模块动作，转动并采集距离探测模块所探测位置，进行确认判断。

9.根据权利要求1-8任一条所述的一种多模式巡检机器人防护系统，其特征在于：所述防撞条外包裹一安全气囊，安全气囊内设置有与主控模块连接的加速度传感器，主控模块对这些加速度信息加以分析判断，如果所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值，则主控模块向气体发体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火，点火后发生爆炸反应，产生N2或将储气罐中压缩氮气释放出来充满碰撞气袋。

10.一种多模式巡检机器人的防护方法，其特征在于包括以下步骤：

初始化，所述初始化包括系统初始化、子系统初始化、告警模块初始化、通讯模块初始化、驱动电机初始化；

任务创建，包括读取任务和巡检任务，所述读取任务包括微气象采集模块读取任务、主控环境采集模块读取任务；其中，所述的微气象采集模块读取任务为通过微气象采集模块读取风速传感器、风向传感器、大气压传感器、雨量传感器的信息；所述的主控环境采集模块读取任务为通过主控环境采集模块读取监测工作的电压、电流、温度、湿度；所述的巡检任务包括距离探测模块通过发射超声波计算与障碍物之间的距离、通过激光测距感知沟壑，视觉采集模块通过双目深度相机采集外界环境信息感知距离和判断障碍物属性，感知防撞条处加速度变化；

逻辑判断并输出状态监控，所述的主控模块依据任务创建得到的反馈信息进行逻辑判断，与预设阈值进行比较判断是否异常；对于读取任务，若存在异常，主控模块触发告警模块发出警告信号并上传远端后台，若不存在异常，所述主控模块不中断主控模块的创建，并将信息作为巡检机器人的状态监控信息；对于巡检任务，若存在异常，主控模块触发告警模块发出警告信号并上传远端后台，若不存在异常，所述主控模块将信息作为巡检机器人的状态监控信息；

上传后台，对于不存在异常的读取任务和巡检任务，主控模块将信息打包上传远端后台。

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