CN111515918A - 一种细纱车间无人巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细纱车间无人巡检机器人，属于纺纱生产技术领域；包括底盘、无人巡检底座模块、外壳、飞花吸收装置、数据采集模块和无线通讯模块；实现了对细纱车间环境温度和湿度数据的精确高效采集，同时避免了纱线质量数据采集过程中的时间滞后性；在巡检过程中同时对地面的飞花进行收集，保持车间整洁；在巡检过程中采用综合导航的方式，GPS和INS由算法计算出组合位姿，与激光雷达所提取到的位置信息构建车间内的点云地图，在巡检过程中以地图优化融合后的位置，根据设定好的巡检路线实现巡检过程；解决了目前细纱车间无人巡检机器人在空间狭小，障碍物较多的车间内移动工作的难题。

Description

一种细纱车间无人巡检机器人

技术领域

本发明涉及一种细纱车间无人巡检机器人，属于纺纱生产技术领域。

背景技术

细纱生产过程中对环境中的温度和湿度有严格要求，环境的温湿度对棉纤维的回潮率、棉纤维张力等性能有直接影响关系,车间的温湿度波动直接影响纱线质量，但是由于温湿度数据存在一定的时序性和空间特征，难以精确测量。另一方面，目前的纺纱生产中质量数据的采集一般采用人工抽检的方式，对生产过程中的纱线进行定时采样检测，不仅需要专业人员专门值守，而且质量异常的发现往往滞后，细纱机周围时常会产生飞花，造成纱线质量的低下。目前发展的无人巡检技术可实现纱线质量数据无人采集，可以大大减少抽检人员的工作量，并且有利于实现质量的等级判定和实现精准管理，同时无人巡检机器人可以实现对车间地面上的飞花的清理，保证纱线的质量。但是，目前实现细纱车间无人巡检机器人应用的主要难点在于：车间空间狭小细纱车间细纱机排布紧密，细纱机结构紧凑，纱锭之间仅间隔10厘米，并且存在巡回吹吸风装置、落纱架等干扰，在不干扰细纱机正常工作的情况下，无人巡检机器人的活动空间非常有限。

发明内容

本发明的目的是为解决目前细纱车间无人巡检机器人如何在空间狭小的车间内移动工作的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种细纱车间无人巡检机器人，包括底盘、无人巡检底座模块、外壳、飞花吸收装置、数据采集模块和无线通讯模块；所述底盘上设有外壳；外壳内的底盘上设有用于实现机器人在车间的定位和巡检的无人巡检底座模块；所述机器人外壳内和底盘后方设有飞花吸收装置；所述数据采集模块包括温湿度传感器和用于对纱线成纱图片进行采集的工业相机；所述底盘上设有伸出外壳外的工业相机；所述机器人外壳上设有温湿度传感器和用于与车间的计算中心进行数据互相传输的无线通讯模块。

优选地，所述无人巡检底座模块包括驱动电机、麦克拉姆轮、分布式电源模组、LiDAR激光雷达、GPS定位传感器、INS姿态传感器、中央处理单元和超声波传感器；所述底盘上设有驱动电机、分布式电源模组、GPS定位传感器、INS姿态传感器和中央处理单元；所述机器人外壳下方底盘四周设有用于移动的麦克拉姆轮；所述机器人外壳前方的底盘上设有LiDAR激光雷达；所述机器人外壳前方和后方的底盘上分别设有超声波传感器；所述麦克拉姆轮通过驱动电机与中央处理单元连接；所述分布式电源模组、LiDAR激光雷达、GPS定位传感器、INS姿态传感器和超声波传感器与中央处理单元连接；所述驱动电机、LiDAR激光雷达、GPS定位传感器、INS姿态传感器和超声波传感器与分布式电源模组连接。

优选地，所述驱动电机数量设为4个，麦克拉姆轮的数量设为4个；所述的一个麦克拉姆轮对应一个驱动电机。

优选地，所述飞花吸收装置包括吸盘、管道一、管道二、吸风电机和飞花收集箱体；所述底盘后方设有用于吸取飞花的吸盘，吸盘上设有吸取用的长条开槽；吸盘通过管道一与吸风电机的一端连接；吸风电机的另一端通过管道二与飞花收集箱体连接。

优选地，所述数据采集模块包括温湿度传感器和工业相机；所述温湿度传感器设于机器人的外壳上并与中央处理单元连接；所述底盘上设有可以实现360度转动的云台，云台中心设有垂直于云台平面的可上下升降的旋转支撑杆；旋转支撑杆末端设有可伸出外壳外的工业相机，工业相机与中央处理单元连接。

优选地，所述无线通讯模块设于外壳外部，并与中央处理单元连接；无线通讯模块将无人巡检所采集的温度湿度数据和纱线图像数据传输至车间数据中心。

优选地，所述无线通讯模块数量设为2个。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种可以针对细纱车间环境温度、湿度数据和纱线质量数据进行无人采集的巡检机器人，实现了对环境温度和湿度数据的精确高效采集，同时避免了纱线质量数据采集过程中的时间滞后性，在巡检的过程中同时对地面的飞花进行收集，保持车间整洁。在巡检过程中采用综合导航的方式进行，GPS和INS由算法计算出组合位姿，与激光雷达所提取到的位置信息构建车间内的点云地图，在巡检过程中以地图优化融合后的位置，根据设定好的巡检路线实现巡检过程；解决了目前细纱车间无人巡检机器人在空间狭小，障碍物较多的车间内移动工作的难题。

附图说明

图1为本发明一种细纱车间无人巡检机器人的外部轮廓图；

图2为本发明一种细纱车间无人巡检机器人底盘轮廓示意图；

图3为本发明一种细纱车间无人巡检机器人飞花收集模块示意图；

图4为本发明一种细纱车间无人巡检机器人纱线图像采集模块示意图；

图5为本发明利用多传感器信息融合的方式实现精确导航流程图；

图6为本发明INS与GPS信号融合过程中的算法过程图。

附图标记：1.麦克拉姆轮；2.吸盘3.管道一；4.吸风电机；5.管道二；6.无线通讯模块7.工业相机；8.旋转支撑杆；9.温湿度传感器10.LiDAR激光雷达11.无人巡检底座模块；11-1.底盘；12.超声波传感器13.GPS定位传感器；14.中央处理单元；15.驱动电机；16.分布式电源模组；17.INS姿态传感器；18.云台；19.飞花收集箱体；20.外壳。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-6所示，本发明提供一种细纱车间无人巡检机器人，包括底盘11-1、无人巡检底座模块11、外壳20、飞花吸收装置、数据采集模块和无线通讯模块；底盘11-1上设有外壳20；外壳20内的底盘11-1上设有用于实现机器人在车间的定位和巡检的无人巡检底座模块11；所述机器人外壳20内和底盘11-1后方设有飞花吸收装置；数据采集模块包括温湿度传感器9和用于对纱线成纱图片进行采集的工业相机7；底盘11-1上设有伸出外壳20外的工业相机7；机器人外壳20上设有温湿度传感器9和用于与车间的计算中心进行数据互相传输的无线通讯模块6。无人巡检底座模块11包括驱动电机15、麦克拉姆轮1、分布式电源模组16、LiDAR激光雷达10、GPS定位传感器13、INS姿态传感器17、中央处理单元14和超声波传感器12；底盘11-1上设有驱动电机15、分布式电源模组16、GPS定位传感器13、INS姿态传感器17和中央处理单元14；机器人外壳20下方底盘11-1四周设有用于移动的麦克拉姆轮1；机器人外壳20前方的底盘11-1上设有LiDAR激光雷达10；机器人外壳20前方和后方的底盘11-1上分别设有超声波传感器12；麦克拉姆轮1通过驱动电机15与中央处理单元14连接；分布式电源模组16、LiDAR激光雷达10、GPS定位传感器13、INS姿态传感器17和超声波传感器12与中央处理单元14连接；驱动电机15、LiDAR激光雷达10、GPS定位传感器13、INS姿态传感器17和超声波传感器12与分布式电源模组16连接。驱动电机15数量设为4个，麦克拉姆轮1的数量设为4个；一个麦克拉姆轮1对应一个驱动电机15。飞花吸收装置包括吸盘2、管道一3、管道二5、吸风电机4和飞花收集箱体19；底盘11-1后方设有用于吸取飞花的吸盘2，吸盘2上设有吸取用的长条开槽；吸盘2通过管道一3与吸风电机4的一端连接；吸风电机4的另一端通过管道二5与飞花收集箱体19连接。数据采集模块包括温湿度传感器9和工业相机7；温湿度传感器9设于机器人的外壳20上并与中央处理单元14连接；底盘11-1上设有可以实现360度转动的云台18，云台18中心设有垂直于云台平面的可上下升降的旋转支撑杆8；旋转支撑杆8末端设有可伸出外壳外的工业相机7，工业相机7与中央处理单元14连接。无线通讯模块6设于外壳20外部，并与中央处理单元14连接；无线通讯模块6将无人巡检所采集的温度湿度数据和纱线图像数据传输至车间数据中心。无线通讯模块6的数量设为2个。

如图1-4所示，本发明包括：无人巡检底座模块11，用于实现机器人在车间的定位和巡检；飞花吸收装置，吸取巡检点地面的飞花，同时将地面上的飞花保存在清洁箱体中；数据采集模块，将车间内的温湿度数据进行采集同时将温湿度数据与车间内的定位进行绑定，利用高清摄像头对纱线成纱图片进行采集；无线通讯模块6，无人巡检机器人数据采集系统所采集的数据会经过无线通讯模块6进行传输，传输过程进行加密处理，传输至车间的计算中心中对数据进行处理。

无人巡检底座模块11，包括底座的4个驱动电机15、4个麦克拉姆轮1，4个分布式电源模组16，底盘11-1，LiDAR激光雷达10，GPS定位传感器13，INS姿态传感器17，中央处理单元14，旋转支撑杆8。巡检过程中采用综合导航的方式进行，GPS和INS由算法计算出组合位姿，与激光雷达所提取到的位置信息构建车间内的点云地图，在巡检过程中以地图优化融合后的位置，根据设定好的巡检路线实现巡检过程。在巡检机器人巡检过程中，麦克拉姆轮1由驱动电机15直接驱动可以实现全方位的无极变速要求。中央处理实时处理激光雷达和定位传感器的信息；在电源分部上，机器人采用分布式电源设计，其电源分布在驱动电机周围减低能源损耗。

飞花吸收装置的特点在于在无人巡检底座中固定有吸盘2，吸盘内有长条开槽，可实现对飞花的吸取，通过管道连接吸风电机4，吸风电机4的出风口与飞花收集箱体19相连，飞花收集在箱体中。

数据采集模块分别由温湿度传感器9和工业相机7组成。其中温湿度传感器9安装在巡检机器人的外壳上与中央处理单元14相连接，在数据传输过程中，温度湿度数据按照设定时间频率进行采集，采集过程中会结合相应的位置信息；纱线图片数据利用工业相机7进行纱线图像采集，工业相机7安装在云台18上，云台18与底盘相连，云台18通过旋转支撑杆8可实现上下调整，同时相机可以实现360°转动，并且可实现对纱线的自动识别对焦，采样频率可根据巡检要求设定。

无线通讯模块6与中央处理单元14相连接，无线通讯模块6实现无人巡检所采集的温度湿度数据和纱线图像数据传输至车间数据中心。

如图2所示，巡检机器人的运动过程中，INS传感器17与GPS定位器13与激光雷达10判断当前巡检机器人的当前位置，并将当前位置信息传输至中央处理单元14，中央处理单元14根据信息融合算法以及相应的路径规划算法对底盘中的四个驱动电机15发出指令，驱动电机15驱动麦克拉姆轮1实现驱动过程，在驱动过程中，超声波传感器12会传递当前巡检机器人周边是否有遮挡物，当有遮挡物出现时，超声波传感器12会发送信号给中央处理单元14，巡检小车停车避让，直至没有遮挡信号。

如图3所示，巡检机器人的运动过程中吸收飞花的过程，飞花吸收装置在无人巡检底座中固定有吸盘2，吸盘2内有长条开槽，可实现对飞花的吸取，通过管道一3连接吸风电机4，吸风电机4的出风口经过管道二5与飞花收集箱体19相连，飞花收集在箱体19中，待巡检结束时可将飞花倾倒而出。飞花吸收采用定功率吸收，当巡检机器人启动时，飞花收集装置启动，当巡检机器人关闭时，飞花收集装置关闭。

如图4所示，巡检机器人数据采集过程，模块分别由温湿度传感器9和工业相机7组成。其中温湿度传感器9安装在巡检机器人的外壳20上与中央处理单元14相连接，在数据传输过程中，温度湿度数据按照设定时间频率进行采集，采集过程中会结合相应的位置信息；纱线图片数据利用工业相机7进行纱线图像采集，工业相机7安装在云台18上，云台18与底盘11-1相连，云台18通过旋转支撑杆8可实现上下调整，同时相机可以实现360°转动，并且可实现对纱线的自动识别对焦，采样频率可根据巡检要求设定。

如图5、图6所示，巡检机器人工作时，首先利用多传感器信息融合的方式实现精确导航，其融合过程表现为INS传感器17与GPS定位器13信息进行深度融合，根据激光雷达10构建细纱车间的三维地图。在实际巡检过程中，根据设定好的路线进行巡检，巡检中多传感器根据当前时刻的信息对比在点云地图上的信息确定当前的位置信息。图6中详细说明INS与GPS信号融合过程中的算法过程。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种细纱车间无人巡检机器人，其特征在于：包括底盘、无人巡检底座模块、外壳、飞花吸收装置、数据采集模块和无线通讯模块；所述底盘上设有外壳；外壳内的底盘上设有用于实现机器人在车间的定位和巡检的无人巡检底座模块；所述机器人外壳内和底盘后方设有飞花吸收装置；所述数据采集模块包括温湿度传感器和用于对纱线成纱图片进行采集的工业相机；所述底盘上设有伸出外壳外的工业相机；所述机器人外壳上设有温湿度传感器和用于与车间的计算中心进行数据互相传输的无线通讯模块。

2.如权利要求1所述的一种细纱车间无人巡检机器人，其特征在于：所述无人巡检底座模块包括驱动电机、麦克拉姆轮、分布式电源模组、LiDAR激光雷达、GPS定位传感器、INS姿态传感器、中央处理单元和超声波传感器；所述底盘上设有驱动电机、分布式电源模组、GPS定位传感器、INS姿态传感器和中央处理单元；所述机器人外壳下方底盘四周设有用于移动的麦克拉姆轮；所述机器人外壳前方的底盘上设有LiDAR激光雷达；所述机器人外壳前方和后方的底盘上分别设有超声波传感器；所述麦克拉姆轮通过驱动电机与中央处理单元连接；所述分布式电源模组、LiDAR激光雷达、GPS定位传感器、INS姿态传感器和超声波传感器与中央处理单元连接；所述驱动电机、LiDAR激光雷达、GPS定位传感器、INS姿态传感器和超声波传感器与分布式电源模组连接。

3.如权利要求2所述的一种细纱车间无人巡检机器人，其特征在于：所述驱动电机数量设为4个，麦克拉姆轮的数量设为4个；所述的一个麦克拉姆轮对应一个驱动电机。

4.如权利要求3所述的一种细纱车间无人巡检机器人，其特征在于：所述飞花吸收装置包括吸盘、管道一、管道二、吸风电机和飞花收集箱体；所述底盘后方设有用于吸取飞花的吸盘，吸盘上设有吸取用的长条开槽；吸盘通过管道一与吸风电机的一端连接；吸风电机的另一端通过管道二与飞花收集箱体连接。

5.如权利要求4所述的一种细纱车间无人巡检机器人，其特征在于：所述数据采集模块包括温湿度传感器和工业相机；所述温湿度传感器设于机器人的外壳上并与中央处理单元连接；所述底盘上设有可以实现360度转动的云台，云台中心设有垂直于云台平面的可上下升降的旋转支撑杆；旋转支撑杆末端设有可伸出外壳外的工业相机，工业相机与中央处理单元连接。

6.如权利要求5所述的一种细纱车间无人巡检机器人，其特征在于：所述无线通讯模块设于外壳外部，并与中央处理单元连接；无线通讯模块将无人巡检所采集的温度湿度数据和纱线图像数据传输至车间数据中心。

7.如权利要求6所述的一种细纱车间无人巡检机器人，其特征在于：所述无线通讯模块数量设为2个。

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