CN111638714A - 用于防止轨道巡检机器人跌落的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例公开了用于防止轨道巡检机器人跌落的方法和装置。该方法的一具体实施方式包括：在所述轨道巡检机器人沿着轨道前进的过程中，通过测距传感器实时测量所述测距传感器与所述轨道之间的距离L；根据所述测距传感器安装角度与垂直方向的夹角γ和测量的距离，计算所述测距传感器与所述轨道之间的测量高度H；若所述测量高度与所述测距传感器与所述轨道之间的真实高度h的差值大于预设阈值，则控制所述轨道巡检机器人进行紧急制动。该实施方式实现对运行轨道的探测，当运行轨道遭到破坏时机器人进行紧急制动，可避免巡检机器人因轨道破坏造成的坠落事故。

Description

用于防止轨道巡检机器人跌落的方法和装置

技术领域

本公开的实施例涉及计算机技术领域，具体涉及用于防止轨道巡检机器人跌落的方法和装置。

背景技术

轨道巡检机器人用于隧道内环境和施工作业情况的监测，以实现自动化，节省人工成本。轨道巡检机器人通常在固定的轨道上进行往复运动，目前机器人一般具有障碍物探测功能，但是缺少对自身轨道探测的能力，当运行轨道因某些原因发生缺失时，可能会引起机器人坠毁事故。

发明内容

本公开的实施例提出了用于防止轨道巡检机器人跌落的方法和装置。

第一方面，本公开的实施例提供了一种用于防止轨道巡检机器人跌落的方法，包括：在轨道巡检机器人沿着轨道前进的过程中，通过测距传感器实时测量测距传感器与轨道之间的距离L；根据测距传感器安装角度与垂直方向的夹角γ和测量的距离，计算测距传感器与轨道之间的测量高度H；若测量高度与测距传感器与轨道之间的真实高度h的差值大于预设阈值，则控制轨道巡检机器人进行紧急制动。

在一些实施例中，夹角γ的最小值满足以下公式：tanγ＝h/S，S为轨道巡检机器人的最大制动距离。

在一些实施例中，测距传感器为线阵光学测距传感器，其长度大于轨道的宽度。

在一些实施例中，该方法还包括：基于线阵光学测距传感器不同位置的测量点得到测量高度集合；基于测量高度集合确定轨道缺失区域的位置；根据位置确定轨道巡检机器人是否可以继续行驶。

在一些实施例中，轨道巡检机器人包括单片机、测距传感器、机器人控制器、受控开关、电机驱动器、安全继电器；以及控制轨道巡检机器人进行紧急制动，包括：单片机向受控开关发送断开指令，使得安全继电器的安全继电器常闭监控触点；安全继电器监测到安全继电器常闭监控触点断开，安全继电器双冗余开关随即断开；单片机向机器人主控制器上报前方轨道异常信息；电机驱动器掉电使得轨道巡检机器人紧急制动。

第二方面，本公开的实施例提供了一种用于防止轨道巡检机器人跌落的装置，包括：测量单元，被配置成在轨道巡检机器人沿着轨道前进的过程中，通过测距传感器实时测量测距传感器与轨道之间的距离L；计算单元，被配置成根据测距传感器安装角度与垂直方向的夹角γ和测量的距离，计算测距传感器与轨道之间的测量高度H；控制单元，被配置成若测量高度与测距传感器与轨道之间的真实高度h的差值大于预设阈值，则控制轨道巡检机器人进行紧急制动。

在一些实施例中，夹角γ的最小值满足以下公式：tanγ＝h/S，S为轨道巡检机器人的最大制动距离。

在一些实施例中，测距传感器为线阵光学测距传感器，其长度大于轨道的宽度。

在一些实施例中，该装置还包括判断单元，被配置成：基于线阵光学测距传感器不同位置的测量点得到测量高度集合；基于测量高度集合确定轨道缺失区域的位置；根据位置确定轨道巡检机器人是否可以继续行驶。

在一些实施例中，控制单元进一步被配置成：控制单片机向受控开关发送断开指令，使得安全继电器的安全继电器常闭监控触点；安全继电器监测到安全继电器常闭监控触点断开，安全继电器双冗余开关随即断开；控制单片机向机器人主控制器上报前方轨道异常信息；电机驱动器掉电使得轨道巡检机器人紧急制动。

第三方面，本公开的实施例提供了一种用于防止轨道巡检机器人跌落的电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如第一方面中任一的方法。

第四方面，本公开的实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，程序被处理器执行时实现如第一方面中任一的方法。

本公开的实施例提供的用于防止轨道巡检机器人跌落的方法和装置，通过测量传感器与轨道之间的距离，可实现对运行轨道的探测。当运行轨道遭到破坏时机器人进行紧急制动，可避免巡检机器人因轨道破坏造成的坠落事故。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本公开的轨道巡检机器人的侧视图；

图2是根据本公开的用于防止轨道巡检机器人跌落的方法的一个实施例的流程图；

图3a、3b是根据本公开的用于防止轨道巡检机器人跌落的方法的一个应用场景的示意图；

图4是根据本公开的用于防止轨道巡检机器人跌落的方法的电路原理图；

图5是根据本公开的用于防止轨道巡检机器人跌落的装置的一个实施例的结构示意图；

图6是适于用来实现本公开的实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

图1示出了轨道巡检机器人的侧视图。轨道巡检机器人行驶时，悬挂在轨道上。如图1所示，轨道巡检机器人的滑轮在轨道上方。轨道巡检机器人采用测距传感器测量发射光束测量测距传感器与轨道之间的距离。测距传感器可以是线阵光学测距传感器。测距传感器发出光束后经过轨道反射回到测距传感器，通过发送时间和接收时间差，可计算出测距传感器与轨道的距离L。图1所示的长度为测距传感器的长度，该长度要大于轨道宽度。传感器安装位置距离轨道高度为h。

继续参考图2，示出了根据本公开的用于防止轨道巡检机器人跌落的方法的一个实施例的流程200。该用于防止轨道巡检机器人跌落的方法，包括以下步骤：

步骤201，在轨道巡检机器人沿着轨道前进的过程中，通过测距传感器实时测量测距传感器与轨道之间的距离L。

在本实施例中，测距传感器可以是激光雷达等通过光束测距的传感器。测距传感器发送的光束被反射回来，记录发射时间与接收到反射光束的时间即可得到总时间，再根据光速可计算出测距传感器与轨道之间的距离L。如图3a、3b所示。

光束的发射方向与轨道巡检机器人垂直方向的夹角为γ。夹角γ的最小值满足以下公式：tanγ＝h/S，S为所述轨道巡检机器人的最大制动距离。h为测距传感器与轨道之间的真实高度。这样才可以让轨道巡检机器人能及时刹车。

步骤202，根据测距传感器安装角度与垂直方向的夹角γ和测量的距离，计算测距传感器与轨道之间的测量高度H。

在本实施例中，计算得到测距传感器与轨道之间的垂直距离即为测量高度H＝L*cosγ。

步骤203，若测量高度与测距传感器与轨道之间的真实高度h的差值大于预设阈值，则控制轨道巡检机器人进行紧急制动。

在本实施例中，将测量的H与设计值h进行对比，当(H-h)的差值超过设计阈值时认为轨道缺失。需要进行紧急制动使轨道巡检机器人停下来。即使紧急制动，轨道巡检机器人仍会继续向前滑行，因此需要设置γ要大于arctan(h/S)，以保证有足够的滑行时间。

可选地，还可输出检测到的轨道缺失的位置信息。可根据已经行驶的路径计算出前方缺失轨道的位置与起始点的相对位置。

可选地，H值可能比h小，此时可能是轨道上粘了障碍物。可根据轨道巡检机器人的底盘与轨道之前的间隙判断是否能跨过障碍物。如果能跨过障碍物，则不需要紧急制动，但仍需要输出异常告警信息，报告障碍物的位置。

在本实施例的一些可选的实现方式中，测距传感器为线阵光学测距传感器，其长度大于轨道的宽度。线阵光学测距传感器可以同时通过在同一条直线上的多个发射点(测量点)测量多个反射点(如果轨道没有缺失则反射点为轨道上的点，否则为顶棚上的点)到线阵光学测距传感器的距离，得到测量距离集合。再根据测量距离集合通过三角函数计算得到测量高度集合。将测量高度集合中每个测量高度与真实高度做比较，确定出异常的测量高度对应的发射点和反射点的位置，记为异常发射点和异常反射点。异常反射点的位置可通过几何计算转换成在轨道上的投影点，这些投影点组成了轨道缺失区域。如果投影点的位置就在车轮轨迹的延长线上，则不能继续行驶。否则，可以继续行驶。

可选地，在检测到轨道缺失停止行驶后，可逐渐增大夹角γ，以继续检测缺失的轨道长度。并将检测到的轨道缺失的位置和长度输出。

图3a、3b是根据本公开的用于防止轨道巡检机器人跌落的方法的一个应用场景的示意图。轨道巡检机器人执行巡检任务，控制器向驱动器发送前进指令，机器人前进；线阵光学测距传感器实时测量传感器与轨道之间的距离L，并计算得到传感器与轨道之间的垂直距离H＝L*cosγ；将测量的H与设计值h进行对比，当(H-h)的差值超过设计阈值时(图3b)，断开轨道巡检机器人内部的电路连接，轨道巡检机器人进行紧急制动，避免因轨道缺失发生轨道巡检机器人坠落事故。如果(H-h)的差值未超过设计阈值时(图3a)，则继续前进。

图4是轨道巡检机器人的电路原理图，轨道巡检机器人包括单片机、测距传感器、机器人控制器、受控开关、电机驱动器、安全继电器，可选地，还包括电机、编码器、安全继电器、急停按钮Stop。机器人收到巡检任务时，机器人控制器向电机驱动器下发运动指令，电机驱动器驱动电机旋转，使机器人实现前进和后退，编码器安装在电机上用于监控电机的旋转情况，并输出给电机驱动器形成闭环控制。

电机驱动器的供电受安全继电器控制。安全继电器内部有K1和K2双冗余开关，S11和S12为安全继电器常闭监控触点，当S11和S12导通时，K1和K2闭合，电机驱动器正常供电；当S11和S12回路断开时，K1和K2断开，电机驱动器断电，机器人停止运动。Stop为常闭急停按钮，当拍下急停Stop位置处断开，电机驱动器断电，机器人紧急制动；SW1为受控开关，单片机可输出指令控制SW1断开和闭合，当单片机控制SW1断开时，S11和S12断开，K1和K2断开，机器人进行紧急制动。通过双冗余开关可确保不会断电失败，提高安全性。

进一步参考图5，作为对上述各图所示方法的实现，本公开提供了一种用于防止轨道巡检机器人跌落的装置的一个实施例，该装置实施例与图2所示的方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。

如图5所示，本实施例的用于防止轨道巡检机器人跌落的装置500包括：测量单元501、计算单元502、控制单元503。其中，测量单元501，被配置成在轨道巡检机器人沿着轨道前进的过程中，通过测距传感器实时测量测距传感器与轨道之间的距离L；计算单元502，被配置成根据测距传感器安装角度与垂直方向的夹角γ和测量的距离，计算测距传感器与轨道之间的测量高度H；控制单元503，被配置成若测量高度与测距传感器与轨道之间的真实高度h的差值大于预设阈值，则控制轨道巡检机器人进行紧急制动。

在本实施例中，用于防止轨道巡检机器人跌落的装置500的测量单元501、计算单元502、控制单元503的具体处理可以参考图2对应实施例中的步骤201、步骤202、步骤203。

在本实施例的一些可选的实现方式中，夹角γ的最小值满足以下公式：tanγ＝h/S，S为轨道巡检机器人的最大制动距离。

在本实施例的一些可选的实现方式中，测距传感器为线阵光学测距传感器，其长度大于轨道的宽度。

在本实施例的一些可选的实现方式中，该装置500还包括判断单元(附图中未示出)，被配置成：基于线阵光学测距传感器不同位置的测量点得到测量高度集合；基于测量高度集合确定轨道缺失区域的位置；根据位置确定轨道巡检机器人是否可以继续行驶。

在本实施例的一些可选的实现方式中，轨道巡检机器人包括单片机、测距传感器、机器人控制器、受控开关、电机驱动器、安全继电器；以及控制单元进一步被配置成：控制单片机向受控开关发送断开指令，使得安全继电器的安全继电器常闭监控触点；安全继电器监测到安全继电器常闭监控触点断开，安全继电器双冗余开关随即断开；控制单片机向机器人主控制器上报前方轨道异常信息；电机驱动器掉电使得轨道巡检机器人紧急制动。

下面参考图6，其示出了适于用来实现本公开的实施例的电子设备600的结构示意图。图6示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，电子设备600可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储装置608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还存储有电子设备600操作所需的各种程序和数据。处理装置601、ROM 602以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

通常，以下装置可以连接至I/O接口605：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置606；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置607；包括例如磁带、硬盘等的存储装置608；以及通信装置609。通信装置609可以允许电子设备600与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图6示出了具有各种装置的电子设备600，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图6中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置609从网络上被下载和安装，或者从存储装置608被安装，或者从ROM 602被安装。在该计算机程序被处理装置601执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：在所述轨道巡检机器人沿着轨道前进的过程中，通过测距传感器实时测量所述测距传感器与所述轨道之间的距离L；根据所述测距传感器安装角度与垂直方向的夹角γ和测量的距离，计算所述测距传感器与所述轨道之间的测量高度H；若所述测量高度与所述测距传感器与所述轨道之间的真实高度h的差值大于预设阈值，则控制所述轨道巡检机器人进行紧急制动。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开的实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括测量单元、计算单元、控制单元。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，测量单元还可以被描述为“在所述轨道巡检机器人沿着轨道前进的过程中，通过测距传感器实时测量所述测距传感器与所述轨道之间的距离L的单元”。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用于防止轨道巡检机器人跌落的方法，包括：

在所述轨道巡检机器人沿着轨道前进的过程中，通过测距传感器实时测量所述测距传感器与所述轨道之间的距离L；

根据所述测距传感器安装角度与垂直方向的夹角γ和测量的距离L，计算所述测距传感器与所述轨道之间的测量高度H；

若所述测量高度与所述测距传感器与所述轨道之间的真实高度h的差值大于预设阈值，则控制所述轨道巡检机器人进行紧急制动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，夹角γ的最小值满足以下公式：tanγ＝h/S，S为所述轨道巡检机器人的最大制动距离。

3.根据权利要求1所述的方法，所述测距传感器为线阵光学测距传感器，其长度大于所述轨道的宽度。

4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括：

基于所述线阵光学测距传感器不同位置的测量点得到测量高度集合；

基于所述测量高度集合确定轨道缺失区域的位置；

根据所述位置确定所述轨道巡检机器人是否可以继续行驶。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轨道巡检机器人包括单片机、测距传感器、机器人控制器、受控开关、电机驱动器、安全继电器；以及

所述控制所述轨道巡检机器人进行紧急制动，包括：

单片机向受控开关发送断开指令，使得安全继电器的安全继电器常闭监控触点；

安全继电器监测到安全继电器常闭监控触点断开，安全继电器双冗余开关随即断开；

单片机向机器人主控制器上报前方轨道异常信息；

电机驱动器掉电使得所述轨道巡检机器人紧急制动。

6.一种用于防止轨道巡检机器人跌落的装置，包括：

测量单元，被配置成在所述轨道巡检机器人沿着轨道前进的过程中，通过测距传感器实时测量所述测距传感器与所述轨道之间的距离L；

计算单元，被配置成根据所述测距传感器安装角度与垂直方向的夹角γ和测量的距离，计算所述测距传感器与所述轨道之间的测量高度H；

控制单元，被配置成若所述测量高度与所述测距传感器与所述轨道之间的真实高度h的差值大于预设阈值，则控制所述轨道巡检机器人进行紧急制动。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，夹角γ的最小值满足以下公式：tanγ＝h/S，S为所述轨道巡检机器人的最大制动距离。

8.根据权利要求6所述的装置，所述测距传感器为线阵光学测距传感器，其长度大于所述轨道的宽度。

9.一种用于防止轨道巡检机器人跌落的电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，其上存储有一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。

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