CN111930131B - 一种适用于复杂环境的获取图形的装置和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及探测机器技术领域，目的是提供一种适用于复杂环境的获取图形的装置和应用方法，其中，装置通过主控台通过电缆向所述控制模块发送指令，所述控制模块启动步进模块，装置在移动的过程中，对周围的环境进行采集，通过扫描仪和前后摄像头，通过设置支撑杆对扫描仪进行进一步的固定，保证采集的信息的完整性和清晰度，还包括与激光避障电路，在精确识别障碍的同时，进行位置的更新，确保定位精确，本发明结构合理，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及勘探机器人领域，具体涉及一种适用于复杂环境的获取图形的装置和应用方法。
背景技术
履带式机器人包括侦察机器人、巡逻机器人、爆炸处理机器人、步兵支援机器人以及复杂环境下搜救机器人等，用来代替我们进入危险环境下完成一些如侦查、搜集资料、救援等工作，从而减少了我们工作的危险系数，在我们未来的生活与工作中起到非常重要的作用。民用履带式机器人被广泛用于工业生产等各种服务领域，如生产线传输、清扫、导盲和搜救复杂环境下的资料等各个方面履带移动机器人具有牵引力大、不易打滑、越野性能好等优点，可以搭载摄像头、探测器等设备代替人类从事一些危险工作(如排爆、化学探测等)，减少不必要的人员伤亡。
声波避障行为能够实时监测长距离超声波传感器，为机器人搜索开阔路径。当机器人离障碍物还有一定距离时，超声波传感器就能够检测到相关信息，并据此控制机器人离开，且成本较低，但声波避障存在探测盲区。
激光雷达与其它距离传感器相比，能够同时考虑精度要求和速度要求，这一点特别适用于移动机器人领域。此外，激光雷达不仅可以在有环境光的情况下工作，也可以在黑暗中工作，而且在黑暗中测量效果更好，但由于水工建筑物不是每个角落都能接受到GPS信号，在信号较差的地方，及时有移动，定位显示还是最初的位置，不能够及时的更新，因此通过激光定位叠加GPS双重定位，使得检测装置更加的精确。
发明内容
本发明目的在于提供一种适用于复杂环境的获取图形的装置和应用方法，通过履带式底盘进行前行扫描，自带缓冲，运行稳定，通过激光避障电路对水工建筑物进行勘探，本发明结构简单，实用性强。
本发明所采用的技术方案是：一方面，一种适用于复杂环境的获取图形的装置，包括移动底盘和主控台，所述移动底盘的顶部设置有保护筒，所述保护筒内还设置有电源模块、照明模块、摄像模块、控制模块和步进模块，所述控制模块通过电缆与所述主控台连接，所述控制模块分别与所述步进模块、所述摄像模块、所述照明模块和电源模块连接，
所述移动底盘上设置有履带和电机，电机的输出轴通过齿轮驱动履带，所述步进模块包括计数器和速度控制器，所述速度控制器的输出端与电机连接，所述计数器的输出端与所述电机连接，所述摄像模块包括有摄像头和扫描仪，所述保护筒内对称设置有四个支撑杆，所述扫描仪通过所述支撑杆与所述保护筒的内壁抵接，其中，所述支撑杆之间的最小的夹角为30°，最大的夹角为150°，所述扫描仪的采集端与支撑杆之间的夹角为75°，
所述移动底盘上设置有激光避障电路，所述激光避障电路通过RS-485全双工总线与所述控制模块连接，所述激光避障电路包括有定位单元、驱动设备单元、传感器单元、嵌入式ARM和用户扩展模块，
所述定位单元包括有罗盘、GPS和陀螺仪，
所述驱动设备单元通过RS-485全双工总线与步进模块中所述速度控制器连接，
所述传感器单元包括有超声波模块和红外传感器进行信号采集。
优选的，所述支撑杆远离所述扫描仪的一端上设置有减震垫，所述支撑杆通过所述减震垫与所述保护筒内壁抵接，所述保护筒与所述移动底盘之间设置有减震垫，所述支撑杆靠近所述扫描仪的一端上设置有缓冲垫，所述缓冲垫内设置有弹性件，所述缓冲垫的两端为凹形卡槽，所述弹性件与缓冲垫的内壁抵接。
优选的，所述保护筒的顶部设置有密封盖和旋转电机，所述旋转电机的输出轴与所述密封盖的一端固定连接，所述密封盖的直径大于所述保护筒的直径，所述保护筒上设置有透明板。
另一方面，一种适用于复杂环境的获取图形的装置和应用方法，包括上述的一种适用于复杂环境的获取图形的装置，包括下列步骤：
S1：将检测装置放置在待检测水工建筑物内，通过所述主控台启动装置工作，所述主控台上的显示屏上显示有摄像头获取的画面；
S2：所述移动底盘通过预存的激光避障模型移动，通过所述扫描仪获取隧道内的地质信息并通过电缆传回所述主控台，所述地质信息存放在所述主控台内的存储模块上；
S3：云端获取所述主控台存储单元上的地质信息并形成待检测水工建筑物的结构图。
优选的，所述激光避障模型的识别过程包括下列步骤，
S21：所述控制模块通过激光避障电路中的定位单元获取起始位置，所述控制模块通过嵌入式ARM驱动所述传感器单元工作，移动底盘根据所述控制模块行进，执行S22；
S22：通过传感器单元获取的障碍反馈信息发送至所述嵌入式ARM，所述嵌入式ARM触发所述驱动设备单元，所述驱动设备单元通过驱动相应的速度控制器进行控制电机运动，使得所述移动底盘实现转向避障，执行S23；
S23：所述控制单元根据所述速度控制器获取所述移动底盘的总位移，通过将所述总位移与所述起始位置进行叠加得到第一位置目标，将所述控制模块通过定位单元得到移动底盘实时位置设定为第二位置目标，当所述第一位置目标与所述第二位置相同时，执行S24，当所述第一位置目标与所述第二位置目标不同时，执行S25；
S24：所述控制模块将第一位置目标发送至所述主控台，执行S21；
S25：执行S24，并向所述主控台发送一次报警目标，执行S26；
S26：所述主控台发送所述控制模块更新信号，所述控制模块驱动所述嵌入式ARM更新所述定位单元上的数据。
优选的，所述主控台内设置有通信模块，所述主控台通过通信模块向云端发送存储单元内的地质信息。
与现有的技术相比，本发明的有益效果包括有：
1、超长电缆支撑机器人行进更远，通过设置支撑杆增加稳定性；
2、防水外盖，适应多种勘探环境，激光探路更加精确。
附图说明
图 1为本发明一种适用于复杂环境的获取图形的装置的结构示意图；
图 2 为本发明一种适用于复杂环境的获取图形的应用方法的示意图；
图 3 为本发明一种适用于复杂环境的获取图形的应用方法中更新定位的示意图；
图 4 为本发明一种适用于复杂环境的获取图形的应用方法中激光避障电路的示意图。
附图标记说明:1、移动底盘；2、摄像头；3、保护筒；4、密封盖；5、旋转电机；6、吊装导轨。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1~4，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
一种适用于复杂环境的获取图形的装置，包括移动底盘和主控台，所述移动底盘的顶部设置有保护筒，所述保护筒内还设置有电源模块、照明模块、摄像模块、控制模块和步进模块，所述控制模块通过电缆与所述主控台连接，所述控制模块分别与所述步进模块、所述摄像模块、所述照明模块和电源模块连接，
所述移动底盘上设置有履带和电机，电机的输出轴通过齿轮驱动履带，所述步进模块包括计数器和速度控制器，所述速度控制器的输出端与电机连接，所述计数器的输出端与所述电机连接，所述摄像模块包括有摄像头和扫描仪，所述保护筒内对称设置有四个支撑杆，所述扫描仪通过所述支撑杆与所述保护筒的内壁抵接，其中，所述支撑杆之间的最小的夹角为30°，最大的夹角为150°，所述扫描仪的采集端与支撑杆之间的夹角为75°，保证固定的同时又不会影响扫描仪扫描工作，150°大角度，方便更换维修扫描仪，不影响保护筒底部的视野，
所述移动底盘上设置有激光避障电路，所述激光避障电路通过RS-485全双工总线与所述控制模块连接，所述激光避障电路包括有定位单元、驱动设备单元、传感器单元、嵌入式ARM和用户扩展模块，
所述定位单元包括有罗盘、GPS和陀螺仪，
所述驱动设备单元通过RS-485全双工总线与步进模块中所述速度控制器连接，
所述传感器单元包括有超声波模块和红外传感器进行信号采集。
值得说明的，所述支撑杆远离所述扫描仪的一端上设置有减震垫，所述支撑杆通过所述减震垫与所述保护筒内壁抵接，所述保护筒与所述移动底盘之间设置有减震垫，所述支撑杆靠近所述扫描仪的一端上设置有缓冲垫，所述缓冲垫内设置有弹性件，所述缓冲垫的两端为凹形卡槽，所述弹性件与缓冲垫的内壁抵接。
值得说明的，所述保护筒的顶部设置有密封盖和旋转电机，所述旋转电机的输出轴与所述密封盖的一端固定连接，所述密封盖的直径大于所述保护筒的直径，所述保护筒上设置有透明板。
值得说明的是，考虑到本装置是在复杂环境下的勘探建筑物的结构，对于位于水下的建筑物，包括在下雨天气进行勘探时，都不会影响本装置的工作，其中，本装置的摄像头也是采用防水型摄像头，为了更好的画面，将摄像头设置在保护筒的外部，考虑到扫描仪价格昂贵，为了延长扫描仪的使用寿命，将扫描仪放置在保护筒的内部，同时，为了增加扫描仪在获取外部建筑物的轮廓更加的精确，通过将扫描仪放置在支撑架上，支撑架两端均设置有缓冲减压的改进，固定扫描仪的同时减少扫描仪的震动。
实施例2：
一种适用于复杂环境的获取图形的装置和应用方法，包括上述的一种适用于复杂环境的获取图形的装置，包括下列步骤：
S1：将检测装置放置在待检测区域内，通过所述主控台启动装置工作，所述主控台上的显示屏上显示有摄像头获取的画面；
S2：所述移动底盘通过预存的激光避障模型移动，通过所述扫描仪获取待检测区域内的地质信息并通过电缆传回所述主控台，所述地质信息存放在所述主控台内的存储模块上；
S3：云端获取所述主控台存储单元上的地质信息并形成待检测区域内的结构图。
优选的，所述激光避障模型的识别过程包括下列步骤，
S21：所述控制模块通过激光避障电路中的定位单元获取起始位置，所述控制模块通过嵌入式ARM驱动所述传感器单元工作，移动底盘根据所述控制模块行进，执行S22；
S22：通过传感器单元获取的障碍反馈信息发送至所述嵌入式ARM，所述嵌入式ARM触发所述驱动设备单元，所述驱动设备单元通过驱动相应的速度控制器进行控制电机运动，使得所述移动底盘实现转向避障，执行S23；
S23：所述控制单元根据所述速度控制器获取所述移动底盘的总位移，通过将所述总位移与所述起始位置进行叠加得到第一位置目标，将所述控制模块通过定位单元得到移动底盘实时位置设定为第二位置目标，当所述第一位置目标与所述第二位置相同时，执行S24，当所述第一位置目标与所述第二位置目标不同时，执行S25；
S24：所述控制模块将第一位置目标发送至所述主控台，执行S21；
S25：执行S24，并向所述主控台发送一次报警目标，执行S26；
S26：所述主控台发送所述控制模块更新信号，所述控制模块驱动所述嵌入式ARM更新所述定位单元上的数据。
值得说明的，所述主控台内设置有通信模块，所述主控台通过通信模块向云端发送存储单元内的地质信息。
综上所述，本发明的实施原理为：通过主控台通过电缆向所述控制模块发送指令，所述控制模块启动步进模块，装置在移动的过程中，对周围的环境进行采集，通过扫描仪和前后摄像头，通过设置支撑杆对扫描仪进行进一步的固定，保证采集的信息的完整性和清晰度，本发明结构合理，实用性强，适合推广。
Claims (3)
1.一种适用于复杂环境的获取图形的装置，其特征在于，包括移动底盘(1)和主控台，所述移动底盘(1)的顶部设置有保护筒(3)，所述保护筒(3)内还设置有电源模块、照明模块、摄像模块、控制模块和步进模块，所述控制模块通过电缆与所述主控台连接，所述控制模块分别与所述步进模块、所述摄像模块、所述照明模块和电源模块连接，
所述移动底盘(1)上设置有履带和电机，电机的输出轴通过齿轮驱动履带，所述步进模块包括计数器和速度控制器，所述速度控制器的输出端与电机连接，所述计数器的输出端与所述电机连接，所述摄像模块包括有摄像头(2)和扫描仪，所述保护筒(3)内对称设置有四个支撑杆，所述扫描仪通过所述支撑杆与所述保护筒(3)的内壁抵接，其中，所述支撑杆之间的最小的夹角为30°，最大的夹角为150°，所述扫描仪的采集端与支撑杆之间的夹角为75°，
所述移动底盘(1)上设置有激光避障电路，所述激光避障电路通过RS-485全双工总线与所述控制模块连接，所述激光避障电路包括有定位单元、驱动设备单元、传感器单元、嵌入式ARM和用户扩展模块，
所述定位单元包括有罗盘、GPS和陀螺仪，
所述驱动设备单元通过RS-485全双工总线与步进模块中所述速度控制器连接，
所述传感器单元包括有超声波模块和红外传感器进行信号采集；
所述支撑杆远离所述扫描仪的一端上设置有减震垫，所述支撑杆通过所述减震垫与所述保护筒(3)内壁抵接，所述保护筒(3)与所述移动底盘(1)之间设置有减震垫，所述支撑杆靠近所述扫描仪的一端上设置有缓冲垫，所述缓冲垫内设置有弹性件，所述缓冲垫的两端为凹形卡槽，所述弹性件与缓冲垫的内壁抵接；
所述保护筒(3)的顶部设置有密封盖(4)和旋转电机(5)，所述旋转电机(5)的输出轴与所述密封盖(4)的一端固定连接，所述密封盖(4)的直径大于所述保护筒(3)的直径，所述保护筒(3)上设置有透明板，所述透明板位于扫描仪采集端的正前方；
还包括有线缆箱，所述线缆箱用于收集电缆，所述保护筒上还设置有吊装导轨（6）。
2.一种适用于复杂环境的获取图形的应用方法，包括权利要求1中所述的一种适用于复杂环境的获取图形的装置，其特征在于，包括下列步骤：
S1：将检测装置放置在待检测区域内，通过所述主控台启动装置工作，所述主控台上的显示屏上显示有摄像头获取的画面；
S2：所述移动底盘通过预存的激光避障模型移动，通过所述扫描仪获取待检测区域内的地质信息并通过电缆传回所述主控台，所述地质信息存放在所述主控台内的存储模块上，所述激光避障模型的识别过程包括下列步骤，
S21：所述控制模块通过激光避障电路中的定位单元获取起始位置，所述控制模块通过嵌入式ARM驱动所述传感器单元工作，移动底盘根据所述控制模块行进，执行S22；
S22：通过传感器单元获取的障碍反馈信息发送至所述嵌入式ARM，所述嵌入式ARM触发所述驱动设备单元，所述驱动设备单元通过驱动相应的速度控制器进行控制电机运动，使得所述移动底盘实现转向避障，执行S23；
S23：所述控制模块根据所述速度控制器获取所述移动底盘的总位移，通过将所述总位移与所述起始位置进行叠加得到第一位置目标，将所述控制模块通过定位单元得到移动底盘实时位置设定为第二位置目标，当所述第一位置目标与所述第二位置相同时，执行S24，当所述第一位置目标与所述第二位置目标不同时，执行S25；
S24：所述控制模块将第一位置目标发送至所述主控台，执行S21；
S25：执行S24，并向所述主控台发送一次报警目标，执行S26；
S26：所述主控台发送所述控制模块更新信号，所述控制模块驱动所述嵌入式ARM更新所述定位单元上的数据；
S3：云端获取所述主控台存储单元上的地质信息并形成待检测区域的结构图。
3.根据权利要求2所述的一种适用于复杂环境的获取图形的应用方法，其特征在于，所述主控台内设置有通信模块，所述主控台通过通信模块向云端发送存储单元内的地质信息。
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