CN112025727A

CN112025727A - 一种新型巡检轨道机器人装置

Info

Publication number: CN112025727A
Application number: CN202010875491.XA
Authority: CN
Inventors: 贺磊; 魏明生; 赵慕阶; 赵士勇; 王智华
Original assignee: Jiangsu Normal University
Current assignee: Jiangsu Normal University
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2020-12-04

Abstract

一种新型巡检轨道机器人装置，包括机器人系统、轨道和控制器，机器人系统行驶在轨道上，机器人系统包括车架、步进电机、车轮、转动机构、摄像头和颜色识别传感器，车轮位于车架下方，步进电机通过齿轮组驱动车轮转动，转动机构固定于车架上方，摄像头固定在舵机上方，颜色识别传感器固定车架前方；轨道一侧等间距排列有若干不同颜色的路标，若干路标将轨道划分为若干区段并编号存储于控制器中；步进电机、转动机构、颜色识别传感器和摄像头与控制器相连；控制制器根据颜色识别传感器识别的颜色和步进电机的转动数据判断机器人系统所处的位置。本发明的巡检轨道机器人装置，结构简单，能实现精确的定位功能，提高巡检工作的精确性。

Description

一种新型巡检轨道机器人装置

技术领域

本发明涉及一种新型巡检轨道机器人装置，主要用于肉制品加工厂的日常巡检工作，属于巡逻检查机器人技术领域。

技术背景

目前肉制品加工车间的生产质量巡检工作主要通过人工进行巡视检查，甚至是采用固定角度的摄像监控进行监督，这样一来需要在生产车间内安装的摄像监控就比较多，而且维修维护的成本也比较高。生产工人的上下班打卡考勤方式较为落后，考勤效率也较为低下。上班期间生产工人的操作规范性也主要通过人工进行巡视监督，生产加工的肉质品质量也主要通过人工来观察。总之生产车间的巡视检查工作方式比较落后，巡检效率低，因此需要设计巡检轨道机器人来代替人工的一些工作来提高生产的巡检效率。这不仅要求巡检轨道机器人发现问题时能够精确地反馈出现问题位置所在地，还要要求巡检轨道机器人能够智能地调节摄像头角度位置拍摄高质量的图片。这样可以方便后台工作人员处理，及时降低生产损失。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：现有的肉制品加工厂的日常巡检主要是通过人工巡视检查或者固定角度的摄像监控检查为主。巡检方式较为落后，巡检的效率较为低下。

为提高肉制品加工厂的巡检效率，发明此巡检轨道机器人装置，本发明采取以下技术方案：

一种新型轨新型巡检轨道机器人装置，包括：巡检轨道机器人精确定位的设计和立体空间最佳拍摄角度结构设计。

所述巡检轨道机器人的精确定位设计包括巡检轨道机器人驱动方式和巡检轨道机器人行走路径的设计。所述驱动方式是指巡检轨道机器人轮子的驱动方式，该巡检轨道机器人采用步进电机车轮4为巡检轨道机器人提供前进的动力，使用步进电机车轮能够精确地计算出巡检轨道机器人在某一时间段内行走的距离，这样可以方便定位。所述路径的设计是指轨道机器人行走轨道5，在该轨道上利用不同颜色的1至n个路标7把该轨道划分成若干段。取轨道上的第一个路标作为轨道的起始原点，把剩余不同颜色路标距离第一个路标的距离统计下来并绘制成一个轨迹地图存储在巡检轨道机器人的内存里。利用巡检轨道机器人上搭载的颜色识别传感器6来识别不同颜色的路标，假使第一个路标的颜色为红色，第二个路标的颜色为绿色。巡检轨道机器人每识别到一个新的路标颜色，步进电机之前转动圈数和角度计数就会清零，重新计数。假如此时颜色识别传感器识别到的路标颜色为红色，则位置判定为起始原点，此时进入第一段轨道。步进电机转动的圈数和转动的角度就开始计数。若在第一段轨道发现问题将通过无线设备将位置发送给后台工作人员。如果继续前进识别到的路标颜色为绿色则步进电机的圈数清零并重新计数，此时巡检轨道机器人即将进入轨道的第二段。要想知道此时轨道机器人的位置即把第一段轨道距离(即红色路标和绿色路标之间轨道的距离)和巡检轨道机器人在第二段走的距离相加即可。以此类推。

所述立体空间最佳拍摄角度结构设计是指设计出一种结构能使巡检轨道机器人搭载的双目摄像头1能够实现上下位置的调整和左右位置的调整，以便寻找最佳的拍摄角度来获取高质量的图片。

所述双目摄像头1的底座连接在电动推杆2的顶端，利用电动推杆2的上下推动过程可以实现双目摄像头1的上下移动。电动推杆2底座连接在舵机3的舵盘上。利用舵机3的旋转带动舵盘转动进而带动电动推杆2和双目摄像头1进行旋转。综上，利用舵机3的左右转动和电动推杆2的上下移动可进一步地实现双目摄像头1在立体空间中位置的调整。

通过对摄像头的立体性三维移动和定位，可以实现对肉制品的远程监测和近距离监测相结合，远距离初步评估，发现质量问题后近距离进一步精确监测评估，并通过微控制系统实现对肉制品的智能化识别和评估。同时对操作工人进行人脸识别和生产操作规范识别，实现全方位实时监测，同时可以进行智能化的考勤。

所述步进电机圈数的计数是利用单片机来实现计数。

所述路标颜色的识别是利用颜色识别传感器将识别出的传感信号发送给单片机，然后进行颜色判断。

所述的舵机的旋转角度能够转动360度。

所述舵机的旋转和电动推杆的伸缩是由单片机来进行控制的。

本发明的有益效果在于：

1)结构简单，定位方法可靠，能够实现精确的定位功能，提高巡检工作的精确性。

2)双目摄像头在立体空间拍照角度的结构设计巧妙，可靠性高。

3)利用单片机来控制舵机和电动推杆，稳定性高可进一步降低控制成本。

附图说明

图1是本发明实施例中巡检轨道机器人装置的示意图。

图2是本发明实施例中的单片机控制系统。

图1中，1.高清双目摄像头，2.电动推杆，3.舵机，4.步进电机车轮，5.轨道，6.路标颜色识别传感器，7.路标。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

参考图1-2，一种新型轨新型巡检轨道机器人装置，包括：巡检轨道机器人精确定位的设计和立体空间最佳拍摄角度结构设计。

在此实施例中，所述巡检轨道机器人的精确定位设计包括巡检轨道机器人驱动方式和巡检轨道机器人行走路径的设计。所述驱动方式是指巡检轨道机器人轮子的驱动方式，该巡检轨道机器人采用步进电机车轮4为巡检轨道机器人提供前进的动力，使用步进电机车轮能够精确地计算出巡检轨道机器人在某一时间段内行走的距离，这样可以方便定位。

在此实施例中，所述路径的设计是指巡检轨道机器人行走轨道5，在该轨道上利用不同颜色的1至n个路标7把该轨道划分成若干段。利用轨道机器人上所搭载的颜色传感器6来识别不同颜色的路标，当每次正确地识别到颜色标记时就可以判断出进入到了哪个路段。此时轨道机器人的大致位置就有了初步的定位。假使第一个路标的颜色为红色，第二个路标的颜色为绿色。巡检轨道机器人每识别到一个新的路标颜色，步进电机之前转动圈数和角度计数就会清零，重新计数。假如此时颜色识别传感器识别到的路标颜色为红色，则位置判定为起始原点，此时进入第一段轨道。步进电机转动的圈数和转动的角度就开始计数。若在第一段轨道发现问题将通过无线设备将位置发送给后台工作人员。如果继续前进识别到的路标颜色为绿色则步进电机的圈数清零并重新计数，此时巡检轨道机器人即将进入轨道的第二段。要想知道此时轨道机器人的位置即把第一段轨道距离(即红色路标和绿色路标之间轨道的距离)和巡检轨道机器人在第二段走的距离相加即可。以此类推。

在此实施例中，把整个轨迹路径所标记的位置绘制成一张可以修改的轨迹地图，将其存储在轨道机巡检器人的内存中，方便其时刻地进行路径对照，并且通过无线装置时刻地反馈到PC端。方便安检人员了解轨道机器人的运动状态。该轨道机器人也可以接受PC端工作人员的轨迹规划，假使工作人员想要即刻了解某一生产段的信息，可以利用PC机将其轨迹规划到想要的目的地。

在此实施例中，轨迹地图包括所有路标的布置位置及其特征参数，路标地图储存在机器人控制器中，由一维向量L_i表示：

L_i＝{l_i(j)}^T,j∈[1,i]

上述公式中l_i(j)表示全局第j个路标参数，i表示全局的路标数量。

在此实施例中，取轨道5上第一个路标7作为轨道的起始原点，把剩余不同颜色路标距离第一个路标的距离记为X_i，则全局的所有标记距离原点距离的一维向量组为D＝{X_i}^T,i∈[1,N](其中i代表从原点开始第几个路标，N为全局路标的个数)。

在此实施例中，巡检轨道机器人为了实现精确定位，把驱动轨道机器人轮子的步进电机4转动精度控制在1度以内。轨道机器人在轨道上行走时每识别到一个标记统计步进电机转动圈数的计数器就清零重新计数。由此可以精确地计算出轨道机器人在轨道上的位置，从而实现精确的定位。具体计算过程如下。

上述公式中L为轨道机器人当前位置距离原点的距离，X_i为第i个标记距离原点的距离，n为轨道机器人识别到第i个标记时从零开始计数所转动的圈数，r为轨道机器人轮子的半径。P为步进电机的转动不足一圈的角度。

图1中，立体空间最佳拍摄角度结构设计是指设计出一种结构能使巡检轨道机器人搭载的双目摄像头1能够实现上下位置的调整和左右位置的调整，以便寻找最佳的拍摄角度来获取高质量的图片。

在此实施例中，所述双目摄像头1的底座连接在电动推杆2的顶端，利用电动推杆2的上下推动过程可以实现双目摄像头1的上下移动。电动推杆2底座连接在舵机3的舵盘上。利用舵机3的旋转带动舵盘转动进而带动电动推杆2和双目摄像头1进行旋转。综上，利用舵机3的左右转动和电动推杆2的上下移动可进一步地实现双目摄像头1在立体空间中位置的调整。

在此实施例中，所述步进电机圈数的计数是利用单片机来实现计数。

在此实施例中，所述路标颜色的识别是利用颜色识别传感器将识别出的传感信号发送给单片机，然后进行颜色判断。

在此实施例中，所述的舵机的旋转角度能够转动360度。

在此实施例中，所述舵机的旋转和电动推杆的伸缩是由单片机来进行控制的。

以上是本发明的优先实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。

Claims

1.一种新型巡检轨道机器人装置，包括机器人系统、轨道和控制器，机器人系统行驶在轨道上，其特征在于，

机器人系统包括车架、步进电机、车轮、转动机构、摄像头和颜色识别传感器，车轮位于车架下方，步进电机通过齿轮组驱动车轮转动，转动机构固定于车架上方，摄像头固定在舵机上方，颜色识别传感器固定车架前方；

轨道一侧等间距排列有若干不同颜色的路标，若干路标将轨道划分为若干区段并编号存储于控制器中；

步进电机、转动机构、颜色识别传感器和摄像头与控制器相连；

控制制器根据颜色识别传感器识别的颜色和步进电机的转动数据判断机器人系统所处的位置。

2.根据权利要求1所述的一种新型巡检轨道机器人装置，其特征在于，所述转动机构是舵机。

3.根据权利要求2所述的一种新型巡检轨道机器人装置，其特征在于，所述舵机上还固定有升降机构，所述摄像头固定在升降机构上。

4.根据权利要求3所述的一种新型巡检轨道机器人装置，其特征在于，所述升降机构是电动推杆。

5.根据权利要求1所述的一种新型巡检轨道机器人装置，其特征在于，所述摄像头是高清双目摄像头。

6.通过权利要求1中所述巡检轨道机器人装置的定位方法，其特征在于，包括：通过颜色传感器识别不同颜色的路标，根据识别到的颜色判断出机器人所驶入的区段，之后根据步进电机转动圈数和角度计数计算出机器人距该颜色路标的距离，实现精确定位。

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，所述方法具体包括：

将路标的位置和颜色参数预先储存在机器人控制器中，由一维向量L_i表示：

L_i＝{l_i(j)}^T,j∈[1,i]

上述公式中l_i(j)表示全局第j个路标参数，i表示全局的路标数量；

取轨道上第一个路标作为轨道的起始原点，把剩余不同颜色路标距离第一个路标的距离记为X_i，则全局的所有标记距离原点距离的一维向量组为D＝{X_i}^T,i∈[1,N]；i代表从原点开始第几个路标，N为全部路标的个数；

机器人在轨道上行走时每识别到一个新的颜色的路标，步进电机转动圈数的计数器就清零重新计数，之后根据步进电机转动圈数和角度精确计算出机器人在轨道上的位置，计算过程具体如下：

其中，L为轨道机器人当前位置距离原点的距离，X_i为第i个标记距离原点的距离，n为轨道机器人识别到第i个标记时从零开始计数所转动的圈数，r为轨道机器人轮子的半径，P为步进电机的转动不足一圈时的角度。