CN112077840B - 一种防爆巡检机器人的避障方法及应用于该方法的机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种防爆巡检机器人的避障方法及应用于该方法的机器人，其包括实时观测前方路况，获取行进过程中的环境图像信息A1，对环境图像信息A1进行数据处理，用于人工观测；获取设备与障碍物之间的避障距离X0，并根据所述避障距离X0确定指示所述设备的避障指令；判断若所述避障距离X0位于危险距离X1和警告距离X2之间，则所述避障指令为减速指令；判断若所述避障距离X0小于危险距离X1，则所述避障指令为停车指令；判定所述设备若与障碍物产生撞击，则触发开关S1，形成断电指令。本申请具有摄像头镜面起雾或光线不好仍然可以避障的效果。
Description
技术领域
本申请涉及机器人的领域，尤其是涉及一种防爆巡检机器人的避障方法及应用于该方法的机器人。
背景技术
对于一些危险的场所的巡检，例如变电所厂区，到处都是高压电弧，对于巡检人员来说是十分危险的；所以为了保证这些地区的安全，通常会采用相应的机器人来实现巡检的功能。
相关的巡检机器人一般设置有运动控制系统、视觉导航系统和巡检视觉系统，运动控制系统和视觉导航系统均与巡检视觉系统建立通信连接；该方法包括以下步骤：（1）巡检视觉系统的巡检摄像头采集实时采集巡检图像，根据巡检图像判断障碍物类型；（2）视觉导航系统实时拍摄前方的视觉导航图像，并对图像进行预处理；对预处理后的目标对象的特征进行提取和识别，得出目标对象的种类；（3）确定目标对象种类后，视觉导航系统和运动控制系统测量目标对象与巡检机器人本体的距离，实现定位；（4）视觉导航系统根据目标对象种类将对应的越障策略发送至运动控制系统，使巡检机器人完成越障。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在摄像头镜片起雾或环境光线不好的情况下，无法清晰得出目标图像，因而导致避障失败等缺陷。
发明内容
为了避免因为摄像头镜面起雾或光线不好导致机器人无法避障的情况，本申请提供一种防爆巡检机器人的避障方法及应用于该方法的机器人。
本申请提供的一种防爆巡检机器人的避障方法及应用于该方法的机器人采用如下的技术方案：
一种防爆巡检机器人的避障方法，其特征在于：包括：
实时观测前方路况，获取行进过程中的环境图像信息A1，对环境图像信息A1进行数据处理，用于人工观测；
获取设备与障碍物之间的避障距离X0，并根据所述避障距离X0确定指示所述设备的避障指令；判断若所述避障距离X0位于危险距离X1和警告距离X2之间，则所述避障指令为减速指令；判断若所述避障距离X0小于危险距离X1，则所述避障指令为停车指令；
判定所述设备若与障碍物产生撞击，则触发开关S1，形成断电指令。
通过采用上述技术方案，机器人巡检时，获取行进路线中前方的图像并进行反馈，监控者根据图像控制设备是否需要避让障碍物，可以在较远距离时就观测到并及时避让。当设备行进至危险距离X0内，形成减速指令或停车指令，达到防止设备撞击障碍物的目的，即使由于环境导致传输的图像不清晰，也可以根据测距达到避障的效果。如若由于某些原因导致设备仍然撞击障碍物，则会触发开关S1，形成断电指令，对设备自身形成保护，减少损坏。
优选的，所述避障指令为减速指令时，经过减速时段t1后，再次判定行进路线中避障距离X0内是否仍存在障碍物；判断若所述警告距离X2内仍存在障碍物，则设备行进至危险距离X1时停止前进；判断若所述避障距离X0内不存在障碍物，则设备继续前进。
通过采用上述技术方案，巡检环境下，障碍物包括固定不动的障碍物和意外出现会移动的障碍物，如维修人员。当设备行进至警告距离X2内时，设备减速，经过减速时段t1，如若前方障碍物仍存在，大概率时固定不动的障碍物，则到一定距离时停止前进。如若经过减速时段t1，前方障碍物不存在，则设备继续巡检工作。将障碍物根据是否会移动划分为两种情况，使得障碍物移动后，设备仍然可以继续巡检，细分情况使设备巡检状况与实际情况更加适配。
优选的，所述避障距离X0等于警告距离X2时，获取障碍物宽度Y0；判断若所述障碍物宽度Y0大于预设避障宽度Y1，则设备行进至危险距离X1时停止前进；判断若所述障碍物宽度Y0小于预设避障宽度Y1，则设备规划绕行路线。
通过采用上述技术方案，如若障碍物的宽度Y0过大，在固定距离转弯绕行可能仍然会撞到障碍物，导致设备损坏。行进至警告距离X2时，先对障碍物的宽度进行检测，判定是否为可绕行宽度，因此，当障碍物宽度Y0小于预设避障宽度Y1时，规划避障绕行路线，在成功避障的前提下，判断是否可以继续巡检，使避障系统更为完善。
优选的，包括机器人本体、驱动机器人本体移动的驱动装置、用以获取图像的第一检测装置和用以超声测距的第二检测装置，所述第一检测装置包括安装在机器人本体上的摄像模块，所述第二检测装置包括安装在机器人本体侧壁的超声波传感器。
通过采用上述技术方案，第一检测装置安装在机器人本体上，使其观测的视野更为广阔，便于及时观测到障碍物并进行反馈和应对。第二检测装置为用以测距的超声波传感器，超声波碰到障碍物会产生显著反射，形成反射回波，通过计算得到与障碍物之间的距离。将第二检测器安装在机器人前端，使得发出超声波的方向与行进方向基本一致，且检测的距离更远，便于对应各类指令做出反应。
优选的，所述机器人本体侧壁沿其周向固定设有弹性条，所述弹性条沿高度方向间隔设有两组，各所述弹性条内设空腔。
通过采用上述技术方案，当第一检测装置和第二检测装置皆失效或实物导致设备与障碍物碰撞时，在机器人本体周侧安装弹性条，弹性条在撞击障碍物表面时形变，对设备达到保护的效果，弹性条内设空腔，受到挤压时，空腔内的气体压缩，形成较大的缓冲及回弹力，将设备微微带离障碍物。弹性条在不同高度设置，可以适应各种高度的障碍物的撞击，适用范围更加广泛。
优选的，所述空腔内水平排布有两块用以控制驱动装置通断电的金属板，当两个金属板受到撞击接触时，驱动装置断电。
通过采用上述技术方案，设备受到撞击时，弹性条被挤压变形，空腔内的两块金属板间距减少直至相触，正负电极连通，导致驱动装置断电，因此设备不再行进，形成自我保护状态，降低了成本，同时减少设备由于撞击导致的损坏。
优选的，所述机器人本体前端和后端的底部皆固定设有压力传感器，所述压力传感器的感应端朝下且与地面呈间隔设置，所述压力传感器间隔设有两个，分别设置在机器人本体宽度方向的两侧。
通过采用上述技术方案，当障碍物高度较低，不在超声波传感器的检测高度内，无法检测到障碍物但可能又会导致翻越的困难，因此设置压力传感器后，检测到已经接触到压力传感器的障碍物，且设备做出相对反应如停止等。压力传感器的感应端与地面的间距为设备能翻越的最大高度，避免可以翻越的障碍物误触压力传感器，导致设备停止行进。
优选的，所述第一检测装置上安装有根据环境亮度控制开关的感应灯。
通过采用上述技术方案，当巡检环境亮度不高，无法对环境进行监测时，感应灯自动启动，将获取图像的环境照亮，使得拍摄到的画面亮度提高，便于对巡检过程中的监测。环境亮度较大时，监测环境较为清楚，自主关闭感应灯，降低了能耗，减少不必要的浪费。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.根据避障距离形成减速指令或停车指令，达到防止设备撞击障碍物的目的。
2.当障碍物宽度小于预设避障宽度时，规划避障绕行路线，判断是否可以继续巡检，完善了巡检系统。
3.设备与障碍物碰撞时，弹性条在撞击障碍物表面时形变，对设备达到保护的效果。
附图说明
图1是实施例一图像观测的流程图；
图2是实施例一超声波避障的流程图；
图3是实施例二的前视轴测图；
图4是实施例二的后视轴测图；
图5是图3在A处的放大图。
附图标记说明：10、机器人本体；11、第一检测装置；12、第二检测装置；13、感应灯；20、弹性条；201、嵌入部；202、抵接部；21、条形框架；22、安装槽；23、嵌入槽；24、形变槽；30、压力传感器。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
相关的巡检机器人一般设置有运动控制系统、视觉导航系统和巡检视觉系统，视觉导航系统一般由摄像机构成，通过获取的图像判断障碍物类型，判断是否越障。
实施例一：
本申请实施例公开一种防爆巡检机器人的避障方法。参照图1和图2，包括：
实时观测前方路况，获取行进过程中的环境图像信息A1，对环境图像信息A1进行数据处理，用于人工观测；
获取设备与障碍物之间的避障距离X0，并根据避障距离X0确定指示设备的避障指令；
判定设备若与障碍物产生撞击，则触发开关S1，形成断电指令。
具体的，参照图1和图2，环境图像信息A1的数据处理包括图像的清晰度识别、图像传输等。
若避障距离X0位于危险距离X1和警告距离X2之间，则避障指令为减速指令；经过减速时段t1后，再次判定行进路线中避障距离X0内是否仍存在障碍物；判断若警告距离X2内仍存在障碍物，则设备行进至危险距离X1时停止前进；判断若避障距离X0内不存在障碍物，则设备继续前进。
当避障距离X0等于警告距离X2时，获取障碍物宽度Y0；判断若障碍物宽度Y0大于预设避障宽度Y1，则设备行进至危险距离X1时停止前进；判断若障碍物宽度Y0小于预设避障宽度Y1，则设备规划绕行路线。
若避障距离X0小于危险距离X1，则避障指令为停车指令。
本实施例的实施原理是：人工观测环境图像信息A1，视觉监测前方是否存在障碍物，如若前方出现障碍物，则用户端远程规划避让路线，达到避障的效果。如若观测不清晰或用于观测的设备损坏，则设备行进至警告距离X2时，测量障碍物宽度Y0，判断是否可以绕行。设备行进至警告距离X2的同时收到减速指令，经过减速时段t1时，二次判定警告距离X2内是否仍然存在障碍物，以判断是否继续行进，以排除移动障碍物的干扰。当避障距离X0小于危险距离X1，形成停车指令，达到避障的效果。
实施例二：
本申请实施例公开一种巡检机器人，参照图3和图4，包括机器人本体10、驱动机器人本体10移动的驱动装置、用以获取图像的第一检测装置11和用以超声测距的第二检测装置12。第一检测装置11包括安装在机器人本体10上且朝向机器人本体10前端的摄像模块，第二检测装置12包括安装在机器人本体10侧壁的超声波传感器。机器人本体10前后端皆固定设有压力传感器30，每侧间隔设有两个，位于机器人本体10宽度方向的两侧，压力传感器30的感应端朝下，且与地面呈间隔设置。
巡检过程中，驱动装置带动机器人本体10沿预设的巡检路线移动，摄像模块采集图像，并反馈给用户端，人工监测前方是否存在障碍物，并根据路况确定是否需要改变巡检路线。第二检测装置12检测与障碍物之间的间距，并作出相应的措施，以达到避障的目的。当第一检测装置11无法清晰反映图像或无观测人员时，第二检测装置12同样可以达到避障的效果。
当障碍物高度较低，不在超声波传感器的检测高度内，无法检测到障碍物但可能又会导致翻越的困难。设置压力传感器30后，检测到已经接触到压力传感器30的障碍物，且设备做出相对反应。
具体的，参照图3和图4，第一检测装置11安装在机器人本体10上，且第一检测装置11间隔设有两个，分别朝向机器人本体10的前后端。为了便于观察近端的障碍物，第一检测装置11与水平面之间设有倾斜夹角，第一检测装置11倾斜向下且与水平面之间的倾斜夹角为20-50度。为了能够适应环境的光亮程度，第一检测装置11上固定安装有感应灯13，感应灯13内设光敏电阻，可根据环境的明暗自主调节亮度。第二检测装置12同样设有两个，分别安装在机器人本体10的前后端侧壁，第二检测装置12可以为用以测距的超声波传感器，超声波传感器包括信号发射端和信号接收端。
第一检测装置11获取图像，观测前方路况，光敏电阻根据环境的明暗改变电阻，即使在环境昏暗的地方，感应灯13可以照亮前方，便于观测路况。第二检测装置12为测距时，超声波传感器的信号发射端发出信号，碰到障碍物会产生反射，形成反射回波，信号接收端接收到信号，通过计算时间得到与障碍物之间的距离。
具体的，参照图3和图4，机器人本体10侧壁固定设有弹性条20和用以固定弹性条20的条形框架21，条形框架21和弹性条20沿机器人本体10周向环绕，且同时设置在机器人本体10的四个侧壁上。安装在机器人本体10前端的弹性条20沿高度方向间隔设有两组，一组位于机器人本体10侧壁的底部，另一组位于机器人本体10中部。安装在机器人本体10后端的弹性条20同样设有两组，一组沿竖直方向分布在机器人本体10的两侧，另一组位于该侧的底部。条形框架21竖直截面为方形，中空且连通两端。条形框架21焊接在机器人本体10上，条形框架21远离机器人本体10一侧开设有安装槽22，安装槽22沿条形框架21长度方向开设且连通两端。
参照图3和图5，弹性条20包括固定连接的嵌入部201和抵接部202，嵌入部201连接抵接部202一侧侧壁开设有嵌入槽23，嵌入槽23沿弹性条20长度方向开设，且嵌入槽23的宽度壁条形框架21的厚度略小。嵌入部201内水平开设有为其竖直方向变形避让的形变槽24，形变槽24同样沿弹性条20长度方向开设。嵌入部201完全设置在条形框架21内，且嵌入槽23与条形框架21设有安装槽22两端相抵。弹性条20内设空腔，形成封闭可供压缩的空间。空腔内水平排布有两块用以控制驱动装置通断电的金属板，当两个金属板受到撞击接触时，驱动装置断电。
设备受到撞击时，弹性条20被挤压变形，空腔内的两块金属板间距减少直至相触，正负电极连通，导致驱动装置断电。同时受到挤压时，空腔内的气体压缩，形成较大的缓冲及回弹力，将设备微微带离障碍物。因此设备减小了撞击的损耗，形成自我保护状态。
安装弹性条20时，挤压嵌入部201，嵌入部201两端向形变槽24内挤压，弹性条20从条形框架21端部穿入，嵌入槽23与条形框架21设有安装槽22两端相抵，形成抵紧状态。弹性条20在条形框架21内滑动，直至将条形框架21完全填充。
本申请实施例一种巡检机器人的实施原理为：巡检过程中，驱动装置带动机器人本体10沿预设的巡检路线移动。摄像模块采集图像，通过人工监测前方是否存在障碍物，并根据路况确定是否需要改变巡检路线。第二检测装置12检测与障碍物之间的间距，并作出相应的措施，以达到避障的目的。弹性条20减少由于碰撞对机器人本体10造成的损耗，形成停止前进的状态，达到自我保护的目的。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种防爆巡检机器人，其特征在于：包括机器人本体（10）、驱动机器人本体（10）移动的驱动装置、用以获取图像的第一检测装置（11）和用以超声测距的第二检测装置（12），所述第一检测装置（11）包括安装在机器人本体（10）上的摄像模块，所述第二检测装置（12）包括安装在机器人本体（10）侧壁的超声波传感器；
所述机器人本体（10）侧壁沿其周向固定设有弹性条（20），所述弹性条（20）沿高度方向间隔设有两组，各所述弹性条（20）内设空腔，所述空腔内水平排布有两块用以控制驱动装置通断电的金属板，当两个金属板受到撞击接触时，驱动装置断电；
所述弹性条（20）包括固定连接的嵌入部（201）和抵接部（202），嵌入部（201）连接抵接部（202）一侧侧壁开设有嵌入槽（23），嵌入槽（23）沿弹性条（20）长度方向开设，且嵌入槽（23）的宽度壁小于条形框架（21）的厚度；嵌入部（201）内水平开设有为其竖直方向变形避让的形变槽（24），形变槽（24）同样沿弹性条（20）长度方向开设；嵌入部（201）完全设置在条形框架（21）内，且嵌入槽（23）与条形框架（21）设有的安装槽（22）两端相抵；
所述防爆巡检机器人上设有以下避障方法：
实时观测前方路况，获取行进过程中的环境图像信息A1，对环境图像信息A1进行数据处理，用于人工观测；
获取设备与障碍物之间的避障距离X0，并根据所述避障距离X0确定指示所述设备的避障指令；判断若所述避障距离X0位于危险距离X1和警告距离X2之间，则所述避障指令为减速指令；判断若所述避障距离X0小于危险距离X1，则所述避障指令为停车指令；
判定所述设备若与障碍物产生撞击，则触发开关S1，形成断电指令。
2.根据权利要求1所述的一种防爆巡检机器人，其特征在于：所述避障指令为减速指令时，经过减速时段t1后，再次判定行进路线中避障距离X0内是否仍存在障碍物；判断若所述警告距离X2内仍存在障碍物，则设备行进至危险距离X1时停止前进；判断若所述避障距离X0内不存在障碍物，则设备继续前进。
3.根据权利要求1所述的一种防爆巡检机器人，其特征在于：所述避障距离X0等于警告距离X2时，获取障碍物宽度Y0；判断若所述障碍物宽度Y0大于预设避障宽度Y1，则设备行进至危险距离X1时停止前进；判断若所述障碍物宽度Y0小于预设避障宽度Y1，则设备规划绕行路线。
4.根据权利要求1所述的一种防爆巡检机器人，其特征在于：所述机器人本体（10）前端和后端的底部皆固定设有压力传感器（30），所述压力传感器（30）的感应端朝下且与地面呈间隔设置，所述压力传感器（30）间隔设有两个，分别设置在机器人本体（10）宽度方向的两侧。
5.根据权利要求1所述的一种防爆巡检机器人，其特征在于：所述第一检测装置（11）上安装有根据环境亮度控制开关的感应灯（13）。
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