CN112405563A - 一种巡检机器人 - Google Patents

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徐睿
凌通
石岩
金尚忠
邹艳秋
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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Abstract

本发明涉及一种巡检机器人，该机器人包括：摄像模组，所述摄像模组包括多个镜头、一个感光器件和驱动机构，所述多个镜头位于所述感光器件的工作面同侧，所述驱动机构位于所述感光器件的另一侧，用以驱动感光器件，使得所述感光器件的工作面可调整为分别配合所述多个镜头之一成像的角度。

Description

一种巡检机器人
技术领域
本发明涉及成像装置技术领域，更具体的说，涉及一种巡检机器人。
背景技术
目前，巡检机器人大量应用于电力、运输、化工、安防等领域，特别在变电站等高危场所，在不改变先前设备的前提下，通过巡检机器人搭载的图像采集装置如摄像头，激光雷达等对变电站的仪器仪表设备进行图像采集，通过后台监控中心的图像识别与分析，判断被检测设备是否处于正常运行状态。
为了采集较大视场的图像，除了使用偏转搭载相机所在的云台或使用广角镜头外，现有方案(CN107343128A)提出了一种共用感光芯片的多镜头摄像头模组，用多镜头实现视场的扩增。
除此以外，为实现拍摄视场的扩增，若偏转云台来逐步拍摄不同的仪表设备，则无法同时监测多个仪器仪表的读数；若使用广角镜头来进行图像采集，则边缘视场畸变较大可能导致读数不准确；若单独使用多个相机进行拍摄，则其体积较为庞大占用空间较多。
因此，本发明提供一种多镜头共用单图像传感器(CCD或CMOS)的方案，并对感光器件表面的倾斜度做出适配镜头CRA(central ray angle)的处理，实现视场角的扩增。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种巡检机器人，并对感光器件表面的倾斜方向做出周期时序性调整，从而时序性的分别接受不同镜头采集到的画面，基于多镜头采集到的多副画面进行图像分析，可以实现指定巡检机器人精确到达巡检点。
一种巡检机器人，包括行走模块和搭载在行走模块上的摄像模组，其特征在于：所述摄像模组包括至少两个镜头、一个感光器件和驱动机构；所述至少两个镜头位于所述感光器件的工作面同侧，所述驱动机构位于所述感光器件的另一侧，用以驱动所述感光器件，使得所述感光器件的工作面可调整为分别配合所述多个镜头之一成像的角度。
优选的，所述驱动机构包括至少两个电机，每个电机位于所述感光器件的不同位置，至少一个电机改变所述感光器件的角度，使其工作面可与至少一个镜头配合成像。
优选的，所述摄像模组工作时，所述感光器件的工作面与至少一个镜头配合成像的停留时间为t，所述停留时间t至少满足该镜头的曝光时间能在所述感光器件上成像。
优选的，所述至少两个镜头在所述摄像模组中对称设置，其中当镜头数量为偶数时，沿着摄像模组的中心线对称设置，当镜头数量为奇数时，将其中一个设置在中心线位置处，其余按中心线对称设置。
优选的，所述感光器件为CMOS、CCD中的一种。
优选的，所述工作面可与至少一个镜头配合成像的条件为所述驱动机构调整感光器件工作面角度，完成角度调整后所述感光器件工作面的法线与所述镜头主光轴平行。
优选的，所述感光器件完成角度调整后，所述感光器件位于所述镜头焦点的后方，所述感光器件于所述镜头的距离约等于焦距。
优选的，所述巡检机器人还包括控制器和电源，所述控制器与所述摄像模组及行走模块通信连接，所述电源通过控制器为所述摄像模组及行走模块供电。
优选的，所述控制器控制所述摄像模组中驱动机构的调整时序。
优选的，所述控制器控制所述行走模块的行进速度、方向。
相较于现有的技术，本发明具有如下优点：
1)通过多个镜头，采集到了视场角更宽广的图像信息；
2)多个镜头适配单个感光芯片，节约了制造成本，同时压缩了整个图像采集系统的空间。
附图说明
图1为单镜头匹配单感光器件示意图；
图2为双镜头单感光器件的摄像模组整体结构示意图；
图3为镜头A匹配芯片的倾斜状态；
图4为镜头B匹配芯片的倾斜状态；
图5为双镜头单感光器件的摄像模组中VCM控制的撑杆长度变化；
图6为四镜头单感光器件的摄像模组整体结构示意图。
具体实施例
本发明提供一种巡检机器人，所述巡检机器人包括行走模块和搭载在行走模块上的摄像模组，其中，所述摄像模组包括多个镜头、一个感光器件和驱动机构，所述镜头数量至少为两个，所述多个镜头位于所述感光器件的工作面同侧，所述驱动机构位于所述感光器件的另一侧，用以驱动感光器件，使得所述感光器件的工作面可调整为分别配合所述多个镜头之一成像的角度。优选的，所述驱动机构包括至少两个电机，每个电机位于所述感光器件的不同位置，至少一个电机改变所述感光器件的角度，使其工作面可与至少一个镜头配合成像。
本发明提供的巡检机器人还包括控制器和电源，所述控制器与所述行走模块及摄像模组通信连接，所述电源通过控制器为所述摄像模组及行走模块供电；所述控制器控制所述摄像模组中驱动机构的调整时序；所述控制器控制所述行走模块的行进速度、方向。
作为示例性具体实施例，本实施例一提出一种双镜头单感光器件的摄像模组，具体的结构如图2所示，包括：
镜头A、镜头B、感光器件3，所述驱动机构由音圈电机VCM1和VCM2组成；所述镜头A和镜头B之间夹角为2α，所述镜头A和镜头B完全一致；所述感光器件3可采用CCD或CMOS，作为一种具体的实施方式，本实施例采用CCD作为感光器件；所述镜头A和镜头B沿着摄像模组的中心线对称设置在所述感光器件的工作面同侧，其中，任意两沿着摄像模组的中心线对称设置且镜头主光轴位于同一水平面上的镜头可分别称为第一镜头和第二镜头；所述音圈电机VCM1和VCM2位于所述感光器件的另一侧，用以驱动感光器件，所述VCM1和VCM2可伸缩从而实现感光器件3倾斜角度变化。
为实现感光器件3的工作面至少与一个镜头的主光轴所夹角度满足使该镜头与所述感光器件的工作面配合成像，VCM控制的撑杆长度变化如图5所示，其中，VCM1为感光器件3底座右边搭载的音圈电机，当其控制的撑杆高度位于h0时，感光器件3工作面的法线与镜头A主光轴平行，如图3；VCM2为感光器件3底座左边搭载的音圈电机，当其控制的撑杆高度位于h0时，感光器件3工作面的法线与镜头B主光轴平行如图4。T为一个观测周期，t1为一个周期T内的分别对镜头A和镜头B的观测时间，时间t1至少满足该镜头的曝光时间能在所述感光器件上成像。
根据凸透镜的成像公式：1/u+1/v＝1/f；
其中u代表物距，v代表像距，f代表焦距。
因此，为了获得清晰的像，所述感光器件3完成角度调整后，所述感光器件3位于所述镜头焦点的后方，所述感光器件3与所述镜头的距离约等于焦距。
具体实施例二：
如图6所示，一种四镜头共用单感光器件的摄像模组，包括镜头A、B、C、D，一个感光器件5和驱动机构，所述驱动机构由四个音圈电机VCM组成，所述感光器件5可选用CCD或CMOS，在本具体实施例二中选用CCD作为感光器件；所述镜头A、B、C、D沿着摄像模组的中心线对称设置在所述感光器件5的工作面同侧，其中，任意两沿着摄像模组的中心线对称设置且镜头主光轴位于同一水平面上的镜头可分别称为第一镜头和第二镜头；所述四个音圈电机VCM位于所述感光器件的另一侧，用以驱动感光器件5，所述四个音圈电机VCM均可伸缩从而实现感光器件5倾斜角度变化。
在本具体实施例二中，以感光器件5中心点做一垂直于感光器件5工作面的中心法线，镜头A、B、C、D围绕该中心法线对称分布，各个镜头的主光轴与中心法线的夹角相等。
在感光器件5的四角分别搭载四个VCM，其具体结构如图6所示，其中VCM1为感光器件5底座右上搭载的音圈电机，VCM2为感光器件5底座左上搭载的音圈电机，VCM3为感光器件5底座右下搭载的音圈电机，VCM4为感光器件5底座左下搭载的音圈电机。
四个镜头分别匹配感光器件5的不同倾斜角度，具体而言，当感光器件5处于第一倾斜状态时，其工作面的法线方向与镜头A主光轴平行；当感光器件5处于第二倾斜状态时，其工作面的法线方向与镜头B主光轴平行；当感光器件5处于第三倾斜状态时，其工作面的法线方向与镜头C主光轴平行；当感光器件5处于第四倾斜状态时，其工作面的法线方向与镜头D主光轴平行。
所述四个音圈电机配合使感光器件5经历所述的四个倾斜状态，依据工作需求，感光器件5可循环遍历所述四个倾斜状态。
理由同上，所述感光器件5完成角度调整后，所述感光器件5位于所述镜头焦点的后方，所述感光器件5与所述镜头的距离约等于焦距。
根据示例性实施例一及实施例二，可以推知本发明提供的巡检机器人中的镜头数量不受限制，当对镜头数量进行调整时所述控制器相应地调整各个音圈电机之间的伸缩变化关系，使感光器件表面倾斜角度变化，从而使感光器件工作面的法线依次平行于各个镜头的主光轴，所述控制器控制巡检机器人行进，并控制所述摄像模组拍摄仪器，获得一组关于仪器的清晰图像，从而完成巡检工作。
尽管为示例目的,已经公开了本发明的优选实施方式,但是本领域的普通技术人员将意识到,在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下,各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (10)

1.一种巡检机器人，包括行走模块和搭载在行走模块上的摄像模组，其特征在于：所述摄像模组包括至少两个镜头、一个感光器件和驱动机构；所述至少两个镜头位于所述感光器件的工作面同侧，所述驱动机构位于所述感光器件的另一侧，用以驱动所述感光器件，使得所述感光器件的工作面可调整为分别配合所述多个镜头之一成像的角度。
2.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于：所述驱动机构包括至少两个电机，每个电机位于所述感光器件的不同位置，至少一个所述电机改变所述感光器件的角度，使其工作面可与至少一个镜头配合成像。
3.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于：工作时，所述感光器件的工作面与至少一个所述镜头配合成像的停留时间为t，所述停留时间t至少满足该镜头的曝光时间能在所述感光器件上成像。
4.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于：所述至少两个镜头在所述摄像模组中对称设置，其中当所述镜头数量为偶数时，沿着所述摄像模组的中心线对称设置，当所述镜头数量为奇数时，将其中一个设置在中心线位置处，其余按中心线对称设置。
5.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于：所述感光器件为CMOS、CCD中的一种。
6.根据权利要求2所述的巡检机器人，其特征在于：所述工作面可与至少一个镜头配合成像的条件为所述驱动机构调整感光器件工作面角度，完成角度调整后所述感光器件工作面的法线与所述镜头主光轴平行。
7.根据权利要求6所述的巡检机器人，其特征在于：所述感光器件完成角度调整后，所述感光器件位于所述镜头焦点的后方，所述感光器件于所述镜头的距离约等于焦距。
8.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于：所述巡检机器人还包括控制器和电源，所述控制器与所述摄像模组及行走模块通信连接，所述电源通过控制器为所述摄像模组及行走模块供电。
9.根据权利要求8所述的巡检机器人，其特征在于：所述控制器控制所述摄像模组中驱动机构的调整时序。
10.根据权利要求8所述的巡检机器人，其特征在于：所述控制器控制所述行走模块的行进速度、方向。
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