CN113002774B - 基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统,包括自动停机舱、信息控制模块、无人机以及机器人，信息控制模块包括处理单元，无人机包括信息采集单元，信息采集单元可对待巡检地区进行地貌信息采集并传输至处理单元，处理单元对地貌信息进行分析后生成巡检路线，机器人包括障碍分析单元，障碍分析单元可识别出机器人行驶路线上的无法穿越障碍并通过无线电将障碍位置信息传递至处理单元，处理单元获取障碍位置信息后规划绕行巡检路线。本发明是一种可根据实际环境规划及优化巡检路线的，便于根据巡检路线上的阻碍做出路线调整的，无人机与机器人协同效果好的巡检系统。

Description

基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统

技术领域

本发明主要涉及机器人协同控制的技术领域，具体为基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统。

背景技术

无人机空中巡检可不受地形影响，但无法对底面具体形貌进行巡检，无人机与地面机器人协同作业能够获得全面的巡检信息。

根据申请号为CN201810162984.1的专利文献所提供的复杂环境中应用的地空巡检侦查机器人系统及操作方法可知，该系统采用无人机和移动机器人分体设计，既可以空中侦查，又可以地面巡检，无人机和移动机器人的协同控制。该系统以无人机为主，移动机器人为辅，无人机挂载移动机器人可以实现不同任务环境的迅速切换，充分发挥无人机和移动机器人各自的优势，弥补各自的缺陷，适用特殊应用场合的需求，实时性更好。

上述专利中的产品通过无人机挂载移动机器人可以实现不同任务环境的迅速切换，但不便于根据实际环境规划优选的巡检路线，不便于根据巡检路线的阻碍做出路线调整，且无人机与移动机器人的协同效果不佳。

发明内容

本发明主要提供了基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统,包括自动停机舱、信息控制模块、无人机以及机器人，所述自动停机舱用于停放无人机以及机器人，所述信息控制模块包括处理单元，所述无人机以及机器人均通过无线电连接处理单元；

所述无人机包括通过无线电连接处理单元的信息采集单元，所述信息采集单元可对待巡检地区进行地貌信息采集并传输至处理单元，所述处理单元对地貌信息进行分析后生成巡检路线并通过无线电传递至无人机以及机器人；

所述机器人包括通过无线电连接处理单元的障碍分析单元，所述障碍分析单元可识别出机器人行驶路线上的无法穿越障碍并通过无线电将障碍位置信息传递至处理单元，所述处理单元获取障碍位置信息后规划绕行巡检路线并将绕行巡检路线信息传递至无人机以及机器人。

优选的，所述自动停机舱包括用于机器人停放的机器人停机舱，所述机器人停机舱包括用于机器人出入的自动门。在本优选的实施例中，通过机器人停机舱及其自动门的设计便于机器人的出舱巡检以及返舱休整。

优选的，所述自动停机舱包括用于无人机停放的无人机停机舱，所述无人机停机舱包括用于无人机出入的自动天窗，以及用于无人机起飞、降落的自动升降平台。在本优选的实施例中，通过无人机停机舱及其自动天窗、自动升降平台的设计便于无人机的出舱起飞以及降落返舱休整。

优选的，所述机器人停机舱与所述无人机停机舱均包括自动充电平台，所述自动充电平台用于对所述无人机以及机器人进行充电。在本优选的实施例中，通过自动充电平台便于无人机及机器人返舱后的自动充电。

优选的，所述信息控制模块包括导线连接处理单元的用户操作单元，所述用户操作单元用于用户手动规划巡检路线。在本优选的实施例中，用户操作单元便于用户进行手动操作调节，便于用户根据实际情况人工定制巡检路线。

优选的，所述无人机包括无线电连接处理单元的无人机探测单元，所述无人机探测单元用于探测巡检待探测区域时采集空中俯瞰信息并通过无线电将俯瞰信息传递至处理单元。在本优选的实施例中，通过无人机探测单元便于探测巡检待探测区域时采集空中俯瞰信息。

优选的，所述无人机包括无线电连接处理单元的风力传感单元，所述风力传感单元用于收集无人机飞行时的风速、风向信息并将风速、风向信息电信号通过无线电传输至处理单元，所述处理单元生成巡检路线时可将风速、风向信息考虑在内分析出更优选的巡检路线。在本优选的实施例中，通过风力传感单元可收集无人机飞行时的风速、风向信息，并可根据风速、风向信息制定优选的巡检路线。

优选的，所述机器人包括通过无线电连接处理单元的机器人探测单元，所述机器人探测单元用于探测巡检待巡检区域时采集地面细节信息并通过无线电将地面细节信息传递至处理单元。在本优选的实施例中，通过机器人探测单元便于探测巡检待巡检区域时采集地面细节信息。

优选的，所述机器人包括通过无线电连接处理单元的地形分析单元，所述地形分析单元用于收集机器人行驶路径周围的地形信息并通过无线电将地形信息传递至处理单元，所述处理单元通过地形信息分析出机器人的有效巡检范围，并计算出机器人的有效巡检范围与无人机有效巡检范围一致时的无人机飞行高度，所述处理单元将飞行高度信息通过无线电传递至无人机，以调整无人机的飞行高度。在本优选的实施力中，通过地形分析单元收集机器人行驶路径周围的地形信息，通过地形信息分析出机器人的有效巡检范围，通过调节无人机高度将机器人的有效巡检范围与无人机有效巡检范围调节至一致。

优选的，所述信息控制模块包括无线电连接处理单元的信息存储单元，所述处理单元收集来自所述无人机探测单元以及机器人探测单元的俯瞰信息以及地面细节信息进行整合分析形成巡检结果信息并存储至信息存储单元内。在本优选的实施力中，通过信息存储单元便于对巡检结果信息进行存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中通过机器人停机舱及其自动门的设计便于机器人的出舱巡检以及返舱休整，通过无人机停机舱及其自动天窗、自动升降平台的设计便于无人机的出舱起飞以及降落返舱休整，通过自动充电平台便于无人机及机器人返舱后的自动充电；

巡检路线制定时，通过无人机中信息采集单元可探寻待巡检区域地貌，以便制定机器人的巡检路线，通过风力传感单元可收集无人机飞行时的风速、风向信息，并可根据风速、风向信息制定优选的巡检路线，用户还可通过用户操作单元进行手动操作调节，便于用户根据实际情况人工定制巡检路线；

巡检时可，通过机器人限定无人机的飞行高度，通过地形分析单元收集机器人行驶路径周围的地形信息，通过地形信息分析出机器人的有效巡检范围，通过调节无人机高度将机器人的有效巡检范围与无人机有效巡检范围调节至一致，通过无人机探测单元便于探测巡检待探测区域时采集空中俯瞰信息，通过机器人探测单元便于探测巡检待巡检区域时采集地面细节信息，障碍分析单元可识别出机器人行驶路线上的无法穿越障碍并上传障碍位置，处理单元可重新进行路线规划。

以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

附图说明

图1为本发明的整体框架图；

图2为本发明的巡检线路制定流程图。

附图说明：1、自动停机舱；11、机器人停机舱；111、自动门；12、无人机停机舱；121、自动天窗；122、自动升降平台；13、自动充电平台；2、信息控制模块；21、处理单元；22、用户操作单元；23、信息存储单元；3、无人机；31、信息采集单元；32、无人机探测单元；33、风力传感单元；4、机器人；41、障碍分析单元；42、机器人探测单元；43、地形分析单元。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请着重参照附图1所示，在本发明一优选实施例中，基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统,包括自动停机舱1、信息控制模块2、无人机3以及机器人4，所述自动停机舱1用于停放无人机3以及机器人4，所述信息控制模块2包括处理单元21，所述无人机3以及机器人4均通过无线电连接处理单元21；所述自动停机舱1包括用于机器人4停放的机器人停机舱11，所述机器人停机舱11包括用于机器人4出入的自动门111，所述自动停机舱1包括用于无人机3停放的无人机停机舱12，所述无人机停机舱12包括用于无人机3出入的自动天窗121，以及用于无人机3起飞、降落的自动升降平台122，所述机器人停机舱11与所述无人机停机舱12均包括自动充电平台13，所述自动充电平台13用于对所述无人机3以及机器人4进行充电，所述信息控制模块2包括无线电连接处理单元21的信息存储单元23，所述处理单元21收集来自所述无人机探测单元32以及机器人探测单元42的俯瞰信息以及地面细节信息进行整合分析形成巡检结果信息并存储至信息存储单元23内。

需要说明的是，在本实施例中，

通过机器人停机舱11的自动门111便于机器人4的出舱巡检以及返舱休整，通过无人机停机舱12的自动天窗121、自动升降平台122便于无人机3的出舱起飞以及降落返舱休整，通过自动充电平台13便于无人机3及机器人4返舱后的自动充电；

进一步的，处理单元21收集来自无人机探测单元32以及机器人探测单元42的俯瞰信息以及地面细节信息进行整合分析形成巡检结果信息并存储至信息存储单元23内。

请着重参照附图1、2所示，在本发明另一优选实施例中，所述无人机3包括通过无线电连接处理单元21的信息采集单元31，所述信息采集单元31可对待巡检地区进行地貌信息采集并传输至处理单元21，所述处理单元21对地貌信息进行分析后生成巡检路线并通过无线电传递至无人机3以及机器人4；所述无人机3包括无线电连接处理单元21的无人机探测单元32，所述无人机探测单元32用于探测巡检待探测区域时采集空中俯瞰信息并通过无线电将俯瞰信息传递至处理单元21，所述无人机3包括无线电连接处理单元21的风力传感单元33，所述风力传感单元33用于收集无人机3飞行时的风速、风向信息并将风速、风向信息电信号通过无线电传输至处理单元21，所述处理单元21生成巡检路线时可将风速、风向信息考虑在内分析出更优选的巡检路线，所述信息控制模块2包括导线连接处理单元21的用户操作单元22，所述用户操作单元22用于用户手动规划巡检路线。

需要说明的是，在本实施例中，

巡检路线制定时，无人机3出舱并在待巡检区域上空飞行，信息采集单元31对待巡检地区进行地貌信息采集并传输至处理单元21，处理单元21对地貌信息进行分析后生成巡检路线；

进一步的，风力传感单元33收集无人机3飞行时的风速、风向信息并将风速、风向信息电信号通过无线电传输至处理单元21，处理单元21分析风速、风向信息后在已生成的巡检路线上进行改进，生成优选的巡检路线；

进一步的，用户还可通过用户操作单元22进行手动操作调节，便于用户根据实际情况人工优化优选的巡检路线；巡检路线制定完成后通过无线电传递至无人机3以及机器人4，待无人机3以及机器人4都到达巡检路线起点后即可开始巡检。

请着重参照附图1所示，在本发明另一优选实施例中，所述机器人4包括通过无线电连接处理单元21的障碍分析单元41，所述障碍分析单元41可识别出机器人4行驶路线上的无法穿越障碍并通过无线电将障碍位置信息传递至处理单元21，所述处理单元21获取障碍位置信息后规划绕行巡检路线并将绕行巡检路线信息传递至无人机3以及机器人4，所述机器人4包括通过无线电连接处理单元21的机器人探测单元42，所述机器人探测单元42用于探测巡检待巡检区域时采集地面细节信息并通过无线电将地面细节信息传递至处理单元21，所述机器人4包括通过无线电连接处理单元21的地形分析单元43，所述地形分析单元43用于收集机器人4行驶路径周围的地形信息并通过无线电将地形信息传递至处理单元21，所述处理单元21通过地形信息分析出机器人4的有效巡检范围，并计算出机器人4的有效巡检范围与无人机3有效巡检范围一致时的无人机3飞行高度，所述处理单元21将飞行高度信息通过无线电传递至无人机3，以调整无人机3的飞行高度。

需要说明的是，在本实施例中，

巡检时，通过无人机探测单元32采集空中俯瞰信息，通过机器人探测单元42采集地面细节信息；

进一步的，地形分析单元43收集机器人4行驶路径周围的地形信息并通过无线电将地形信息传递至处理单元21，处理单元21通过地形信息分析出机器人4的有效巡检范围，并计算出机器人4的有效巡检范围与无人机3有效巡检范围一致时的无人机3飞行高度，处理单元21对无人机3进行实时高度调节；

进一步的，障碍分析单元41可识别出机器人4行驶路线上的无法穿越障碍并通过无线电将障碍位置信息传递至处理单元21，处理单元21获取障碍位置信息后规划绕行巡检路线并将绕行巡检路线信息传递至无人机3以及机器人4，即可继续进行巡检。

本发明的具体流程如下：

通过机器人停机舱11的自动门111便于机器人4的出舱巡检以及返舱休整，通过无人机停机舱12的自动天窗121、自动升降平台122便于无人机3的出舱起飞以及降落返舱休整，通过自动充电平台13便于无人机3及机器人4返舱后的自动充电；

巡检路线制定时，无人机3出舱并在待巡检区域上空飞行，信息采集单元31对待巡检地区进行地貌信息采集并传输至处理单元21，处理单元21对地貌信息进行分析后生成巡检路线；

风力传感单元33收集无人机3飞行时的风速、风向信息并将风速、风向信息电信号通过无线电传输至处理单元21，处理单元21分析风速、风向信息后在已生成的巡检路线上进行改进，生成优选的巡检路线；

用户还可通过用户操作单元22进行手动操作调节，便于用户根据实际情况人工优化优选的巡检路线，巡检路线制定完成后通过无线电传递至无人机3以及机器人4，待无人机3以及机器人4都到达巡检路线起点后即可开始巡检；

巡检时，通过无人机探测单元32采集空中俯瞰信息，通过机器人探测单元42采集地面细节信息；

地形分析单元43收集机器人4行驶路径周围的地形信息并通过无线电将地形信息传递至处理单元21，处理单元21通过地形信息分析出机器人4的有效巡检范围，并计算出机器人4的有效巡检范围与无人机3有效巡检范围一致时的无人机3飞行高度，处理单元21根据高度要求对无人机3进行实时高度调节；

障碍分析单元41可识别出机器人4行驶路线上的无法穿越障碍并通过无线电将障碍位置信息传递至处理单元21，处理单元21获取障碍位置信息后规划绕行巡检路线并将绕行巡检路线信息传递至无人机3以及机器人4，即可继续进行巡检；

处理单元21收集来自无人机探测单元32以及机器人探测单元42的俯瞰信息以及地面细节信息后进行整合分析形成巡检结果信息并存储至信息存储单元23内。

上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统,包括自动停机舱（1）、信息控制模块（2）、无人机（3）以及机器人（4），其特征在于,所述自动停机舱（1）用于停放无人机（3）以及机器人（4），所述信息控制模块（2）包括处理单元（21），所述无人机（3）以及机器人（4）均通过无线电连接处理单元（21）；

所述无人机（3）包括通过无线电连接处理单元（21）的信息采集单元（31），所述信息采集单元（31）可对待巡检地区进行地貌信息采集并传输至处理单元（21），所述处理单元（21）对地貌信息进行分析后生成巡检路线并通过无线电传递至无人机（3）以及机器人（4）；

所述机器人（4）包括通过无线电连接处理单元（21）的障碍分析单元（41），所述障碍分析单元（41）可识别出机器人（4）行驶路线上的无法穿越障碍并通过无线电将障碍位置信息传递至处理单元（21），所述处理单元（21）获取障碍位置信息后规划绕行巡检路线并将绕行巡检路线信息传递至无人机（3）以及机器人（4），所述无人机（3）包括无线电连接处理单元（21）的无人机探测单元（32），所述无人机探测单元（32）用于探测巡检待探测区域时采集空中俯瞰信息并通过无线电将俯瞰信息传递至处理单元（21），所述无人机（3）包括无线电连接处理单元（21）的风力传感单元（33），所述风力传感单元（33）用于收集无人机（3）飞行时的风速、风向信息并将风速、风向信息电信号通过无线电传输至处理单元（21），所述处理单元（21）生成巡检路线时可将风速、风向信息考虑在内分析出更优选的巡检路线，所述机器人（4）包括通过无线电连接处理单元（21）的机器人探测单元（42），所述机器人探测单元（42）用于探测巡检待巡检区域时采集地面细节信息并通过无线电将地面细节信息传递至处理单元（21），所述信息控制模块（2）包括无线电连接处理单元（21）的信息存储单元（23），所述处理单元（21）收集来自所述无人机探测单元（32）以及机器人探测单元（42）的俯瞰信息以及地面细节信息进行整合分析形成巡检结果信息并存储至信息存储单元（23）内。

2.根据权利要求1所述的基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统，其特征在于，所述自动停机舱（1）包括用于机器人（4）停放的机器人停机舱（11），所述机器人停机舱（11）包括用于机器人（4）出入的自动门（111）。

3.根据权利要求2所述的基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统，其特征在于，所述自动停机舱（1）包括用于无人机（3）停放的无人机停机舱（12），所述无人机停机舱（12）包括用于无人机（3）出入的自动天窗（121），以及用于无人机（3）起飞、降落的自动升降平台（122）。

4.根据权利要求3所述的基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统，其特征在于，所述机器人停机舱（11）与所述无人机停机舱（12）均包括自动充电平台（13），所述自动充电平台（13）用于对所述无人机（3）以及机器人（4）进行充电。

5.根据权利要求1所述的基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统，其特征在于，所述信息控制模块（2）包括导线连接处理单元（21）的用户操作单元（22），所述用户操作单元（22）用于用户手动规划巡检路线。

6.根据权利要求1所述的基于地空一体化协同作业的机器人巡检系统，其特征在于，所述机器人（4）包括通过无线电连接处理单元（21）的地形分析单元（43），所述地形分析单元（43）用于收集机器人（4）行驶路径周围的地形信息并通过无线电将地形信息传递至处理单元（21），所述处理单元（21）通过地形信息分析出机器人（4）的有效巡检范围，并计算出机器人（4）的有效巡检范围与无人机（3）有效巡检范围一致时的无人机（3）飞行高度，所述处理单元（21）将飞行高度信息通过无线电传递至无人机（3），以调整无人机（3）的飞行高度。

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