CN113552889A - 一种巷道场景下巡检机器人及其导航方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巷道场景下巡检机器人及其导航方法，该巡检机器人包括设置在机器人内的中央处理器、控制单元、信号接收器、摄像机、数据库单元、音频转化单元、红外热成像单元、数据传输单元、距离探测单元和数字转化单元；还包括根据巷道场景设定的机器人的巡检轨迹S、在巡检轨迹S中设置的若干个检查点位置Z。本发明中，通过巡检机器人沿着巡检轨迹S运动对纵横交错的巷道进行巡检，并对巡检过程进行视频记录，相比于现有技术中通过人工巡检的方式，提高了巡检的效率，降低保安人员的工作负担，无论是白天和黑夜，都可以24h巡检，也可以在下雨、高温、低温等环境下工作，适用性强。
Description
技术领域
本发明涉及机器人导航装置技术领域，尤其涉及一种巷道场景下巡检机器人导航方法。
背景技术
随着社会的发展，巷道已经设置在城市的各个角落内，巷道的形状依照地形而定，但是，巷道经常会发生一些事故，例如火灾，燃气泄漏，甚至于在夜里发生的地震，因此，为了城市的安全和人们生活的安定，巷道的巡检也越来越重要。
现有技术中巷道的巡检主要通过人工巡检来完成，通过保安人员在巷道内巡逻进行巡检，然而，现有技术中的巷道场景较为复杂，且巷道纵横交错，这样会增加保安人员的工作强度，其次，在一些极端条件下，人工巡检难以完成巷道场景的巡检。
发明内容
为了解决上述背景技术中所提到的技术问题，而提出的一种巷道场景下巡检机器人导航方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种巷道场景下巡检机器人，包括设置在机器人内的中央处理器、控制单元、信号接收器、摄像机、数据库单元、音频转化单元、红外热成像单元、数据传输单元、距离探测单元和数字转化单元；
还包括根据巷道场景设定的机器人的巡检轨迹S、在巡检轨迹S中设置的若干个检查点位置Z、位于检查点位置Z一旁的信号发射器；所述信号发射器与检查点位置Z之间有一个设定距离；
所述中央处理器通过控制单元控制巡检机器人沿着巡检轨迹S运动或者停止运动；
所述红外热成像单元识别图片中的温度值，若温度值大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若最高的温度值小于额定值，则正常；
所述数字转化单元将音频流内的波形图像信号转化为数字信号。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括在巡检轨迹S上按照指定距离设置的照明灯，所述照明灯在夜间为巡检机器人照明路况。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括振动采集单元，所述振动采集单元采集来自于地面的振动幅度，若振动幅度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息；若振动幅度小于额定值，则正常。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括可燃气体浓度传感器，所述可燃气体浓度传感器采集空气中的可燃气体浓度，若可燃气体浓度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息；若可燃气体浓度小于额定值，则正常。
作为上述技术方案的进一步描述：
一种巷道场景下巡检机器人导航方法，包括以下步骤：
S1、巡检机器人位于起点，摄像机的角度位于巡检机器人的正前方，信号接收器处于巡检机器人的正前方，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动，所述摄像机记录第一视频段，并将其储存在数据库单元内；
S2、待巡检机器人运动至检查点位置Z时，巡检机器人上的信号接收器接收信号发射器发出的信号并传输至中央处理器，所述中央处理器通过控制单元停止巡检机器人移动；
S3、所述中央处理器驱动摄像机转动，记录位于检查点位置Z的巡检机器人360度范围的第二视频段，并将其储存在数据库单元内；
S4、通过音频转化单元将第一视频段和第二视频段转化为音频流，并通过数字转化单元得出音频流内的最大分贝值，若最大分贝值大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若最大分贝值小于额定值，则正常；
S5、对第一视频段和第二视频段进行截图，每隔时间T截取1张图片，得到图片集，将图片区域分为大小相同的N个区域，通过红外热成像单元对图片N个区域进行扫描，识别图片各个区域的温度值，若其中有温度值大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若各个区域的温度值小于额定值，则正常，若在S4步骤和S5步骤中皆正常，执行步骤S6；
S6、所述中处理器通过控制单元驱动巡检机器人沿着巡检轨迹S移动，直至运动至下一个检查点位置Z，重复步骤S2、S3、S4和S5，直至对整个巡检轨迹S巡检完毕，巡检机器人回到起点。
作为上述技术方案的进一步描述：
在步骤S1-S6中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，当巡检机器人前方位置有行人遮挡时，通过距离探测单元测得巡检机器人与行人之间的距离，在距离为L时，所述中央处理器启动控制单元停止巡检机器人运动，巡检机器人发出语音提示，直至行人离开，所述中央处理器通过控制单元控制巡检机器人继续沿着巡检轨迹S移动进行巡检。
作为上述技术方案的进一步描述：
在步骤S1-S6中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，所述振动采集单元采集来自于地面的振动幅度，若振动幅度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若振动幅度小于额定值，则正常。
作为上述技术方案的进一步描述：
在步骤S1-S6中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，所述可燃气体浓度传感器采集空气中的可燃气体浓度，若可燃气体浓度大于额定值，所述中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若可燃气体浓度小于额定值，则正常。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过巡检机器人沿着巡检轨迹S运动对纵横交错的巷道进行巡检，并对巡检过程进行视频记录，相比于现有技术中通过人工巡检的方式，提高了巡检的效率，降低保安人员的工作负担，无论是白天和黑夜，都可以24h巡检，也可以在下雨、高温、低温等环境下工作，适用性强。
2、本发明中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，可燃气体浓度传感器采集空气中的可燃气体浓度，若可燃气体浓度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若可燃气体浓度小于额定值，则正常，对空气中的可燃气体浓度进行检测，避免发生爆炸事故，提高安全性。
3、本发明中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，所述振动采集单元采集来自于地面的振动幅度，若振动幅度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若振动幅度小于额定值，则正常，对地面的振动幅度进行检测，当发生地震时，及时发出警报提示人们紧急疏散，提高安全性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供一种技术方案：一种巷道场景下巡检机器人，包括设置在机器人内的中央处理器、控制单元、信号接收器、摄像机、数据库单元、音频转化单元、红外热成像单元、数据传输单元、距离探测单元和数字转化单元；
还包括根据巷道场景设定的机器人的巡检轨迹S、在巡检轨迹S中设置的若干个检查点位置Z、位于检查点位置Z一旁的信号发射器；信号发射器与检查点位置Z之间有一个设定距离；
中央处理器通过控制单元控制巡检机器人沿着巡检轨迹S运动或者停止运动；
红外热成像单元识别图片中的温度值，若温度值大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若最高的温度值小于额定值，则正常；
数字转化单元将音频流内的波形图像信号转化为数字信号，还包括在巡检轨迹S上按照指定距离设置的照明灯，照明灯在夜间为巡检机器人照明路况。
还包括振动采集单元，振动采集单元采集来自于地面的振动幅度，若振动幅度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息；若振动幅度小于额定值，则正常。
还包括可燃气体浓度传感器，可燃气体浓度传感器采集空气中的可燃气体浓度，若可燃气体浓度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息；若可燃气体浓度小于额定值，则正常。
一种巷道场景下巡检机器人导航方法，包括以下步骤：
S1、巡检机器人位于起点，摄像机的角度位于巡检机器人的正前方，信号接收器处于巡检机器人的正前方，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动，摄像机记录第一视频段，并将其储存在数据库单元内；
S2、待巡检机器人运动至检查点位置Z时，巡检机器人上的信号接收器接收信号发射器发出的信号并传输至中央处理器，中央处理器通过控制单元停止巡检机器人移动；
S3、中央处理器驱动摄像机转动，记录位于检查点位置Z的巡检机器人360度范围的第二视频段，并将其储存在数据库单元内；
S4、通过音频转化单元将第一视频段和第二视频段转化为音频流，并通过数字转化单元得出音频流内的最大分贝值，若最大分贝值大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若最大分贝值小于额定值，则正常；
S5、对第一视频段和第二视频段进行截图，每隔时间T截取1张图片，得到图片集，将图片区域分为大小相同的N个区域，通过红外热成像单元对图片N个区域进行扫描，识别图片各个区域的温度值，若其中有温度值大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若各个区域的温度值小于额定值，则正常，若在S4步骤和S5步骤中皆正常，执行步骤S6；
S6、中处理器通过控制单元驱动巡检机器人沿着巡检轨迹S移动，直至运动至下一个检查点位置Z，重复步骤S2、S3、S4和S5，直至对整个巡检轨迹S巡检完毕，巡检机器人回到起点。
在步骤S1-S6中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，当巡检机器人前方位置有行人遮挡时，通过距离探测单元测得巡检机器人与行人之间的距离，在距离为L时，中央处理器启动控制单元停止巡检机器人运动，巡检机器人发出语音提示，直至行人离开，中央处理器通过控制单元控制巡检机器人继续沿着巡检轨迹S移动进行巡检。
在步骤S1-S6中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，振动采集单元采集来自于地面的振动幅度，若振动幅度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若振动幅度小于额定值，则正常。
在步骤S1-S6中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，可燃气体浓度传感器采集空气中的可燃气体浓度，若可燃气体浓度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若可燃气体浓度小于额定值，则正常。
巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动的步骤如下：
A、首先计算顶层线性搜索空间：假设WX＝1000则wx＝WX/2depth；其中depth自定义，如果是8，顶层步长r＝2depth＝256；那么顶层的线性搜索空间大小就是1000/256，大约为4,角度搜索步长由cell大小(1pixel),和激光扫描数据的最大扫描距离决定，大约为300；所以顶层candidate数量是：4×4×300；
用下面两个公式规定了步长的范围：
B、计算其余层结构：
一个candidate可构建四个子Candidate；角度参数不变，对_index_offset，y_index_offset加入新的偏移量；C层搜索空间公式如下：
C.搜索算法：
构建顶层C0，计算所有C0的target得分，从大到小排序；C0->C1,计算这四新的C1的target得分，从大到小排序；重复步骤B，直到depth＝Max,得到最底层的四个Cdepth并计算target得分，得分最高的作为best_score；返回倒数第二层，将best_score与剩下三个Cdepth-1比较，若best_score大于任何一个得分，则无须进入其它分支，继续返回best_score；
重复直到遍历整个分支树,返回的结果为最优结果，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动。
回环检测即是一种匹配过程，即当获得新的激光扫描数据时，在其附近一定范围搜索最优匹配帧，若该最优匹配帧符合要求，则认为是一个回环；
该匹配问题可以描述为如下公式：
其中W是搜索空间，Mnearest是该点对应的栅格点的M值，该式子可理解为对于激光扫描数据中的每一个点束插在该submap上时的信度和，信度越高则认为越相似，我们需要在W空间中寻找出该信度和最大的匹配帧。
本发明提供了一种大场景下实时回环检测方法，将大场景建图分类为若干个子图，新的激光扫描数据采用分支界定方法快速进行子图归类，提升了地图匹配的效率，实际应用过程中，先进行新激光扫描数据与各子图进行匹配，然后在进行子图内匹配，大大提高了检索的效率，避免大场景建图过程中单一地图存在累计误差等问题，提高了建图的准确性，提升了地图的精度及机器人导航的精度。
本发明通过巡检机器人沿着巡检轨迹S运动对纵横交错的巷道进行巡检，并对巡检过程进行视频记录，相比于现有技术中通过人工巡检的方式，提高了巡检的效率，降低保安人员的工作负担，无论是白天和黑夜，都可以24h巡检，也可以在下雨、高温、低温等环境下工作，适用性强。
本发明中,巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，振动采集单元采集来自于地面的振动幅度，若振动幅度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若振动幅度小于额定值，则正常，对地面的振动幅度进行检测，当发生地震时，及时发出警报提示人们紧急疏散，提高安全性。
本发明中,巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，可燃气体浓度传感器采集空气中的可燃气体浓度，若可燃气体浓度大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若可燃气体浓度小于额定值，则正常，对空气中的可燃气体浓度进行检测，避免发生爆炸事故，提高安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种巷道场景下巡检机器人，其特征在于，包括设置在机器人内的中央处理器、控制单元、信号接收器、摄像机、数据库单元、音频转化单元、红外热成像单元、数据传输单元、距离探测单元和数字转化单元；
还包括根据巷道场景设定的机器人的巡检轨迹S、在巡检轨迹S中设置的若干个检查点位置Z、位于检查点位置Z一旁的信号发射器；所述信号发射器与检查点位置Z之间有一个设定距离；
所述中央处理器通过控制单元控制巡检机器人沿着巡检轨迹S运动或者停止运动；
所述红外热成像单元识别图片中的温度值，若温度值大于额定值，中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若温度值小于额定值，则正常；
所述数字转化单元将音频流内的波形图像信号转化为数字信号。
2.根据权利要求1所述的一种巷道场景下巡检机器人，其特征在于，还包括在巡检轨迹S上按照指定距离设置的照明灯，所述照明灯在夜间为巡检机器人照明路况。
3.根据权利要求2所述的一种巷道场景下巡检机器人，其特征在于，还包括振动采集单元，所述振动采集单元采集来自于地面的振动幅度，若振动幅度大于额定值，所述中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若振动幅度小于额定值，则正常。
4.根据权利要求3所述的一种巷道场景下巡检机器人，其特征在于，还包括可燃气体浓度传感器，所述可燃气体浓度传感器采集空气中的可燃气体浓度，若可燃气体浓度大于额定值，所述中央处理器通过数据传输单元发送报警信息；若可燃气体浓度小于额定值，则正常。
5.一种巷道场景下巡检机器人导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、巡检机器人位于起点，摄像机的角度位于巡检机器人的正前方，信号接收器处于巡检机器人的正前方，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动，所述摄像机记录第一视频段，并将其储存在数据库单元内；
S2、待巡检机器人运动至检查点位置Z时，巡检机器人上的信号接收器接收信号发射器发出的信号并传输至中央处理器，所述中央处理器通过控制单元停止巡检机器人移动；
S3、所述中央处理器驱动摄像机转动，记录位于检查点位置Z的巡检机器人360度范围的第二视频段，并将其储存在数据库单元内；
S4、通过音频转化单元将第一视频段和第二视频段转化为音频流，并通过数字转化单元得出音频流内的最大分贝值，若最大分贝值大于额定值，所述中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若最大分贝值小于额定值，则正常；
S5、对第一视频段和第二视频段进行截图，每隔时间T截取1张图片，得到图片集，将图片区域分为大小相同的N个区域，通过红外热成像单元对每一张图片N个区域进行扫描，识别图片各个区域的温度值，若其中有温度值大于额定值，所述中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若各个区域的温度值小于额定值，则正常，若S4步骤和S5步骤皆正常，执行步骤S6；
S6、所述中处理器通过控制单元驱动巡检机器人沿着巡检轨迹S移动，直至运动至下一个检查点位置Z，重复步骤S2、S3、S4和S5，直至对整个巡检轨迹S巡检完毕，巡检机器人回到起点。
6.根据权利要求5所述的一种巷道场景下巡检机器人导航方法，其特征在于，在步骤S1-S6中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，当巡检机器人前方位置有行人遮挡时，通过距离探测单元测得巡检机器人与行人之间的距离，在距离为L时，所述中央处理器启动控制单元停止巡检机器人运动，巡检机器人发出语音提示，直至行人离开，所述中央处理器通过控制单元控制巡检机器人继续沿着巡检轨迹S移动进行巡检。
7.根据权利要求6所述的一种巷道场景下巡检机器人导航方法，其特征在于，在步骤S1-S6中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，所述振动采集单元采集来自于地面的振动幅度，若振动幅度大于额定值，所述中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若振动幅度小于额定值，则正常。
8.根据权利要求7所述的一种巷道场景下巡检机器人导航方法，其特征在于，在步骤S1-S6中，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动时，所述可燃气体浓度传感器采集空气中的可燃气体浓度，若可燃气体浓度大于额定值，所述中央处理器通过数据传输单元发送报警信息，若可燃气体浓度小于额定值，则正常。
9.根据权利要求5所述的一种巷道场景下巡检机器人导航方法，其特征在于，巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动的步骤如下：
A、计算顶层线性搜索空间；
B、计算其余层结构；
C、搜索算法：
构建顶层C0，计算所有C0的target得分，从大到小排序；C0->C1,计算这四新的C1的target得分，从大到小排序，重复步骤B，直到depth＝Max,得到最底层的四个Cdepth并计算target得分，得分最高的作为best_score；返回倒数第二层，将best_score与剩下三个Cdepth-1比较，若best_score大于任何一个得分，则无须进入其它分支，继续返回best_score，重复直到遍历整个分支树,返回的结果为最优结果，使巡检机器人沿着依据巷道场景设定的巡检轨迹S移动。
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