CN115741630A - 一种智能两轮巡检机器人及其单目视觉识别控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体说是一种智能两轮巡检机器人及其单目视觉识别控制系统；通过使弧形挡板对环形气囊进行阻挡，使环形气囊在进行膨胀时，环形气囊向下进行膨胀，从而使轮毂在进行转动时，环形气囊对障碍物的缓震效果更加，且随着轮毂进行转动时，膨胀的环形气囊在经过弧形挡板时，弧形挡板对转动环形气囊进行挤压，这时环形气囊受挤压，环形气囊将内部的气体向下进行挤压，亦使环形气囊与地面接触的部分的缓震效果更佳，且通过在弧形挡板内部和两端设置滚柱，这时当膨胀的弧形气囊在被弧形挡板进行挤压时，这时滚柱与环形气囊进行接触，这时滚柱进行转动，滚柱使环形气囊与弧形挡板的摩擦力减小，进而提高环形气囊的使用寿命。

Description

一种智能两轮巡检机器人及其单目视觉识别控制系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体说是一种智能两轮巡检机器人及其单目视觉识别控制系统。

背景技术

在一些高温、腐蚀性强等危险系数较高的厂区环境下，使用巡检机器人进行工作,能很大程度地改善人工巡检的不足之处。传统的人工巡检方式不仅人工成本较高且存在较大的人身安全风险，人工巡检过程中容易出现因工作人员的误判和漏判而导致重大事故风险，且巡检数据的追溯性也很差。

目前,现有技术中的轮式巡检机器人具有自主行走、自主避障和语音交互等功能，搭载云台，具有高清摄影、急速抓拍、夜视拍照、精确测温和异常报警等实用功能，可满足日常的巡检工作，但是在实际使用时机器人自身行走过于笨重，难以巡检复杂及空间小的区域。在一些地面不平整的情况下，还会容易产生歪斜甚至倾倒。

总之，需要研究一种自平衡，适应性高的两轮智能两轮巡检机器人来解决上述问题很有必要。

综上所述，为解决本文提出的技术问题，本发明提出了一种智能两轮巡检机器人及其单目视觉识别控制系统。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提出了一种智能两轮巡检机器人及其单目视觉识别控制系统，以解决上述技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能两轮巡检机器人，包括；外壳、轮毂、云台、摄像机、控制系统板卡和无线遥控器；所述控制系统板卡上设置有电机驱动板卡、路由器、三轴陀螺仪、电机驱动板卡和超声波传感器；还包括；

环形槽，所述环形槽开设在所述轮毂上，且所述环形槽和轮毂之间的棱边为倒圆角设计；

环形气囊，所述环形气囊内圈固连在所述环形槽内，所述环形气囊上设置有单向阀；

微型风机，所述微型风机嵌在所述环形槽内壁，且所述微型风机与所述环形气囊连通，且所述微型风机与所述控制系统板卡电连接；且所述轮毂上开设有通风孔，所述通风孔与微型电机的进气口进行连通；

弧形挡板，所述弧形挡板设置在所述外壳上，所述弧形挡板两端以及内壁转动连接有滚柱。

一种智能两轮巡检机器人单目视觉识别控制系统，该控制系统适用于上述的一种智能巡查机器人；其特征在于：所述控制板系统卡上设置有电控系统，所述电控系统包括、无线传输模块、无线启动模块、图像采集模块和启停模块。

具体的，所述无线传输模块采用ASO-MLOIDP作为无线传输模块，且所述无线传输模块与所述控制系统板卡进行电连接。

具体的，所述图像采集模块与所述摄像机进行电连接，且所述图像采模块所采用算法为数模型驱动方法。

具体的，所述电控系统还包括视觉识别模块，所述识别视觉模块与所述无线启停模块进行连接。

具体的，所述视觉是模块采用单视觉识别系统。

本发明的有益效果如下。

1.本发明所述的一种智能两轮巡检机器人及其单目视觉识别控制系统，通过在外壳上设置有弧形挡板，当微型风机进行工作时，环形气囊进行膨胀，且当环形气囊膨胀后，环形气囊的直径逐渐的大于轮毂的直径，这时通过使弧形挡板对环形气囊进行阻挡，使环形气囊在进行膨胀时，环形气囊向下进行膨胀，从而使轮毂在进行转动时，环形气囊对障碍物的缓震效果更加，且随着轮毂进行转动时，膨胀的环形气囊在经过弧形挡板时，弧形挡板对转动环形气囊进行挤压，这时环形气囊受挤压，环形气囊将内部的气体向下进行挤压，亦使环形气囊与地面接触的部分的缓震效果更佳，且通过在弧形挡板内部和两端设置滚柱，这时当膨胀的弧形气囊在被弧形挡板进行挤压时，这时滚柱与环形气囊进行接触，这时滚柱进行转动，滚柱使环形气囊与弧形挡板的摩擦力减小，进而提高环形气囊的使用寿命。

2.本发明所述的一种智能两轮巡检机器人及其单目视觉识别控制系统，通过在轮毂上开设环形槽，环形槽时轮毂与地面的接触面积减小，进而部分杂质颗粒能够从环形槽内进行穿过，进而在一定程度上可以提高巡检机器人的稳定程度；且若当遇到较大的杂质颗粒时，这时工作人员可以通过无线遥控器控制微型风机进行工作，微型风机通过通风孔向外界进行抽取气体，随后风机对环形气囊内部进行充气，环形气囊进行膨胀，当环形气囊进行膨胀时，环形气囊的直径大于轮毂直径，且这时环形气囊处于柔软状态，环形气囊未处于膨胀至表面较硬的状态，这时当巡查机器人通过颗粒杂质以及凹坑时，杂质颗粒会嵌入到环形气囊内，环形气囊受挤压进行凹陷，进而使巡查机器人不会出现较大的震动，进而从而保证巡查机器人在进行运动时的稳定性。

附图说明

图1是本发明中巡检机器人单目视觉识别控制系统流程图。

图2是本发明中视觉识别模块的系统流程图。

图3是本发明中中巡查机器人的立体图。

图4是图3中控制系统板卡的结构视图。

图5是图4中轮毂的局部剖视图。

图中：外壳1、轮毂11、云台12、摄像机13、控制系统板卡14、环形槽2、环形气囊21、微型风机22、通风孔23、弧形挡板24、滚柱25。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例一、

一种智能两轮巡检机器人，包括；外壳1、轮毂11、云台12、摄像机13、控制系统板卡14和无线遥控器；所述控制系统板卡14上设置有电机驱动板卡、路由器、三轴陀螺仪、电机驱动板卡和超声波传感器；其特征在于：还包括；

环形槽2，所述环形槽2开设在所述轮毂11上，且所述环形槽2和轮毂11之间的棱边为倒圆角设计；

环形气囊21，所述环形气囊21内圈固连在所述环形槽2内，所述环形气囊21上设置有单向阀；

微型风机22，所述微型风机22嵌在所述环形槽2内壁，且所述微型风机22与所述环形气囊21连通，且所述微型风机22与所述控制系统板卡14电连接，且所述轮毂11上开设有通风孔23，所述通风孔23与微型电机的进气口进行连通；

弧形挡板24，所述弧形挡板24设置在所述外壳1上，所述弧形挡板24两端以及内壁转动连接有滚柱25；

首先，在及其使前，工作人员需要对及其人进行性能测试，保证机器人在进行使用时，机器人各项性能能够进行正常运行，这时需要工作人员通过手持无线遥控器开启巡查机器人并开启，测试机器人各项指标正常运行后，使用机器人对厂区进行巡查；

并且巡查机器人平衡系统采用“动态稳定”原理（例如平衡车原理），来保持机器人的稳定运行；

工作人员通过手持无线遥控器，进行巡查时，机器人内部的电机驱动轮毂11进行转动，轮毂11转动带动机器人整体在厂区内部进行巡检，这时巡查机器人上设置的摄像机13同时在全程拍照摄像，并且摄像机13所拍摄的照片通过互联网实时传递到工作人员面前的显示屏幕上，当机器人前方具有较小的杂质颗粒时，控制人员可以通过控制巡检机人进行转向绕道而行，且通过在轮毂11上开设环形槽2，环形槽2时轮毂11与地面的接触面积减小，进而部分杂质颗粒能够从环形槽2内进行穿过，进而在一定程度上可以提高巡检机器人的稳定程度；且若当遇到较大的杂质颗粒时，这时工作人员可以通过无线遥控器控制微型风机22进行工作，微型风机22通过通风孔23向外界进行抽取气体，随后风机对环形气囊21内部进行充气，环形气囊21进行膨胀，当环形气囊21进行膨胀时，环形气囊21的直径大于轮毂11直径，且这时环形气囊21处于柔软状态，环形气囊21未处于膨胀至表面较硬的状态，这时当巡查机器人通过颗粒杂质以及凹坑时，杂质颗粒会嵌入到环形气囊21内，环形气囊21受挤压进行凹陷，进而使巡查机器人不会出现较大的震动，进而从而保证巡查机器人在进行运动时的稳定性；

且通过在环形气囊21上开设有单向阀，该单向阀为电动单向阀，当巡查机器人越过障碍物时，这时工作人员通过控制单向阀打开，环形气囊21内部的气体通过单向阀向外部进行排出气体，且随着巡检机器人进行行走，这时气体从环形槽2内喷出时，喷出的气体在一定程度上能够对环形槽2内部进行气动清理，进而能够实现轮毂11进行转动时，环形槽2内的灰尘杂质能够被气囊所吹出的气体进行清理，进而提高轮毂11内部环形槽2的清洁度；

且通过在外壳1上设置有弧形挡板24，当微型风机22进行工作时，环形气囊21进行膨胀，且当环形气囊21膨胀后，环形气囊21的直径逐渐的大于轮毂11的直径，这时通过使弧形挡板24对环形气囊21进行阻挡，使环形气囊21在进行膨胀时，环形气囊21向下进行膨胀，从而使轮毂11在进行转动时，环形气囊21对障碍物的缓震效果更加，且随着轮毂11进行转动时，膨胀的环形气囊21在经过弧形挡板24时，弧形挡板24对转动环形气囊21进行挤压，这时环形气囊21受挤压，环形气囊21将内部的气体向下进行挤压，亦使环形气囊21与地面接触的部分的缓震效果更佳，且通过在弧形挡板24内部和两端设置滚柱25，这时当膨胀的弧形气囊在被弧形挡板24进行挤压时，这时滚柱25与环形气囊21进行接触，这时滚柱25进行转动，滚柱25使环形气囊21与弧形挡板24的摩擦力减小，进而提高环形气囊21的使用寿命。

实施例二、

一种智能两轮巡检机器人单目视觉识别控制系统，该控制系统适用于上述权利要求1中的一种智能巡查机器人；其特征在于：所述控制板系统卡上设置有电控系统，所述电控系统包括、无线传输模块、无线启动模块、图像采集模块和启停模块；

通过在控制系统板上设置有电控系统，使电控系统包括无线传输模块、无线启动模块和图像采集模块和启停模块；

当巡检机器人在进行使用时，工作人员人员通过无线遥控器控制巡检机器人进行启停，这时巡检机器人进行上线，且巡检机器人内部的图像采集模进行工作，这时巡检机器人进行工作，图像采集模块实时对周围环境进行拍摄，且当巡检机器人进行工作时，图像采集模块所采集的图像传递到巡检机器人内部放入控制板系统卡上，当图像采集系统判断到前方有障碍物时，图像采集系统判断出前方障碍物类型；分为以下情况；

一）当障碍物为巡检机器人无法越过时，图像采集模块将所拍摄画面传递到控制板系统板卡内部，这时控制系统板卡14内部控制启停模块进行停机等待工作人员进行判断具体方向，或者巡检机器人原路返回；

二）当巡检机器人判断前方障碍物为巡检机器人无法越过，但是巡检机器人可以进行绕道时，图像采集模块将所拍摄画面传递到控制系统板内部，这时巡检机器人通过通过轮毂11进行转动，实现对障碍物的绕道行驶；

三）当巡检机器人判断前方障碍物为可越过的情况时，这时控制系统板卡14控制轮毂11内部微型风机22进行工作，微型风机22使环形气囊21进行膨胀，使环形气囊21的直径变大，环形气囊21越过障碍物时，障碍物陷入环形气囊21内部，实现环形气囊21对巡检机器人进行减震，进而实现巡检机器人在进行巡检时，巡检机器人进行稳定。

实施例三、

所述无线传输模块采用ASO1-MLOIDP5作为无线传输模块，且所述无线传输模块与所述控制系统板卡14进行电连接；

通过无线传输模块采用ASO1-MLOIDP5，当巡检机器人在进行巡检工作时，巡检机器人在遇到各种情况时，选用ASO1-MLOIDP5作为无线传输模块；该模块是-一款工业级的无线收发一体数传模块,采用NORDIC原装Nrf24LO1P射频芯片与RFX2401C功放芯片，内建LNA，带有金属屏蔽罩，抗干扰性强；该模块发射功率足，频谱特性好，谐波较小，频道串扰小，体积小，适用于巡检机器人应用的场景，且该模块的性能参数下表所示；

性能参数

实施例四、

所述图像采集模块与所述摄像机13进行电连接，且所述图像采模块所采用算法为数模型驱动方法；

通过使图像采集模块与摄像机13进行连接，并且使图像采集模块算法为数模型驱动方法；数模型驱动方法，提出一系列基于目标模型的状态假设,通过估计和校正这些图像观测的假设来实现对目标的跟踪,主要由目标表示、观测表示、假设的产生和假设的估计这四部分组成；这种方法是以已知目标状态的先验估计，在获得新的测量后不断求解目标状态的最大后验估计的过程；首先确定目标的状态向量{X},k = 0,1,2.....其中k表示离散时间序列，状态是跟踪系统的输出，对应的状态方程如下所示：

Xk+1=EkXk+Vk

然后确定目标的观测向量{亿},k =0,1,2...观测是指从图像中提取的各种特征，对应的观测方程如下：

Z_k=F_kX_k+W_k

公式Xk+1=EkXk+Vk和Z_k=F_kX_k+W_k中的V_k和W_k表示噪声序列，通常假定它们是独立同分布的。

当系统噪声为高斯分布且E_k和F_k为线性关系时,可以利用Kalman滤波求解后验估计;若E和F为非线性关系时，可利用扩展Kalman滤波来求解后验估计；进而通过数模型塞法，使巡检机器人在对周围环境进行拍摄时；可以障碍物进行检测、提取、识别和跟踪，获得障碍物的参数，如形状，大小等，并判断巡检机器人能否越过该障碍物。

实施例五、

所述电控系统还包括视觉识别模块，所述识别视觉模块与所述无线启停模块进行连接；

所述视觉识别模块采用单视觉识别系统；

通过在电控系统内部设置视觉识别模块，并且使识别视觉模块与无线启动模块及进行连接；当巡检机器人在进行运动时，视觉识别模块进行工作，通过视觉识别模块对巡检机器人前方，视觉识别模块判断前方环境的各类情况；

单目视觉系统一般采用对应点标定的方法来获取图像的深度信息，且可以通过单目视觉识别系统可以与巡检机器人在进行巡检时，测量出巡检机器人与障碍物之间的间隙，一以便于，工作人员可以通过巡检机器人传递过来的数据，用于控制巡检机器人的启停方案，且通过单目视觉识别算法，可以将测距过程看作是与其对应的逆过程；对距离的测量过程则是根据先验知识，将图像空间W={u,v}的数据信息映射到I={x,y,z}中的某一平面S={(x,y,o)eW}的过程；目标物体的底端中点在图像平面中的纵坐标为u，摄像机13在三维空间中的位置由l，d，h表示；摄像机13的垂直视场角为2a；摄像机13的清晰度n×n；最后，根据射线角度建立图像空间Ⅰ的坐标(u,v)与现实空间平面S={(x,y,o)eW}的数据之间的关系；因此,巡检机器人通过图像采集模块获得了所拍摄图像中目标物体的像素坐标就可以计算出该物体在S平面中的实际位置；且通过根据下述公式计算得到目标物体与机器人之间的距离；

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点；本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种智能两轮巡检机器人，包括；外壳(1)、轮毂(11)、云台(12)、摄像机(13)、控制系统板卡(14)和无线遥控器；所述控制系统板卡(14)上设置有电机驱动板卡、路由器、三轴陀螺仪、电机驱动板卡和超声波传感器；其特征在于：还包括；

环形槽(2)，所述环形槽(2)开设在所述轮毂(11)上，且所述环形槽(2)和轮毂(11)之间的棱边为倒圆角设计；

环形气囊(21)，所述环形气囊(21)内圈固连在所述环形槽(2)内，所述环形气囊(21)上设置有单向阀；

微型风机(22)，所述微型风机(22)嵌在所述环形槽(2)内壁，且所述微型风机(22)与所述环形气囊(21)连通，且所述微型风机(22)与所述控制系统板卡(14)电连接；且所述轮毂(11)上开设有通风孔(23)，所述通风孔(23)与微型电机的进气口进行连通；

弧形挡板(24)，所述弧形挡板(24)设置在所述外壳(1)上，所述弧形挡板(24)两端以及内壁转动连接有滚柱(25)。

2.一种智能两轮巡检机器人单目视觉识别控制系统，该控制系统适用于上述权利要求1中的一种智能巡查机器人；其特征在于：所述控制板系统卡上设置有电控系统，所述电控系统包括、无线传输模块、无线启动模块、图像采集模块和启停模块。

3.根据权利要求2的一种智能两轮巡检机器人单目视觉识别控制系统，其特征在于：所述无线传输模块采用ASO1-MLOIDP5作为无线传输模块，且所述无线传输模块与所述控制系统板卡(14)进行电连接。

4.根据权利要求2的一种智能两轮巡检机器人单目视觉识别控制系统，其特征在于：所述图像采集模块与所述摄像机(13)进行电连接，且所述图像采模块所采用算法为数模型驱动方法。

5.根据权利要求2的一种智能两轮巡检机器人单目视觉识别控制系统，其特征在于：所述电控系统还包括视觉识别模块，所述识别视觉模块与所述无线启停模块进行连接。

6.根据权利要求5的一种智能两轮巡检机器人单目视觉识别控制系统，其特征在于：所述视觉识别模块采用单目视觉识别系统。

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