CN115847436B - 一种移动气体采集分析预警巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种移动气体采集分析预警巡检机器人，包括：巡航模块，用于利用传感器组件和辅助定位装置，实现巡检机器人的巡航定位；监控模块，用于利用摄像机获取检测图像；环境感知模块，用于利用环境检测传感器检测获取环境检测数据；运动机构，用于驱动巡检机器人运动；控制模块，用于与巡航模块、监控模块、环境感知模块和运动机构连接，实现巡检机器人的巡检控制。本发明通过采用模块化设计，融合相关功能和复合结构的设计，提高了机器人的功能使用效率，有助于提高巡检机器人的使用效能。

Description

一种移动气体采集分析预警巡检机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种移动气体采集分析预警巡检机器人。

背景技术

目前市面上的巡检机器五花八门，设计风格与方向较为繁杂；目前市面上大部分巡检机器人，缺乏设计感、科技感、造型呆板；传统的巡检产品大部分是简单的功能堆砌；大部分企业的产品基本处于试验样品阶段，样品和小批量生产阶段，制造成本比开模相对低；特别的造型需要开模，无论是冲压模还是塑胶模，成本都比较高。

发明内容

本发明提供了一种移动气体采集分析预警巡检机器人，通过采用模块化设计，融合相关功能和复合结构的设计，提高了机器人的功能使用效率，有助于提高巡检机器人的使用效能。

本发明提供了一种移动气体采集分析预警巡检机器人，包括：

巡航模块，用于利用传感器组件和辅助定位装置，实现巡检机器人的巡航定位；

监控模块，用于利用摄像机获取检测图像；

环境感知模块，用于利用环境检测传感器检测获取环境检测数据；

运动机构，用于驱动巡检机器人运动；

控制模块，用于与巡航模块、监控模块、环境感知模块和运动机构连接，实现巡检机器人的巡检控制。

进一步地，还包括图像存储模块，图像存储模块采用增量扫图和模块化存储技术，用于构建存储巡检环境的高精度地图。

进一步地，还包括辅助控制模块，包括安全触边结构、左右双重紧急停止按钮装置、声光报警器和轮廓灯结构，用于实现升降杆、云台、补光灯、警示灯和风扇等辅助装置的连接控制。

进一步地，巡航模块包括激光雷达传感器、毫米波雷达传感器、惯性传感器、避障传感器、RFI D辅助定位和导航定位单元；导航定位单元，用于实现厘米级精准定位导航，以及设置巡检方案、巡检路线和巡检时间；

巡航模块还包括远距离高分贝拾音器，用于利用无线音频传输系统与巡逻现场实现实时对讲、远程喊话和警告威慑。

进一步地，监控模块包括安装在云台支架上的可见光主摄像机、热成像摄像机和行进摄像机，用于实时拍摄厘米级精度图像；

监控模块还包括高保真双扬声器，用于在巡检现场进行移动式循环播报音频信息；

监控模块还包括人脸识别报警单元，用于识别人脸，获取人脸属性，与人脸数据库中的预存人脸进行对比识别，若对比识别不一致，发出报警提示。

进一步地，环境感知模块包括利用蘑菇头设计的气体采集口，基于环境检测传感器结合AI人工智能技术，检测环境气体量程和精度；若环境气体量程超过预设的量程阈值范围，或环境气体精度超过预设的精度阈值范围，则实施预警；并将环境气体量程和精度上传到控制模块。

进一步地，运动机构包括履带式运动底盘、左右独立避震器和工业级大容量磷酸铁锂电池，用于保持巡检机器人平稳运行。

进一步地，控制模块包括设备控制单元、地图读取控制单元、环境感知控制单元和交互控制单元；

设备控制单元，用于控制巡检机器人开启、关闭或重启；

地图读取控制单元，用于获取当前地图信息和地图列表，以及选择地图；

环境感知控制单元，用于获取气体报警阈值、设置气体报警阈值和获取实时气体数据。

交互控制单元，用于将中控平台与巡检机器人内部设备通过内网Lan端口进行通信连接，将中控平台与预设巡检机器人App软件通过Wi-F i网络进行通信连接，将中控平台与物联网平台通过MQTT协议实现交互。

进一步地，还包括机器人异常检测模块，用于筛查检测巡检机器人异常工作状态；机器人异常检测模块包括正常数据设置单元、工作数据分析单元和异常状态判定单元；

正常数据设置单元，用于获取巡检机器人正常工作状态下各模块的数据标准值；并根据数据标准值设置数据标准值匹配库；

工作数据分析预警单元，用于在巡检机器人启动时获得初始状态数据，若初始状态数据与数据标准值不匹配，则发出初检预警提示；以及在巡检机器人常态工作过程中获取常态工作数据；若常态工作数据与数据标准值不匹配，则发出常检预警提示；

异常状态判定单元，用于根据初检预警提示或常检预警提示，基于预设的预警提示-异常判定方案库，进行异常状态判定，若判定为误报或低于预设异常级别的异常状态，则控制重启设备或停用相关功能，若判定为高于预设异常级别的异常状态，则发出维修提示。

进一步地，还包括轨迹修正模块，用于根据巡检机器人的工作轨迹，调整运动机构的机械构件参数；具体包括：获取巡检机器人的工作轨迹；将工作轨迹与预设的理论轨迹进行比对，获得轨迹偏离区间；根据轨迹偏离区间，获取导致轨迹偏离的路线转折点；根据导航地图，获取路线转折点所对应的实际位置的障碍物；分析运动机构对实际位置的障碍物的碰撞力度值；若碰撞力度值不在预设的碰撞力度值范围内，则根据碰撞力度值的高低，对运动机构的机械构件参数进行调整。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的一种移动气体采集分析预警巡检机器人模块结构示意图；

图2为本发明的一种移动气体采集分析预警巡检机器人的结构设计示意图；

图3为本发明的一种移动气体采集分析预警巡检机器人的控制模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种移动气体采集分析预警巡检机器人，如图1所示，包括：

巡航模块，用于利用传感器组件和辅助定位装置，实现巡检机器人的巡航定位；

监控模块，用于利用摄像机获取检测图像；

环境感知模块，用于利用环境检测传感器检测获取环境检测数据；

运动机构，用于驱动巡检机器人运动；

控制模块，用于与巡航模块、监控模块、环境感知模块和运动机构连接，实现巡检机器人的巡检控制。

上述技术方案的工作原理为：巡航模块，用于利用传感器组件和辅助定位装置，实现巡检机器人的巡航定位；

监控模块，用于利用摄像机获取检测图像；

环境感知模块，用于利用环境检测传感器检测获取环境检测数据；

运动机构，用于驱动巡检机器人运动；

控制模块，用于与巡航模块、监控模块、环境感知模块和运动机构连接，实现巡检机器人的巡检控制。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过采用模块化设计，融合相关功能和复合结构的设计，提高了机器人的功能使用效率，有助于提高巡检机器人的使用效能。

在一个实施例中，还包括图像存储模块，图像存储模块采用增量扫图和模块化存储技术，可快速完成约10万平方米陌生环境的高精度高精度地图的构建。

上述技术方案的工作原理为：还包括图像存储模块，图像存储模块采用增量扫图和模块化存储技术，用于构建存储巡检环境的高精度地图。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过存储高精度地图，可提高巡航机器人巡航的精度。

在一个实施例中，如图2所示，还包括辅助控制模块，包括安全触边结构、左右双重紧急停止按钮装置、声光报警器和轮廓灯结构，用于实现升降杆、云台、补光灯、警示灯和风扇等辅助装置的连接控制。

上述技术方案的工作原理为：还包括辅助控制模块，包括安全触边结构、左右双重紧急停止按钮装置、声光报警器和轮廓灯结构，用于实现升降杆、云台、补光灯、警示灯和风扇等辅助装置的连接控制。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过辅助控制装置的接入，可扩展和丰富巡检机器人的功能。

在一个实施例中，如图2所示，巡航模块包括激光雷达传感器、毫米波雷达传感器、惯性传感器、避障传感器、RFID辅助定位和导航定位单元；导航定位单元，用于实现厘米级精准定位导航，以及设置巡检方案、巡检路线和巡检时间；具备远距离感知功能，在150米之外，仍可获取清晰的图像；具备高精度功能，标准误差控制在±2厘米；可实现实时高速传递信息，传输速度可达600,000pts/s；具备高防护功能，防护等级达I P67级别；激光雷达传感器采用“塔顶式”布局，瞬时水平环形具备350°超广视角；毫米波雷达传感器避障能力突出，实现多重防护；

巡航模块还包括远距离高分贝拾音器，用于利用无线音频传输系统与巡逻现场实现实时对讲、远程喊话和警告威慑。

上述技术方案的工作原理为：巡航模块包括激光雷达传感器、毫米波雷达传感器、惯性传感器、避障传感器、RFI D辅助定位和导航定位单元；导航定位单元，用于实现厘米级精准定位导航，以及设置巡检方案、巡检路线和巡检时间；

巡航模块还包括远距离高分贝拾音器，用于利用无线音频传输系统与巡逻现场实现实时对讲、远程喊话和警告威慑。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过设置导航装置，可提高导航的功能和准确度。

在一个实施例中，如图2所示，监控模块包括安装在云台支架上的可见光主摄像机、热成像摄像机和行进摄像机，用于实时拍摄厘米级精度图像；采用双臂云台设计，利用可见光主摄像机和热成像摄像机，实现360°水平旋转和正负90°垂直旋转，获取高清图像并实时回传，特殊天气、夜间、敏感区域等全天候巡逻布控；

监控模块还包括高保真双扬声器，用于在巡检现场进行移动式循环播报音频信息；

监控模块还包括人脸识别报警单元，用于识别人脸，获取人脸属性，与人脸数据库中的预存人脸进行对比识别，若对比识别不一致，发出报警提示。

上述技术方案的工作原理为：监控模块包括安装在云台支架上的可见光主摄像机、热成像摄像机和行进摄像机，用于实时拍摄厘米级精度图像；

监控模块还包括高保真双扬声器，用于在巡检现场进行移动式循环播报音频信息；

监控模块还包括人脸识别报警单元，用于识别人脸，获取人脸属性，与人脸数据库中的预存人脸进行对比识别，若对比识别不一致，发出报警提示。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过监控以及报警识别，可提高巡检机器人的监控效果。

在一个实施例中，如图2所示，环境感知模块包括利用蘑菇头设计的气体采集口，基于环境检测传感器结合AI人工智能技术，检测环境气体量程和精度；若环境气体量程超过预设的量程阈值范围，或环境气体精度超过预设的精度阈值范围，则实施预警；并将环境气体量程和精度上传到控制模块。

上述技术方案的工作原理为：环境感知模块包括利用蘑菇头设计的气体采集口，基于环境检测传感器结合AI人工智能技术，检测环境气体量程和精度；若环境气体量程超过预设的量程阈值范围，或环境气体精度超过预设的精度阈值范围，则实施预警；并将环境气体量程和精度上传到控制模块。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过采集环境气体数据，可提高巡检机器人的气体采集功效。

在一个实施例中，运动机构包括履带式运动底盘、左右独立避震器和工业级大容量磷酸铁锂电池，用于保持巡检机器人平稳运行。

上述技术方案的工作原理为：运动机构包括履带式运动底盘、左右独立避震器和工业级大容量磷酸铁锂电池，用于保持巡检机器人平稳运行。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过运动机构的设计可保证巡检机器人的平稳运行。

在一个实施例中，控制模块包括设备控制单元、地图读取控制单元、环境感知控制单元和交互控制单元；

设备控制单元，用于控制巡检机器人开启、关闭或重启；

地图读取控制单元，用于获取当前地图信息和地图列表，以及选择地图；

环境感知控制单元，用于获取气体报警阈值、设置气体报警阈值和获取实时气体数据。

交互控制单元，用于将中控平台与巡检机器人内部设备通过内网Lan端口进行通信连接，将中控平台与预设巡检机器人App软件通过Wi-F i网络进行通信连接，将中控平台与物联网平台通过MQTT协议实现交互。

上述技术方案的工作原理为：控制模块包括设备控制单元、地图读取控制单元、环境感知控制单元和交互控制单元；

设备控制单元，用于控制巡检机器人开启、关闭或重启；

地图读取控制单元，用于获取当前地图信息和地图列表，以及选择地图；

环境感知控制单元，用于获取气体报警阈值、设置气体报警阈值和获取实时气体数据。

交互控制单元，用于将中控平台与巡检机器人内部设备通过内网Lan端口进行通信连接，将中控平台与预设巡检机器人App软件通过Wi-F i网络进行通信连接，将中控平台与物联网平台通过MQTT协议实现交互。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过控制模块的联动控制，实现巡检机器人与中控平台的交互，保证巡检机器人的有效控制。

在一个实施例中，还包括机器人异常检测模块，用于筛查检测巡检机器人异常工作状态；机器人异常检测模块包括正常数据设置单元、工作数据分析单元和异常状态判定单元；

正常数据设置单元，用于获取巡检机器人正常工作状态下各模块的数据标准值；并根据数据标准值设置数据标准值匹配库；

工作数据分析预警单元，用于在巡检机器人启动时获得初始状态数据，若初始状态数据与数据标准值不匹配，则发出初检预警提示；以及在巡检机器人常态工作过程中获取常态工作数据；若常态工作数据与数据标准值不匹配，则发出常检预警提示；

异常状态判定单元，用于根据初检预警提示或常检预警提示，基于预设的预警提示-异常判定方案库，进行异常状态判定，若判定为误报或低于预设异常级别的异常状态，则控制重启设备或停用相关功能，若判定为高于预设异常级别的异常状态，则发出维修提示。

上述技术方案的工作原理为：还包括机器人异常检测模块，用于筛查检测巡检机器人异常工作状态；机器人异常检测模块包括正常数据设置单元、工作数据分析单元和异常状态判定单元；

正常数据设置单元，用于获取巡检机器人正常工作状态下各模块的数据标准值；并根据数据标准值设置数据标准值匹配库；

工作数据分析预警单元，用于在巡检机器人启动时获得初始状态数据，若初始状态数据与数据标准值不匹配，则发出初检预警提示；以及在巡检机器人常态工作过程中获取常态工作数据；若常态工作数据与数据标准值不匹配，则发出常检预警提示；

异常状态判定单元，用于根据初检预警提示或常检预警提示，基于预设的预警提示-异常判定方案库，进行异常状态判定，若判定为误报或低于预设异常级别的异常状态，则控制重启设备或停用相关功能，若判定为高于预设异常级别的异常状态，则发出维修提示。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过对异常状态数据的检测，可及时发现巡检机器人的异常工作状态，并发出维修提示。

在一个实施例中，还包括轨迹修正模块，用于根据巡检机器人的工作轨迹，调整运动机构的机械构件参数；具体包括：获取巡检机器人的工作轨迹；将工作轨迹与预设的理论轨迹进行比对，获得轨迹偏离区间；根据轨迹偏离区间，获取导致轨迹偏离的路线转折点；根据导航地图，获取路线转折点所对应的实际位置的障碍物；分析运动机构对实际位置的障碍物的碰撞力度值；若碰撞力度值不在预设的碰撞力度值范围内，则根据碰撞力度值的高低，对运动机构的机械构件参数进行调整。

上述技术方案的工作原理为：还包括轨迹修正模块，用于根据巡检机器人的工作轨迹，调整运动机构的机械构件参数；具体包括：获取巡检机器人的工作轨迹；将工作轨迹与预设的理论轨迹进行比对，获得轨迹偏离区间；根据轨迹偏离区间，获取导致轨迹偏离的路线转折点；根据导航地图，获取路线转折点所对应的实际位置的障碍物；分析运动机构对实际位置的障碍物的碰撞力度值；若碰撞力度值不在预设的碰撞力度值范围内，则根据碰撞力度值的高低，对运动机构的机械构件参数进行调整。

路线转折点即为巡检最优位置的选取点，为了保证轨迹路线的精简高效，有必要选择满足完成巡检任务需求的巡检最优位置；在位置选取上，选择巡检机器人所处位置与巡检任务点的最短距离；

L_min表示巡检机器人所处位置与巡检任务点的最短距离，焊接机器人焊接长度，a_i、b_i、c_i分别表示巡检任务点i的三维坐标值，d表示巡检任务点的数量。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过轨迹的获取，从而对运动机构的机械构件参数进行调整，可以保证导航功能的有效发挥；通过计算巡检机器人所处位置与巡检任务点的最短距离，可以保证路线转折点定位的准确性，从而有利于确定合理的轨迹路线。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种移动气体采集分析预警巡检机器人，其特征在于，包括：

巡航模块，用于利用传感器组件和辅助定位装置，实现巡检机器人的巡航定位；

监控模块，用于利用摄像机获取检测图像；

环境感知模块，用于利用环境检测传感器检测获取环境检测数据；

运动机构，用于驱动巡检机器人运动；

控制模块，用于与巡航模块、监控模块、环境感知模块和运动机构连接，实现巡检机器人的巡检控制；

还包括轨迹修正模块，用于根据巡检机器人的工作轨迹，调整运动机构的机械构件参数；具体包括：

获取巡检机器人的工作轨迹；将工作轨迹与预设的理论轨迹进行比对，获得轨迹偏离区间；根据轨迹偏离区间，获取导致轨迹偏离的路线转折点；根据导航地图，获取路线转折点所对应的实际位置的障碍物；分析运动机构对实际位置的障碍物的碰撞力度值；若碰撞力度值不在预设的碰撞力度值范围内，则根据碰撞力度值的高低，对运动机构的机械构件参数进行调整；

路线转折点即为巡检最优位置的选取点，为了保证轨迹路线的精简高效，有必要选择满足完成巡检任务需求的巡检最优位置；在位置选取上，选择巡检机器人所处位置与巡检任务点的最短距离；

；

表示巡检机器人所处位置与巡检任务点的最短距离，焊接机器人焊接长度，/>、/>、/>分别表示巡检任务点/>的三维坐标值，/>表示巡检任务点的数量。

2.根据权利要求1所述的一种移动气体采集分析预警巡检机器人，其特征在于，还包括图像存储模块，图像存储模块采用增量扫图和模块化存储技术，用于构建存储巡检环境的高精度地图。

3.根据权利要求1所述的一种移动气体采集分析预警巡检机器人，其特征在于，还包括辅助控制模块，包括安全触边结构、左右双重紧急停止按钮装置、声光报警器和轮廓灯结构，用于实现升降杆、云台、补光灯、警示灯和风扇等辅助装置的连接控制。

4.根据权利要求1所述的一种移动气体采集分析预警巡检机器人，其特征在于，巡航模块包括激光雷达传感器、毫米波雷达传感器、惯性传感器、避障传感器、RFID辅助定位和导航定位单元；导航定位单元，用于实现厘米级精准定位导航，以及设置巡检方案、巡检路线和巡检时间；

巡航模块还包括远距离高分贝拾音器，用于利用无线音频传输系统与巡逻现场实现实时对讲、远程喊话和警告威慑。

5.根据权利要求1所述的一种移动气体采集分析预警巡检机器人，其特征在于，监控模块包括安装在云台支架上的可见光主摄像机、热成像摄像机和行进摄像机，用于实时拍摄厘米级精度图像；

监控模块还包括高保真双扬声器，用于在巡检现场进行移动式循环播报音频信息；

监控模块还包括人脸识别报警单元，用于识别人脸，获取人脸属性，与人脸数据库中的预存人脸进行对比识别，若对比识别不一致，发出报警提示。

6.根据权利要求1所述的一种移动气体采集分析预警巡检机器人，其特征在于，环境感知模块包括利用蘑菇头设计的气体采集口，基于环境检测传感器结合AI人工智能技术，检测环境气体量程和精度；若环境气体量程超过预设的量程阈值范围，或环境气体精度超过预设的精度阈值范围，则实施预警；并将环境气体量程和精度上传到控制模块。

7.根据权利要求1所述的一种移动气体采集分析预警巡检机器人，其特征在于，运动机构包括履带式运动底盘、左右独立避震器和工业级大容量磷酸铁锂电池，用于保持巡检机器人平稳运行。

8.根据权利要求1所述的一种移动气体采集分析预警巡检机器人，其特征在于，控制模块包括设备控制单元、地图读取控制单元、环境感知控制单元和交互控制单元；

设备控制单元，用于控制巡检机器人开启、关闭或重启；

地图读取控制单元，用于获取当前地图信息和地图列表，以及选择地图；

环境感知控制单元，用于获取气体报警阈值、设置气体报警阈值和获取实时气体数据；

交互控制单元，用于将中控平台与巡检机器人内部设备通过内网Lan端口进行通信连接，将中控平台与预设巡检机器人App软件通过Wi-Fi网络进行通信连接，将中控平台与物联网平台通过MQTT协议实现交互。

9.根据权利要求1所述的一种移动气体采集分析预警巡检机器人，其特征在于，还包括机器人异常检测模块，用于筛查检测巡检机器人异常工作状态；机器人异常检测模块包括正常数据设置单元、工作数据分析单元和异常状态判定单元；

正常数据设置单元，用于获取巡检机器人正常工作状态下各模块的数据标准值；并根据数据标准值设置数据标准值匹配库；

工作数据分析单元，用于在巡检机器人启动时获得初始状态数据，若初始状态数据与数据标准值不匹配，则发出初检预警提示；以及在巡检机器人常态工作过程中获取常态工作数据；若常态工作数据与数据标准值不匹配，则发出常检预警提示；

异常状态判定单元，用于根据初检预警提示或常检预警提示，基于预设的预警提示-异常判定方案库，进行异常状态判定，若判定为误报或低于预设异常级别的异常状态，则控制重启设备或停用相关功能，若判定为高于预设异常级别的异常状态，则发出维修提示。