CN203720654U - 一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，包括主机，通信基站，超视距视觉机器人，行走机构，行走控制模块和非接触式充电装置。所述行走控制模块由步进电机控制器、驱动器和步进电机组成；超视距视觉机器人由电源模块，电源充电管理模块，视频采集模块和无线通讯模块组成；电源充电管理模块包括蓝牙电路，处理器，电压电流检测电路和非接触式充电电路，无线通讯模块以无线方式和通信基站连接，视频采集模块由摄像机、模数转换器和图像处理单元组成。本实用新型实现在线对视频装置运动的控制，同时其运动具有很大的灵活性，运动范围较大。

Description

一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种通信技术，特别涉及一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统。

背景技术

我国是一个世界矿产大国，也是一个矿难事故多发的国家。由于中国矿井地质比较差，瓦斯浓度高，这给矿井生产带来很多安全隐患。近年来，采矿安全生产问题引起社会越来越广泛的关注，我国政府更是加大了对各级采矿生产企业部门的整顿和规范力度。除了矿层自然条件差，生产机械化程度低也是矿难频发的一个重要原因。由于矿井下的环境复杂恶劣，瓦斯、粉尘、水害、顶底板事故、火灾隐患难以探测和辨别，这些成为危及矿工人身安全的重要因素。一旦发生矿难，若贸然派救护人员下井救援，极易发生二次事故从而危及救援人员的安全。目前井下机器人平台是各国研究的一个热点。从国外研究状况来看，多采用地面自主移动式机器人的形式，代表产品有美国Remotec公司研发的V2，美国Sandia国家实验室的智能系统和机器人中心研发的RATLER和美国iRobot公司研发的Packbot。日本千叶大学蜂鸟搜救机器人采用空中自主飞行的形式。由于国外采矿设备先进，技术成熟，且多为露天矿，而我国的矿井多为深井矿，因此国外的井下机器人平台并不适合我国的实际情况。并且由于井下环境复杂，要求井下机器人应该尽可能结构紧凑且便于运输；要求机器人必须具备强大的环境通行能力、可靠驱动能力和环境适应能力，而这些能力的获取本身又增加了系统的复杂程度，这与结构紧凑、便于运输又形成了矛盾。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，该系统能够通过安装在视觉机器人上的摄像机对井下情况进行实时的监控，并通过通信基站将监控画面实时传输到地面生产调度指挥中心，使各级管理人员对井下的各种情况一目了然；并且使用非接触式充电方式，使得该系统能够长时间连续的工作。

本实用新型采取的技术方案是：一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，它包括有安置在地面对井下环境进行监控的主机，用于接收和传送视频信息的通信基站，用于摄像的超视距视觉机器人，行走机构，行走控制模块和用于给超视距视觉机器人充电的非接触式充电装置；所述主机和通信基站以有线方式连接；所述行走控制模块由步进电机控制器、驱动器和步进电机组成，并以有线方式和通信基站连接；所述行走机构包括轨道、小车、钢缆、大滑轮和小滑轮，钢缆的一端与安装在步进电机顶端上的转轮连接、另一端与大滑轮连接、形成一个闭环，在轨道外面的钢缆由小滑轮支撑、在轨道内部的钢缆由轨道内部的小滑轮支撑，轨道槽口向下、其内部小车的顶端与钢缆固定连接；所述超视距视觉机器人连接在轨道内的小车底部，其由电源模块，电源充电管理模块，视频采集模块和无线通讯模块组成，所述电源充电管理模块包括蓝牙电路，处理器，电压电流检测电路和非接触式充电电路；无线通讯模块以无线方式和通信基站连接，视频采集模块由摄像机、模数转换器和图像处理单元组成。 

上述方案中，由步进电机带动钢缆，钢缆带动小车，小车再带动超视距视觉机器人做来回往复运动。并且所述超视距视觉机器人与小车底部活动连接，可进行拆卸；超视距视觉机器人所携带的电池通过固定在轨道附近的非接触式充电装置自动充电。

上述方案中，所述摄像机输出端连接模数转换器输入端，模数转换器输出端连接图像处理单元输入端。

作为本实用新型优选的技术方案，所述的步进电机控制器使用PLC。

本实用新型的有益效果是采用远程的视频监控能实现在线对视频装置运动的控制，能够实现随时观看，能够对所关心的地点进行仔细的查看。同时由于装载视频的装置是无线的，因而其运动具有很大的灵活性，机器人的运动范围较大。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图。

图2是本实用新型的视频采集模块结构示意图。

图3是本实用新型的行走控制模块结构示意图。

图4是本实用新型的行走机构主视图。

图5是本实用新型的轨道结构侧视图。

图6是非接触式充装置原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参照图1、图2、图3，图4，图5，一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，包括有安置在地面对井下环境进行监控的主机1，用于接收和传送视频信息的通信基站2，用于摄像的超视距视觉机器人4，行走机构6，行走控制模块3和用于给超视距视觉机器人充电的非接触式充电装置5；所述主机1和通信基站2以有线方式连接；所述行走控制模块3由步进电机控制器31、驱动器32和步进电机33组成，并以有线方式和通信基站2连接；所述行走机构6包括轨道61、小车65、钢缆64、大滑轮62和小滑轮63，钢缆64的一端与安装在步进电机33顶端上的转轮331连接、另一端与大滑轮62连接、形成一个闭环，在轨道61外面的钢缆64由小滑轮63支撑、在轨道61内部的钢缆64由轨道61内部的小滑轮63支撑，轨道61槽口向下、其内部小车65的顶端与钢缆64固定连接；所述超视距视觉机器人4连接在轨道61内的小车65底部，其由电源模块41，电源充电管理模块42，视频采集模块43和无线通讯模块44组成，所述电源充电管理模块42包括蓝牙电路，处理器，电压电流检测电路和非接触式充电电路；无线通讯模块以无线方式和通信基站2连接，视频采集模块43由摄像机431、模数转换器432和图像处理单元433组成。

此外，超视距视觉机器人行走是由步进电机33带动钢缆64，钢缆带动小车65，小车再带动超视距视觉机器人4做来回往复运动；所述超视距视觉机器人4与小车65底部活动连接，可进行拆卸；超视距视觉机器人4所携带的电池通过固定在轨道61附近的非接触式充电装置5自动充电。所述摄像机431输出端连接模数转换器432输入端，模数转换器432输出端连接图像处理单元433输入端。所述的步进电机控制器31使用PLC。

图6是非接触式充电原理结构示意图，整体结构上实际是一个谐振式无线能量传输系统，如图所示，有以下几个模块组成：工频交流电源、工频整流模块、高频逆变模块、发射线圈、接收线圈、高频整流模块、系统控制器模块。整个的充电过程是：市电首先通过整流模块进行整流，得到稳定的直流电；直流电经过高频逆变，加到发射线圈之上，再经过谐振式强磁耦合传输到了接收线圈。接收线圈上的电能再经过高频整流以及后续调理电路加到了负载上。系统在工作的时候通过检测发射线圈上的电流信号，来判断系统的工作状态，以此来调整逆变电路的控制信号，以达到稳定系统输出的目的。

在整个系统运行中，超视距视觉机器人在预先铺设好的导轨上行走，通过视频采集模块中摄像机拍摄图像、这里的摄像机可以采用IP摄像机，拍摄的图像经过模数转换器转换成数字信号，经由图像处理单元处理后，经过超视距视觉机器人内部的无线通讯模块，以无线方式与通信基站进行通信，将视频画面通过通信基站和光纤以太网传输到地面调度指挥中心主机的超视距视觉机器人巡视监控界面窗口。由于井下无线通信受到复杂环境的干扰导致通信距离较短，通常只有100-200米，因此在轨道行走线路上每隔一段距离设置一套通信基站，基站与超视距视觉机器人巡视监控系统“码头”之间以光纤以太网相连；这里所说的“码头”是：当巡视结束时，超视距视觉机器人回到一个固定的地点，我们称该停靠地点为“码头”；在“码头”上设置有行走控制模块和非接触式充电装置。地面监控中心通过主机发送指令给机器人行走控制模块，驱动井下步进电机，步进电机带动轨道运行，实现对超视距视觉机器人在摄像过程中的远程行走控制，指挥超视距视觉机器人前往指定的位置或巡视监控。超视距视觉机器人通过内部电源模块供电，当巡视结束时，超视距视觉机器人回到“码头”；在超视距视觉机器人进入码头后，系统会自动检测电池容量，如果电池容量低到需要充电的状态，非接触式充电装置即可实施非接触式充电,无须工作人员介入。采用非接触式充电，目的是超视距视觉机器人在移动行走时不需要拖一根电源电缆，充电时的非接触式充电可以实现井下防爆以及在线充电，可以保证机器人摄像平台能够长时间连续的工作，减小电池体积及成本，克服接触式充电可能产生电火花以及维护工作量大的弊端。另外，超视距视觉机器人的行走控制模块是由步进电机控制器、驱动器和步进电机这三部分组成。步进电机控制器是行走系统的指挥中心,通过脉冲频率和脉冲数量来控制步进电机转动的速度和角度,通过高低电平来控制步进电机转动的方向或者脱机。采用PLC的步进电机控制器指令更丰富，抗干扰能力更强。步进电机的驱动按照一个脉冲信号走一步，步进角则根据固有参数计算，比如以五相步进电机为例，采用基本步进角即无细分，则每给一个脉冲信号，步进电机运转0.72°，500脉冲一圈。所以当脉冲的频率越高时，步进电机的运转速度越快，比如脉冲频率为500赫兹，则一秒转一圈，依次计算即可。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，其特征在于：它包括有安置在地面对井下环境进行监控的主机（1），用于接收和传送视频信息的通信基站（2），用于摄像的超视距视觉机器人（4），行走机构（6），行走控制模块（3）和用于给超视距视觉机器人充电的非接触式充电装置（5）；

所述主机（1）和通信基站（2）以有线方式连接；所述行走控制模块（3）由步进电机控制器（31）、驱动器（32）和步进电机（33）组成，并以有线方式和通信基站（2）连接；

所述行走机构（6）包括轨道（61）、小车（65）、钢缆（64）、大滑轮（62）和小滑轮（63），钢缆（64）的一端与安装在步进电机（33）顶端上的转轮（331）连接、另一端与大滑轮（62）连接、形成一个闭环，在轨道（61）外面的钢缆（64）由小滑轮（63）支撑、在轨道（61）内部的钢缆（64）由轨道（61）内部的小滑轮（63）支撑，轨道（61）槽口向下、其内部小车（65）的顶端与钢缆（64）固定连接；

所述超视距视觉机器人（4）连接在轨道（61）内的小车（65）底部，其由电源模块（41），电源充电管理模块（42），视频采集模块（43）和无线通讯模块（44）组成，所述电源充电管理模块（42）包括蓝牙电路，处理器，电压电流检测电路和非接触式充电电路；无线通讯模块以无线方式和通信基站（2）连接，视频采集模块（43）由摄像机（431）、模数转换器（432）和图像处理单元（433）组成。

2.根据权利要求1中所述的一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，其特征在于：由步进电机（33）带动钢缆（64），钢缆带动小车（65），小车再带动超视距视觉机器人（4）做来回往复运动。

3.根据权利要求1或2中所述的一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，其特征在于：所述超视距视觉机器人（4）与小车（65）底部活动连接，可进行拆卸。

4.根据权利要求1中所述的一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，其特征在于：所述摄像机（431）输出端连接模数转换器（432）输入端，模数转换器（432）输出端连接图像处理单元（433）输入端。

5.根据权利要求1中所述的一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，其特征在于：所述的超视距视觉机器人（4）所携带的电池通过固定在轨道（61）附近的非接触式充电装置（5）自动充电。

6.根据权利要求1中所述的一种井下超视距视觉机器人巡视监控系统，其特征在于：所述的步进电机控制器（31）使用PLC。