一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，包括主機(jī)，通信基站，超視距視覺機(jī)器人，行走機(jī)構(gòu)，行走控制模塊和非接觸式充電裝置。所述行走控制模塊由步進(jìn)電機(jī)控制器、驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)組成；超視距視覺機(jī)器人由電源模塊，電源充電管理模塊，視頻采集模塊和無線通訊模塊組成；電源充電管理模塊包括藍(lán)牙電路，處理器，電壓電流檢測電路和非接觸式充電電路，無線通訊模塊以無線方式和通信基站連接，視頻采集模塊由攝像機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和圖像處理單元組成。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)在線對視頻裝置運(yùn)動的控制，同時(shí)其運(yùn)動具有很大的靈活性，運(yùn)動范圍較大。
【專利說明】一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種通信技術(shù)，特別涉及一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個世界礦產(chǎn)大國，也是一個礦難事故多發(fā)的國家。由于中國礦井地質(zhì)比較差，瓦斯?jié)舛雀?，這給礦井生產(chǎn)帶來很多安全隱患。近年來，采礦安全生產(chǎn)問題引起社會越來越廣泛的關(guān)注，我國政府更是加大了對各級采礦生產(chǎn)企業(yè)部門的整頓和規(guī)范力度。除了礦層自然條件差，生產(chǎn)機(jī)械化程度低也是礦難頻發(fā)的一個重要原因。由于礦井下的環(huán)境復(fù)雜惡劣，瓦斯、粉塵、水害、頂?shù)装迨鹿?、火?zāi)隱患難以探測和辨別，這些成為危及礦工人身安全的重要因素。一旦發(fā)生礦難，若貿(mào)然派救護(hù)人員下井救援，極易發(fā)生二次事故從而危及救援人員的安全。目前井下機(jī)器人平臺是各國研究的一個熱點(diǎn)。從國外研究狀況來看，多采用地面自主移動式機(jī)器人的形式，代表產(chǎn)品有美國Remotec公司研發(fā)的V2，美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的智能系統(tǒng)和機(jī)器人中心研發(fā)的RATLER和美國iRobot公司研發(fā)的Packbot。日本千葉大學(xué)蜂鳥搜救機(jī)器人采用空中自主飛行的形式。由于國外采礦設(shè)備先進(jìn)，技術(shù)成熟，且多為露天礦，而我國的礦井多為深井礦，因此國外的井下機(jī)器人平臺并不適合我國的實(shí)際情況。并且由于井下環(huán)境復(fù)雜，要求井下機(jī)器人應(yīng)該盡可能結(jié)構(gòu)緊湊且便于運(yùn)輸；要求機(jī)器人必須具備強(qiáng)大的環(huán)境通行能力、可靠驅(qū)動能力和環(huán)境適應(yīng)能力，而這些能力的獲取本身又增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，這與結(jié)構(gòu)緊湊、便于運(yùn)輸又形成了矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過安裝在視覺機(jī)器人上的攝像機(jī)對井下情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并通過通信基站將監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嫔a(chǎn)調(diào)度指揮中心，使各級管理人員對井下的各種情況一目了然；并且使用非接觸式充電方式，使得該系統(tǒng)能夠長時(shí)間連續(xù)的工作。
[0004]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，它包括有安置在地面對井下環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控的主機(jī)，用于接收和傳送視頻信息的通信基站，用于攝像的超視距視覺機(jī)器人，行走機(jī)構(gòu)，行走控制模塊和用于給超視距視覺機(jī)器人充電的非接觸式充電裝置；所述主機(jī)和通信基站以有線方式連接；所述行走控制模塊由步進(jìn)電機(jī)控制器、驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)組成，并以有線方式和通信基站連接；所述行走機(jī)構(gòu)包括軌道、小車、鋼纜、大滑輪和小滑輪，鋼纜的一端與安裝在步進(jìn)電機(jī)頂端上的轉(zhuǎn)輪連接、另一端與大滑輪連接、形成一個閉環(huán)，在軌道外面的鋼纜由小滑輪支撐、在軌道內(nèi)部的鋼纜由軌道內(nèi)部的小滑輪支撐，軌道槽口向下、其內(nèi)部小車的頂端與鋼纜固定連接；所述超視距視覺機(jī)器人連接在軌道內(nèi)的小車底部，其由電源模塊，電源充電管理模塊，視頻采集模塊和無線通訊模塊組成，所述電源充電管理模塊包括藍(lán)牙電路，處理器，電壓電流檢測電路和非接觸式充電電路；無線通訊模塊以無線方式和通信基站連接，視頻采集模塊由攝像機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和圖像處理單元組成。
[0005]上述方案中，由步進(jìn)電機(jī)帶動鋼纜，鋼纜帶動小車，小車再帶動超視距視覺機(jī)器人做來回往復(fù)運(yùn)動。并且所述超視距視覺機(jī)器人與小車底部活動連接，可進(jìn)行拆卸；超視距視覺機(jī)器人所攜帶的電池通過固定在軌道附近的非接觸式充電裝置自動充電。
[0006]上述方案中，所述攝像機(jī)輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接圖像處理單元輸入端。
[0007]作為本實(shí)用新型優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的步進(jìn)電機(jī)控制器使用PLC。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是采用遠(yuǎn)程的視頻監(jiān)控能實(shí)現(xiàn)在線對視頻裝置運(yùn)動的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)觀看，能夠?qū)λP(guān)心的地點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)的查看。同時(shí)由于裝載視頻的裝置是無線的，因而其運(yùn)動具有很大的靈活性，機(jī)器人的運(yùn)動范圍較大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是本實(shí)用新型的視頻采集模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3是本實(shí)用新型的行走控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖4是本實(shí)用新型的行走機(jī)構(gòu)主視圖。
[0013]圖5是本實(shí)用新型的軌道結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0014]圖6是非接觸式充裝置原理結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0016]參照圖1、圖2、圖3，圖4，圖5，一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，包括有安置在地面對井下環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控的主機(jī)1，用于接收和傳送視頻信息的通信基站2，用于攝像的超視距視覺機(jī)器人4，行走機(jī)構(gòu)6，行走控制模塊3和用于給超視距視覺機(jī)器人充電的非接觸式充電裝置5 ;所述主機(jī)I和通信基站2以有線方式連接；所述行走控制模塊3由步進(jìn)電機(jī)控制器31、驅(qū)動器32和步進(jìn)電機(jī)33組成，并以有線方式和通信基站2連接；所述行走機(jī)構(gòu)6包括軌道61、小車65、鋼纜64、大滑輪62和小滑輪63，鋼纜64的一端與安裝在步進(jìn)電機(jī)33頂端上的轉(zhuǎn)輪331連接、另一端與大滑輪62連接、形成一個閉環(huán)，在軌道61外面的鋼纜64由小滑輪63支撐、在軌道61內(nèi)部的鋼纜64由軌道61內(nèi)部的小滑輪63支撐，軌道61槽口向下、其內(nèi)部小車65的頂端與鋼纜64固定連接；所述超視距視覺機(jī)器人4連接在軌道61內(nèi)的小車65底部，其由電源模塊41，電源充電管理模塊42，視頻采集模塊43和無線通訊模塊44組成，所述電源充電管理模塊42包括藍(lán)牙電路，處理器，電壓電流檢測電路和非接觸式充電電路；無線通訊模塊以無線方式和通信基站2連接，視頻采集模塊43由攝像機(jī)431、模數(shù)轉(zhuǎn)換器432和圖像處理單元433組成。
[0017]此外，超視距視覺機(jī)器人行走是由步進(jìn)電機(jī)33帶動鋼纜64，鋼纜帶動小車65，小車再帶動超視距視覺機(jī)器人4做來回往復(fù)運(yùn)動；所述超視距視覺機(jī)器人4與小車65底部活動連接，可進(jìn)行拆卸；超視距視覺機(jī)器人4所攜帶的電池通過固定在軌道61附近的非接觸式充電裝置5自動充電。所述攝像機(jī)431輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器432輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器432輸出端連接圖像處理單元433輸入端。所述的步進(jìn)電機(jī)控制器31使用PLC。[0018]圖6是非接觸式充電原理結(jié)構(gòu)示意圖，整體結(jié)構(gòu)上實(shí)際是一個諧振式無線能量傳輸系統(tǒng)，如圖所示，有以下幾個模塊組成:工頻交流電源、工頻整流模塊、高頻逆變模塊、發(fā)射線圈、接收線圈、高頻整流模塊、系統(tǒng)控制器模塊。整個的充電過程是:市電首先通過整流模塊進(jìn)行整流，得到穩(wěn)定的直流電；直流電經(jīng)過高頻逆變，加到發(fā)射線圈之上，再經(jīng)過諧振式強(qiáng)磁耦合傳輸?shù)搅私邮站€圈。接收線圈上的電能再經(jīng)過高頻整流以及后續(xù)調(diào)理電路加到了負(fù)載上。系統(tǒng)在工作的時(shí)候通過檢測發(fā)射線圈上的電流信號，來判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以此來調(diào)整逆變電路的控制信號，以達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)輸出的目的。
[0019]在整個系統(tǒng)運(yùn)行中，超視距視覺機(jī)器人在預(yù)先鋪設(shè)好的導(dǎo)軌上行走，通過視頻采集模塊中攝像機(jī)拍攝圖像、這里的攝像機(jī)可以采用IP攝像機(jī)，拍攝的圖像經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)由圖像處理單元處理后，經(jīng)過超視距視覺機(jī)器人內(nèi)部的無線通訊模塊，以無線方式與通信基站進(jìn)行通信，將視頻畫面通過通信基站和光纖以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度指揮中心主機(jī)的超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控界面窗口。由于井下無線通信受到復(fù)雜環(huán)境的干擾導(dǎo)致通信距離較短，通常只有100-200米，因此在軌道行走線路上每隔一段距離設(shè)置一套通信基站，基站與超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)“碼頭”之間以光纖以太網(wǎng)相連；這里所說的“碼頭”是:當(dāng)巡視結(jié)束時(shí)，超視距視覺機(jī)器人回到一個固定的地點(diǎn)，我們稱該?？康攸c(diǎn)為“碼頭”;在“碼頭”上設(shè)置有行走控制模塊和非接觸式充電裝置。地面監(jiān)控中心通過主機(jī)發(fā)送指令給機(jī)器人行走控制模塊，驅(qū)動井下步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動軌道運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對超視距視覺機(jī)器人在攝像過程中的遠(yuǎn)程行走控制，指揮超視距視覺機(jī)器人前往指定的位置或巡視監(jiān)控。超視距視覺機(jī)器人通過內(nèi)部電源模塊供電，當(dāng)巡視結(jié)束時(shí)，超視距視覺機(jī)器人回到“碼頭”;在超視距視覺機(jī)器人進(jìn)入碼頭后，系統(tǒng)會自動檢測電池容量，如果電池容量低到需要充電的狀態(tài)，非接觸式充電裝置即可實(shí)施非接觸式充電，無須工作人員介入。采用非接觸式充電，目的是超視距視覺機(jī)器人在移動行走時(shí)不需要拖一根電源電纜，充電時(shí)的非接觸式充電可以實(shí)現(xiàn)井下防爆以及在線充電，可以保證機(jī)器人攝像平臺能夠長時(shí)間連續(xù)的工作，減小電池體積及成本，克服接觸式充電可能產(chǎn)生電火花以及維護(hù)工作量大的弊端。另外，超視距視覺機(jī)器人的行走控制模塊是由步進(jìn)電機(jī)控制器、驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)這三部分組成。步進(jìn)電機(jī)控制器是行走系統(tǒng)的指揮中心，通過脈沖頻率和脈沖數(shù)量來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和角度，通過高低電平來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的方向或者脫機(jī)。采用PLC的步進(jìn)電機(jī)控制器指令更豐富，抗干擾能力更強(qiáng)。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動按照一個脈沖信號走一步，步進(jìn)角則根據(jù)固有參數(shù)計(jì)算，比如以五相步進(jìn)電機(jī)為例，采用基本步進(jìn)角即無細(xì)分，則每給一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)0.72°，500脈沖一圈。所以當(dāng)脈沖的頻率越高時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越快，比如脈沖頻率為500赫茲，則一秒轉(zhuǎn)一圈，依次計(jì)算即可。
[0020]本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:它包括有安置在地面對井下環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控的主機(jī)(1)，用于接收和傳送視頻信息的通信基站(2)，用于攝像的超視距視覺機(jī)器人(4)，行走機(jī)構(gòu)(6)，行走控制模塊(3)和用于給超視距視覺機(jī)器人充電的非接觸式充電裝置(5)； 所述主機(jī)(I)和通信基站(2 )以有線方式連接；所述行走控制模塊(3 )由步進(jìn)電機(jī)控制器(31)、驅(qū)動器(32 )和步進(jìn)電機(jī)(33 )組成，并以有線方式和通信基站(2 )連接； 所述行走機(jī)構(gòu)(6 )包括軌道(61)、小車(65 )、鋼纜(64)、大滑輪(62 )和小滑輪(63 )，鋼纜(64)的一端與安裝在步進(jìn)電機(jī)(33)頂端上的轉(zhuǎn)輪(331)連接、另一端與大滑輪(62)連接、形成一個閉環(huán)，在軌道(61)外面的鋼纜(64)由小滑輪(63)支撐、在軌道(61)內(nèi)部的鋼纜(64)由軌道(61)內(nèi)部的小滑輪(63)支撐，軌道(61)槽口向下、其內(nèi)部小車(65)的頂端與鋼纜(64)固定連接； 所述超視距視覺機(jī)器人(4 )連接在軌道(61)內(nèi)的小車(65 )底部，其由電源模塊(41)，電源充電管理模塊(42 )，視頻采集模塊(43 )和無線通訊模塊(44 )組成，所述電源充電管理模塊(42)包括藍(lán)牙電路，處理器，電壓電流檢測電路和非接觸式充電電路；無線通訊模塊以無線方式和通信基站(2)連接，視頻采集模塊(43)由攝像機(jī)(431)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(432)和圖像處理單元(433)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:由步進(jìn)電機(jī)(33)帶動鋼纜(64)，鋼纜帶動小車(65)，小車再帶動超視距視覺機(jī)器人(4)做來回往復(fù)運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述超視距視覺機(jī)器人(4)與小車(65)底部活動連接，可進(jìn)行拆卸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述攝像機(jī)(431)輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(432)輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(432)輸出端連接圖像處理單元(433)輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的超視距視覺機(jī)器人(4)所攜帶的電池通過固定在軌道(61)附近的非接觸式充電裝置(5)自動充電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種井下超視距視覺機(jī)器人巡視監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的步進(jìn)電機(jī)控制器(31)使用PLC。
【文檔編號】G05D1/02GK203720654SQ201420049062
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】韓鳴, 韓沅志, 王文娟 申請人:南京艾侖德系統(tǒng)科技有限公司