移動(dòng)巡檢極地機(jī)器人自主充電系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于極地機(jī)器人領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前針對(duì)移動(dòng)極地機(jī)器人自主充電技術(shù)采用多種傳感器融合的方案。比如，家庭掃地極地機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主充電功能的技術(shù)方案需要激光傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等;室外移動(dòng)極地機(jī)器人自主充電方案除了需要上述傳感器外還需要加裝GPS，有的需要在地面上鋪設(shè)引導(dǎo)線。
[0003]上述方案針對(duì)結(jié)構(gòu)化的應(yīng)用場(chǎng)景，需要對(duì)應(yīng)用環(huán)境做比較大的改造。部分進(jìn)口傳感器價(jià)格昂貴，而且在惡劣環(huán)境中，效果很差。激光傳感器測(cè)量距離有限，要求工作環(huán)境中一定距離內(nèi)有結(jié)構(gòu)化的物體能夠反射傳感器發(fā)射的激光，在空曠地帶沒(méi)有反射物時(shí)無(wú)法工作。室外高精度激光傳感器價(jià)格十分昂貴，其體積和重量也比較大，其應(yīng)用是需要將傳感器固定應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供移動(dòng)巡檢極地機(jī)器人自主充電系統(tǒng)及其方法，能夠應(yīng)用在南極科考站的電力系統(tǒng)巡檢。與常見(jiàn)的電站巡檢系統(tǒng)相比，本發(fā)明工作環(huán)境溫度極低，最低可至IJ-40攝氏度;本發(fā)明應(yīng)用多邊形匹配算法對(duì)攝像機(jī)所捕捉到的所有物體的圖像進(jìn)行形狀對(duì)比處理，找出符合所述目標(biāo)物體形狀的圖像，可以很好的應(yīng)用在巡檢路線空曠的環(huán)境下，不用設(shè)定固定的物體反射激光、超聲波、紅外等傳感器發(fā)出的信號(hào)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]移動(dòng)巡檢極地機(jī)器人自主充電系統(tǒng)，其特征在于:包括極地機(jī)器人、設(shè)置進(jìn)出口的充電倉(cāng)倉(cāng)體和相應(yīng)設(shè)于進(jìn)出口外側(cè)的坡道，極地機(jī)器人設(shè)有充電頭、機(jī)器人主控芯片、接觸傳感器、磁釘傳感器、電機(jī)、攝像機(jī)和攝像機(jī)云臺(tái)，接觸傳感器、磁釘傳感器、電機(jī)、攝像機(jī)和攝像機(jī)云臺(tái)均與機(jī)器人主控芯片電連接;所述攝像機(jī)設(shè)于攝像機(jī)云臺(tái)上;充電倉(cāng)倉(cāng)體內(nèi)設(shè)有電池和用于與充電頭相接觸并對(duì)極地極地機(jī)器人充電的充電座，電池與充電座電連接；坡道的進(jìn)入端的橫向側(cè)邊設(shè)有第一目標(biāo)物體，進(jìn)出口處設(shè)有第二目標(biāo)物體，充電座的側(cè)邊設(shè)有第三目標(biāo)物體。
[0007]所述充電座包括固設(shè)在充電倉(cāng)倉(cāng)體內(nèi)的座板、一端與座板固定連接的橫桿、與座板間隔設(shè)置的簧片安裝板和簧片安裝板上設(shè)置的充電簧片，所述橫桿另一端穿過(guò)簧片安裝板且固設(shè)有擋板，座板與簧片安裝板之間設(shè)有套設(shè)在橫桿外圈的彈簧。
[0008]基于所述的移動(dòng)巡檢極地機(jī)器人自主充電系統(tǒng)的移動(dòng)巡檢極地機(jī)器人自主充電方法，包括以下步驟:
[0009]步驟I:極地機(jī)器人搜索目標(biāo)步驟如下:
[0010]步驟Al:對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行描述，即將目標(biāo)物體的形狀特征錄入極地機(jī)器人的主控芯片中；
[0011]步驟B1:機(jī)器人主控芯片控制攝像機(jī)云臺(tái)勻速緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)攝像機(jī)，使攝像機(jī)捕捉到極地機(jī)器人周邊所有物體的圖像；
[0012]步驟Cl:機(jī)器人主控芯片通過(guò)多邊形匹配算法對(duì)攝像機(jī)所捕捉到的所有物體的圖像進(jìn)行形狀對(duì)比處理，找出符合所述目標(biāo)物體形狀的圖像；
[0013]步驟Dl:如未找出符合所述目標(biāo)物體形狀的圖像則執(zhí)行步驟BI;如已經(jīng)找出符合所述目標(biāo)物體形狀的圖像則執(zhí)行步驟El;
[0014]步驟El:機(jī)器人主控芯片控制攝像機(jī)云臺(tái)使攝像機(jī)正對(duì)目標(biāo)物體；
[0015]步驟Fl:機(jī)器人主控芯片控制攝像機(jī)調(diào)整攝像焦距，使目標(biāo)物體的成像大小適中，機(jī)器人主控芯片根據(jù)攝像機(jī)的焦距信息計(jì)算出極地機(jī)器人距離目標(biāo)物體的大致距離；
[0016]步驟Gl:機(jī)器人主控芯片停止攝像機(jī)云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，使攝像機(jī)正對(duì)目標(biāo)物體;極地機(jī)器人完成搜索目標(biāo)物體的步驟；
[0017]步驟2:極地機(jī)器人自動(dòng)轉(zhuǎn)向，使極地機(jī)器人的前方正對(duì)目標(biāo)物體，具體步驟如下:
[0018]步驟A2:機(jī)器人主控芯片根據(jù)攝像機(jī)云臺(tái)偏轉(zhuǎn)角度計(jì)算出極地機(jī)器人需要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動(dòng)速度；
[0019]步驟B2:機(jī)器人主控芯片控制極地機(jī)器人上的電機(jī)使極地機(jī)器人轉(zhuǎn)向；
[0020]步驟C2:機(jī)器人主控芯片根據(jù)攝像機(jī)捕捉的圖像來(lái)判斷是否因轉(zhuǎn)向過(guò)頭而使攝像機(jī)丟失目標(biāo)物體;是，則執(zhí)行步驟A2;否則執(zhí)行步驟D2;
[0021 ]步驟D2:執(zhí)行步驟I極地機(jī)器人再次搜索目標(biāo)物體；
[0022]步驟E2:判斷極地機(jī)器人前方是否已經(jīng)正對(duì)目標(biāo)物體;是，則執(zhí)行步驟F2;否，則執(zhí)行步驟A2;
[0023]步驟F2:極地機(jī)器人完成自動(dòng)轉(zhuǎn)向，使極地機(jī)器人的前方正對(duì)目標(biāo)物體的步驟；
[0024]步驟3:極地機(jī)器人向目標(biāo)物體前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，具體步驟如下:
[0025]步驟A3:機(jī)器人主控芯片控制電機(jī)使極地機(jī)器人向前或者向后運(yùn)動(dòng)，調(diào)整極地機(jī)器人位置；
[0026]步驟B3:機(jī)器人主控芯片根據(jù)攝像機(jī)捕捉到的圖像來(lái)判斷是否丟失目標(biāo)物體;是，則執(zhí)行步驟C3;否，則執(zhí)行步驟A3;
[0027]步驟C3:執(zhí)行步驟I極地機(jī)器人再次搜索目標(biāo)；
[0028]步驟D3:執(zhí)行步驟2使極地機(jī)器人的前方正對(duì)目標(biāo)物體；
[0029]步驟E3:機(jī)器人主控芯片判斷攝像機(jī)焦距的放大倍數(shù)是否已經(jīng)設(shè)置為最?。皇?，則執(zhí)行步驟F3;否，則執(zhí)行步驟A3;
[0030]步驟F3:極地機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)物體，完成極地機(jī)器人向目標(biāo)物體前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的步驟；
[0031]步驟4:極地機(jī)器人判斷需要進(jìn)行充電動(dòng)作，并開(kāi)始執(zhí)行充電步驟；
[0032]步驟5:極地機(jī)器人控制攝像機(jī)云臺(tái)搜索充電倉(cāng)倉(cāng)體門口的第一目標(biāo)物體:首先執(zhí)行步驟I極地機(jī)器人搜索第一目標(biāo)物體;其次執(zhí)行步驟2極地機(jī)器人轉(zhuǎn)向使極地機(jī)器人前方正對(duì)第一目標(biāo)物體;再次執(zhí)行步驟3極地機(jī)器人向第一目標(biāo)物體前進(jìn)；
[0033]步驟6:極地機(jī)器人到達(dá)第一目標(biāo)物體，并更換目標(biāo)物體為第二目標(biāo)物體:首先執(zhí)行步驟I極地機(jī)器人搜索第二目標(biāo)物體;其次執(zhí)行步驟2極地機(jī)器人轉(zhuǎn)向使極地機(jī)器人前方正對(duì)第二目標(biāo)物體;再次執(zhí)行步驟3極地機(jī)器人向第二目標(biāo)物體前進(jìn)；
[0034]步驟7:極地機(jī)器人到達(dá)第二目標(biāo)物體，并更換目標(biāo)物體為第三目標(biāo)物體:首先執(zhí)行步驟I極地機(jī)器人搜索第三目標(biāo)物體;其次執(zhí)行步驟2極地機(jī)器人轉(zhuǎn)向使極地機(jī)器人前方正對(duì)第三目標(biāo)物體;再次執(zhí)行步驟3極地機(jī)器人向第三目標(biāo)物體前進(jìn)；
[0035]步驟8:極地機(jī)器人尚未達(dá)第三目標(biāo)物體時(shí)，機(jī)器人主控芯片控制磁釘傳感器檢測(cè)磁釘?shù)男盘?hào)，如檢測(cè)到磁釘?shù)男盘?hào)則執(zhí)行步驟9;如未檢測(cè)到磁釘?shù)男盘?hào)則繼續(xù)執(zhí)行步驟8;
[0036]步驟9:機(jī)器人主控芯片控制電機(jī)降低極地機(jī)器人的前進(jìn)速度；
[0037]步驟10:極地機(jī)器人尚未達(dá)第三目標(biāo)物體時(shí)，機(jī)器人主控芯片控制接觸傳感器檢測(cè)觸點(diǎn)接觸信號(hào)，如檢測(cè)到觸點(diǎn)接觸信號(hào)則執(zhí)行步驟11;如未檢測(cè)到觸點(diǎn)接觸信號(hào)則繼續(xù)執(zhí)行步驟10;
[0038]步驟11:極地機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)；
[0039]步驟12:機(jī)器人主控芯片將供電切換為外部電源供電；
[0040]步驟13:機(jī)器人主控芯片使能充電電路，開(kāi)始對(duì)電池充電。
[0041]本發(fā)明所述的移動(dòng)巡檢極地機(jī)器人自主充電系統(tǒng)及其方法，能夠應(yīng)用在南極科考站的電力系統(tǒng)巡檢。與常見(jiàn)的電站巡檢系統(tǒng)相比，本發(fā)明工作環(huán)境溫度極低，最低可到-40攝氏度;為防止充電倉(cāng)被雨雪淹沒(méi)，設(shè)計(jì)高于地面，且有一個(gè)斜坡，斜坡表面具有防滑材料和花紋。充電倉(cāng)內(nèi)壁有一個(gè)充電座。充電座突出部分上有四塊充電簧片，充電簧片與充電倉(cāng)內(nèi)壁有彈簧連接，具有緩沖作用。極地機(jī)器人外壁裝有四個(gè)金屬觸點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)充電座上充電簧片。在充電倉(cāng)上若干位置裝有圖像識(shí)別的標(biāo)志物，且每個(gè)標(biāo)志物都不相同。極地機(jī)器人可以通過(guò)識(shí)別不同標(biāo)志物，確定本體與充電倉(cāng)的相對(duì)位置。
[0042]本發(fā)明采用基于圖像識(shí)別的自主充電方案。系統(tǒng)安裝調(diào)試過(guò)程中，在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)安裝若干目標(biāo)物體。目標(biāo)物體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及圖像識(shí)別算法具有容易識(shí)別且不會(huì)混淆的特征。極地機(jī)器人通過(guò)程序設(shè)定，依次通過(guò)攝像頭圖像識(shí)別尋找目標(biāo)物體，由遠(yuǎn)及近地接近充電倉(cāng)的入口。在充電倉(cāng)入口處，通過(guò)計(jì)算目標(biāo)物體與極地機(jī)器人本體之間的夾角，調(diào)節(jié)極地機(jī)器人位姿，使極地機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)充電倉(cāng)入口。極地機(jī)器人進(jìn)入充電倉(cāng)時(shí)，調(diào)節(jié)極地機(jī)器人位姿，保持正對(duì)充電倉(cāng)。極地機(jī)器人檢測(cè)到與充電接口對(duì)接成功時(shí)，立刻停止。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；
[0044]圖2是本發(fā)明的充電狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖；
[0045]圖3是本發(fā)明的充電座內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0046]圖4是控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖5是控制模塊與履帶行走模塊連接狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖6是本發(fā)明的極地機(jī)器人搜索目標(biāo)流程圖；
[0049]圖7是本發(fā)明的極地機(jī)器人正對(duì)目標(biāo)物體流程圖；
[0050]圖8是本發(fā)明的極地機(jī)器人向目標(biāo)物體前進(jìn)流程圖；
[0051 ]圖9是本發(fā)明的極地機(jī)器人充電流程圖；
[0052]圖中:極地機(jī)器人1、充電倉(cāng)倉(cāng)體2、坡道3、充電頭4、接觸傳感器5、磁釘傳感器6、攝像機(jī)云臺(tái)7、充電座8、第一目標(biāo)物體9、第二目標(biāo)物體1和第三目標(biāo)物體11、磁釘12、座板13、橫桿14、簧片安裝板15、充電簧片16、擋板17、彈簧18、進(jìn)出口 19、天線20、充電電池21、攝像機(jī)22、加熱片模塊23、繼電器24、溫控器25、履帶行走模塊26、連接柱27、內(nèi)壁28、外殼29、聚氣酷保溫層30