移動巡檢極地機器人自主充電系統及其方法技術方案

本發明專利技術公開了移動巡檢機器人自主充電系統及其方法，屬于機器人領域，包括極地機器人本體、設置進出口的充電倉倉體和相應設于進出口側邊的坡道，本發明專利技術采用基于圖像識別的自主充電方案，系統安裝調試過程中，在應用現場安裝若干目標物體，目標物體根據現場環境以及圖像識別算法具有容易識別且不會混淆的特征，機器人通過程序設定，依次通過攝像頭圖像識別尋找目標物體，由遠及近地接近充電倉的入口。在充電倉入口處，通過計算目標物體與機器人本體之間的夾角，調節機器人位姿，使機器人對準充電倉入口，機器人進入充電倉時，調節機器人位姿，保持正對充電倉，機器人檢測到與充電接口對接成功時，立刻停止。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于極地機器人領域。
技術介紹
目前針對移動極地機器人自主充電技術采用多種傳感器融合的方案。比如，家庭掃地極地機器人實現自主充電功能的技術方案需要激光傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等;室外移動極地機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引導線。上述方案針對結構化的應用場景，需要對應用環境做比較大的改造。部分進口傳感器價格昂貴，而且在惡劣環境中，效果很差。激光傳感器測量距離有限，要求工作環境中一定距離內有結構化的物體能夠反射傳感器發射的激光，在空曠地帶沒有反射物時無法工作。室外高精度激光傳感器價格十分昂貴，其體積和重量也比較大，其應用是需要將傳感器固定應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，能夠應用在南極科考站的電力系統巡檢。與常見的電站巡檢系統相比，本專利技術工作環境溫度極低，最低可至IJ-40攝氏度;本專利技術應用多邊形匹配算法對攝像機所捕捉到的所有物體的圖像進行形狀對比處理，找出符合所述目標物體形狀的圖像，可以很好的應用在巡檢路線空曠的環境下，不用設定固定的物體反射激光、超聲波、紅外等傳感器發出的信號。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案:移動巡檢極地機器人自主充電系統，其特征在于:包括極地機器人、設置進出口的充電倉倉體和相應設于進出口外側的坡道，極地機器人設有充電頭、機器人主控芯片、接觸傳感器、磁釘傳感器、電機、攝像機和攝像機云臺，接觸傳感器、磁釘傳感器、電機、攝像機和攝像機云臺均與機器人主控芯片電連接;所述攝像機設于攝像機云臺上;充電倉倉體內設有電池和用于與充電頭相接觸并對極地極地機器人充電的充電座，電池與充電座電連接；坡道的進入端的橫向側邊設有第一目標物體，進出口處設有第二目標物體，充電座的側邊設有第三目標物體。所述充電座包括固設在充電倉倉體內的座板、一端與座板固定連接的橫桿、與座板間隔設置的簧片安裝板和簧片安裝板上設置的充電簧片，所述橫桿另一端穿過簧片安裝板且固設有擋板，座板與簧片安裝板之間設有套設在橫桿外圈的彈簧。基于所述的移動巡檢極地機器人自主充電系統的移動巡檢極地機器人自主充電方法，包括以下步驟:步驟I:極地機器人搜索目標步驟如下:步驟Al:對目標物體進行描述，即將目標物體的形狀特征錄入極地機器人的主控芯片中；步驟B1:機器人主控芯片控制攝像機云臺勻速緩慢轉動攝像機，使攝像機捕捉到極地機器人周邊所有物體的圖像；步驟Cl:機器人主控芯片通過多邊形匹配算法對攝像機所捕捉到的所有物體的圖像進行形狀對比處理，找出符合所述目標物體形狀的圖像；步驟Dl:如未找出符合所述目標物體形狀的圖像則執行步驟BI;如已經找出符合所述目標物體形狀的圖像則執行步驟El;步驟El:機器人主控芯片控制攝像機云臺使攝像機正對目標物體；步驟Fl:機器人主控芯片控制攝像機調整攝像焦距，使目標物體的成像大小適中，機器人主控芯片根據攝像機的焦距信息計算出極地機器人距離目標物體的大致距離；步驟Gl:機器人主控芯片停止攝像機云臺的運動，使攝像機正對目標物體;極地機器人完成搜索目標物體的步驟；步驟2:極地機器人自動轉向，使極地機器人的前方正對目標物體，具體步驟如下:步驟A2:機器人主控芯片根據攝像機云臺偏轉角度計算出極地機器人需要轉動的方向、轉角和轉動速度；步驟B2:機器人主控芯片控制極地機器人上的電機使極地機器人轉向；步驟C2:機器人主控芯片根據攝像機捕捉的圖像來判斷是否因轉向過頭而使攝像機丟失目標物體;是，則執行步驟A2;否則執行步驟D2;步驟D2:執行步驟I極地機器人再次搜索目標物體；步驟E2:判斷極地機器人前方是否已經正對目標物體;是，則執行步驟F2;否，則執行步驟A2;步驟F2:極地機器人完成自動轉向，使極地機器人的前方正對目標物體的步驟；步驟3:極地機器人向目標物體前進運動，具體步驟如下:步驟A3:機器人主控芯片控制電機使極地機器人向前或者向后運動，調整極地機器人位置；步驟B3:機器人主控芯片根據攝像機捕捉到的圖像來判斷是否丟失目標物體;是，則執行步驟C3;否，則執行步驟A3;步驟C3:執行步驟I極地機器人再次搜索目標；步驟D3:執行步驟2使極地機器人的前方正對目標物體；步驟E3:機器人主控芯片判斷攝像機焦距的放大倍數是否已經設置為最小；是，則執行步驟F3;否，則執行步驟A3;步驟F3:極地機器人到達目標物體，完成極地機器人向目標物體前進運動的步驟；步驟4:極地機器人判斷需要進行充電動作，并開始執行充電步驟；步驟5:極地機器人控制攝像機云臺搜索充電倉倉體門口的第一目標物體:首先執行步驟I極地機器人搜索第一目標物體;其次執行步驟2極地機器人轉向使極地機器人前方正對第一目標物體;再次執行步驟3極地機器人向第一目標物體前進；步驟6:極地機器人到達第一目標物體，并更換目標物體為第二目標物體:首先執行步驟I極地機器人搜索第二目標物體;其次執行步驟2極地機器人轉向使極地機器人前方正對第二目標物體;再次執行步驟3極地機器人向第二目標物體前進；步驟7:極地機器人到達第二目標物體，并更換目標物體為第三目標物體:首先執行步驟I極地機器人搜索第三目標物體;其次執行步驟2極地機器人轉向使極地機器人前方正對第三目標物體;再次執行步驟3極地機器人向第三目標物體前進；步驟8:極地機器人尚未達第三目標物體時，機器人主控芯片控制磁釘傳感器檢測磁釘的信號，如檢測到磁釘的信號則執行步驟9;如未檢測到磁釘的信號則繼續執行步驟8;步驟9:機器人主控芯片控制電機降低極地機器人的前進速度；步驟10:極地機器人尚未達第三目標物體時，機器人主控芯片控制接觸傳感器檢測觸點接觸信號，如檢測到觸點接觸信號則執行步驟11;如未檢測到觸點接觸信號則繼續執行步驟10;步驟11:極地機器人停止運動；步驟12:機器人主控芯片將供電切換為外部電源供電；步驟13:機器人主控芯片使能充電電路，開始對電池充電。本專利技術所述的，能夠應用在南極科考站的電力系統巡檢。與常見的電站巡檢系統相比，本專利技術工作環境溫度極低，最低可到-40攝氏度;為防止充電倉被雨雪淹沒，設計高于地面，且有一個斜坡，斜坡表面具有防滑材料和花紋。充電倉內壁有一個充電座。充電座突出部分上有四塊充電簧片，充電簧片與充電倉內壁有彈簧連接，具有緩沖作用。極地機器人外壁裝有四個金屬觸點，分別對應充電座上充電簧片。在充電倉上若干位置裝有圖像識別的標志物，且每個標志物都不相同。極地機器人可以通過識別不同標志物，確定本體與充電倉的相對位置。本專利技術采用基于圖像識別的自主充電方案。系統安裝調試過程中，在應用現場安裝若干目標物體。目標物體根據現場環境以及圖像識別算法具有容易識別且不會混淆的特征。極地機器人通過程序設定，依次通過攝像頭圖像識別尋找目標物體，由遠及近地接近充電倉的入口。在充電倉入口處，通過計算目標物體與極地機器人本體之間的夾角，調節極地機器人位姿，使極地機器人對準充電倉入口。極地機器人進入充電倉時，調節極地機器人位姿，保持正對充電倉。極地機器人檢測到與充電接口對接成功時，立刻停止。【附圖說明】圖1是本專利技術的結構圖；圖2是本專利技術的充電狀態結構圖；圖3是本專利技術的充電座內部結構圖；圖4是控制模塊的結構示意圖；圖5是控制模塊與履帶行走模塊連接狀態的結構示意圖；圖6是本專利技術的極地機器人本文檔來自技高網...

【技術保護點】
移動巡檢極地機器人自主充電系統，其特征在于：包括極地機器人(1)、設置進出口的充電倉倉體(2)和相應設于進出口外側的坡道(3)，極地機器人(1)設有充電頭(4)、機器人主控芯片、接觸傳感器(5)、磁釘傳感器(6)、電機、攝像機和攝像機云臺(7)，接觸傳感器(5)、磁釘傳感器(6)、電機、攝像機和攝像機云臺(7)均與機器人主控芯片電連接；所述攝像機設于攝像機云臺(7)上；充電倉倉體(2)內設有電池和用于與充電頭相接觸并對極地機器人(1)充電的充電座(8)，電池與充電座(8)電連接；坡道(3)的進入端的橫向側邊設有第一目標物體(9)，進出口處設有第二目標物體(10)，充電座(8)的側邊設有第三目標物體(11)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳思，徐洪彬，
申請(專利權)人：南京聚立工程技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32