CN103659841B - 一种巡检机器人设备自动对准***及其对准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巡检机器人设备自动对准***及其对准方法，包括巡检机器人、安装于巡检机器人的多自由度云台、安装于多自由度云台的定向检测装置、驱动单元、安装于待检测设备的特定位置的红外线发射器、准直镜和安装于巡检机器人的多象限空间红外传感器，准直镜安装于多自由度云台，并与定向检测装置的采集方向保持平行；多象限空间红外传感器包括多个分布于不同象限空间的红外接收头，各个红外接收头的输出分别接至驱动单元，驱动单元与多自由端云台相连接，以驱动多自由度云台在多象限空间红外传感器接收到红外线发射器发送信号的象限空间中进行扫描，直至准直镜也接收到红外线发射器发送的信号。本发明具有对准精度高、自动化程度高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种对准***，特别是涉及一种巡检机器人设备自动对准***及其对准方法。
背景技术
目前巡检机器人基本上采用人工控制方式，到达监控目标附近后，需要人工干预：停车、遥控监测设备云台、瞄准待监控目标、采集待测信号。特别是在变电站等专业场所，很多时候要求测量特定设备特定位置（敏感位置）的声音信号。目前已经投入使用的机器人基本都是采用手动遥控方案，而该该方案具有自动化程度低、对设备操作人员专业要求高等缺点，不易于在巡检设备中推广应用。与其说该方案是一种机器人方案，不如说是一种遥控工具更贴切。
实际使用的巡检机器人本身性价比决定了其不可能采用非常精确的定位导航***(厘米级)，这就直接影响了后续为定向采集音频信号而进行的设备对准动作的进行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种巡检机器人设备自动对准***及其对准方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种巡检机器人设备自动对准***，包括巡检机器人、安装于该巡检机器人的多自由度云台、安装于该多自由度云台的定向检测装置和用于驱动多自由度云台进行扫描的驱动单元；还包括安装于待检测设备的特定位置的红外线发射器、准直镜和安装于巡检机器人的多象限空间红外传感器，准直镜安装于多自由度云台，并与定向检测装置的采集方向保持平行；多象限空间红外传感器包括多个分布于不同象限空间的红外接收头，分别用于接收红外线发射器发送的信号，多象限空间红外传感器的各个红外接收头的输出分别接至驱动单元，驱动单元与多自由端云台相连接，以在多象限空间红外传感器的全部或部分红外接收头接收到红外线发射器发送的信号时，驱动多自由度云台在接收到红外线发射器发送信号的象限空间中进行扫描，直至准直镜也接收到红外线发射器发送的信号。
进一步的，所述红外线发射器包括用于产生带有调制信号的方波的控制器、开关管、红外发光二极管、电阻和供电装置，控制器的输出接至开关管的基极，开关管的发射极接地，开关管的集电极接红外发光二极管的负极，红外发光二极管的正极通过电阻接至供电装置的正极。
进一步的，所述多象限空间红外传感器还包括遮光片，用于对所述多象限空间红外传感器的各个红外接收头所处的象限空间进行分隔和遮挡。
进一步的，所述多象限空间红外传感器为八象限空间红外传感器，该八象限空间红外传感器包括八个红外接收头，该八个红外接收头分别分布于自由空间的八个象限空间。
进一步的，所述多自由度云台为二自由度云台，该二自由度云台包括底座和云台支架，底座可水平旋转地安装于所述巡检机器人，云台支架安装于底座，所述定向检测装置可在竖直面发生旋转地安装于云台支架，所述准直镜安装于所述定向检测装置；所述驱动单元分别与底座和所述定向检测装置相传动连接。
进一步的，所述驱动单元包括巡检机器人本地计算机和至少两驱动电机；所述多象限空间红外传感器的各个红外接收头的输出分别接至巡检机器人本地计算机，巡检机器人本地计算机与驱动电机的电输入端相连接，驱动电机的转轴直接或通过一传动机构与所述多自由度云台相传动连接
进一步的，所述准直镜的视角为10°～30°。
进一步的，所述控制器为单片机或FPGA电路。
一种上述任一项所述的巡检机器人设备自动对准***的对准方法，包括如下步骤：
安装于巡检机器人的多象限红外传感器的各个红外接收头分别实时采集安装于待检测设备的特定位置的红外线发射器发送的信号；
多象限红外传感器的全部或部分红外接收头接收到红外线发射器发送的信号，并将该接收到的信号输出给驱动单元；
驱动单元启动，驱动多自由度云台在多象限红外传感器接收到红外线发射器发送信号的象限空间中进行扫描；
安装于多自由度云台的准直镜接收到红外线发送器的信号，驱动单元停止驱动多自由度云台进行扫描动作。
进一步的，所述红外线发射器发送的信号为带调制信号的红外信号。
本发明的有益效果是：
1、由于还包括安装于待检测设备的特定位置的红外线发射器、准直镜和安装于巡检机器人的多象限空间红外传感器，准直镜安装于多自由度云台，并与定向检测装置的采集方向保持平行；多象限空间红外传感器包括多个分布于不同象限空间的红外接收头，分别用于接收红外线发射器发送的信号，多象限空间红外传感器的各个红外接收头的输出分别接至驱动单元，使得本发明能够先利用多象限空间红外传感器的红外接收头接收红外线发射器发送的信号，从中确定待检测设备的大概方位，再利用驱动单元驱动多自由度云台在多象限空间红外传感器接收到红外线发射器发送信号的象限空间中进行扫描，直至准直镜也接收到红外线发射器发送的信号，从中确定待检测设备的特定位置的具体方位，实现定向检测装置与待检测设备的特定位置之间的精确定位。显然，本发明相比现有技术具有对准精度高、自动化程度高等特点。
2、由于其红外线发射器包括用于产生带有调制信号的方波的控制器、开关管、红外发光二极管、电阻和供电装置，控制器的输出接至开关管的基极，开关管的发射极接地，开关管的集电极接红外发光二极管的负极，红外发光二极管的正极通过电阻接至供电装置的正极，使得其红外线发射器所发送的红外信号带有调制信号，可以用于对每个待检测设备及其不同部位进行编码，从而使得每次进行数据采集时有个物理标签，这样采集的数据不容易混淆；更进一步的，还可以在使用该调制信号进行一些基本信号的传输，使得可以在重点待检测设备安装独立的传感器，巡检机器人只要行驶到其附近读取其传感器平时记录的数据即可。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种巡检机器人设备自动对准***及其对准方法不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的红外线发射器的电路示意图；
图2是本发明的多象限空间红外传感器的结构示意图；
图3是本发明的多自由度云台的结构示意图；
图4是本发明的准直镜的视角示意图。
具体实施方式
实施例，本发明的一种巡检机器人设备自动对准***，包括巡检机器人(图中未体现)、安装于该巡检机器人的多自由度云台、安装于该多自由度云台的定向检测装置6和用于驱动多自由度云台进行扫描的驱动单元（图中未体现）；还包括安装于待检测设备的特定位置的红外线发射器、准直镜7和多象限空间红外传感器，准直镜7安装于多自由度云台，并与定向检测装置6的采集方向保持平行；多象限空间红外传感器安装于巡检机器人，该多象限空间红外传感器包括多个分布于不同象限空间的红外接收头2，分别用于接收红外线发射器发送的信号；该多象限空间红外传感器的各个红外接收头2的输出分别接至驱动单元，驱动单元与多自由度云台相连接，以在多象限空间红外传感器的全部或部分红外接收头接收到红外线发射器发送的信号时，驱动多自由度云台在接收到红外线发射器发送信号的象限空间中进行扫描，直至准直镜7也接收到红外线发射器发送的信号。
作为一种优选，如图1所示，上述红外线发射器包括用于产生带有调制信号的方波的控制器1、开关管T、红外发光二极管D、电阻R和供电装置（图中未体现），控制器1为现有技术的单片机、FPGA电路等，其输出接至开关管T的基极，开关管T的发射极接地，开关管T的集电极接红外发光二极管D的负极，红外发光二极管D的正极通过电阻R接至供电装置的正极。控制器1输出带调制信号的38KHz方波，驱动开关管T点亮红外发光二极管D，红外发光二极管D发出的已调红外信号作为对准信号，由于该对准信号处于断续状态，因而不会影响正常的图像采集等功能。
作为一种优选，上述多象限空间红外传感器还包括遮光片3，用于对多象限空间红外传感器的各个红外接收头2所处的象限空间进行分隔和遮挡。具体，如图2所示，该多象限空间红外传感器为八象限空间红外传感器，该八象限空间红外传感器包括八个红外接收头2，该八个红外接收头2分别分布于自由空间的八个象限空间（上下各四个），该八个红外接收头2所处的现象空间采用由遮光材料制成的遮光片3进行分隔和遮挡。
作为一种优选，如图3所示，上述多自由度云台为二自由度云台，该二自由度云台包括底座4和云台支架5，底座4可水平旋转地安装于巡检机器人，云台支架5安装于底座4，定向检测装置6可在竖直面发生旋转地安装于云台支架5，上述准直镜7安装于定向检测装置6。上述驱动单元分别与底座4和定向检测装置6相传动连接。具体，驱动单元包括巡检机器人本地计算机和两个驱动电机，上述多象限空间红外传感器的各个红外接收头2的输出分别接至巡检机器人本地计算机，巡检机器人本地计算机与驱动电机的电输入端相连接，两驱动电机的转轴直接或通过一传动机构（例如齿轮传动机构）与多自由度云台的底座4和定向检测装置6相传动连接。
如图4所示，上述准直镜7的视角α为10°～30°，最佳值为15°，具体可以利用透镜机械组合进行调整。
本发明的一种巡检机器人设备自动对准***的对准方法，包括如下步骤：
巡检机器人行驶至待检测设备附近，安装于巡检机器人的多象限红外传感器的各个红外接收头2分别实时采集安装于待检测设备的特定位置的红外线发射器发送的信号；
多象限红外传感器的全部或部分红外接收头2接收到红外线发射器发送的信号，并将该接收到的信号输出给驱动单元的巡检机器人本地计算机；在最极端的情况下，多象限红外传感器的八个红外接收头2中有四个会同时接收到红外线发射器发送的信号，这时表明待检测设备需要定向检测的部件位于这四个红外接收头的一侧，且在它们构成的平面法线方向的位置；一般情况下，由于光的直线传播特性和空间的八象限分割，多象限红外传感器的八个红外接收头2中只会有1、2个红外接收头接收到红外线发射器发送的信号；
巡检机器人本地计算机接收到红外接收头的信号后，启动驱动电机，使驱动电机驱动多自由度云台在多象限红外传感器接收到红外线发射器发送信号的象限空间中进行扫描，即使多自由度云台的底座4进行水平转动，使定向检测装置6在竖直面上转动；
当多自由度云台扫描至使准直镜7接收到红外线发送器的信号时，巡检机器人本地计算机控制驱动电机停止带动多自由度云台进行扫描动作，此时，与准直镜7平行安装的定向检测装置6也就对准待检测设备的特定位置，从而完成自动对准过程。
本发明的一种巡检机器人设备自动对准***，其红外线发射器上携带的调制信号可以用于对每个待检测设备及其不同部位进行编码，从而使得每次进行数据采集时有个物理标签，这样采集的数据不容易混淆；更进一步的，还可以使用该调制信号进行一些基本信号的传输，使得可以在重点待检测设备安装独立的传感器，巡检机器人只要行驶到附近读取其传感器平时记录的数据即可。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种巡检机器人设备自动对准***及其对准方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种巡检机器人设备自动对准***，包括巡检机器人、安装于该巡检机器人的多自由度云台、安装于该多自由度云台的定向检测装置和用于驱动多自由度云台进行扫描的驱动单元；其特征在于：还包括安装于待检测设备的特定位置的红外线发射器、准直镜和安装于巡检机器人的多象限空间红外传感器，准直镜安装于多自由度云台，并与定向检测装置的采集方向保持平行；多象限空间红外传感器包括多个分布于不同象限空间的红外接收头，分别用于接收红外线发射器发送的信号；多象限空间红外传感器的各个红外接收头的输出分别接至驱动单元，驱动单元与多自由端云台相连接，以在多象限空间红外传感器的全部或部分红外接收头接收到红外线发射器发送的信号时，驱动多自由度云台在接收到红外线发射器发送信号的象限空间中进行扫描，直至准直镜也接收到红外线发射器发送的信号。
2.根据权利要求1所述的巡检机器人设备自动对准***，其特征在于：所述红外线发射器包括用于产生带有调制信号的方波的控制器、开关管、红外发光二极管、电阻和供电装置，控制器的输出接至开关管的基极，开关管的发射极接地，开关管的集电极接红外发光二极管的负极，红外发光二极管的正极通过电阻接至供电装置的正极。
3.根据权利要求1所述的巡检机器人设备自动对准***，其特征在于：所述多象限空间红外传感器还包括遮光片，用于对所述多象限空间红外传感器的各个红外接收头所处的象限空间进行分隔和遮挡。
4.根据权利要求1或3所述的巡检机器人设备自动对准***，其特征在于：所述多象限空间红外传感器为八象限空间红外传感器，该八象限空间红外传感器包括八个红外接收头，该八个红外接收头分别分布于自由空间的八个象限空间。
5.根据权利要求1所述的巡检机器人设备自动对准***，其特征在于：所述多自由度云台为二自由度云台，该二自由度云台包括底座和云台支架，底座可水平旋转地安装于所述巡检机器人，云台支架安装于底座，所述定向检测装置可在竖直面发生旋转地安装于云台支架，所述准直镜安装于所述定向检测装置；所述驱动单元分别与底座和所述定向检测装置相传动连接。
6.根据权利要求1所述的巡检机器人设备自动对准***，其特征在于：所述驱动单元包括巡检机器人本地计算机和至少两驱动电机；所述多象限空间红外传感器的各个红外接收头的输出分别接至巡检机器人本地计算机，巡检机器人本地计算机与驱动电机的电输入端相连接，驱动电机的转轴直接或通过一传动机构与所述多自由度云台相传动连接。
7.根据权利要求1所述的巡检机器人设备自动对准***，其特征在于：所述准直镜的视角为10°～30°。
8.根据权利要求2所述的巡检机器人设备自动对准***，其特征在于：所述控制器为单片机或FPGA电路。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的巡检机器人设备自动对准***的对准方法，其特征在于：包括如下步骤：
安装于巡检机器人的多象限红外传感器的各个红外接收头分别实时采集安装于待检测设备的特定位置的红外线发射器发送的信号；
多象限红外传感器的全部或部分红外接收头接收到红外线发射器发送的信号，并将该接收到的信号输出给驱动单元；
驱动单元启动，驱动多自由度云台在多象限红外传感器接收到红外线发射器发送信号的象限空间中进行扫描；
安装于多自由度云台的准直镜接收到红外线发送器的信号，驱动单元停止驱动多自由度云台进行扫描动作。
10.根据权利要求9所述的巡检机器人设备自动对准***的对准方法，其特征在于：所述红外线发射器发送的信号为带调制信号的红外信号。
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