CN111618873B - 一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人及其识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，包括机体，机体的中部设有腔体，腔体设有摄像结构，摄像结构包括竖直转动装置、水平转动装置、竖直升降装置、调节升降装置和双目摄像装置，竖直转动装置固定设置于腔体的中部，竖直转动装置上设有水平转动台，水平转动台上设有水平转动装置，水平转动装置上设有升降箱体，升降箱体内设有竖直升降装置，竖直升降装置的顶部设有调节升降装置，调节升降装置的顶部设有双目摄像装置。本防爆巡检机器人结构简单、科学便利、针对性强、使用方便，成本低廉，操作简单，易于推广。本防爆巡检机器人通过对摄像设备经过精确地调整，实时动态调整其位姿，进行图像拍摄及识别，极大地提高了机器人巡检效率。

Description

一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人及其识别方法
技术领域
本发明涉及巡检机器人领域，具体涉及一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人及其识别方法。
背景技术
近年来，我国国民经济得到了长足的发展，关系国计民生的电力***也取得了巨大的进步，电力***的规模不断扩大，配电房等电站设备的巡检任务也随之不断加重，仅依靠人工巡检，已不能满足需求，于是巡检机器人应运而生。
目前大部分巡检机器人巡检的方式为到达巡检点后停驻巡检的方式，在巡检大量仪表的时候，对于每台待检仪表都需重复此动作，导致巡检方式效率过于低下。本专利根据巡检机器人与每个待检仪表的相对位置关系，保持机器人摄像机实时动态调整其位姿，进行图像拍摄及识别，极大地提高了机器人巡检效率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人及其识别方法。
为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，包括机体，机体的中部设有腔体，腔体设有摄像结构，摄像结构包括竖直转动装置、水平转动装置、竖直升降装置、调节升降装置和摄像装置，竖直转动装置固定设置于腔体的中部，竖直转动装置上设有水平转动台，水平转动台上设有水平转动装置，水平转动装置上设有升降箱体，升降箱体内设有竖直升降装置，竖直升降装置的顶部设有调节升降装置，调节升降装置的顶部设有摄像装置。
进一步，竖直转动装置包括竖直转动电机、竖直转动输出轴、竖直转动减速机和竖直转动主轴，竖直转动电机设置于腔体的一侧，竖直转动电机的输出端连接有竖直转动输出轴，竖直转动输出轴连接有竖直转动减速机，竖直转动减速机连接有竖直转动主轴，竖直转动主轴上设有水平转动台。
进一步，水平转动装置包括水平转动支架、水平转动电机、水平转动输出轴和水平转动平台，水平转动支架的底部内腔设有水平转动电机，水平转动电机的输出端连接有水平转动输出轴，水平转动输出轴连接有水平转动平台，水平转动平台设置于水平转动支架的上部凹槽内，水平转动平台上设有升降箱体。
进一步，竖直升降装置包括竖直升降电机、竖直升降螺杆、竖直升降螺母、竖直升降座、竖直升降滑轨和竖直升降滑块，竖直升降电机设置于升降箱体的内腔内部，竖直升降电机的输出端设有竖直升降螺杆，竖直升降螺杆上设有竖直升降螺母，竖直升降螺母上设有竖直升降座，竖直升降座的两侧设有竖直升降滑块，竖直升降滑块连接有竖直升降滑轨，竖直升降滑轨设置于升降箱体的内侧壁上。
进一步，调节升降装置包括调节升降电机组件和调节升降支架组件，调节升降电机组件包括位于下部的第一调节升降电机组件、中部的第二调节升降电机组件和上部的第三调节升降电机组件，调节升降支架组件包括下部的第一调节升降支架组件、中部的第二调节升降支架组件和上部的第三调节升降支架组件，第一调节升降电机组件连接于第一调节升降支架组件的下部，第一调节升降支架组件的上部连接第二调节升降电机组件，第二调节升降电机组件连接于第二调节升降支架组件的下部，第二调节升降支架组件的上部连接第三调节升降电机组件，第三调节升降电机组件连接第三调节升降支架组件，第三调节升降支架组件连接摄像装置。
进一步，第一调节升降电机组件、第二调节升降电机组件和第三调节升降电机组件包括均包括调节升降驱动电机、调节升降电机固定座和主动调节升降座，调节升降驱动电机安装于调节升降电机固定座上，调节升降驱动电机的输出端连接有调节升降输出轴，调节升降输出轴连接有主动调节升降座，主动调节升降座连接调节升降支架组件。
进一步，第一调节升降支架组件和第二调节升降支架组件均包括左部调节升降支架、中部调节升降支架和右部调节升降支架，中部调节升降支架的左侧连接左部调节升降支架，左部调节升降支架与主动调节升降座相连接，中部调节升降支架的右侧连接右部调节升降支架，中部调节升降支架的上部连接相邻的调节升降电机组件。
进一步，摄像装置包括摄像箱体和摄像设备，摄像箱体的前部设有激光***，摄像箱体内设有摄像水平调节装置，摄像水平调节装置的两端连接摄像设备。
进一步，摄像水平调节装置包括水平调节电机、水平调节输出轴、水平调节主动锥齿轮、水平调节从动锥齿轮、水平调节传动杆、水平调节传动齿轮、水平调节主轴和摄像水平调节固定座，水平调节电机的输出端设有水平调节输出轴，水平调节输出轴连接有水平调节主动锥齿轮，水平调节主动锥齿轮啮合连接有水平调节从动锥齿轮，水平调节从动锥齿轮连接有水平调节传动杆，水平调节传动杆上设有水平调节传动齿轮，水平调节主轴上设有传动齿部，水平调节传动齿轮与传动齿部相啮合，水平调节主轴的一端活动连接像水平调节固定座，像水平调节固定座的另一端连接摄像设备。
一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人的识别方法，包括以下步骤：
(1)通过防爆巡检机器人的控制***驱动车轮沿着预设的路线轨道，让防爆巡检机器人运动到预设的巡检点，开始进行仪表识别检测工作；
(2)先通过竖直转动装置、水平转动装置、竖直升降装置、调节升降装置，将摄像设备调节到合适的位置，该位置保证摄像设备的镜面与检测仪表的检测表面相平行；进一步结合激光***，拍摄下检测仪表的图像，确定仪表的位置和位姿，假设检测仪表的位置表示为Q，
Figure GDA0003003307000000031
其中(x，y) 为检测仪表坐标系下的指针中心位置，u，v表示检测仪表坐标系下的检测仪表图像拍摄的长和宽，
Figure GDA0003003307000000032
是摄像设备与检测仪表中心所形成的拍摄夹角；
(3)将检测仪表的位置转换到摄像坐标系下，检测仪表在摄像坐标系下位置为
Figure GDA0003003307000000041
其中W表示被检测仪表在摄像设备坐标系下的位置，k 为检测系数，(x，y)为检测仪表的指针中心所对应的像素点位置，Z(i，j)表示像素点(i，j)对应的摄像设备坐标系下的值；
(4)对于检测仪表的姿态问题，以检测仪表的中心为原点，u方向为x轴， x轴以检测仪表的垂直方向的轴为旋转轴逆时针旋转90度为y方向，然后根据笛卡尔坐标系确定z轴，从而确定检测仪表在摄像坐标系下的姿态，即检测仪表在摄像坐标系下的姿态G等于
Figure GDA0003003307000000042
(5)通过获取了检测仪表在摄像坐标系下的姿态G后，通过运动学反向计算出摄像水平调节装置的电机的旋转调节值，得到摄像设备的正确拍摄位置，得到检测仪表的二次图像M(i，j)；
(6)由摄像设备获取检测仪表的二次图像M(i，j)，对图像进行标准差为σ的高斯滤波，并对高斯滤波后的图像构建其特征矩阵
Figure GDA0003003307000000043
其中Fii、Fij、Fji、Fjj分别为图像信息中的像素点与其对应的高斯滤波二阶偏导的卷积结果；按照|FiiFij-FjiFjj|≥p，p为提取系数，提取特征矩阵H(i，σ)中的各点，筛选出提取特征点M(i，j)；
(7)检测仪表有指针和数字两个读数区域，根据筛选出的提取特征点M(i，j)，使用Hough变换检测直线和角度法识别指针读数，完成整个仪表的读数识别。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明为一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，本防爆巡检机器人结构简单、科学便利、针对性强、使用方便，成本低廉，操作简单，易于推广。本防爆巡检机器人通过对摄像设备经过精确地调整，实时动态调整其位姿，进行图像拍摄及识别，极大地提高了机器人巡检效率。
本防爆巡检机器人通过设置竖直转动装置，平常不使用或者在不进行仪表巡检工作时，通过竖直转动电机带动竖直转动输出轴做旋转运动，在竖直转动减速机的作用下，增大竖直转动主轴的输出扭矩，方便竖直转动主轴带动水平转动台及其水平转动台上的水平转动装置、竖直升降装置、调节升降装置和摄像装置也跟着做旋转运动，当需要使用时，打开机体顶部的仓门，竖直转动装置带动摄像装置转动，使其转出机体外面，然后通过水平转动装置、竖直升降装置、调节升降装置的作用，调整摄像设备的位置，开始巡检工作。当不需要使用或者巡检完成后，先通过将竖直升降装置、调节升降装置的调节作用，将摄像设备回缩，然后通过竖直转动装置，将水平转动台及其水平转动台上的水平转动装置、竖直升降装置、调节升降装置和摄像装置旋转到机体内，然后关闭机体顶部的仓门，将摄像设备回收到机体内部进行保存，不会受外界恶劣的环境所影响。
本防爆巡检机器人在进行巡检工作时，先通过设置竖直转动装置将摄像设备整体转动到机体外面，然后通过水平转动装置，由水平转动电机带动水平转动输出轴做旋转运动，进而带动水平转动平台及其摄像设备跟着做旋转运动，将摄像设备的镜头旋转至待巡检的仪表方向，接着通过竖直升降装置，将摄像设备的镜头大致调整到合适的高度，然后通过调节升降装置对竖直方向进行微调，并通过激光***的作用保证，摄像设备镜头镜面与仪表镜面相平行，进一步结合激光***，拍摄下检测仪表的图像，确定仪表的位置和位姿。并将检测仪表的位置转换到摄像坐标系下，获取检测仪表在摄像坐标系下的姿态G，然后通过运动学反向计算出摄像水平调节装置的电机的旋转调节值，得到摄像设备的正确拍摄位置，得到检测仪表的二次图像M(i，j)；最后通过摄像设备对仪表进行拍摄，对拍摄好的图像进行保存，通过图像处理设备对拍摄好的进行高斯滤波处理，使用Hough变换检测直线和角度法识别指针读数，完成整个仪表的读数识别。如果数值符合标准，继续巡检接下来的仪表，如果仪表上的数值异常，通知远程控制中心，由远程控制中心通知工作人员进行维修检查，保证巡检工作的准确性。
本防爆巡检机器人通过设置摄像结构，先将通过竖直转动装置、水平转动装置、竖直升降装置、调节升降装置，将摄像设备调节到合适的位置，该位置保证摄像设备的镜面与检测仪表的检测表面相平行，结合激光***，进行第一次图像拍摄，确定仪表的位置和位姿，通过获取了检测仪表在摄像坐标系下的姿态G后，通过运动学反向计算出摄像水平调节装置的电机的旋转调节值，得到摄像设备的正确拍摄位置，得到检测仪表的二次图像M(i，j)；用检测仪表的二次图像M(i，j)进行高斯滤波和二阶偏导的卷积等处理，得到检测仪表有指针、数字、表盘等特征点，最后通过现有的Hough变换检测直线和角度法识别指针读数，完成整个仪表的读数识别。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明中一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人的结构示意图；
图2为本发明中竖直转动装置和水平转动装置的结构示意图；
图3为本发明中竖直升降装置的结构示意图；
图4为本发明中摄像装置的外部结构示意图；
图5为本发明中摄像装置的内部结构示意图；
图6为本发明中摄像箱体的内部结构示意图；
图7为本发明中摄像水平调节装置的结构示意图；
图8为本发明中调节升降装置的结构示意图；
图9为本发明中调节升降装置回缩时的结构示意图；
图10为本发明中调节升降装置展开时的结构示意图；
图11为本发明摄像结构回收到机体内部的结构示意图。
图中：1-机体；2-腔体；11-水平转动台；12-升降箱体；
3-竖直转动装置；31-竖直转动电机；32-竖直转动输出轴；33-竖直转动减速机；34-竖直转动主轴；
4-水平转动装置；41-水平转动支架口；42-水平转动电机；43-水平转动输出轴；44-水平转动平台；
5-竖直升降装置；51-竖直升降电机；52-竖直升降螺杆；53-竖直升降螺母； 54-竖直升降座；55-竖直升降滑轨；56-竖直升降滑块；
6-调节升降装置；61-第一调节升降电机组件；62-第二调节升降电机组件； 63-第三调节升降电机组件；64-第一调节升降支架组件；65-第二调节升降支架组件；66-第三调节升降支架组件；
611-调节升降驱动电机；612-调节升降电机固定座；613-主动调节升降座； 614-调节升降输出轴；
641-左部调节升降支架；642-中部调节升降支架；643-右部调节升降支架；
7-摄像装置；71-摄像箱体；72-摄像设备；73-激光***；74-摄像水平调节装置；741-水平调节电机；742-水平调节输出轴；743-水平调节主动锥齿轮；744-水平调节从动锥齿轮；745-水平调节传动杆；746-水平调节传动齿轮； 747-水平调节主轴；748-传动齿部；749-摄像水平调节固定座；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1至图11所示，一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，包括机体 1，机体1的中部设有腔体2，腔体2设有摄像结构，摄像结构包括竖直转动装置3、水平转动装置4、竖直升降装置5、调节升降装置6和摄像装置7，竖直转动装置3固定设置于腔体2的中部，竖直转动装置3上设有水平转动台11，水平转动台11上设有水平转动装置4，水平转动装置4上设有升降箱体12，升降箱体12内设有竖直升降装置5，竖直升降装置5的顶部设有调节升降装置6，调节升降装置6的顶部设有摄像装置7。
参看图2，竖直转动装置3包括竖直转动电机31、竖直转动输出轴32、竖直转动减速机33和竖直转动主轴34，竖直转动电机31设置于腔体2的一侧，竖直转动电机31的输出端连接有竖直转动输出轴32，竖直转动输出轴32连接有竖直转动减速机33，竖直转动减速机33连接有竖直转动主轴34，竖直转动主轴34上设有水平转动台11。本防爆巡检机器人通过设置竖直转动装置3，平常不使用或者在不进行仪表巡检工作时，通过竖直转动电机31带动竖直转动输出轴32做旋转运动，在竖直转动减速机33的作用下，增大竖直转动主轴34的输出扭矩，方便竖直转动主轴34带动水平转动台11及其水平转动台11上的水平转动装置4、竖直升降装置5、调节升降装置6和摄像装置7也跟着做旋转运动，当需要使用时，打开机体1顶部的仓门，竖直转动装置3带动摄像装置7 转动，使其转出机体1外面，然后通过水平转动装置4、竖直升降装置5、调节升降装置6的作用，调整摄像设备的位置，开始巡检工作。当不需要使用或者巡检完成后，先通过将竖直升降装置5、调节升降装置6的调节作用，将摄像设备回缩，然后通过竖直转动装置3，将水平转动台11及其水平转动台11上的水平转动装置4、竖直升降装置5、调节升降装置6和摄像装置7旋转到机体1内，然后关闭机体1顶部的仓门，将摄像设备回收到机体1内部进行保存，不会受外界恶劣的环境所影响。
参看图2，水平转动装置4包括水平转动支架41、水平转动电机42、水平转动输出轴43和水平转动平台44，水平转动支架41的底部内腔设有水平转动电机42，水平转动电机42的输出端连接有水平转动输出轴43，水平转动输出轴43连接有水平转动平台44，水平转动平台44设置于水平转动支架41的上部凹槽内，水平转动平台44上设有升降箱体12。当摄像设备需要进行水平转动调节时，通过设置水平转动装置4，由水平转动电机42带动水平转动输出轴43做旋转运动，从而带动水平转动平台44做旋转运动，进而可带动竖直升降装置5、调节升降装置6和摄像装置7跟着做水平转动。
参看图3，竖直升降装置5包括竖直升降电机51、竖直升降螺杆52、竖直升降螺母53、竖直升降座54、竖直升降滑轨55和竖直升降滑块56，竖直升降电机51设置于升降箱体12的内腔内部，竖直升降电机51的输出端设有竖直升降螺杆52，竖直升降螺杆52上设有竖直升降螺母53，竖直升降螺母53上设有竖直升降座54，竖直升降座54的两侧设有竖直升降滑块56，竖直升降滑块56 连接有竖直升降滑轨55，竖直升降滑轨55设置于升降箱体12的内侧壁上。当摄像结构需要进行升降调节时，通过竖直升降装置5的作用，由竖直升降电机 51带动竖直升降螺杆52做旋转运动，在竖直升降螺杆52和竖直升降螺母53的调节作用下，将竖直升降螺杆52的回转运动转化为竖直升降螺母53的直线运动，从而带动竖直升降座54进行升降运动，从而带动调节升降装置6和摄像装置7跟着做升降调节运动。
参看图8、图9和图10，调节升降装置6包括调节升降电机组件和调节升降支架组件，调节升降电机组件包括位于下部的第一调节升降电机组件61、中部的第二调节升降电机组件62和上部的第三调节升降电机组件63，调节升降支架组件包括下部的第一调节升降支架组件64、中部的第二调节升降支架组件65 和上部的第三调节升降支架组件66，第一调节升降电机组件61连接于第一调节升降支架组件64的下部，第一调节升降支架组件64的上部连接第二调节升降电机组件62，第二调节升降电机组件62连接于第二调节升降支架组件65的下部，第二调节升降支架组件65的上部连接第三调节升降电机组件63，第三调节升降电机组件63连接第三调节升降支架组件66，第三调节升降支架组件66连接摄像装置7。
进一步，第一调节升降电机组件61、第二调节升降电机组件62和第三调节升降电机组件63包括均包括调节升降驱动电机611、调节升降电机固定座612 和主动调节升降座613，调节升降驱动电机611安装于调节升降电机固定座612 上，调节升降驱动电机611的输出端连接有调节升降输出轴614，调节升降输出轴614连接有主动调节升降座613，主动调节升降座613连接调节升降支架组件。
进一步，第一调节升降支架组件64和第二调节升降支架组件65均包括左部调节升降支架641、中部调节升降支架642和右部调节升降支架643，中部调节升降支架642的左侧连接左部调节升降支架641，左部调节升降支架641与主动调节升降座613相连接，中部调节升降支架642的右侧连接右部调节升降支架643，中部调节升降支架642的上部连接相邻的调节升降电机组件。
当需要对摄像设备进行升降微调时，通过第一调节升降电机组件61的旋转带动第一调节升降支架组件64上升，匹配第二调节升降电机组件62的旋转调节，带动第二调节升降支架组件65上升，匹配第三调节升降电机组件63的旋转调节，带动第三调节升降支架组件66旋转调节，同时通过角度传感器(图中未画出)的配合，精确地保证位于第三调节升降电机组件63顶部的摄像装置7 达到适当高度。
参看图4-7，摄像装置7包括摄像箱体71和摄像设备72，摄像箱体71的前部设有激光***73，摄像箱体71内设有摄像水平调节装置74，摄像水平调节装置74的两端连接摄像设备72。
进一步，摄像水平调节装置74包括水平调节电机741、水平调节输出轴742、水平调节主动锥齿轮743、水平调节从动锥齿轮744、水平调节传动杆745、水平调节传动齿轮746、水平调节主轴747和摄像水平调节固定座749，水平调节电机741的输出端设有水平调节输出轴742，水平调节输出轴742连接有水平调节主动锥齿轮743，水平调节主动锥齿轮743啮合连接有水平调节从动锥齿轮 744，水平调节从动锥齿轮744连接有水平调节传动杆745，水平调节传动杆745 上设有水平调节传动齿轮746，水平调节主轴747上设有传动齿部748，水平调节传动齿轮746与传动齿部748相啮合，水平调节主轴747的一端活动连接像水平调节固定座，像水平调节固定座的另一端连接摄像设备72。通过设置摄像水平调节装置74，摄像箱体71两侧的摄像设备72可以进行相对移动，达到水平调节的作用
一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人的识别方法，包括以下步骤：
(1)通过防爆巡检机器人的控制***驱动车轮沿着预设的路线轨道，让防爆巡检机器人运动到预设的巡检点，开始进行仪表识别检测工作；
(2)先通过竖直转动装置3、水平转动装置4、竖直升降装置5、调节升降装置6，将摄像设备72调节到合适的位置，该位置保证摄像设备72的镜面与检测仪表的检测表面相平行；进一步结合激光***73，通过摄像设备72拍摄下检测仪表的图像，摄像设备72设置有2个，激光***73设置1个至3个根据情况的需要进行选择，确定仪表的位置和位姿，假设检测仪表的位置表示为Q，
Figure GDA0003003307000000111
其中(x，y)为检测仪表坐标系下的指针中心位置，u， v表示检测仪表坐标系下的检测仪表图像拍摄的长和宽，
Figure GDA0003003307000000112
是摄像设备72与检测仪表中心所形成的拍摄夹角；这里的摄像结构对摄像设备72的调节，只需要进行微调，大致确定检测仪表的指针中心相对于摄像设备72的位置。
(3)然后通过坐标转换的原理，将检测仪表的位置转换到摄像坐标系下，检测仪表在摄像坐标系下位置为
Figure GDA0003003307000000113
其中W表示被检测仪表在摄像设备72坐标系下的位置，k为检测系数，k的范围一般为5-10，(x，y) 为检测仪表的指针中心所对应的像素点位置，Z(i，j)表示像素点(i，j)对应的摄像设备72坐标系下的值；
(4)对于检测仪表的姿态问题，以检测仪表的中心为原点，u方向为x轴， x轴以检测仪表的垂直方向的轴为旋转轴逆时针旋转90度为y方向，然后根据笛卡尔坐标系确定z轴，从而确定检测仪表在摄像坐标系下的姿态，即检测仪表在摄像坐标系下的姿态G等于
Figure GDA0003003307000000114
(5)在通过步骤(3)和步骤(4)的计算后。确定了确定检测仪表在摄像坐标系下的姿态G，进一步通过运动学反向计算出摄像水平调节装置74的电机的旋转调节值，得到摄像设备72的正确拍摄位置，该拍摄位置不但可以保证检测仪表的镜面和摄像设备72的镜面保持平行，而且可以保证摄像设备72的焦点和检测仪表的指针的中心点形成的直线与检测仪表的镜面相垂直，最后通过摄像设备72的二次拍摄，得到检测仪表的二次图像M(i，j)；
(6)由摄像设备72获取检测仪表的二次图像M(i，j)，对图像进行标准差为σ的高斯滤波，并对高斯滤波后的图像构建其特征矩阵
Figure GDA0003003307000000121
其中Fii、Fij、Fji、Fjj分别为图像信息中的像素点与其对应的高斯滤波二阶偏导的卷积结果；按照|FiiFij-FjiFjj|≥p，p为提取系数，提取特征矩阵H(i，σ)中的各点，筛选出提取特征点M(i，j)；通过该步骤的处理，筛选出与检测仪表有关的图像特征点，保留代表指针区域和数字区域，比如检测仪表有指针、数字等读取仪表所用的必备信息，剔除了图像背景、检测仪表的镜面等与识别仪表无关的图像部分。
(7)检测仪表有指针和数字两个读数区域，根据筛选出的提取特征点M(i， j)，使用Hough变换检测直线和角度法识别指针读数，完成整个仪表的读数识别。这里采用现有技术的Hough变换检测直线和角度法识别指针读数，
本发明能够同时完成指针读数识别和数字读数识别，此外，本发明还能够克服室外环境对仪表图像造成的不良影响，具有良好的适应性；同时，能够对图像进行有效的校正，提高读数的精确度。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，包括机体，所述机体的中部设有腔体，所述腔体设有摄像结构，所述摄像结构包括竖直转动装置、水平转动装置、竖直升降装置、调节升降装置和摄像装置，所述竖直转动装置固定设置于所述腔体的中部，所述竖直转动装置上设有水平转动台，所述水平转动台上设有水平转动装置，所述水平转动装置上设有升降箱体，所述升降箱体内设有竖直升降装置，所述竖直升降装置的顶部设有调节升降装置，所述调节升降装置的顶部设有摄像装置；
所述防爆巡检机器人的识别方法如下：
(1)通过防爆巡检机器人的控制***驱动车轮沿着预设的路线轨道，让防爆巡检机器人运动到预设的巡检点，开始进行仪表识别检测工作；
(2)先通过竖直转动装置、水平转动装置、竖直升降装置、调节升降装置，将摄像设备调节到合适的位置，该位置保证摄像设备的镜面与检测仪表的检测表面相平行；进一步结合激光***，拍摄下检测仪表的图像，确定仪表的位置和位姿，假设检测仪表的位置表示为Q，
Figure FDA0003003306990000011
其中(x，y)为检测仪表坐标系下的指针中心位置，u，v表示检测仪表坐标系下的检测仪表图像拍摄的长和宽，
Figure FDA0003003306990000012
是摄像设备与检测仪表中心所形成的拍摄夹角；
(3)将检测仪表的位置转换到摄像坐标系下，检测仪表在摄像坐标系下位置为
Figure FDA0003003306990000013
其中W表示被检测仪表在摄像设备坐标系下的位置，k为检测系数，(x，y)为检测仪表的指针中心所对应的像素点位置，Z(i，j)表示像素点(i，j)对应的摄像设备坐标系下的值；
(4)对于检测仪表的姿态问题，以检测仪表的中心为原点，u方向为x轴，x轴以检测仪表的垂直方向的轴为旋转轴逆时针旋转90度为y方向，然后根据笛卡尔坐标系确定z轴，从而确定检测仪表在摄像坐标系下的姿态，即检测仪表在摄像坐标系下的姿态G等于
Figure FDA0003003306990000021
(5)通过获取了检测仪表在摄像坐标系下的姿态G后，通过运动学反向计算出摄像水平调节装置的电机的旋转调节值，得到摄像设备的正确拍摄位置，得到检测仪表的二次图像M(i，j)；
(6)由摄像设备获取检测仪表的二次图像M(i，j)，对图像进行标准差为σ的高斯滤波，并对高斯滤波后的图像构建其特征矩阵
Figure FDA0003003306990000022
其中Fii、Fij、Fji、Fjj分别为图像信息中的像素点与其对应的高斯滤波二阶偏导的卷积结果；提取特征矩阵H(i，σ)中的各点，按照|FiiFij-FjiFjj|≥p，p为提取系数，筛选出提取特征点M(i，j)；
(7)检测仪表有指针和数字两个读数区域，根据筛选出的提取特征点M(i，j)，使用Hough变换检测直线和角度法识别指针读数，完成整个仪表的读数识别。
2.根据权利要求1所述的一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，其特征在于：所述竖直转动装置包括竖直转动电机、竖直转动输出轴、竖直转动减速机和竖直转动主轴，所述竖直转动电机设置于腔体的一侧，所述竖直转动电机的输出端连接有竖直转动输出轴，所述竖直转动输出轴连接有竖直转动减速机，所述竖直转动减速机连接有所述竖直转动主轴，所述竖直转动主轴上设有水平转动台。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，其特征在于：所述水平转动装置包括水平转动支架、水平转动电机、水平转动输出轴和水平转动平台，所述水平转动支架的底部内腔设有所述水平转动电机，所述水平转动电机的输出端连接有水平转动输出轴，所述水平转动输出轴连接有所述水平转动平台，所述水平转动平台设置于所述水平转动支架的上部凹槽内，所述水平转动平台上设有所述升降箱体。
4.根据权利要求3所述的一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，其特征在于：所述竖直升降装置包括竖直升降电机、竖直升降螺杆、竖直升降螺母、竖直升降座、竖直升降滑轨和竖直升降滑块，所述竖直升降电机设置于所述升降箱体的内腔内部，所述竖直升降电机的输出端设有竖直升降螺杆，所述竖直升降螺杆上设有所述竖直升降螺母，所述竖直升降螺母上设有竖直升降座，所述竖直升降座的两侧设有所述竖直升降滑块，所述竖直升降滑块连接有竖直升降滑轨，所述竖直升降滑轨设置于所述升降箱体的内侧壁上。
5.根据权利要求4所述的一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，其特征在于：所述调节升降装置包括调节升降电机组件和调节升降支架组件，所述调节升降电机组件包括位于下部的第一调节升降电机组件、中部的第二调节升降电机组件和上部的第三调节升降电机组件，所述调节升降支架组件包括下部的第一调节升降支架组件、中部的第二调节升降支架组件和上部的第三调节升降支架组件，所述第一调节升降电机组件连接于所述第一调节升降支架组件的下部，所述第一调节升降支架组件的上部连接所述第二调节升降电机组件，所述第二调节升降电机组件连接于所述第二调节升降支架组件的下部，所述第二调节升降支架组件的上部连接所述第三调节升降电机组件，所述第三调节升降电机组件连接所述第三调节升降支架组件，所述第三调节升降支架组件连接所述摄像装置。
6.根据权利要求5所述的一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，其特征在于：所述第一调节升降电机组件、第二调节升降电机组件和第三调节升降电机组件包括均包括调节升降驱动电机、调节升降电机固定座和主动调节升降座，所述调节升降驱动电机安装于所述调节升降电机固定座上，所述调节升降驱动电机的输出端连接有调节升降输出轴，所述调节升降输出轴连接有主动调节升降座，所述主动调节升降座连接所述调节升降支架组件。
7.根据权利要求6所述的一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，其特征在于：所述第一调节升降支架组件和第二调节升降支架组件均包括左部调节升降支架、中部调节升降支架和右部调节升降支架，所述中部调节升降支架的左侧连接所述左部调节升降支架，所述左部调节升降支架与所述主动调节升降座相连接，所述中部调节升降支架的右侧连接所述右部调节升降支架，所述中部调节升降支架的上部连接相邻的调节升降电机组件。
8.根据权利要求1或5所述的一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，其特征在于：所述摄像装置包括摄像箱体和摄像设备，所述摄像箱体的前部设有激光***，所述摄像箱体内设有摄像水平调节装置，所述摄像水平调节装置的两端连接所述摄像设备。
9.根据权利要求8所述的一种具有仪表识别功能的防爆巡检机器人，其特征在于：所述摄像水平调节装置包括水平调节电机、水平调节输出轴、水平调节主动锥齿轮、水平调节从动锥齿轮、水平调节传动杆、水平调节传动齿轮、水平调节主轴和摄像水平调节固定座，所述水平调节电机的输出端设有水平调节输出轴，所述水平调节输出轴连接有水平调节主动锥齿轮，所述水平调节主动锥齿轮啮合连接有水平调节从动锥齿轮，所述水平调节从动锥齿轮连接有水平调节传动杆，所述水平调节传动杆上设有水平调节传动齿轮，所述水平调节主轴上设有传动齿部，所述水平调节传动齿轮与所述传动齿部相啮合，所述水平调节主轴的一端活动连接所述像水平调节固定座，所述像水平调节固定座的另一端连接所述摄像设备。
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