CN113067386A - 一种防爆型巡检机器人无线充电***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防爆型巡检机器人无线充电***，包括巡检机器人和充电桩，巡检机器人上设有工控机、激光雷达、后视摄像机、超声波传感器、深度相机、编码器和无线充电接收端，激光雷达、后视摄像机、超声波传感器、深度相机、编码器均与工控机通信连接。超声波传感器设置有两个且分别对称分布于无线充电接收端的正下方，两个超声波传感器的间距小于充电桩宽度。充电桩上设有无线充电发射端和机械爪扣，机械爪扣转动连接于无线充电发射端周侧。本发明还公开了一种防爆型巡检机器人无线充电方法，通过多种传感器数据信息融合，依靠精确度级联触发，互为验证，形成流程闭环，层级反馈，保证了充电对齐的准确度。

Description

一种防爆型巡检机器人无线充电***及方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种防爆型巡检机器人无线充电***及方法。
背景技术
随着科学技术的发展，石油化工企业也得到了快速的发展，与此同时，石化装置造成的隐患与事故也不断发生，如何避免由此引发的事故成为当前面临的一大难题。目前，对于石油化工厂区的检测大部分还是通过人工进行巡检，显然这种方法不能保证巡检的及时性。而且，由于石油、化工企业的特殊性，厂区环境中还会带有一定的化学气味，严重影响了厂区工作人员的身体健康。或者是现有的一些企业，也会在厂区内使用机器人来进行巡检，但大多采用的是人工遥控或者是磁导航方式，该方式又需要在厂区内进行基础设施的改造，机器人的巡检效率低下，不能给厂区带来明显的经济效益。由于生产环境特殊，普通的巡检机器人由于自身的携带的传感器与驱动设备无法满足防护要求，在大型的石油开采、冶金冶炼企业以及一些特殊场合运用特种机器人越来越多。
防爆巡检机器人的用户可以通过管理平台给机器人下发巡检任务，当防爆机器人接收到巡检任务时，就可以根据管理平台下发的任务，利用激光雷达自主导航至目标区域进行巡检，完成巡检任务。显然，通过这样的方法，不仅可以避免人工进入目标区域进行巡检所带来的危害，同时，也可以保证巡检的及时性，而且，防爆机器人可以直接在管理平台上查看巡检信息，不需要再去人工比对数据，极大地提高了巡检的效率，同时也提高了厂区的经济效益。
防爆机器人作为特种机器人中的一种，在高危场所的工作中发挥着重要作用。防爆机器人采用车载蓄电池组为其提供运行能量，但防爆机器人各部件由于经过防爆材料包裹，自重大、移动速度降低，蓄电池组耗电快，这就需要定时给蓄电池组补充电能。当防爆机器人在易燃、易爆的环境下需要充电时，充电过程需要满足国家ⅡC防爆要求。目前，防爆机器人一般采用的是在安全区域的非防爆手动充电形式，这就限制了防爆机器人的智能化程度。
而无线充电技术可以解决许多有线供电中存在的问题，如灵活方便性较差、导体接触部分容易磨损、容易产生火花、供电线外露可能带来的安全隐患等问题。在众多无线能量传输技术方案中，电磁共振方案被认为是最具潜力与实用性。电磁共振无线充电技术是基于“电磁感应”原理，分为能量发射端和接收端，发射端和接收端之间无需物理连接。发射端利用电能转换装置将市电转换成高频交流电，高频交流电产生变化的磁场，通过空气等介质将能量发射出去；接收端放置于发射端的磁场中，根据“电磁感应”原理，会感应出电流，然后通过电能转换装置转换成终端设备所需要的电能。通俗来讲就是，发射端是“电转磁”，接收端是“磁转电”，通过“电磁电”转换，从而实现了能量的无线传输。发射端包含发射主机和发射盘；接收端包括接收主机和接收盘。接收主机置于机器人内部与电源、主控连接，发射主机与市电连接。需要充电时机器人到充电位位置，发射主机与接收主机建立通讯后实现充电。采用平衡线圈金属检测技术自动检测异物，充电距离感应检测、负载变化自调节技术，适合移动机器人非接触式充电，能实现电池充电过程的完全自动化，使用便捷，维护简单。由于其高效、安全、可控、无辐射等诸多优点而在多领域有着广泛的应用。但是现有的无线充电装置大多是对手机、平板等移动终端进行充电，充电功率小，效率低；应用在防爆机器人领域的无线充电装置则较少。
目前，巡检机器人大多采用连接式充电方式，即在巡检任务场所安装充电桩，机器人需要补充电力时，自动行驶至充电桩位置，机器人本体的充电连接器与充电桩供电插头对接，实现电连接并实施充电。为了防止机器人充电对接不准确的问题出现，通常充电桩的供电连接的两极导体金属对接面积会制作成较大面积，实现对接误差的冗余容错。如专利文献CN201110216728.4提出的《变电站智能机器人巡检***及巡检方法》，以及专利文献CN201510128951.1提出的《巡检机器人充电***及充电方法》。
无线充电方式发射端与接收端需要高精度对准，并且两端间隙需要在一定距离范围之内，如无线充电式手机，需要将手机吸附在充电器表面，或有些电子产品的无线充电底座为卡槽类型，都是为了防止充电器发射端与接收端产生错位的情况发生，如果没有对齐则充电效率大大降低。
综上所述，现有技术存在以下缺点：
1.巡检机器人采用有线充电的方式不适合石油开采或对防爆有特殊要求的行业。
2.现有技术中无线充电对齐过程，单纯依靠激光雷达导航或视觉导航等方法，误差都大于充电桩的对齐要求，即现有方法存在不足，缺少验证环节。
3.有的充电方式为了提高精确度，需要加贴放光板、RFID贴片、导轨、二维码等方式，对施工有要求，对机器人有磨损或伤害。机器人长期工作在无人环境，一旦某外部加装附件出现问题，则无法工作，需要人工干预。
由于巡检机器人的工作量大，需要经常充电，目前现有的机器人无线充电技术在机器人行走过程中难以保证机器人与无线充电桩完全对齐，往往需要借助人工辅助才能完成。
发明内容
本发明的目的是提供一种防爆型巡检机器人无线充电***及方法，通过多种传感器数据信息融合，依靠精确度级联触发，互为验证，形成流程闭环，层级反馈，保证充电对齐的准确度。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种防爆型巡检机器人无线充电***，包括巡检机器人和充电桩，所述巡检机器人上设置有工控机、激光雷达、后视摄像机、超声波传感器、深度相机、编码器和无线充电接收端，所述编码器设置于巡检机器人的驱动轮电机转轴上，所述激光雷达、后视摄像机、超声波传感器、深度相机、编码器均与工控机通信连接；所述超声波传感器设置有两个且分别对称分布于无线充电接收端的正下方，两个超声波传感器的间距小于充电桩宽度；所述充电桩上设置有无线充电发射端和机械爪扣，所述机械爪扣可转动地设置于无线充电发射端周侧，通过转动闭合以固定无线充电接收端。
进一步设置为：所述无线充电发射端和无线充电接收端的中心点位于同一高度，所述深度相机设置于无线充电接收端的正上方，所述深度相机的中轴线与无线充电接收端的中轴线重合。
进一步设置为：所述无线充电发射端与充电桩之间设有压弹感应器，所述压弹感应器与工控机通信连接。
进一步设置为：所述压弹感应器的长度设置为20mm。
进一步设置为：所述巡检机器人于无线充电接收端的周侧设置有与机械爪扣相适配的锁紧凹槽。
进一步设置为：所述激光雷达为多线激光雷达扫描仪。
本发明还提供了一种防爆型巡检机器人无线充电方法，包括以下步骤：
S1、在充电桩位置前设置巡检任务点，将充电桩前50cm处定义为充电姿态调整起始位。
S2、当机器人剩余电量不足或接收到“充电”指令后，采用与巡检任务同样的导航方式进行实时定位与路径规划，行驶至充电姿态调整起始位。
S3、通过激光雷达与编码器调整机器人姿态，使无线充电接收端正对充电桩。
S4、开启深度相机，在从充电起始位置至充电桩行进的过程中，通过深度相机修正两个误差：机器人上无线充电接收端中心与充电桩上无线充电发射中心的水平位移误差，以及无线充电接收端与无线充电发射端两个平面的夹角误差。
S5、当步骤4中的两个误差值被消除或者误差值降低到阈值范围内，即误差在机器人当前位置至充电桩的距离内不足以被放大到影响充电对接准确度时，锁定机器人驱动轮的转向，使机器人保持直线行驶。
S6、当机器人与充电桩的距离小于深度相机的最佳视距时，从深度相机切换为超声波传感器测量机器人与充电桩的距离。
S7、当机器人行驶至充电桩的充电范围内时，机器人暂停移动，触发机械爪扣，无线充电发射端与无线充电接收端闭锁固定，机器人停止运动，启动充电功能。
进一步设置为：S4中修正无线充电接收端中心与无线充电发射端中心的水平位移误差的执行步骤具体为：深度相机采集无线充电发射端的图像，识别发射端的轮廓，标定无线充电发射端中心在图像中的横坐标位置，计算此坐标与图像中心横坐标的差，即为水平位移误差Pixofs，再通过透视原理换算为机器人横向调整的平移距离：
Pixofs＝Cdev-Cimg
其中，Pixofs(pixel offset)表示为以像素为单位的偏移距离；Cdev(center ofdevice)表示为由目标检测算法标定出的充电桩发射区域最小外接矩形中心在图像中的坐标；Cimg(center of image)表示为所采集的无线充电发射端图像的中心位置坐标。
进一步设置为：S4中修正无线充电接收端与无线充电发射端两个平面的夹角误差的执行步骤具体为：通过深度相机可以获得无线充电发射端平面在图像中投影的距离信息，如果无线充电接收端平面与无线充电发射端平面存在夹角，则图像中无线充电发射端平面的两条竖直边缘的距离不同，经过距离差值与水平边界投影的长度比值则为两平面夹角的正切值：
Offsetθ＝actan(Δd/L)
其中，Offsetθ为无线充电发射端平面与无线充电接收端平面夹角，Δd为无线充电发射端平面两条竖直边界与机器人的距离差，L为无线充电发射端平面的水平边界在相机图像中投影的长度。
进一步设置为：S6进一步包括：如果机器人与充电桩的距离小于最佳充电距离的最小值，则压弹感应器被触发，提醒机器人已越过了最小充电距离，需要反向行驶。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
(1)本机器人无线充电***通过多种传感器数据信息融合，依靠精确度级联触发，互为验证，形成流程闭环，层级反馈，准确度有保证。3D激光雷达导航、深度视觉、超声波传感器等设备的最佳测距范围的距离与精度各不相同，充分发挥各个传感器的优势。其中采用激光雷达对充电起始位置进行导航，采用深度视觉与微距相机对充电桩进行目标识别，坐标偏离修正，采用超声波传感器在近距离控制无线充电接收端与发射端的间距，在对位精确的前提下，充电桩发射端启用爪型卡扣装置，锁定机器人充电器接收端，确保无线充电精准对接。
(2)本无线充电方法提高了防爆巡检机器人无线充电对接的准确性，避免了过多的人工干预，改善了在高危环境中的无人化智能巡检。并且本方法的环境适应性强，运行场所的变化不能显著影响此方法实现的效果，可在如石化、开采、冶炼等多种行业实施应用。在本发明实施之后实现了机器人可以执行24小时全天候多场景的设备巡检任务，保障设备安全运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中防爆型巡检机器人无线充电***的整体结构示意图；
图2为实施例1中充电桩的侧视图；
图3为实施例2中防爆型巡检机器人无线充电方法的工作流程图；
图4为实施例2中无线充电发射端中心和无线充电接收端中心的水平位移误差计算示意图；
图5为实施例2中无线充电发射端和无线充电接收端夹角误差的计算模型图。
附图标记：
1、激光雷达 2、后视摄像机 3、超声波传感器
4、深度相机 5、充电桩 6、无线充电接收端
7、机械爪扣 8、无线充电发射端 9、锁紧凹槽
10、压弹感应器
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面首先对本申请文件涉及的技术术语进行简单介绍：
激光雷达：巡检机器人使用的激光雷达也称为激光扫描仪，是现在无人驾驶汽车与AGV平台常用的测距和定位设备。激光雷达的发射器发射出一束激光，激光光束遇到物体后，经过漫反射，返回至激光接收器，雷达模块根据发送和接收信号的时间间隔乘以光速，再除以2，即可计算出发射器与物体的距离。激光雷达分为2D与3D两种维度类型。
编码器：编码器通常用于机器人的驱动轮，可以把角位移与直线位移转换成周期性的电信号，用于记录机器人行驶的角度变化与距离增量。
深度相机：也称为“3D摄像头”，通常具有红外激光发射器与红外传感器，用于红外激光的发射与接收，在成像设备中反馈拍摄目标物的距离信息。深度相机也具备RGB色彩传感器，用于采集与深度传感器相同视野的可见光彩色图像。
超声波传感器：是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器。相对于光电测距的传感器，超声波传感器可以绕过细小障碍物，不受物体表面颜色影响并且可以测量透明物体，适用于油污环境，且近距离测量精度高。
实施例1
参照图1，为本发明公开的一种防爆型巡检机器人无线充电***，包括巡检机器人和充电桩5，巡检机器人上设置有工控机、激光雷达1、后视摄像机2、超声波传感器3、深度相机4、编码器和无线充电接收端6。其中，编码器设置于巡检机器人的驱动轮电机转轴上，收集驱动轮旋转圈数、转向角度等信息，通过驱动轮直径计算行进的距离，根据这些信息可以计算出从起点到当前机器人行走的路径和在地图中的位置。激光雷达1、后视摄像机2、超声波传感器3、深度相机4、编码器均与工控机通信连接，以将收集的信息发送至工控机，通过工控机控制机器人的运动。后视摄像机2、超声波传感器3、深度相机4与无线充电接收端6设置于巡检机器人的同一侧。其中，本发明中巡检机器人使用的激光雷达1为多线激光雷达扫描仪。
无线充电发射端8和无线充电接收端6的中心点位于同一高度，即无线充电接收端6的中心点与无线充电发射端8的中心点处于同一水平面，深度相机4设置于无线充电接收端6的正上方，深度相机4的中轴线与无线充电接收端6的中轴线重合，深度相机4内部设有可见光图像采集摄像头和距离传感器。深度相机4中的距离传感器可以准确地比较与充电桩5发射端在同一水平线上两端边缘点的距离，如果两点与相机距离一致，则认为接收端与发射端是平行的；在深度相机4内形成的可见光图像中预先设置无线充电发射端8的中心标定位置，如果实时采集的无线充电发射端8的中心点与中心标定位置相匹配，则认为无线充电接收端6与无线充电发射端8的水平位移误差消除。
超声波传感器3设置有两个，两个超声波传感器3分别对称分布于无线充电接收端6的正下方，两个超声波传感器3的间距小于充电桩5宽度，以保证微距测量时充电桩5在超声波传感器3的开角覆盖范围内。
参照图2，无线充电发射端8和充电桩5之间上设有压弹感应器10，压弹感应器10的长度为20mm，压弹感应器10与工控机通信连接。当机器人与充电桩5的距离小于最佳充电距离的最小值，则压弹感应器被触发，提醒机器人已越过了最小充电距离，需要反向行驶。
充电桩5上设置有无线充电发射端8和机械爪扣7，机械爪扣7转动连接于无线充电发射端8周侧，巡检机器人于无线充电接收端6的周侧设置有与机械爪扣7相适配的锁紧凹槽9。通过机械爪扣7的转动闭合以固定无线充电接收端6，防止充电过程中无线充电接收端6晃动而影响充电效果。
本无线充电***的工作原理及有益效果为：
为了使防爆机器人准确的进行无线充电，依照巡检机器人与充电桩5之间的距离和所要求的定位精度，整个对接过程主要分为3个行驶阶段和1个验证阶段，分别是：
阶段1：当巡检机器人接收到“充电”指令后，采用与巡检任务同样的导航方式，即通过激光雷达1与编码器进行地图定位和路径规划，巡检机器人行驶至充电桩5前50cm位置，并调整姿态，使机器人的无线充电接收端6正对充电桩5的无线充电发射端8，巡检任务模式的巡检机器人定位精度范围为±10mm。
阶段2:50cm的距离是在深度相机4的最佳测距范围内。在这一阶段采用激光雷达1定位的同时，加入深度相机4的反馈信息作为修正位置误差的参考。机器人的无线充电接收端6与充电桩5的无线充电发射端8的位置误差主要包含两个方面，其一，是两者之间的水平位移，即无线充电接收端6与无线充电发射端8的中心点不在同一轴线上，无线充电接收端6相对于无线充电发射端8存在向左或向右的偏移；其二，是两者之间的夹角偏移，即无线充电接收端6与无线充电发射端8两个平面之间存在夹角而不是平行关系。在这一阶段引入视觉定位信息，主要目的是消除这两个误差。在深度相机4内形成的可见光图像中预先设置无线充电发射端8的中心标定位置，如果实时采集的无线充电发射端8的中心点与中心标定位置相匹配，则认为无线充电接收端6与无线充电发射端8的水平位移误差消除。深度相机4中的距离传感器可以准确地比较无线充电接收端6与无线充电接收端6在同一水平面上两端边缘点的距离，如果两端边缘点的距离一致，则认为无线充电接收端6与无线充电发射端8是平行的，即两者的夹角误差消除。在巡检机器人驶向充电桩5的过程中，首先消除水平位移误差，其次消除夹角误差。深度相机4最佳识别距离的200mm，测量误差±20mm。
阶段3：在阶段2中，当两个误差的值都在无线充电对接允许范围之内时，即使机器人没有行驶至深度相机4距离充电桩200mm的位置，也自动切换至超声波传感器3定位。同时，驱动轮转向锁死，保持机器人直线运动，防止机器人行驶的震动产生新的误差。此时无线充电接收端6位于充电桩的侧立面，平行于无线充电发射端8的平面。在巡检机器人与充电桩距离小于200mm时，超声波的测距误差为±1mm，无线充电发射端8与无线充电接收端6的最佳充电间距范围为20mm～40mm，误差冗余远大于定位精度，为无人环境下机器人充电的准确性提供了保障。如果机器人与充电桩的距离小于最佳充电距离的最小值，则压弹感应器被触发，提醒机器人已越过了最小充电距离，需要反向行驶，从而确保了在无人值守的环境下确保机器人充电过程的安全性。
阶段4：巡检机器人准确的行驶到了与无线充电发射端8的对接位置，为了得到确定的坐标，需要进行一次多传感器(包括激光雷达、深度相机和超声波传感器)定位信息的融合，验证机器人是否准确到位。在最佳充电的停车位置预先做好传感器定位标定，并设定界限阈值，当机器人执行完充电对接定位的操作后，比较传感器实时定位坐标和标定的界限阈值，以确定对接是否成功。如果传感器实时的定位坐标超出了预先标定的界限阈值，则认为对接失败，不进行充电操作，返回阶段1再次逐步执行充电对接定位操作；如果传感器实时的定位坐标在预先标定的界限阈值内，且充电对接误差为理想值，机器人暂停坐标移动，触发机械爪扣7，无线充电发射端8与无线充电接收端6闭锁固定，机器人停止运动，启动充电功能。
实施例2
参照图2，为本发明公开的一种防爆型巡检机器人无线充电方法，包括以下步骤：
S1、在充电桩5位置前设置巡检任务点，将充电桩5前50cm处定义为充电姿态调整起始位。
S2、当机器人剩余电量不足或接收到“充电”指令后，采用与巡检任务同样的导航方式进行实时定位与路径规划，行驶至充电姿态调整起始位。
S3、通过激光雷达1与编码器调整机器人姿态，使无线充电接收端6正对充电桩5。
S4、开启深度相机4，在从充电起始位置至充电桩5行进的过程中，通过深度相机4修正两个误差：机器人上无线充电接收端6中心与充电桩5上无线充电发射中心的水平位移误差，以及无线充电接收端6与无线充电发射端8两个平面的夹角误差。
S5、当步骤4中的两个误差值被消除或者误差值降低到阈值范围内，即误差在机器人当前位置至充电桩5的距离内不足以被放大到影响充电对接准确度时，锁定机器人驱动轮的转向，使机器人保持直线行驶。
S6、当机器人与充电桩5的距离小于深度相机4的最佳视距时，从深度相机4切换为超声波传感器3测量机器人与充电桩5的距离。
S7、当机器人行驶至充电桩5的充电范围内时，机器人暂停移动，触发机械爪扣7，无线充电发射端8与无线充电接收端6闭锁固定，机器人停止运动，启动充电功能。
参照图3，S4中修正无线充电接收端6中心与无线充电发射端8中心的水平位移误差的执行步骤具体为：深度相机4采集无线充电发射端8的图像，识别发射端的轮廓，标定无线充电发射端8中心在图像中的横坐标位置，计算此坐标与图像中心横坐标的差，即为水平位移误差Pixofs，再通过透视原理换算为机器人横向调整的平移距离：
Pixofs＝Cdev-Cimg
其中，Pixofs(pixel offset)表示为以像素为单位的偏移距离，Cdev(center ofdevice)表示为由目标检测算法标定出的充电桩5发射区域最小外接矩形中心在图像中的坐标；Cimg(center of image)表示为所采集的无线充电发射端8图像的中心位置坐标。
结合图4，S4中修正无线充电接收端6与无线充电发射端8两个平面的夹角误差的执行步骤具体为：通过深度相机4可以获得无线充电发射端8平面在图像中投影的距离信息，如果无线充电接收端6平面与无线充电发射端8平面存在夹角，则图像中无线宠溺单发射端平面的两条竖直边缘的距离不同，经过距离差值与水平边界投影的长度比值则为两平面夹角的正切值：
Offsetθ＝actan(Δd/L)
其中，Offsetθ为无线充电发射端8平面与无线充电接收端6平面夹角，Δd为无线充电发射端8平面两条竖直边界与机器人的距离差，L为无线充电发射端8平面水平边界在相机图像中投影的长度。
S6进一步包括：如果机器人与充电桩5的距离小于最佳充电距离的最小值，则压弹感应器被触发，提醒机器人已越过了最小充电距离，需要反向行驶。
本无线充电方法提高了防爆巡检机器人无线充电对接的准确性，避免了过多的人工干预，改善了在高危环境中的无人化智能巡检。并且本方法的环境适应性强，运行场所的变化不能显著影响此方法实现的效果，可在如石化、开采、冶炼等多种行业实施应用。在本发明实施之后实现了机器人可以执行24小时全天候多场景的设备巡检任务，保障设备安全运行。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种防爆型巡检机器人无线充电***，包括巡检机器人和充电桩(5)，其特征在于：所述巡检机器人上设置有工控机、激光雷达(1)、后视摄像机(2)、超声波传感器(3)、深度相机(4)、编码器和无线充电接收端(6)，所述编码器设置于巡检机器人的驱动轮电机转轴上，所述激光雷达(1)、后视摄像机(2)、超声波传感器(3)、深度相机(4)、编码器均与工控机通信连接；
所述超声波传感器(3)设置有两个且分别对称分布于无线充电接收端(6)的正下方，两个超声波传感器(3)的间距小于充电桩(5)宽度；
所述充电桩(5)上设置有无线充电发射端(8)和机械爪扣(7)，所述机械爪扣(7)可转动地设置于无线充电发射端(8)周侧，通过转动闭合以固定无线充电接收端(6)。
2.根据权利要求1所述的一种防爆型巡检机器人无线充电***，其特征在于：所述无线充电发射端(8)和无线充电接收端(6)的中心点位于同一高度，所述深度相机(4)设置于无线充电接收端(6)的正上方，所述深度相机(4)的中轴线与无线充电接收端(6)的中轴线重合。
3.根据权利要求1所述的一种防爆型巡检机器人无线充电***，其特征在于：所述无线充电发射端与充电桩之间设有压弹感应器(10)，所述压弹感应器与工控机通信连接。
4.根据权利要求3所述的一种防爆型巡检机器人无线充电***，其特征在于：所述压弹感应器(10)的长度设置为20mm。
5.根据权利要求1所述的一种防爆型巡检机器人无线充电***，其特征在于：所述巡检机器人于无线充电接收端(6)的周侧设置有与机械爪扣(7)相适配的锁紧凹槽(9)。
6.根据权利要求1所述的一种防爆型巡检机器人无线充电***，其特征在于：所述激光雷达(1)为多线激光雷达扫描仪。
7.一种防爆型巡检机器人无线充电方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在充电桩(5)位置前设置巡检任务点，将充电桩(5)前50cm处定义为充电姿态调整起始位。
S2、当机器人剩余电量不足或接收到“充电”指令后，采用与巡检任务同样的导航方式进行实时定位与路径规划，行驶至充电姿态调整起始位。
S3、通过激光雷达(1)与编码器调整机器人姿态，使无线充电接收端(6)正对充电桩(5)。
S4、开启深度相机(4)，在从充电起始位置至充电桩(5)行进的过程中，通过深度相机(4)修正两个误差：机器人上无线充电接收端(6)中心与充电桩(5)上无线充电发射中心的水平位移误差，以及无线充电接收端(6)与无线充电发射端(8)两个平面的夹角误差。
S5、当步骤4中的两个误差值被消除或者误差值降低到阈值范围内，即误差在机器人当前位置至充电桩(5)的距离内不足以被放大到影响充电对接准确度时，锁定机器人驱动轮的转向，使机器人保持直线行驶。
S6、当机器人与充电桩(5)的距离小于深度相机(4)的最佳视距时，从深度相机(4)切换为超声波传感器(3)测量机器人与充电桩(5)的距离。
S7、当机器人行驶至充电桩(5)的充电范围内时，机器人暂停移动，触发机械爪扣(7)，无线充电发射端(8)与无线充电接收端(6)闭锁固定，机器人停止运动，启动充电功能。
8.根据权利要求7所述的一种防爆型巡检机器人无线充电方法，其特征在于：S4中修正无线充电接收端(6)中心与无线充电发射端(8)中心的水平位移误差的执行步骤具体为：深度相机(4)采集无线充电发射端(8)的图像，识别发射端的轮廓，标定无线充电发射端(8)中心在图像中的横坐标位置，计算此坐标与图像中心横坐标的差，即为水平位移误差Pixofs，再通过透视原理换算为机器人横向调整的平移距离：
Pixofs＝Cdev-Cimg
其中，Pixofs(pixel offset)表示为以像素为单位的偏移距离；Cdev(center ofdevice)表示为由目标检测算法标定出的充电桩(5)发射区域最小外接矩形中心在图像中的坐标；Cimg(center of image)表示为所采集的无线充电发射端(8)图像的中心位置坐标。
9.根据权利要求7所述的一种防爆型巡检机器人无线充电方法，其特征在于：S4中修正无线充电接收端(6)与无线充电发射端(8)两个平面的夹角误差的执行步骤具体为：通过深度相机(4)可以获得无线充电发射端(8)平面在图像中投影的距离信息，如果无线充电接收端(6)平面与无线充电发射端(8)平面存在夹角，则图像中无线充电发射端(8)平面的两条竖直边缘的距离不同，经过距离差值与水平边界投影的长度比值则为两平面夹角的正切值：
Offsetθ＝actan(Δd/L)
其中，Offsetθ为无线充电发射端(8)平面与无线充电接收端(6)平面夹角，Δd为无线充电发射端(8)平面两条竖直边界与机器人的距离差，L为无线充电发射端(8)平面的水平边界在相机图像中投影的长度。
10.根据权利要求7所述的一种防爆型巡检机器人无线充电方法，其特征在于：S6进一步包括：如果机器人与充电桩(5)的距离小于最佳充电距离的最小值，则压弹感应器被触发，提醒机器人已越过了最小充电距离，需要反向行驶。
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