CN116810783A - 一种基于人机交互技术的巡检机器人控制办法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，包括等比例仿真建模还原现场模型；生成巡检任务；进行路径规划；等待巡检任务；机器人启动并开始自检；核验巡检任务是否部署正常；机器人自动到达巡检目标执行相关数据的采集；机器人完成巡检任务，回归充电桩运维平台。本发明的有益效果是：本发明有效的解决后台运维人员仅能查看机器人巡检数据，难以把握巡检任务实时状态，现场信息接收少的问题，实现运维人员、巡检机器人、巡检目标以及巡检现场之间的良好交互。

Description

一种基于人机交互技术的巡检机器人控制办法

技术领域

本发明涉及巡检机器人技术领域，更确切地说，它涉及一种基于人机交互技术的巡检机器人控制办法。

背景技术

电厂设备检修是电厂安全稳定生产的安全巡检是非常重要的部分。目前国内电厂的巡检方式以人工巡检方式为主，少量的装备自动巡检机器人。存下以下一些不足：

人工巡检模式工作强度大、效率低、成本高，浪费人力物力，需要工作人员对检查目标逐一手动检查，工作质量依赖运维人员工作时的身心状态，记录数值也不够细致准确。

现有的自动巡检机器人的巡检功能单一，仍需工作人员进行远程操作，且电厂环境复杂使得巡检效率低，操作困难增大。巡检机器人人机交互功能的不完善使得***的可用性和用户友好性较差。巡检人员仅能从扫描地图和机器人传感信息中掌握少量现场信息，无法应对现场的突发状况，相应的巡检人员并没有办法完全减少。机器人反馈信息不充足，控制室的工作人员无法掌握现场的完整状况，现场工作人员无法从机器人本体上获得足够信息。双方交流不便，使得应对突发状况能力不足，工作效率低下。

机器人人机交互能力不足，巡检任务部署困难且复杂。每次部署任务需要手动操控机器人到达现场记录巡检目标点，并人工操控机器人示教巡检路径。任务部署效率低，并且难以增减目标点，不能很好的适应复杂现场对巡检任务部署的灵活性。

目前机器人及智能集成技术的不成熟，使自动巡检机器人维护及调试困难。若机器人出现问题，维护人员无法完整掌握机器人的当前状态及故障原因。需携带工控机至现场或将机器人移动至控制室，故障排查困难且维护效率较低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种基于人机交互技术的巡检机器人控制办法。

第一方面，本发明提供了一种基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，包括：

S1、通过对现场的预先数据采集，等比例仿真建模还原现场模型，在现场模型中定位巡检目标的位置信息；

S2、将现场模型嵌入机器人控制后台，通过控制后台点选巡检目标以生成巡检任务；

S3、进行路径规划；

S4、使机器人位于充电桩运维平台，处于待机状态等待巡检任务；

S5、到达预设智能巡检任务启动时间，机器人启动并开始自检；

S6、当自检通过后，机器人核验巡检任务是否部署正常，若是则执行预设巡检任务，若否，则通过控制后台重新设置巡检任务；

S7、机器人自动到达巡检目标执行相关数据的采集；

S8、机器人完成巡检任务，回归充电桩运维平台，等待下次预设任务时间启动。

作为优选，S3包括：

S301、将所有巡检目标点point(n)、充电桩位置start(0)以及物理距离最远点last作为巡检任务目标输入；

S302、在每一个节点中，将下一目标点point(1)设置为next(1)；next(1)为机器人在第一段轨迹中准备前往的下一目标点；

S303、搜索地图中所有start(0)至next(1)的巡检路径，得到局部最优路径，完成后将next(1)设置为start(1)，将start(1)设置为next(2)，重复计算局部最优路径；

S304、反复执行S303，将所有局部最优路径组合最终形成包含起始点、终结点以及所有巡检目标点的最佳巡检路径。

作为优选，S2中，建立巡检任务时，通过重新设置巡检目标、巡检时间和巡检周期信息能够重新布置巡检任务。

作为优选，S2中，建立巡检任务时，能够在设置过的巡检任务中进行目标点增减。

作为优选，S5中，当机器人状态参数异常，则返回充电桩运维平台并向后台及运维人员发送维修指令。

作为优选，S5中，当机器人状态参数异常，还向运维人员展示异常信息并提供维修建议。

作为优选，出现紧急情况时，工作人员直接遥控机器人前往现场进行巡检。

作为优选，S7包括：

S701、在巡检过程中，若遇到意外障碍物、现场作业人员阻挡路线，机器人会暂停任务并发出声音提示，障碍在原路线无法避开时机器人可以重新规划路线绕开障碍物；

S702、在巡检过程中，若检测到外部人员或无关人员误入现场或非发闯入，现场运维人员没有穿戴安全帽防护服状况，机器人进行语音提醒及报警，并向控制后台发送报告；

S703、在巡检过程中，若出现机器人故障或更高权限的新任务指令，则会终止当前执行任务返回充电平台或执行新任务，并向控制后台发送报告。

作为优选，还包括：S9、基于深度学习技术，随着巡检次数增加，提升视觉识别算法的目标识别速度。

第二方面，提供了一种巡检机器人，用于执行第一方面任一所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，包括：智能移动模块1、支撑平台101、智能操作模块202、激光雷达301、车载摄像头302、传感器和拾音器对讲机5；

其中，支撑平台101的顶部安装有六自由度机械臂102，六自由度机械臂102上设置有双光谱双视云台401；智能操作模块202包括集成监控显示屏201；传感器包括毒害气体传感器402和声音振动传感器403。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过现场数据收集，建立数字孪生模型映射，最终形成等比例的仿真模型。在数字孪生模型中，可以直接定位机器人及巡检目标，使运维人员直观有效的接收机器人传感数据、现场环境信息以及巡检目标的运行状况。因此，本发明有效的解决后台运维人员仅能查看机器人巡检数据，难以把握巡检任务实时状态，现场信息接收少的问题，实现运维人员、巡检机器人、巡检目标以及巡检现场之间的良好交互。

2.本发明通过结合数字孪生模型的机器人控制***，可以通过控制后台在模型中点选一系列巡检目标点，机器人可以在模型中实现巡检目标的定位，接收一系列巡检任务，并可以随时对巡检目标进行删减。有效的解决机器人巡检任务部署困难，效率低的问题。

3.本发明通过贪婪算法得路径规划功能，可以根据巡检任务部署的巡检点自动生成最优路径，并且能够根据巡检任务中增减的巡检点及时更新巡检路径，极大的提高了巡检机器人的巡检效率，有效的解决机器人巡检任务路径规划困难的问题。

4.本发明通过人机交互功能可以详细的展示出机器人的当前状态，包括控制平台、电池模块、驱动模块和通信设备等部件工作状态。当发生故障时，可以直接定位机器人自身的故障位置，展示异常信息并提供维修意见及维修方法，提高工作人员的工作效率，降低维护难度，有效的解决运维人员难以把握机器人本身的健康状态，维护困难的问题。

5.本发明基于深度学习技术，随着巡检次数增加，巡检案例的丰富，针对检测目标可以更加快速定位，增加巡检效率。对检测结果的准确率也会逐渐提升，实现全方位AI智能预警。

附图说明

图1为巡检机器人立体结构示意图；

图2为巡检机器人硬件模块结构图；

图3为机器人自动工作流程图；

附图标记说明：智能移动模块1、支撑平台101、六自由度机械臂102、集成监控显示屏201、智能操作模块202、激光雷达301、车载摄像头302、双光谱双视云台401、毒害气体传感器402、声音振动传感器403、拾音器对讲机5。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1：

以发电厂巡检任务为例，本申请提供了一种基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，该方法包括准备工作和任务执行两个阶段，其中，准备工作的步骤包括：

S1、通过对现场的预先数据采集，等比例仿真建模还原现场模型，在现场模型中定位巡检目标的位置信息。

具体的，在机器人部署安装阶段，测量厂区信息，确定巡检目标的位置信息，建立数字孪生模型，实现现场目标与模型中位置的数据映射。并通过生成仿真地图，结合巡检机器人的雷达及导航技术，可以把握巡检机器人在执行任务过程中的实时位置信息，并根据路径规划完成机器人向目标位置移动的定位导航功能。

进而，后台运维人员能够从模型中实时查看机器人的现场运行信息、机器人当前巡检状态以及待检测目标的位置环境信息，并通过机器人传感器完成现场及巡检目标的数据映射有效的解决现场信息掌握不足的问题，直观准确的展示巡检结果。

S2、将现场模型嵌入机器人控制后台，通过控制后台点选巡检目标以生成巡检任务。

根据电厂巡检任务表，预设巡检时间、巡检内容和巡检周期，机器人可按巡检任务执行巡检任务，实现各检测点的状态信息收集。

其中，建立巡检任务时，通过重新设置巡检目标、巡检时间和巡检周期信息能够重新布置巡检任务，或者通过后台手动操控完成紧急巡检任务。使巡检机器人操控灵活方便。此外，本申请也可以在设置过的巡检任务中进行目标点增减，确定巡检任务中的一系列巡检目标，有效的解决巡检机器人任务布置示教效率低，巡检任务更改困难的问题。

S3、进行路径规划。

具体的，本申请实施例基于贪婪算法进行路径规划，包括：

S301、将所有巡检目标点point(n)、充电桩位置start(0)以及物理距离最远点last作为巡检任务目标输入；

S302、在每一个节点中，将下一目标点point(1)设置为next(1)；next(1)为机器人在第一段轨迹中准备前往的下一目标点；

S303、搜索地图中所有start(0)至next(1)的巡检路径，得到局部最优路径，完成后将next(1)设置为start(1)，将下一目标点point(2)设置为next(2)，重复计算局部最优路径；next(2)为机器人在第二段轨迹中准备前往的下一目标点；

S304、反复执行S303，将所有局部最优路径组合最终形成包含起始点、终结点以及所有巡检目标点的最佳巡检路径。

其中，起始点为充电桩位置start(0)，阶段目标点为point(n)终结点为物理距离最远点last。

本申请实施例通过贪婪算法模拟计算途经点路径的全经历，通过设置充电桩为起始点，最远巡检目标为重点，其余巡检目标为途经点。对比各路径的巡检效率，确定哪一条为最优巡检路径而不是选择最近路径，以防止路径规划线图局部最优解，达到路径规划的高效率。同时智能路径规划可以解决布置巡检任务要预先手动操控机器人进行路径示教的问题，实现灵活高效的任务部署以应对高复杂多变现场。

上述准备工作的主要作用是编辑巡检任务、制定巡检计划和下发常规巡检任务。也可以使工作人员能够根据需求，遥控机器人到任何允许的地方，对特定的设备进行手动的针对性巡检，并且可以截取对该设备的高清和红外图像和视频。

在任务执行阶段，如图3所示，包括如下步骤：

S1、使机器人位于充电桩运维平台，处于待机状态等待巡检任务。

S2、到达预设智能巡检任务启动时间，机器人启动并开始自检。

具体的，机器人对电池现有电量、各传感器数据进出状态、智能监控模块信息展示接口、发动机输出力矩及转数等数据进行自动检查。当全部数据正常，机器人执行巡检任务；当数据出现异常，则机器人暂停巡检任务并向集控室及现场运维人员发送错误信息报告，并根据自检信息给出维护指导意见。其中，机器人根据自检程序通过集成监控模块展示电池、发动机、各传感器、控制器等设备状态，并向运维人员推送维护建议。

S3、当自检通过后，机器人核验巡检任务是否部署正常，若是则执行预设巡检任务，若否，则通过控制后台重新设置巡检任务。

其中，巡检任务部署异常的情况包括巡检任务因现场维护、设备检修等影响出现问题或没有预设巡检任务。

S4、机器人自动到达巡检目标执行相关数据的采集。

具体的，机器人按照预设的巡检路线到达各指定巡检目标，并通各传感器完成设备运行温度监测、仪表识别、电机振动及噪音等设备巡检信息采集任务。并汇总巡检信息，自动生成巡检报告。

此外，在巡检过程中，若遇到意外障碍物、现场作业人员阻挡路线，机器人会暂停任务并发出声音提示，障碍在原路线无法避开时机器人可以重新规划路线绕开障碍物；

在巡检过程中，若检测到外部人员或无关人员误入现场或非发闯入，现场运维人员没有穿戴安全帽防护服状况，机器人进行语音提醒及报警，并向控制后台发送报告；

在巡检过程中，若出现机器人故障或更高权限的新任务指令，则会终止当前执行任务返回充电平台或执行新任务，并向控制后台发送报告。

S5、机器人完成巡检任务，回归充电桩运维平台，等待下次预设任务时间启动。

S6、基于深度学习技术，随着巡检次数增加，提升视觉识别算法的目标识别速度。

具体的，随着巡检次数和巡检案例的增加，机器人在导航算法上能够更准确的定位巡检目标点，增加巡检效率。视觉识别算法可以更准确的识别表计类型及识别数据，增加目标的识别速度，更快速的读取数据读数。

在上述实施例的基础上，本实施例还提供了另一种巡检机器人控制办法，即除去部署巡检任务的方式以外，当现场出现紧急情况时，现场运维人员或后台集控室人员可通过智能操作模块直接操作机器人前往现场进行巡检，灵活扩大巡检范围，并防止意外事故造成的人员损伤。

实施例2：

在实施例1的基础上，本申请实施例2提供了一种巡检机器人，如图1所示，包括：智能移动模块1、支撑平台101、智能操作模块202、激光雷达301、车载摄像头302、传感器和拾音器对讲机5；

其中，支撑平台101的顶部安装有六自由度机械臂102，六自由度机械臂102上设置有双光谱双视云台401；智能操作模块202包括集成监控显示屏201；传感器包括毒害气体传感器402和声音振动传感器403。

图2为巡检机器人的硬件模块结构图，如图2所示，巡检机器人具有良好人机交互能力的集成监控平台。集成监控平台可以有效的整理工作过程中的各种信息，并对各信息进行汇总和分析，比如，通过列表、柱状图、日历、设备地图等多元化的形式对历史巡检数据统计分析的结果进行显示。极大的减轻了工作人员的操控难度，实现多功能一体化的智能运维方式。

此外，该巡检机器人设置了具有简单使用方式的智能操控平台。在部署巡检任务的过程中，运维人员可以简单的通过雷达模块生成的等比例地图掌握机器人及现场情况，简单的制定巡检目标、巡检路线以及巡检间隔，极大的降低了用户的使用难度。

本申请提供的巡检机器人主要目标为对配电房及电厂内的仪表设备状态进行监测，进一步地，该巡检机器人可以联动现场的警报***，对现场人员的身份、着装、安全措施等是否达标进行进一步的分析和预警。

本申请实施例采用了一种电厂轮式巡检机器人，能够适应相对良好的现场环境。对地面的平整度、通行距离均有一定程度的要求。对此，本实施例还提供了另一种巡检机器人，对于无法通行的恶劣环境，可以采用布置悬挂轨道作为移动方式，仍能较好的完成巡检任务。

综上所述，本发明丰富了自动巡检机器人的巡检功能，提升了巡检任务部署的灵活性和巡检效率，并且机器人能够及时进行反馈，提高了机器人的人机交互能力，可以适应复杂现场，使工作人员及时掌握机器人的当前状态。

Claims (10)

1.一种基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，其特征在于，包括：

S1、通过对现场的预先数据采集，等比例仿真建模还原现场模型，在现场模型中定位巡检目标的位置信息；

S2、将现场模型嵌入机器人控制后台，通过控制后台点选巡检目标以生成巡检任务；

S3、进行路径规划；

S4、使机器人位于充电桩运维平台，处于待机状态等待巡检任务；

S5、到达预设智能巡检任务启动时间，机器人启动并开始自检；

S6、当自检通过后，机器人核验巡检任务是否部署正常，若是则执行预设巡检任务，若否，则通过控制后台重新设置巡检任务；

S7、机器人自动到达巡检目标执行相关数据的采集；

S8、机器人完成巡检任务，回归充电桩运维平台，等待下次预设任务时间启动。

2.根据权利要求1所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，其特征在于，S3包括：

S301、将所有巡检目标点point(n)、充电桩位置start(0)以及物理距离最远点last作为巡检任务目标输入；

S302、在每一个节点中，将下一目标点point(1)设置为next(1)；next(1)为机器人在第一段轨迹中准备前往的下一目标点；

S303、搜索地图中所有start(0)至next(1)的巡检路径，得到局部最优路径，完成后将next(1)设置为start(1)，将下一阶段目标点point(2)设置为next(2)，重复计算局部最优路径；next(2)为机器人在第二段轨迹中准备前往的下一目标点；

S304、反复执行S303，将所有局部最优路径组合最终形成包含起始点、终结点以及所有巡检目标点的最佳巡检路径。

3.根据权利要求2所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，其特征在于，S2中，建立巡检任务时，通过重新设置巡检目标、巡检时间和巡检周期信息能够重新布置巡检任务。

4.根据权利要求3所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，其特征在于，S2中，建立巡检任务时，能够在设置过的巡检任务中进行目标点增减。

5.根据权利要求4所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，其特征在于，S5中，当机器人状态参数异常，则返回充电桩运维平台并向后台及运维人员发送维修指令。

6.根据权利要求5所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，其特征在于，S5中，当机器人状态参数异常，还向运维人员展示异常信息并提供维修建议。

7.根据权利要求6所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，其特征在于，出现紧急情况时，工作人员直接遥控机器人前往现场进行巡检。

8.根据权利要求7所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，其特征在于，S7包括：

S701、在巡检过程中，若遇到意外障碍物、现场作业人员阻挡路线，机器人会暂停任务并发出声音提示，障碍在原路线无法避开时机器人重新规划路线绕开障碍物；

S702、在巡检过程中，若检测到外部人员或无关人员误入现场或非发闯入，现场运维人员没有穿戴安全帽防护服状况，机器人进行语音提醒及报警，并向控制后台发送报告；

S703、在巡检过程中，若出现机器人故障或更高权限的新任务指令，则会终止当前执行任务返回充电平台或执行新任务，并向控制后台发送报告。

9.根据权利要求8所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，其特征在于，还包括：

S9、基于深度学习技术，随着巡检次数增加，提升视觉识别算法的目标识别速度。

10.一种巡检机器人，其特征在于，用于执行权利要求1至9任一所述的基于人机交互技术的巡检机器人控制办法，包括：智能移动模块1、支撑平台101、智能操作模块202、激光雷达301、车载摄像头302、传感器和拾音器对讲机5；

其中，支撑平台101的顶部安装有六自由度机械臂102，六自由度机械臂102上设置有双光谱双视云台401；智能操作模块202包括集成监控显示屏201；传感器包括毒害气体传感器402和声音振动传感器403。