用于风电场巡检的群组机器人控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术为一种用于风电场巡检的群组机器人控制装置，该装置包括飞行机器人、地面移动机器人和地面远程控制站；所述的飞行机器人的组成包括小型四旋翼无人机、前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、手动/自动切换模块、第一无线传输模块和被充电模块；所述的地面移动机器人的组成包括轮式机器人、Kinect for Xbox摄像机、充电系统、主控计算机、充电控制单元和第二无线传输模块。本实用新型专利技术可以实现飞行机器人和地面移动机器人自主合作，依靠机器视觉共同完成对风电厂风机的常规检测，提高风机维护系统的自动化水平，实现监视任务的自动化、智能化，减少不必要的人力成本。

【技术实现步骤摘要】


本技术的技术方案涉及机器视觉的群组机器人系统，具体地说是用于风电场巡检的群组机器人系统。

技术介绍

自80年代以来,风能利用的主要趋势是风力发电。20年来,世界上已有近30个国家开发建设了风电场(是前期总数的3倍),风电场总装机容量约1400万kW(是前期总数的100倍)。风电机组运维有定期检修和日常维护，采用的还是较为传统的人员直接检测。检测人员的工作经验、技术水平、知识储备决定了处理的速度与效果，直接影响到风电的正常运行，且部分工作存在安全风险。相对于常规检测手段，移动机器人和无人机机动能力强、可拓展人的视野，虽然现无比较成熟的无人机应用于风力发电机检测的实例，但国内外对于地面机器人与无人机的监视任务的研究已取得进展。
无论是无人机还是地面移动机器人，现有产品在应用于巡检任务时，自主程度不高，尤其是在依靠视觉信息自主移动方面。目前国内外鲜有报道地面车辆和小型旋翼无人机相配合实现自主目标追踪和充电的工作。现在大多研究工作大多针对单一种类的机器人的目标跟踪问题，而四旋翼和轮式车协同目标跟踪方面，现有研究工作较少，且尚未考虑基于视觉的合作方式，国内外还没有成熟的产品出现。四旋翼无人机和地面机器人依靠摄像头的图像数据互相寻找对方，基于视觉伺服技术完成对接，无需全局定位，即便没有GPS信息也可实现地面机器人对四旋翼无人机的充电。在持续监视任务中，尤其是目标跟踪过程中，无人机是不能放弃目标返回充电的。而现有的四旋翼无人机充电是基于固定基站的方式，无人机不仅要返回，而且要事先知道固定基站的绝对位置才能返回成功，若没有GPS信号，将导致充电失败。

技术实现思路

本技术的目的为针对当前技术中存在的监视用飞行机器人的自主目标追踪能力有待提高、飞行机器人难以独立执行长时间的持续监控任务等问题，提供一种用于风电场巡检的群组机器人控制装置，该装置采用双机器人协作充电技术，飞行机器人和地面移动机器人自主合作，依靠摄像头的图像数据完成机器人的粗略定位，再利用红外线来实现两个机器人的精确定位，当飞行机器人自身电量过低时，群组机器人控制装置自主合作完成飞行机器人降落，进而对飞行机器人进行充电，在飞行机器人充电过程中由地面机器人单独进行监控任务，在充电完成后，飞行机器人起飞，共同完成对风电厂的常规检测，无需全局定位，即便没有GPS信息也可实现地面机器人对飞行机器人的充电。该技术可以独立执行长时间的持续监控任务，完成对风电厂风机的常规检测，提高风机维护系统的自动化水平，减少不必要的人力成本，给风电厂的风机巡检提供更快速、方便、安全的服务。
本技术的技术方案是：
一种用于风电场巡检的群组机器人控制装置，该装置包括飞行机器人、地面移动机器人和地面远程控制站；
所述的飞行机器人的组成包括小型四旋翼无人机、前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、手动/自动切换模块、第一无线传输模块和被充电模块；其中，前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、手动/自动切换模块、第一无线传输模块和被充电模块分别安装在小型四旋翼无人机的机体上，前置摄像头在小型四旋翼无人机的头部；底部摄像头在小型四旋翼无人机的机腹；模块之间的连接关系为：前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、被充电模块分别和第一无线传输模块相连，手动/自动切换模块与飞控模块相连；第一无线传输模块通过无线方式与地面远程控制站连接；
所述的地面移动机器人的组成包括包括轮式机器人、KinectforXbox摄像机、充电系统、主控计算机、充电控制单元和第二无线传输模块；其中，KinectforXbox摄像机、充电系统、主控计算机、充电控制单元和第二无线传输模块分别安装在轮式机器人上，模块之间的连接关系为：KinectforXbox摄像机和第二无线传输模块相连，充电系统和充电控制单元相连，第二无线传输模块和充电控制单元都与主控计算机相连；第二无线传输模块通过无线方式分别与第一无线传输模块和地面远程控制站连接。
本技术的有益效果是：
(1)飞行机器人和地面移动机器人自主合作，依靠机器视觉共同完成对风电厂风机的常规检测，提高风机维护系统的自动化水平，实现监视任务的自动化、智能化，减少不必要的人力成本。
(2)让飞行机器人和地面机器人均具有自动和手动两种工作模式，以保证机器人的安全。
(3)采用双机器人协作充电技术，依靠摄像头的图像数据完成机器人的粗略定位，再利用红外线来实现两个机器人的精确定位，当飞行机器人自身电量过低时，群组机器人控制装置自主合作完成飞行机器人降落，进而对飞行机器人进行充电，无需全局定位，即便没有GPS信息也可实现地面机器人对飞行机器人的充电。解决了飞行机器人的续航问题，使得飞行机器人能够面向可持续监视务。
(4)分层递阶的空地机器人协调控制系统结构的架构：采用分层结构，分为协调层、规划层、控制层。对于基于有限自动机原理，建立起协调层的管控软件框架。规划层则负责运动规划，视觉引导，视觉检测，控制层则实现底层系统的实际动作。
(5)基于外观特征的机器人视觉目标跟踪控制技术：由于目标和跟踪机器人都处于运动之中，目标在序列图像中存在平移、旋转、尺寸大小变化等情况，采用基于外观特征的SIFT算法与基于颜色特征的Meanshift算法组合的方式，综合利用目标的多种特征快速识别和定位出视频图像中感兴趣的目标。
与现有技术相比，本技术的显著的进步是：
(1)设计适用于持续监视、检测任务的群组机器人控制装置，以实现风电场的“无人值守”式巡检。
(2)开发空地协调充电系统，飞行机器人和地面机器人依靠摄像头的图像数据互相寻找对方，基于视觉伺服技术完成对接，无需全局定位，即便没有GPS信息也可实现地面机器人对飞行机器人的充电。以解决飞行机器人的续航问题，使得飞行机器人能够面向可持续任务。
(3)利用计算机视觉技术，设计空中四旋翼飞行机器人的自主目标跟踪方法。空地机器人合作，依靠目标外观特征实现视觉引导的可疑目标追踪。飞行机器人与地面机器人同时对目标进行跟踪，如果一方丢失目标可根据另一方提供的信息重新找到跟踪目标，即使在充电过程中地面机器人仍然能够跟踪目标。空地机器人相互配合，将采集的信息实时传回。
(4)本技术简单实用，易于普及和推广。
附图说明
下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
图1本技术装置构成的示意框图
图2本技术装置的飞行机器人中的模块连接示意框图；
图3本技术装置的地面移动机器人中的的模块连接示意框图；
图中，1.飞行机器人，2.地面移动机器人，3.地面远程控制站，101.小型四旋翼无人机，102.前置摄像头，103.底部摄像头，104.飞控模块，105.手动/自动切换模块，106.飞行机器人的无线传输模块，107.被充电模块，201.轮式机器人，202.KinectforXbox摄像机，203.充电系统，204.主控计算机，205.充电控制单元，206.地面移动机器人的无线传输模块。
具体实施方式
图1所示实施例表明，本技术用于风电场巡检的群组机器人控制装置的构成：主要包括飞行机器人1、地面移动机器人2和地面远程控制站3，这些部件的连接方式是：飞行机器人1和地面移动机器人2之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风电场巡检的群组机器人控制装置，其特征为该装置包括飞行机器人、地面移动机器人和地面远程控制站；所述的飞行机器人的组成包括小型四旋翼无人机、前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、手动/自动切换模块、第一无线传输模块和被充电模块；其中，前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、手动/自动切换模块、无线传输模块和被充电模块分别安装在小型四旋翼无人机的机体上，前置摄像头在小型四旋翼无人机的头部；底部摄像头在小型四旋翼无人机的机腹；模块之间的连接关系为：前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、被充电模块分别和第一无线传输模块相连，手动/自动切换模块与飞控模块相连；第一无线传输模块通过无线方式与地面远程控制站连接；所述的地面移动机器人的组成包括包括轮式机器人、Kinect for Xbox 摄像机、充电系统、主控计算机、充电控制单元和第二无线传输模块；其中，Kinect for Xbox 摄像机、充电系统、主控计算机、充电控制单元和第二无线传输模块分别安装在轮式机器人上，模块之间的连接关系为：Kinect for Xbox 摄像机和第二无线传输模块相连，充电系统和充电控制单元相连，第二无线传输模块和充电控制单元都与主控计算机相连；第二无线传输模块通过无线方式分别与第一无线传输模块和地面远程控制站连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于风电场巡检的群组机器人控制装置，其特征为该装置包括飞行机器人、地面移动机器人和地面远程控制站；
所述的飞行机器人的组成包括小型四旋翼无人机、前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、手动/自动切换模块、第一无线传输模块和被充电模块；其中，前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、手动/自动切换模块、无线传输模块和被充电模块分别安装在小型四旋翼无人机的机体上，前置摄像头在小型四旋翼无人机的头部；底部摄像头在小型四旋翼无人机的机腹；模块之间的连接关系为：前置摄像头、底部摄像头、飞控模块、被充电模块分别和第一无线传输模块相连，手动/自动切换模块与飞控模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽伟，许建，洪洁，安子腾，尹嵩，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12