一种防爆型巡检机器人无线充电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种防爆型巡检机器人无线充电系统，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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种防爆型巡检机器人无线充电系统及方法
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种防爆型巡检机器人无线充电系统及方法。
技术介绍
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系统及巡检方法》，以及专利文献CN201510128951.1提出的《巡检机器人充电系统及充电方法》。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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种防爆型巡检机器人无线充电系统及方法，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，本专利技术采用了如下技术方案：一种防爆型巡检机器人无线充电系统，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。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防爆型巡检机器人无线充电系统，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；/n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；/n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)。/n

【技术特征摘要】
1.一种防爆型巡检机器人无线充电系统，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系统，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系统，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系统，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系统，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系统，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：房桦，绳林林，魏焕兵，夏凌童，鹿飞，
申请(专利权)人：山东沐点智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37