一种用于室内工业环境超声检测的巡检机器人系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种用于室内工业环境超声检测的巡检机器人系统，包括集成式超声传感器阵列、云台、升降减振平台及轮式机器人平台；轮式机器人平台在工业现场内自主导航移动进行巡检，当检测到超声信号幅值超过阈值时，通过升降减振平台将超声传感器阵列升降至合适位置，利用云台对阵列进行俯仰、方位和滚转旋转，接收超声信号并定位，机器人平台根据定位结果自行导航移动至靠近超声源位置并进行拍照，通过无线网络通信的方式将相关信息传输给地面监控中心。本实用新型专利技术通过结合集成式超声传感器阵列和轮式机器人，能够对工业环境异常响动进行实时检测，并能在异常初期发生微小损伤时对一场声源进行定位并拍照给出精确位置。伤时对一场声源进行定位并拍照给出精确位置。伤时对一场声源进行定位并拍照给出精确位置。

【技术实现步骤摘要】
一种用于室内工业环境超声检测的巡检机器人系统


[0001]本技术涉及一种巡检机器人系统，尤其涉及一种用于室内工业环境超声检测的移动巡检机器人系统。

技术介绍

[0002]现代城市的地下空间以及施工现场分布了大量的天然气、煤气和暖气管道，虽然位于室内但工业环境复杂，在管道阀门、接头以及老化的管道处容易产生泄漏，在一些工业环境下器件的早期损坏不易察觉，可能造成重大安全事故。
[0003]目前，基于气体泄漏检测与定位的传统方法主要有化学气体示踪法、激光探测法、红外热成像法等。基于声学的检测与定位方法有声发射检测法和超声波检测法。近年来，兴起了一种利用麦克风阵列进行声源定位的方法，通过每个麦克风接收到的声信号的微小差异进行分析，从而逆推声源位置，可以在较远距离达到较高的精确度，可实现无人自动巡检，发展前景广阔。但基于声信号的定位方法需保持采集到一段平稳信号，因此对于自动巡检机器人平台移动的稳定性和精确性有一定的要求。
[0004]因此，研究一种针对工业环境异常超声源早期检测的自动巡检机器人，并能在移动时保持平台的稳定性对于工业现场的安全维护具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种用于室内工业环境超声检测定位的移动巡检机器人系统，该系统通过结合集成式超声传感器阵列和轮式机器人，能够对工业环境异常响动进行实时检测，并能在异常初期发生微小损伤时对一场声源进行定位并拍照给出精确位置。
[0006]本技术的技术方案为：
[0007]所述一种用于室内工业环境超声检测的巡检机器人系统，包括集成式超声传感器阵列、云台、升降减振平台及轮式机器人平台；
[0008]所述集成式超声传感器阵列包括超声传感器阵列、高清摄像头、照明灯和姿态信息感知模块；所述超声传感器阵列能够接收超声信号；所述高清摄像头以及照明灯能够对靠近超声源的区域进行拍照；所述姿态信息感知模块能够获取超声传感器阵列的方位、俯仰和横滚三个自由度的旋转姿态；
[0009]所述集成式超声传感器阵列安装在云台上，所述云台能够实现集成式超声传感器阵列在方位、俯仰和横滚三个自由度的旋转运动；
[0010]所述云台安装在升降减振平台上，所述升降减振平台能够实现云台高度方向的移动，并隔离轮式机器人平台的颠簸振动；
[0011]所述轮式机器人平台包括主体支架、激光雷达、控制模块、无线收发模块和轮式运动机构；所述升降减振平台、控制模块、无线收发模块和激光雷达安装在主体支架上；所述激光雷达用于感知周围环境，并将数据发送给控制模块；所述控制模块能够根据预置的室
内工业环境巡检路线控制运动机构实现轮式机器人平台运动，并结合激光雷达数据，实现在发现超声源后的抵进运动；所述控制模块能够接收超声传感器阵列的信号，并对超声源进行定位，将定位数据、拍摄照片、轮式机器人平台拍照时在室内工业环境中所处的位置发送给监控中心。
[0012]进一步的，所述主体支架采用多层多孔板在高度方向上利用双头螺柱拼接组成。
[0013]进一步的，所述轮式运动机构采用带有里程计的步进驱动电机及单独控制的塑胶车轮。
[0014]进一步的，所述无线收发模块采用WI
‑
FI、Zigbee、蓝牙、UWB、GPRS或CDMA通信模式。
[0015]进一步的，所述升降减振平台包括蜗轮螺杆升降机构和斜拉式弹簧减振机构；
[0016]所述蜗轮螺杆升降机构包括升降螺杆、升降蜗轮、升降蜗轮安装支座和升降蜗轮驱动电机；所述升降蜗轮驱动电机以及升降蜗轮安装支座安装在所述主体支架中部的多孔板上；所述升降蜗轮安装在升降蜗轮安装支座内；沿高度方向布置的所述升降螺杆通过外螺纹与带有内螺纹的升降蜗轮旋合，所述升降螺杆顶部与所述主体支架顶部的多孔板固定连接，通过所述升降蜗轮驱动电机驱动升降蜗轮转动，能够带动所述升降螺杆沿轴向运动，使所述主体支架顶部的多孔板沿高度方向移动；
[0017]所述斜拉式弹簧减振机构包括减振台以及带有导柱的空气阻尼减振弹簧；所述减振台的四角分别与一根带有导柱的空气阻尼减振弹簧一端连接，带有导柱的空气阻尼减振弹簧另一端连接固定在顶部多孔板上的立柱顶端。
[0018]进一步的，所述云台包括俯仰支架、俯仰步进电机、横滚机械臂、横滚步进电机、左右旋转机械臂以及左右旋转步进电机；所述俯仰支架安装在集成式超声传感器阵列背面，并与俯仰步进电机通过销轴连接，通过俯仰步进电机驱动俯仰支架，实现集成式超声传感器阵列的俯仰运动；所述横滚机械臂一端与俯仰步进电机固定连接，另一端与横滚步进电机通过销轴连接，通过横滚步进电机驱动横滚机械臂，实现集成式超声传感器阵列的横滚运动；所述左右旋转机械臂一端与横滚步进电机固定连接，另一端与左右旋转步进电机通过销轴连接，通过左右旋转步进电机驱动左右旋转机械臂，实现集成式超声传感器阵列的方位运动；所述左右旋转步进电机固定安装在所述减振平台上。
[0019]进一步的，所述集成式超声传感器阵列的安装板为防潮多孔板，超声传感器阵列、高清摄像头、照明灯和姿态信息感知模块集成固定在防潮多孔板上。
[0020]进一步的，所述超声传感器阵列采用平面最优随机阵列。
[0021]有益效果
[0022]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0023]1、通过把集成式超声传感器阵列和轮式机器人相结合，解决了人工巡检效率低、实时性差的问题，达到实时检测和定位的效果；
[0024]2、对工业环境初始损坏阶段进行检测并定位出超声源，能够有效的避免安全事故发生；
[0025]3、通过轮式机器人的自主导航、可俯仰旋转的云台及升降减振平台控制集成式超声传感器阵列进行多方位检测定位，提高了定位结果的准确性，能够有效避免漏检。
[0026]4、通过将集成式超声传感器阵列安装于三自由度云台及升降减振机构上，减弱了
由于轮式机器人移动过程的颠簸对接收到的声信号的影响，同时可控制集成式超声传感器阵列进行俯仰、旋转、横滚多个方向的运动，增强了声信号的质量，对提升定位结果的精确度有较显著的作用。
[0027]本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0028]本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]图1为本技术提出的工业环境超声源检测定位的移动超声传感器阵列机器人的整体结构示意图；
[0030]图2为本技术提出的工业环境超声源检测定位的移动超声传感器阵列机器人的云台结构示意图。
[0031]其中：1、超声传感器阵列；2、具有集成式照明灯的摄像头；3、固定螺栓；4、激光雷达；5、双头螺柱；6、多孔板；7、集成有里程计的步进驱动电机；8、塑胶车轮；9、横滚步进电机；10、左右旋转机械臂；11、横滚机械臂；12、左右旋转步进电机；13、带有导柱的空气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于室内工业环境超声检测的巡检机器人系统，其特征在于：包括集成式超声传感器阵列、云台、升降减振平台及轮式机器人平台；所述集成式超声传感器阵列包括超声传感器阵列、高清摄像头、照明灯和姿态信息感知模块；所述超声传感器阵列能够接收超声信号；所述高清摄像头以及照明灯能够对靠近超声源的区域进行拍照；所述姿态信息感知模块能够获取超声传感器阵列的方位、俯仰和横滚三个自由度的旋转姿态；所述集成式超声传感器阵列安装在云台上，所述云台能够实现集成式超声传感器阵列在方位、俯仰和横滚三个自由度的旋转运动；所述云台安装在升降减振平台上，所述升降减振平台能够实现云台高度方向的移动，并隔离轮式机器人平台的颠簸振动；所述轮式机器人平台包括主体支架、激光雷达、控制模块、无线收发模块和轮式运动机构；所述升降减振平台、控制模块、无线收发模块和激光雷达安装在主体支架上；所述激光雷达用于感知周围环境，并将数据发送给控制模块；所述控制模块能够根据预置的室内工业环境巡检路线控制运动机构实现轮式机器人平台运动，并结合激光雷达数据，实现在发现超声源后的抵进运动；所述控制模块能够接收超声传感器阵列的信号，并对超声源进行定位，将定位数据、拍摄照片、轮式机器人平台拍照时在室内工业环境中所处的位置发送给监控中心。2.根据权利要求1所述一种用于室内工业环境超声检测的巡检机器人系统，其特征在于：所述主体支架采用多层多孔板在高度方向上利用双头螺柱拼接组成。3.根据权利要求1所述一种用于室内工业环境超声检测的巡检机器人系统，其特征在于：所述轮式运动机构采用带有里程计的步进驱动电机及单独控制的塑胶车轮。4.根据权利要求1所述一种用于室内工业环境超声检测的巡检机器人系统，其特征在于：所述无线收发模块采用WI
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FI、Zigbee、蓝牙、UWB、GPRS或CDMA通信模式。5.根据权利要求2所述一种用于室内工业环境超声检测的巡检机器人系统，其特征在于：所述升降减振平台包括蜗轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁方立，李航，盛浩，李宝清，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：新型
国别省市：