井下机器人充电系统、齿轮啮合的控制与保护方法技术方案

本发明专利技术提供一种井下机器人充电系统，包括充电柜、机器人、充电定位装置；所述充电柜包括第一控制器、调速器、电动机、第一齿轮、第一无线通信模块；所述机器人包括第二控制器、充电器、电池管理器、发电机、电池、第二齿轮、第二无线通信模块、摄像头；所述充电定位装置包括RFID阅读器和RFID标识卡；所述RFID标识卡安装在充电柜前侧的充电区域；所述RFID阅读器安装在机器人底部，RFID阅读器连接第二控制器。本发明专利技术还提出了一种井下机器人充电系统齿轮啮合的控制方法和保护方法。本发明专利技术实现了机器人的自动充电和充电过程中的保护功能。的自动充电和充电过程中的保护功能。的自动充电和充电过程中的保护功能。

【技术实现步骤摘要】
井下机器人充电系统、齿轮啮合的控制与保护方法


[0001]本专利技术涉及矿井下使用的机器人领域，尤其是一种井下机器人充电系统、齿轮啮合的控制与保护方法。

技术介绍

[0002]在煤矿等井下，机器人的应用逐渐普及，机器人可以完成自动巡检等工作，节约了大量的人力；但井下机器人通常由自带的锂电池作为电力，需要经常充电；而目前机器人通常依靠人工充电；需要人工插拔机器人上充电器的连接线。
[0003]当前齿轮传动应用在许多行业，齿轮工作可靠使用寿命长；机器视觉的发展也很迅速；将齿轮传动与机器视觉相结合，能够实现井下机器人的自动充电。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种井下机器人充电系统、齿轮啮合的控制与保护方法，以实现机器人的自动充电和充电过程中的保护功能。为实现以上技术目的，本专利技术实施例采用的技术方案是：第一方面，本专利技术实施例提供了一种井下机器人充电系统，包括充电柜、机器人、充电定位装置；所述充电柜包括第一控制器、调速器、电动机、第一齿轮、第一无线通信模块；所述第一控制器的通信端与第一无线通信模块连接；所述第一无线通信模块用于与机器人中的第二无线通信模块无线通信；所述第一控制器的第一控制端连接调速器的受控端，所述调速器的输入端连接开关K1的一端，所述开关K1的另一端用于连接电网；所述调速器的输出端连接电动机的输入端；所述电动机的转轴连接第一齿轮；所述第一控制器用于指令调速器控制电动机的转速，从而控制第一齿轮的转速；所述第一控制器的第二控制端用于控制开关K1的通断；所述第一齿轮水平设置，即第一齿轮的端面朝上，第一齿轮位于充电柜外且第一齿轮用于与第二齿轮啮合的部分位于充电区域；所述机器人包括第二控制器、充电器、电池管理器、发电机、电池、第二齿轮、第二无线通信模块、摄像头；所述第二控制器的通信端与第二无线通信模块连接；所述第二无线通信模块用于与充电柜中的第一无线通信模块无线通信；所述摄像头安装在机器人上，高于第一齿轮和第二齿轮，用于拍摄第一齿轮与第二齿轮的啮合图像并向第二控制器发送；所述发电机的转轴连接第二齿轮；所述第二齿轮水平设置，且与第一齿轮位于相同的高度；所述发电机的输出端连接充电器的输入端；充电器的输出端连接电池用于为电池充电；所述电池管理器连接电池，用于检测电池电量并向第二控制器发送；所述充电定位装置包括RFID阅读器和RFID标识卡；所述RFID标识卡安装在充电柜前侧的充电区域；所述RFID阅读器安装在机器人底部，RFID阅读器连接第二控制器。
[0005]进一步地，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均采用WiFi模块。
[0006]第二方面，本专利技术实施例提出了一种井下机器人充电系统齿轮啮合的控制方法，适用于如上文所述的井下机器人充电系统，包括以下步骤：步骤A1，机器人向充电柜运动，第二控制器采集RFID阅读器的信息，当RFID阅读器读取到了RFID标识卡信息，则说明机器人到达指定的充电区域，则进入步骤A2；步骤A2，第二控制器指令摄像头采集第一齿轮与第二齿轮端面的啮合图像；摄像头将采集到的图像以数组M发送给第二控制器，然后第二控制器根据数组信息利用大津法求阈值N，阈值N求出后，再将数组M中的所有元素依次与阈值N进行比较，将大于阈值N的数重新赋值为1也就是黑点，黑点代表齿轮端面，将小于阈值N的数赋值为0也就是白点，白点代表除了齿轮端面的其余图像部分；将数组M进行二值化完成后得到数组M1，进入步骤A3；步骤A3，将二值化得到的数组M1与预设的齿轮啮合成功图像的二值化数组M2进行比较，通过循环依次比较两个数组中的元素，若M1数组的一行元素值中有连续T个数与数组M2中对应元素值的数不同，且相邻H行也出现同样情况，则认为齿轮啮合不成功，则进入步骤A4，若未出现上述情况且RFID阅读器读到RFID标识卡信息，则认为啮合成功，进入步骤A5；步骤A4，第二控制器下达指令控制机器人倒退一个距离，并通过无线通信发送一个电动机短暂转动的指令给充电柜，第一控制器指令调速器使得电动机短暂转动，执行完毕后通过无线通信回复机器人中的第二控制器，重新进入步骤A1；步骤A5，第一控制器控制电动机导通，通过第一齿轮和第二齿轮带动发电机，进入步骤A6；步骤A6，发电机的输出通过充电器对机器人中的电池进行充电，在充电过程中电池管理器检测电池电量是否充满，若充满则进入步骤A7，反之进入步骤A5；步骤A7，第二控制器通过无线通信向第一控制器发送停止充电指令，第一控制器控制电动机关断，充电器停止对机器人电池充电，充电结束。
[0007]进一步地，步骤A2中，大津法求阈值N的具体过程包括：统计数组M中每个灰度值0~255出现的次数，将每个灰度值出现的次数保存在huidu[256]数组中，找出huidu[256]中的最大值H1，并将最大值H1出现的位置记为D1，最大值H1出现的位置就是第一高峰，再将最大值H1依次减5寻找第二个峰值，每将H1减5之后，将H1与huidu[256]中的数组中的所有元素进行比较，若出现大于H1的数据且这个数据的位置D2与D1的差的绝对值大于30则认为该点就是所找的第二峰值；再从huidu[256]数组中D1
‑
D2位置中找出最小值H3，最小值H3所在的位置D3就是所求的阈值N。
[0008]进一步地，步骤A3中，T为9～10；H为3。
[0009]进一步地，步骤A4中，机器人倒退的距离为0.3m～0.5m；电动机短暂转动的时间为1～2秒。
[0010]第三方面，本专利技术实施例提出了一种井下机器人充电系统齿轮啮合的保护方法，适用于如上文所述的井下机器人充电系统，包括以下步骤：步骤B1，在充电过程中，电动机以第一转速转动，摄像头每v秒采集一次第一齿轮与第二齿轮端面的啮合图像，进入步骤B2；步骤B2，摄像头将采集到的图像以数组Q发送给第二控制器，然后第二控制器根据数组信息利用大津法求阈值D，将阈值D求出后，再将数组Q中的所有元素依次与阈值D进行
比较，将大于阈值D的数重新赋值为1也就是黑点，黑点代表齿轮端面，将小于阈值D的数赋值为0也就是白点，白点代表除了齿轮端面的其余图像部分；将数组Q进行二值化完成后得到数组Q1，进入步骤B3；步骤B3，通过循环遍历数组Q1中的数，若连续的3行或以上每行中的白点数超过T个，则进入步骤B4，反之则进入步骤B8；步骤B4，第二控制器通过无线通信给第一控制器发送降速指令信息，第一控制器发送降速指令将电动机的转速降低到低于第一转速的第二转速运行，降速完成后，通过无线通信回复降速指令完成，进入步骤B5；步骤B5，摄像头每v秒采集一次第一齿轮与第二齿轮端面的啮合图像，将采集到的图像以数组Q发送给第二控制器，然后第二控制器根据数组信息利用大津法求阈值W，将阈值W求出后，再将数组Q中的所有元素依次与阈值W进行比较，将大于阈值W的数重新赋值为1也就是黑点，黑点代表齿轮端面，将小于阈值W的数赋值为0也就是白点，白点代表除了齿轮端面的其余图像部分；将数组Q进行二值化完成后得到数组Q1，进入步骤B6；步骤B6，通过循环遍历数组Q1中的数，若连续的3行或以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井下机器人充电系统，其特征在于，包括充电柜、机器人、充电定位装置；所述充电柜包括第一控制器、调速器、电动机、第一齿轮、第一无线通信模块；所述第一控制器的通信端与第一无线通信模块连接；所述第一无线通信模块用于与机器人中的第二无线通信模块无线通信；所述第一控制器的第一控制端连接调速器的受控端，所述调速器的输入端连接开关K1的一端，所述开关K1的另一端用于连接电网；所述调速器的输出端连接电动机的输入端；所述电动机的转轴连接第一齿轮；所述第一控制器用于指令调速器控制电动机的转速，从而控制第一齿轮的转速；所述第一控制器的第二控制端用于控制开关K1的通断；所述第一齿轮水平设置，即第一齿轮的端面朝上，第一齿轮位于充电柜外且第一齿轮用于与第二齿轮啮合的部分位于充电区域；所述机器人包括第二控制器、充电器、电池管理器、发电机、电池、第二齿轮、第二无线通信模块、摄像头；所述第二控制器的通信端与第二无线通信模块连接；所述第二无线通信模块用于与充电柜中的第一无线通信模块无线通信；所述摄像头安装在机器人上，高于第一齿轮和第二齿轮，用于拍摄第一齿轮与第二齿轮的啮合图像并向第二控制器发送；所述发电机的转轴连接第二齿轮；所述第二齿轮水平设置，且与第一齿轮位于相同的高度；所述发电机的输出端连接充电器的输入端；充电器的输出端连接电池用于为电池充电；所述电池管理器连接电池，用于检测电池电量并向第二控制器发送；所述充电定位装置包括RFID阅读器和RFID标识卡；所述RFID标识卡安装在充电柜前侧的充电区域；所述RFID阅读器安装在机器人底部，RFID阅读器连接第二控制器。2.如权利要求1所述的井下机器人充电系统，其特征在于，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均采用WiFi模块。3.一种井下机器人充电系统齿轮啮合的控制方法，适用于如权利要求1或2所述的井下机器人充电系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤A1，机器人向充电柜运动，第二控制器采集RFID阅读器的信息，当RFID阅读器读取到了RFID标识卡信息，则说明机器人到达指定的充电区域，则进入步骤A2；步骤A2，第二控制器指令摄像头采集第一齿轮与第二齿轮端面的啮合图像；摄像头将采集到的图像以数组M发送给第二控制器，然后第二控制器根据数组信息利用大津法求阈值N，阈值N求出后，再将数组M中的所有元素依次与阈值N进行比较，将大于阈值N的数重新赋值为1也就是黑点，黑点代表齿轮端面，将小于阈值N的数赋值为0也就是白点，白点代表除了齿轮端面的其余图像部分；将数组M进行二值化完成后得到数组M1，进入步骤A3；步骤A3，将二值化得到的数组M1与预设的齿轮啮合成功图像的二值化数组M2进行比较，通过循环依次比较两个数组中的元素，若M1数组的一行元素值中有连续T个数与数组M2中对应元素值的数不同，且相邻H行也出现同样情况，则认为齿轮啮合不成功，则进入步骤A4，若未出现上述情况且RFID阅读器读到RFID标识卡信息，则认为啮合成功，进入步骤A5；步骤A4，第二控制器下达指令控制机器人倒退一个距离，并通过无线通信发送一个电动机短暂转动的指令给充电柜，第一控制器指令调速器使得电动机短暂转动，执行完毕后通过无线通信回复机器人中的第二控制器，重新进入步骤A1；步骤A5，第一控制器控制电动机导通，通过第一齿轮和第二齿轮带动发电机，进入步骤A6；
步骤A6，发电机的输出通过充电器对机器人中的电池进行充电，在充电过程中电池管理器检测电池电量是否充满，若充满则进入步骤A7，反之进入步骤A5；步骤A7，第二控制器通过无线通信向第一控制器发送停止充电指令，第一控制器控制电动机关断，充电器停止对机器人电池充电，充电结束。4.如权利要求3所述的井下机器人充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟佳丽，刘小东，濮垚，侯贺港，王颖杰，
申请(专利权)人：无锡军工智能电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：