一种挂轨式双云台消防巡检机器人及其控制方法技术

本发明专利技术实施例提供一种挂轨式双云台消防巡检机器人及其控制方法，针对现有挂轨式消防机器人监控死区大、巡检方案不够灵活、底盘反向消耗功率大的问题，包括底盘和两个云台。底盘放置在轨道上，两个云台分别安装在底盘上下两侧。采用所述控制方法，能够有效地提高巡检和灭火的工作效率。两个云台各装载有一个摄像头，通过摄像头所获取的视野开阔，具有监控死区小、巡检范围大的优点；两个云台能够通过信息交互指向同一灾情点，并向灾情点发射灭火弹丸，实现及时消除火灾隐患点；采用自动巡检与人工操纵巡检结合的方式，极大地提高了机器人巡检的灵活性；底盘反向时利用刹车装置辅助反向，有效地减少了反向功率，缩短反向时间。缩短反向时间。缩短反向时间。

【技术实现步骤摘要】
一种挂轨式双云台消防巡检机器人及其控制方法


[0001]本专利技术实施例涉及巡检机器人
，尤其涉及一种挂轨式双云台消防巡检机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]在隧道、管廊等工作环境中，当发生火灾时，因大部分时候都不能够及时发现火灾源头并扑灭火苗，最终将导致灾情蔓延，带来大量财力、物力上的损失。若采用人工巡查以发现异常情况的方案，因工作环境比较危险，将会直接威胁到工作人员的生命安全。因此，如何通过巡查及时发现异常并展开灭火工作，成为一个亟需解决的难题。在这种背景下，近几年，一种新型的挂轨式消防巡检机器人逐渐成为解决这一问题的主要研究方向。挂轨式消防巡检机器人通常由单个云台和底盘组成。工作时，机器人在轨道上不断移动，而装载在云台上的摄像头则实时监测周围环境。当摄像头发现灾情时，机器人通过其灭火机构进行灭火，同时将灾情信息发布到远程控制平台。该类型机器人能够替代人工巡检的方式，同时可以及时扑灭发现的火苗，极大地降低了火灾带来的危险。
[0003]现有的挂轨式消防巡检机器人虽然能够在一定程度上缓解灾情，但是在工作效率方面上，目前还存在着以下缺点：单个云台视野受限，巡检范围较小，存在着监控死区，在监控死区内发生的灾情极大概率不能够及时被发现，该情况下将存在着较大的安全隐患；巡检方案不够灵活，大多数巡检方案仅采用自动巡检，未充分考虑与人工操控的相互配合；底盘在工作中反向时消耗功率大，反向过程缓慢，且有一定概率出现轮子打滑的情况，该种情况下工作效率较低，而且底盘结构受损，导致底盘要经常进行维护。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种挂轨式双云台消防巡检机器人及其控制方法，以解决现有技术中挂轨式消防机器人监控死区大、巡检方案不够灵活、底盘反向消耗功率大的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种挂轨式双云台消防巡检机器人，包括设于巡检区域的轨道，以及滑动安装于所述轨道上的底盘；还包括上云台和下云台，所述上云台和所述下云台分别通过导电滑环安装于所述底盘的上侧和下侧，以实现yaw轴360度自由旋转；
[0006]所述上云台和所述下云台均包括存储结构、发射机构和视觉平台；
[0007]所述存储结构上搭载有若干用于检测巡检区域环境信息的传感器，所述存储结构内存储有灭火弹丸；
[0008]所述发射机构用于获取所述存储结构内的灭火弹丸并沿发射管道发射出；
[0009]所述视觉平台用于获取所述发射管道前方的视频数据。
[0010]作为优选的，所述上云台和所述下云台还具有pitch轴方向上的自由度，以在所述底盘沿所述轨道移动时，所述上云台和所述下云台基于机械限位设定的pitch轴上限角度、pitch轴下限角度往复转动，并在yaw轴方向360度转动。
[0011]作为优选的，所述发射机构包括拨弹盘、供弹链路、发射管道、摩擦轮、摩擦轮驱动电机和拨弹盘驱动电机；
[0012]所述拨弹盘驱动电机用于驱动所述拨弹盘，所述摩擦轮驱动电机用于驱动所述摩擦轮；
[0013]所述拨弹盘用于通过旋转将存储结构中的灭火弹丸通过供弹链路送至摩擦轮；
[0014]所述摩擦轮用于通过旋转使灭火弹丸获得向前的速度，并将灭火弹丸传送至所述发射管道；
[0015]所述发射管道用于调整灭火弹丸的飞行方向。
[0016]作为优选的，所述传感器包括以下一种或多种：烟雾传感器、温度传感器和光传感器。
[0017]作为优选的，所述底盘包括底盘本体驱动装置、悬挂机构、夹紧结构、拆卸装置和刹车装置；
[0018]所述驱动装置包括底盘驱动电机和驱动轮，所述驱动轮设于所述底盘本体侧面，且所述驱动轮连接所述轨道，所述底盘驱动电机用于驱动所述驱动轮；
[0019]所述悬挂机构用于在所述底盘运动时，减缓运动过程中的扰动对底盘的影响；
[0020]拆卸装置用于将机器人从轨道处拆卸，所述夹紧结构用于通过多个方向将所述底盘本体夹紧在所述轨道上；
[0021]所述拆卸装置与所述夹紧结构联动，用于进行夹紧结构的夹紧、松脱；
[0022]所述刹车装置包括刹车条和刹车驱动电机，所述刹车驱动电机用于控制所述刹车条向下转动压紧所述轨道，以进行刹车减速。
[0023]作为优选的，所述底盘上还设有测距传感器，所述测距传感器用于测量行进过程中遮挡物的距离。
[0024]第二方面，本专利技术实施例提供一种根据本专利技术第一方面实施例所述挂轨式双云台消防巡检机器人的控制方法，包括：
[0025]基于驱动电机控制底盘沿轨道移动时，针对底盘驱动电机、刹车驱动电机、上云台和下云台上的摩擦轮驱动电机和拨弹盘驱动电机，采用速度单环PID控制方法；针对控制上云台、下云台在pitch、yaw方向运动的电机，采用串级PID与LESO融合的控制方法，并基于视觉平台获取不同角度下的视频数据，基于传感器获取当前位置的环境信息；
[0026]若基于上云台和/或所述下云台的视频数据，以及所述环境信息判断发生灾情，则确定灾情目标点的空间坐标，基于预设弹道解算模型和所述空间坐标控制所述上云台和所述下云台同时向灾情目标点发射灭火弹丸。
[0027]作为优选的，还包括：
[0028]获取底盘在轨道上移动N个单程距离后所述驱动电机所转动的总圈数，以确定每个单程电机平均转动圈数为：总圈数/N；根据底盘在轨道上移动时当前电机转动圈数，以确定底盘在轨道上的位置为：(当前电机转动圈数/单程平均转动圈数)*轨道长度。
[0029]作为优选的，针对底盘驱动电机、刹车驱动电机、上云台和下云台上的摩擦轮驱动电机和拨弹盘驱动电机，采用速度单环PID控制方法；针对控制上云台、下云台在pitch、yaw方向运动的电机，采用串级PID与LESO融合的控制方法，具体包括：
[0030]基于速度单环PID控制算法控制底盘驱动电机、刹车驱动电机、上云台和下云台上
的摩擦轮驱动电机和拨弹盘驱动电机，根据当前电机转速与目标转速的误差，通过调节比例系数P、积分系数I、微分系数D计算出所需控制量；
[0031]基于串级PID与LESO融合控制算法控制pitch轴、yaw轴方向上运动的电机：串级PID算法中，以外环为角度环，内环为速度环，外环的输入量为当前角度值与期望角度值的误差，而后经过第一个PID控制器后得到一个期望转速输出值，期望转速输出值与当前转速做差值输入到第二个PID控制器，计算出一个输出电流值；
[0032]将自抗扰控制器ADRC中的扩张状态观测器ESO加入至串级PID，以ESO的其中一个输出参数z3作为系统的总扰动，对z3进行扰动估计后负反馈到串级PID的输出端进行输出补偿，得到最终的输出值。
[0033]本专利技术实施例提供的一种挂轨式双云台消防巡检机器人及其控制方法，在将机器人放置到轨道上后，操作人员可通过遥控器操纵两个云台在pitch轴和yaw轴方向上运动、控制底盘的启停，检查机器人是否正常工作；在该机器人与远程控制平台相连接的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挂轨式双云台消防巡检机器人，其特征在于，包括设于巡检区域的轨道，以及滑动安装于所述轨道上的底盘；还包括上云台和下云台，所述上云台和所述下云台分别通过导电滑环安装于所述底盘的上侧和下侧，以实现yaw轴360度自由旋转；所述上云台和所述下云台均包括存储结构、发射机构和视觉平台；所述存储结构上搭载有若干用于检测巡检区域环境信息的传感器，所述存储结构内存储有灭火弹丸；所述发射机构用于获取所述存储结构内的灭火弹丸并沿发射管道发射出；所述视觉平台用于获取所述发射管道前方的视频数据。2.根据权利要求1所述的挂轨式双云台消防巡检机器人，其特征在于，所述上云台和所述下云台还具有pitch轴方向上的自由度，以在所述底盘沿所述轨道移动时，所述上云台和所述下云台基于机械限位设定的pitch轴上限角度、pitch轴下限角度往复转动，并在yaw轴方向360度转动。3.根据权利要求1所述的挂轨式双云台消防巡检机器人，其特征在于，所述发射机构包括拨弹盘、供弹链路、发射管道、摩擦轮、摩擦轮驱动电机和拨弹盘驱动电机；所述拨弹盘驱动电机用于驱动所述拨弹盘，所述摩擦轮驱动电机用于驱动所述摩擦轮；所述拨弹盘用于通过旋转将存储结构中的灭火弹丸通过供弹链路送至摩擦轮；所述摩擦轮用于通过旋转使灭火弹丸获得向前的速度，并将灭火弹丸传送至所述发射管道；所述发射管道用于调整灭火弹丸的飞行方向。4.根据权利要求1所述的挂轨式双云台消防巡检机器人，其特征在于，所述传感器包括以下一种或多种：烟雾传感器、温度传感器和光传感器。5.根据权利要求1所述的挂轨式双云台消防巡检机器人，其特征在于，所述底盘包括底盘本体驱动装置、悬挂机构、夹紧结构、拆卸装置和刹车装置；所述驱动装置包括底盘驱动电机和驱动轮，所述驱动轮设于所述底盘本体侧面，且所述驱动轮连接所述轨道，所述底盘驱动电机用于驱动所述驱动轮；所述悬挂机构用于在所述底盘运动时减缓运动过程中的扰动对底盘的影响；所述夹紧结构用于通过多个方向将所述底盘本体夹紧在所述轨道上；拆卸装置用于将机器人从轨道处拆卸，所述拆卸装置与所述夹紧结构联动，用于进行夹紧结构的夹紧、松脱；所述刹车装置包括刹车条和刹车驱动电机，所述刹车驱动电机用于控制所述刹车条向下转动压紧所述轨道，以进行刹车减速。6.根据权利要求1所述的挂轨式双云台消防巡检机器人，其特征在于，所述底盘上还设有测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张准，陈静楠，余文致，陈曦，莫泓乐，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：