CN207037466U - 一种应用于煤矿井下的视觉探测机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于煤矿井下的视觉探测机器人系统，包括视觉探测机器人和查看探测视频图像的PC端两大部分，其中视觉探测机器人包括机器人本体、安装于机器人本体两侧的履带式行走装置以及安装于机器人本体顶部前端的图像采集装置。机器人本体可以分为三部分，首先是上层前端的视觉图像处理模块，其次是上层后端的无线通信模块，再者是下层的运动控制模块。本实用新型不仅能够实现对煤矿井下特殊环境进行温度、湿度、CO等周围环境进行探测，而且能够对自动将采集到的视频图像传输到PC端，并进行去雾处理，在进行运动控制时，由PC端手动控制和自带传感器进行自动避障实现联合控制向前运动，能够较好的适应煤矿井下复杂环境。

Description

一种应用于煤矿井下的视觉探测机器人系统

技术领域

本实用新型属于探测机器人技术领域，具体涉及一种应用于煤矿井下的视觉探测机器人系统的设计。

背景技术

众所周知，我国是世界上最大的煤炭消费国，在煤炭出口量上也位居世界前茅。但同时，我国每年发生的煤矿安全事故数不胜数，为了减小由于矿难事故带来的人员及财产损失，以及考虑到灾难现场的情况复杂，救援人员贸然进入不能保证自身的安全，一系列的煤矿井下探测机器人应运而生。

目前，现有的煤矿井下探测机器人，通过有线或无线的方式能够实现对煤矿井下、矿难事故现场的视频画面传输，但由于事故现场的环境条件，传送回来的视频图像质量不高，为后续的救援工作提出挑战；同时在自主避障方面主要采用红外传感器和超声波传感器等技术，多个探测机器人同时工作时，容易出现互相干扰的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的煤矿井下探测机器人传送视频画面质量不高以及自主避障时传感器的融合问题，提出了一种应用于煤矿井下的视觉探测机器人系统。

本实用新型的技术方案为：一种应用于煤矿井下的视觉探测机器人系统，包括视觉探测机器人和PC端；视觉探测机器人包括机器人本体、安装于机器人本体两侧的履带式行走装置以及安装于机器人本体顶部前端的图像采集装置。

其中，图像采集装置采用双目摄像头，并且搭载有探照灯，具有自动补光功能。

本实用新型的有益效果是：本实用新型能够自动将采集到的视频图像传输至PC端并通过计算机视觉进行去雾处理，为救援人员提供较为清晰的实时现场画面，为后续的救援工作提供便利。

进一步地，机器人本体包括视觉图像处理模块、无线通信模块以及运动控制模块；视觉图像处理模块设置于机器人本体上层前端，并分别与图像采集装置、无线通信模块以及运动控制模块电连接；无线通信模块设置于机器人本体上层后端；运动控制模块设置于机器人本体下层，并与履带式行走装置机械连接，用于控制履带式行走装置的运动。

履带式行走装置包括左侧履带式行走装置和右侧履带式行走装置；左侧履带式行走装置和右侧履带式行走装置结构相同，均包括从前至后依次设置的前端主动轮、前端从动轮、后端从动轮、后端主动轮，以及安装于两个主动轮上，用于驱动从动轮转动的履带；前端主动轮与后端主动轮均通过转轴与运动控制模块机械连接。

其中，视觉图像处理模块包括DSP数字信号处理器，运动控制模块包括Arduino单片机以及四个与Arduino单片机电连接的电机；每个电机对应与一个主动轮上的转轴机械连接。机器人本体的顶部还设置有一个传感器安装槽，用于安装各种探测传感器，每个探测传感器与Arduino单片机电连接。探测传感器包括温度传感器、湿度传感器、硫化氢传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、氨气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器和二氧化碳传感器。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型支持救援人员手动操纵与自动操纵，并且在自动操纵时可以依靠自身探测传感器和计算机视觉技术，通过调整左右两侧四个主动轮的转向及转速，控制视觉探测机器人的行进方向，从而实现自动避障。同时在探测过程中采集事故现场的温度以及危险气体浓度等信息传输至PC端。

进一步地，视觉探测机器人由蓄电池供电。机器人本体还包括电池电量检测模块，电池电量检测模块与Arduino单片机电连接，用于检测蓄电池的电量，当蓄电池电量低于5％时在PC端闪灯报警。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型中的探测机器人，当自身电源电量低于5％时会自动提醒探测工作人员，相对于现有的探测机器人功能更加强大，探测救援使用效果更好，可靠性更强。

附图说明

图1所示为本实用新型实施例提供的一种应用于煤矿井下的视觉探测机器人系统结构示意图。

图2所示为本实用新型实施例提供的视觉探测机器人俯视图。

图3所示为本实用新型实施例提供的视觉探测机器人剖面图。

图4所示为本实用新型实施例提供的履带式行走装置结构示意图。

附图标记说明：1-机器人本体、2-履带式行走装置、3-图像采集装置、4-传感器安装槽；

11-视觉图像处理模块、12-无线通信模块、13-运动控制模块；

21-前端主动轮、22-前端从动轮、23-后端从动轮、24-后端主动轮、25-履带、26-转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的说明。

本实用新型实施例提供了一种应用于煤矿井下的视觉探测机器人系统，如图1所示，包括视觉探测机器人和查看探测视频图像的PC端两大部分。

其中，如图2所示，视觉探测机器人包括机器人本体1、安装于机器人本体1两侧的履带式行走装置2以及安装于机器人本体1顶部前端的图像采集装置3。

如图3所示，机器人本体1包括视觉图像处理模块11、无线通信模块12以及运动控制模块13。视觉图像处理模块11设置于机器人本体1上层前端，并分别与图像采集装置3、无线通信模块12以及运动控制模块13电连接。无线通信模块12设置于机器人本体1上层后端，用于实现视觉探测机器人和PC端之间的通信连接与数据传输。运动控制模块13设置于机器人本体1下层，并与履带式行走装置2机械连接，用于控制履带式行走装置2的运动。

履带式行走装置2包括左侧履带式行走装置和右侧履带式行走装置。如图4所示，左侧履带式行走装置和右侧履带式行走装置结构相同，均包括从前至后依次设置的前端主动轮21、前端从动轮22、后端从动轮23、后端主动轮24，以及安装于两个主动轮上，用于驱动从动轮转动的履带25。前端主动轮21与后端主动轮24均通过其上的转轴26与运动控制模块13机械连接。

本实用新型实施例中，视觉图像处理模块11包括DSP数字信号处理器，运动控制模块13包括Arduino单片机以及四个与其电连接的电机。每个电机对应与一个主动轮上的转轴26机械连接。机器人本体的顶部还设置有一个传感器安装槽4，用于安装各种探测传感器，例如温度传感器、湿度传感器、硫化氢传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、氨气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器和二氧化碳传感器，用于探测煤矿井下的环境温湿度、硫化氢浓度、二氧化硫浓度、二氧化氮浓度、氨气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度等。每个探测传感器均与Arduino单片机电连接。

本实用新型实施例中，视觉探测机器人由蓄电池供电。机器人本体1还包括电池电量检测模块，电池电量检测模块与Arduino单片机电连接，用于检测蓄电池的电量，当蓄电池电量低于5％时在PC端闪灯报警。图像采集装置3采用双目摄像头，并且搭载有探照灯，具有自动补光功能。

本实用新型实施例提供的视觉探测机器人系统，其工作流程及原理具体如下：

救援人员启动机器人本体1，使其开始工作。图像采集装置3中的双目摄像头采集视觉探测机器人本体1看到的画面，当现场亮度较低时，自动打开探照灯，传送给视觉图像处理模块11进行基本图像处理，再通过无线通信模块12将较视频图像传输至PC端，然后通过计算机视觉技术处理成为清晰的实时现场画面展示给救援人员。

当需要进行手动操纵时，由探测人员通过PC端发指令给无线通信模块12，再传送给运动控制模块13。需要向前进时，运动控制模块13中的Arduino单片机通过PWM脉宽调制控制左侧履带式行走装置和右侧履带式行走装置中的前端主动轮21与后端主动轮24同速同向，并带动前端从动轮22和后端从动轮23，使视觉探测机器人前进。需要向左转弯时，左侧履带式行走装置中的前端主动轮21与后端主动轮24运动速度小于右侧履带式行走装置中的前端主动轮21与后端主动轮24，实现左转弯。需要向右转弯时，右侧履带式行走装置中的前端主动轮21与后端主动轮24运动速度小于左侧履带式行走装置中的前端主动轮21与后端主动轮24，实现右转弯。需要原地旋转时，左侧履带式行走装置中的前端主动轮21及后端主动轮24与右侧履带式行走装置中的前端主动轮21及后端主动轮24同速反向旋转，实现原地360度旋转。

在整个运动过程中自动避障会辅助视觉探测机器人运动，一方面是通过自身红外传感器等进行避障，另一方面则是通过双目避障，图像采集装置3采集到的图像，转换为数字信号传送给视觉图像处理模块11进行图像处理，图像处理的结果通过通讯接口传送给运动控制模块13中的Arduino单片机，由单片机发出前进、左转弯、右转弯、原地旋转等相关指令，控制视觉探测机器人运动。

在视觉探测机器人运动过程中，位于传感器安装槽4的相关传感器分别探测现场环境温湿度、硫化氢浓度、二氧化硫浓度、二氧化氮浓度、氨气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度等，并将探测结果通过无线通信模块12传送给PC端。

若在沿途发现被困者或者探测到目标物体等，通过视觉图像处理模块11与无线通信模块12的共同作用将被困者的位置信息传送给探测人员。

当接收到停止指令时，视觉探测机器人停止运动，探测工作结束。

煤矿井下的视觉探测机器人在进行在上述的操作步骤过程中，会自动检测自身电源电量，当电量低于5％时，会通过无线通信模块12提醒救援人员。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于煤矿井下的视觉探测机器人系统，其特征在于，包括视觉探测机器人和PC端；所述视觉探测机器人包括机器人本体、安装于机器人本体两侧的履带式行走装置以及安装于机器人本体顶部前端的图像采集装置。

2.根据权利要求1所述的视觉探测机器人系统，其特征在于，所述机器人本体包括视觉图像处理模块、无线通信模块以及运动控制模块；所述视觉图像处理模块设置于机器人本体上层前端，并分别与所述图像采集装置、无线通信模块以及运动控制模块电连接；所述无线通信模块设置于机器人本体上层后端；所述运动控制模块设置于机器人本体下层，并与所述履带式行走装置机械连接，用于控制所述履带式行走装置的运动。

3.根据权利要求2所述的视觉探测机器人系统，其特征在于，所述履带式行走装置包括左侧履带式行走装置和右侧履带式行走装置；所述左侧履带式行走装置和右侧履带式行走装置结构相同，均包括从前至后依次设置的前端主动轮、前端从动轮、后端从动轮、后端主动轮，以及安装于两个主动轮上，用于驱动从动轮转动的履带；所述前端主动轮与后端主动轮均通过转轴与所述运动控制模块机械连接。

4.根据权利要求3所述的视觉探测机器人系统，其特征在于，所述运动控制模块包括Arduino单片机以及四个与Arduino单片机电连接的电机；每个所述电机对应与一个主动轮上的转轴机械连接。

5.根据权利要求4所述的视觉探测机器人系统，其特征在于，所述机器人本体的顶部还设置有一个传感器安装槽，用于安装探测传感器；所述探测传感器与Arduino单片机电连接。

6.根据权利要求5所述的视觉探测机器人系统，其特征在于，所述探测传感器包括温度传感器、湿度传感器、硫化氢传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、氨气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器和二氧化碳传感器。

7.根据权利要求4所述的视觉探测机器人系统，其特征在于，所述视觉探测机器人由蓄电池供电。

8.根据权利要求7所述的视觉探测机器人系统，其特征在于，所述机器人本体还包括电池电量检测模块，所述电池电量检测模块与Arduino单片机电连接，用于检测所述蓄电池的电量，当蓄电池电量低于5％时在PC端闪灯报警。

9.根据权利要求2所述的视觉探测机器人系统，其特征在于，所述视觉图像处理模块包括DSP数字信号处理器。

10.根据权利要求1所述的视觉探测机器人系统，其特征在于，所述图像采集装置采用双目摄像头，并且搭载有探照灯，具有自动补光功能。