一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，包括：機器人模型，所述機器人模型包括機器人本體、機器人頭部、機器人手臂、機器人腳；所述機器人本體上設置有探測系統(tǒng)和護心掃描眼，機器人頭部設置有掃描眼；所述探測系統(tǒng)包括：普通視頻搜索模塊；紅外線搜索模塊；音頻搜索模塊；以及電磁波搜索模塊。本發(fā)明在滿足使用方便的前提下，在危險條件下能夠通過工業(yè)化機器人設備實施救實時性、高精度探測及定位系統(tǒng)，保證迅速、準確、有效的救出受困人員，極大提高救援成功率，最大限度減輕人員傷亡的技術保障，滿足實際使用要求。
【專利說明】
[0001] 一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)
技術領域
[0002] 本發(fā)明涉及一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，屬于工業(yè)機器人視覺伺服探 測和感應技術領域。
【背景技術】
[0003] 隨著工業(yè)機器人的應用范圍的擴大和多種復雜場合的需要，工業(yè)機器人視覺伺服 顯得越來越重要。在目前的工業(yè)機器人實際運用中，由于定位精度、實時性、需要標定等問 題，只有極少場合運用了機器人視覺伺服定位，隨著工業(yè)機器人行業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機器人擁 有視覺伺服能力將是必然趨勢。實時性與定位精度是驗證一個機器人視覺定位系統(tǒng)有效性 與可實用性的最重要的兩個指標，也是能否被投入到實際工業(yè)生產(chǎn)中的關鍵性因素?；?視覺的機器人控制分為兩類:基于位置的視覺伺服和基于圖像的視覺伺服:基于位置的視 覺伺服機器人定位過程中需要對機器人進行標定，標定中存在任何誤差都會導致機器人三 維空間中的定位產(chǎn)生一定的誤差(P. I .Corke and S.Hutchinson2001);在基于圖像的視覺 伺服中，視覺系統(tǒng)中微小的誤差將會對機器人定位產(chǎn)生很大的影響，故需要對攝像機以及 機器人進行標定，而對攝像機和機器人的標定是一個及其復雜的問題。圖像處理與控制機 器人運動之間同步實時性是一個必須面臨的難題，因此，由于圖像處理的延時，高精度與高 實時性的基于圖像的視覺伺服定位是一個難以完成的任務（Itsushi Kinbara提出了一種 新的視覺伺服機器人控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用對圖像特征進行估計的方法，但是這種方法始 終擺脫不了需要對相機進行標定的弊端）。
[0004] 隨著我國現(xiàn)代化、城市化建設的加快，城市建筑物的規(guī)模、高度以及跨度都在逐漸 增加，人口密度也在逐漸增大。如果在施工過程中（或者發(fā)送地震災害），人員傷亡、建筑物 破壞程度會相對于其他國家更加嚴重，救援工作難度會極度增加，這就對減員技術和設備 提出更高的要求。為了對被困人員實施高效有序的救援，除了要確保緊急救援隊伍反應迅 速、機動性高和突擊性強之外，同樣重要的是配備必要的實時性高精度探測設備，這樣在危 險條件下工作的先進救助技術與設備是提高救援成功率，最大限度減輕人員傷亡的技術保 障。因此，在危險條件下救援過程中使用先進實時性高精度探測設備保證迅速、準確、有效 的救出受困人員，才真正符合我國國情的工業(yè)化機器人應急救援體系要求。為此，需要設計 一種新的技術方案，能夠解決上述【背景技術】中所提到的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系 統(tǒng)，在滿足使用方便的前提下，在危險條件下能夠通過工業(yè)化機器人設備實施實時性、高精 度探測及定位系統(tǒng)，保證迅速、準確、有效的救出受困人員，極大提高救援成功率，最大限度 減輕人員傷亡的技術保障，滿足實際使用要求。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術方案如下： 一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，包括:機器人模型，所述機器人模型包括機器 人本體、機器人頭部、機器人手臂、機器人腳，所述機器人頭部活動設置在機器人本體頂部， 所述機器人手臂活動設置在機器人本體兩側，所述機器人腳活動設置在機器人本體下部； 所述機器人本體內(nèi)部設置有探測系統(tǒng)，所述機器人本體中心位置處設置有護心掃描眼，所 述機器人頭部設置有掃描眼； 所述探測系統(tǒng)包括： 普通視頻搜索模塊； 紅外線搜索模塊;所述紅外線搜索模塊的光學系統(tǒng)將接收到的人體紅外輻射能量聚焦 在紅外傳感器上，當人體和接收系統(tǒng)發(fā)生相對移動時，接收到的能量發(fā)生變化，傳感器輸出 一個變化的信號，這個信號經(jīng)電路放大、濾波、判別等處理后觸發(fā)報警和指示； 音頻搜索模塊； 以及電磁波搜索模塊;在該裝置的前端設置有可進行接收電磁波搜索模塊的天線設 備，該天線設備針對測量目標的距離及方位進行搜索。
[0007] 作為上述技術方案的改進，所述普通視頻搜索模塊為攝像機和圖像采集模塊，所 述音頻搜索模塊為聲音采集模塊，所述護心掃描眼與掃描眼均通過電信號與所述探測系統(tǒng) 連接。
[0008] 作為上述技術方案的改進，所述機器人腳底端設置有預警單元，所述預警單元包 括頂板和連接件，位于所述頂板下方同一側設置有一組升降柱，所述升降柱之間設有加強 筋，所述連接件上設置有一組配合所述升降柱使用的圓筒，所述升降柱活動設置在所述圓 筒內(nèi)，所述升降柱下方設置有滾輪座，所述滾輪座上活動設置有重型滾動輪;位于所述連接 件一側還設置有連接板，所述連接板上設置有配合所述頂板使用的位移感應器，且所述位 移感應器是位于所述頂板下方設置。
[0009] 作為上述技術方案的改進，所述紅外線搜索模塊的紅外輻射范圍為3~50WI1。
[0010] 作為上述技術方案的改進，所述紅外線搜索模塊的紅外輻射范圍為8~14WI1。
[0011] 作為上述技術方案的改進，所述電磁波搜索模塊對測量目標的距離R進行搜索的 方法為：
式中:f一詢問與回答脈沖之間的時間間隔； 一系統(tǒng)延遲 V-電磁波在均勻介質中的傳播速度。
[0012] 作為上述技術方案的改進，所述電磁波搜索模塊對測量目標的方位進行搜索的方 法為： 采取類似全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的方式，基于測量學中的空間后方交會原理:雷達接收機 分別在三個位置利用測距原理測出被困人員到雷達接收機的大致距離& n 2 a并 分別記錄三個位置的坐標這樣可以得到三個空間球，即可得聯(lián)立方程組， 三個空間球的交點就是被困人員的位置坐標。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的實施效果如下： 本發(fā)明所述的一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，廣泛應用在工業(yè)化建筑中，如 地震、爆炸、樓房倒塌、山體滑坡等各種巨災風險等，在災害發(fā)生之后進行應急救援等項目， 使用該裝置可探入人體無法進入的洞穴或縫隙，避免了人工操作的危險性，通過監(jiān)控進行 實時觀察，該裝置可以精確探測廢墟下的生命跡象并準確定位，發(fā)現(xiàn)被困人員后，立刻進行 施救，保證了挖掘的有效性； 該裝置既可控制觀察角度變化，又方便在后端操控，該裝置通過電磁、紅外、高清視頻 進行多級探測，在雨雪等惡劣天氣下可同時開啟人體智能識別系統(tǒng)輔助探測，后端有CCU控 制中心，可將前方信息進行處理，并將探測視頻顯示在后端顯示屏上，同時可將該視頻存儲 并無線同步發(fā)射到指揮部； 發(fā)現(xiàn)被困人員后，可通過視頻觀察被困者狀況，并可使用前端一體化集成設備進行確 認。駐極體聲音采集系統(tǒng)旁邊還設置有一個微型喇叭，通過后端耳機上的麥克風話筒詢問 受困者情況，例如受傷程度、是否失血過多、身體被嚴重擠壓部位等，如果受困者昏迷或者 死亡，則根據(jù)傳統(tǒng)的視頻和音頻則無法判定。啟用紅外和電磁波功能對受困者進行體溫以 及體波的探測，則可以判定該受困者目前狀況，及時根據(jù)了解的情況進行援救方案處理； 該裝置在地震、爆炸、樓房倒塌、山體滑坡等各種巨災風險等情況下，還可進行自動化 搬運和移走障礙物，提供定位掃描系統(tǒng)的準確率，以及幫組救援隊伍清掃人工難以移動和 搬運的障礙物，極大提高救援成功率，最大限度減輕人員傷亡的技術保障，滿足實際使用要 求； 該裝置中的預警單元的設置，避免了機器人在探測過程中陷入坑洞中，具有良好的預 警和保護作用，延長了裝置的使用壽命。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明所述的一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)機器人模型結構示意 圖； 圖2為本發(fā)明所述的一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)中電磁波搜索模塊定位原 理結構示意圖； 圖3為本發(fā)明所述的一種工業(yè)機化器人實時高精度探測系統(tǒng)中多驅動電路集成化框架 圖； 圖4為本發(fā)明所述的一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)中預警單元結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面將結合具體的實施例來說明本發(fā)明的內(nèi)容。
[0016] 如圖1至圖4所示，為本發(fā)明所述的一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)結構及 探測系統(tǒng)原理示意圖。
[0017] 本發(fā)明所述一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，包括:機器人模型，機器人模 型包括機器人本體10、機器人頭部20、機器人手臂30、機器人腳40,機器人頭部20活動設置 在機器人本體10頂部，機器人手臂30活動設置在機器人本體10兩側，機器人腳40活動設置 在機器人本體10下部;機器人本體10內(nèi)部設置有探測系統(tǒng)11，機器人本體10中心位置處設 置有護心掃描眼12,機器人頭部20設置有掃描眼21;探測系統(tǒng)包括:普通視頻搜索模塊;紅 外線搜索模塊;所述紅外線搜索模塊的光學系統(tǒng)將接收到的人體紅外輻射能量聚焦在紅外 傳感器上，當人體和接收系統(tǒng)發(fā)生相對移動時，接收到的能量發(fā)生變化，傳感器輸出一個變 化的信號，這個信號經(jīng)電路放大、濾波、判別等處理后觸發(fā)報警和指示;音頻搜索模塊；以及 電磁波搜索模塊;在該裝置的前端設置有可進行接收電磁波搜索模塊的天線設備，該天線 設備針對測量目標的距離及方位進行搜索。本發(fā)明所述的一種工業(yè)化機器人實時高精度探 測系統(tǒng)，廣泛應用在工業(yè)化建筑中，如地震、爆炸、樓房倒塌、山體滑坡等各種巨災風險等， 在災害發(fā)生之后進行應急救援等項目，使用該裝置可探入人體無法進入的洞穴或縫隙，避 免了人工操作的危險性，通過監(jiān)控進行實時觀察，該裝置可以精確探測廢墟下的生命跡象 并準確定位，發(fā)現(xiàn)被困人員后，立刻進行施救，保證了挖掘的有效性;該裝置既可控制觀察 角度變化，又方便在后端操控，該裝置通過電磁、紅外、高清視頻進行多級探測，在雨雪等惡 劣天氣下可同時開啟人體智能識別系統(tǒng)輔助探測，后端有CCU控制中心，可將前方信息進行 處理，并將探測視頻顯示在后端顯示屏上，同時可將該視頻存儲并無線同步發(fā)射到指揮部； 發(fā)現(xiàn)被困人員后，可通過視頻觀察被困者狀況，并可使用前端一體化集成設備進行確認。駐 極體聲音采集系統(tǒng)旁邊還設置有一個微型喇叭，通過后端耳機上的麥克風話筒詢問受困者 情況，例如受傷程度、是否失血過多、身體被嚴重擠壓部位等，如果受困者昏迷或者死亡，則 根據(jù)傳統(tǒng)的視頻和音頻則無法判定。啟用紅外和電磁波功能對受困者進行體溫以及體波的 探測，則可以判定該受困者目前狀況，及時根據(jù)了解的情況進行援救方案處理;該裝置在地 震、爆炸、樓房倒塌、山體滑坡等各種巨災風險等情況下，還可進行自動化搬運和移走障礙 物，提供定位掃描系統(tǒng)的準確率，以及幫組救援隊伍清掃人工難以移動和搬運的障礙物，極 大提高救援成功率，最大限度減輕人員傷亡的技術保障，滿足實際使用要求。
[0018] 進一步改進地，普通視頻搜索模塊為攝像機和圖像采集模塊，音頻搜索模塊為聲 音采集模塊，護心掃描眼與掃描眼均通過電信號與所述探測系統(tǒng)連接。降低經(jīng)濟投資成本， 攝像機、圖像采集模塊和聲音采集模塊均為常規(guī)技術手段，使用起來較為方便。
[0019] 進一步改進地，如圖1和圖4所示，機器人腳底端設置有預警單元50,預警單元50包 括頂板53和連接件51，位于頂板53下方同一側設置有一組升降柱54,升降柱54之間設有加 強筋55,連接件51上設置有一組配合所述升降柱54使用的圓筒52,升降柱54活動設置在圓 筒52內(nèi)，升降柱54下方設置有滾輪座56,滾輪座56上活動設置有滾輪57;位于連接件51-側 還設置有連接板58，連接板58上設置有配合頂板53使用的位移感應器59，且位移感應器59 是位于頂板53下方設置。避免了機器人在探測過程中陷入坑洞中，具有良好的預警和保護 作用，延長了裝置的使用壽命。
[0020] 進一步改進地，如圖2和圖3所示，紅外線搜索模塊的紅外輻射范圍為3~50WI1;紅 外線搜索模塊的紅外輻射范圍為8~14mi。所述紅外搜索模塊工作原理如下:人體紅外輻射 能量較集中的中心波長為9.4mi;人體皮膚的紅外輻射范圍為3~50mi，其中8~14wii占全部 人體輻射能量的46%，這個波段是設計人體紅外探測儀的一個重要技術參數(shù)。光學系統(tǒng)將接 收到的人體紅外輻射能量聚焦在紅外傳感器上，當人體和接收系統(tǒng)發(fā)生相對移動時，接收 到的能量發(fā)生變化，傳感器輸出一個變化的信號，這個信號經(jīng)電路放大、濾波、判別等處理 后觸發(fā)報警和指示。
[0021 ]進一步改進地，電磁波搜索模塊對測量目標的距離R進行搜索的方法為： R - v(t - A /) / 2 式中:f一詢問與回答脈沖之間的時間間隔； A(-系統(tǒng)延遲 V-電磁波在均勻介質中的傳播速度。
[0022]電磁波搜索模塊對測量目標的方位進行搜索的方法為： 采取類似全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的方式，基于測量學中的空間后方交會原理:雷達接收機 分別在三個位置利用測距原理測出被困人員到雷達接收機的大致距離& n 2 a并 分別記錄三個位置的坐標Zp這樣可以得到三個空間球，即可得聯(lián)立方程組， 三個空間球的交點就是被困人員的位置坐標，其原理如圖2所示。
[0023]在理想情況下方程組得解是確定的，即三個球面交于目標點，但由于誤差的存在， 三個球面往往并不嚴格交于目標點，而是圍繞在目標點周圍形成一個由四個球面圍成的曲 面，可近似看作四面體，選取四面體內(nèi)哪一個點來代表目標點是精確定位的首要問題。 [0024]以上內(nèi)容是結合具體的實施例對本發(fā)明所作的詳細說明，不能認定本發(fā)明具體實 施僅限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前 提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明保護的范圍。
【主權項】
1. 一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，其特征在于： 包括:機器人模型，所述機器人模型包括機器人本體（10)、機器人頭部（20)、機器人手 臂(30)、機器人腳(40)，所述機器人頭部(20)活動設置在機器人本體(10)頂部，所述機器人 手臂(30)活動設置在機器人本體(10)兩側，所述機器人腳(40)活動設置在機器人本體(10) 下部;所述機器人本體（10)內(nèi)部設置有探測系統(tǒng)（11)，所述機器人本體（10)中心位置處設 置有護心掃描眼（12)，所述機器人頭部(20)設置有掃描眼（21); 所述探測系統(tǒng)（11)包括： 普通視頻搜索模塊； 紅外線搜索模塊;所述紅外線搜索模塊的光學系統(tǒng)將接收到的人體紅外輻射能量聚焦 在紅外傳感器上，當人體和接收系統(tǒng)發(fā)生相對移動時，接收到的能量發(fā)生變化，傳感器輸出 一個變化的信號，這個信號經(jīng)電路放大、濾波、判別等處理后觸發(fā)報警和指示； 音頻搜索模塊； 以及電磁波搜索模塊；在該裝置的前端設置有可進行接收電磁波搜索模塊的天線設 備，該天線設備針對測量目標的距離及方位進行搜索。2. 根據(jù)權利要求1所述一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，其特征在于:所述普通 視頻搜索模塊為攝像機和圖像采集模塊，所述音頻搜索模塊為聲音采集模塊，所述護心掃 描眼與掃描眼均通過電信號與所述探測系統(tǒng)連接。3. 根據(jù)權利要求1所述一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，其特征在于:所述機器 人腳底端設置有預警單元(50)，所述預警單元(50)包括頂板(53)和連接件(51)，位于所述 頂板(53)下方同一側設置有一組升降柱（54)，所述升降柱（54)之間設有加強筋（55)，所述 連接件(51)上設置有一組配合所述升降柱(54)使用的圓筒(52)，所述升降柱(54)活動設置 在所述圓筒（52)內(nèi)，所述升降柱(54)下方設置有滾輪座（56)，所述滾輪座（56)上活動設置 有滾輪(57);位于所述連接件（51)-側還設置有連接板(58)，所述連接板(58)上設置有配 合所述頂板(53)使用的位移感應器(59)，且所述位移感應器(59)是位于所述頂板(53)下方 設置。4. 根據(jù)權利要求1所述一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外 線搜索模塊的紅外輻射范圍為3~50μπι。5. 根據(jù)權利要求1所述一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外 線搜索模塊的紅外輻射范圍為8~14μπι。6. 根據(jù)權利要求1所述一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁 波搜索模塊對測量目標的距離R進行搜索的方法為：式中:f 一詢問與回答脈沖之間的時間間隔； Δ? 一系統(tǒng)延遲 V -電磁波在均勻介質中的傳播速度。7. 根據(jù)權利要求1所述一種工業(yè)化機器人實時高精度探測系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁 波搜索模塊對測量目標的方位進行搜索的方法為： 采取類似全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的方式，基于測量學中的空間后方交會原理:雷達接收機 分別在三個位置利用測距原理測出被困人員到雷達接收機的大致距離i ? 2 :> K ?并 分別記錄三個位置的坐標Ji，，這樣可以得到三個空間球，即可得聯(lián)立方程組， 三個空間球的交點就是被困人員的位置坐標。
【文檔編號】B25J19/06GK105881549SQ201610315397
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月15日
【發(fā)明人】孫立民, 國際昌
【申請人】煙臺三新新能源科技有限公司