一种基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统及其方法技术方案

本发明专利技术属于巡检机器人技术领域，公开了一种基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统及其方法，所述的方法包括如下步骤：建立多目标路径规划模型和单目标路径规划模型；建立栅格地图；获取巡检任务信息；若当前巡检机器人电量不足，则将充电桩位置作为优先的巡检目的地加入巡检任务信息；若巡检任务信息中只有一个巡检目的地，则基于栅格地图和单目标路径规划模型进行路径规划；若巡检任务信息中有不止一个巡检目的地，则基于栅格地图和多目标路径规划模型进行路径规划；当前巡检机器人根据最优单/多目标路径进行巡检，并实时采集环境气体数据和巡检视频数据。本发明专利技术解决了现有技术存在的人工巡检的人力成本投入大、安全性低的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统及其方法


[0001]本专利技术属于巡检机器人
，具体涉及一种基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统及其方法。

技术介绍

[0002]随着现代工业的发展，各种电气设备和施工装置被运用与各种工程中，为了保证电气设备的正常运行，需要对施工现场或发电厂等环境进行巡检和维护，但是在这种复杂环境下存在多种对人体有害的气体，传统技术中，往往采用人工巡检的方式，这种方式安全性低，毒性较大或浓度过高的气体会严重损害工作人员的身体健康，毒性较小的气体也不能长期接触，导致巡检任务的人力成本投入大。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术存在的人工巡检的人力成本投入大、安全性低的问题，本专利技术目的在于提供一种基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统及其方法。
[0004]本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]一种基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统，包括巡检机器人、边缘计算网关以及监控中心，边缘计算网关分别与巡检机器人和监控中心通信连接，且边缘计算网关设置于复杂气体环境的上方，巡检机器人设置有气体检测单元和巡检视频采集单元。
[0006]进一步地，巡检机器人包括本体、移动单元、巡检视频采集单元、气体检测单元、运行检测单元、机器人主控单元以及可充电电池，移动单元、巡检视频采集单元以及气体检测单元均设置于本体的外部，运行检测单元、机器人主控单元以及可充电电池均设置于本体的内部，机器人主控单元分别与移动单元、巡检视频采集单元、气体检测单元、运行检测单元以及可充电电池电性连接，且机器人主控单元与边缘计算网关通信连接；
[0007]气体检测单元包括均设置于本体外部的阵列设置的气体传感器模块、光电式气体检测模块以及气体检测A/D转换器，气体检测A/D转换器分别与机器人主控单元、气体传感器模块以及光电式气体检测模块电性连接；
[0008]气体传感器模块包括阵列设置于本体外部的若干气体传感器；
[0009]光电式气体检测模块包括第一光源、与第一光源的光线波长相匹配的第一光电探测器、第二光源以及与第二光源的光线波长相匹配的第二光电探测器，第一光源和第二光源均与机器人主控模块电性连接，第一光电探测器和第二光电探测器均与气体检测A/D转换器电性连接。
[0010]进一步地，边缘计算网关包括全局摄像头、边缘计算单元和网络单元，边缘计算单元分别与全局摄像头和网络单元电性连接，网络单元分别与巡检机器人的无线通信模块和监控中心通信连接。
[0011]进一步地，边缘计算单元包括边缘计算主控模块、第二存储模块、图像预处理模块、物体动态识别模块、路径规划模块以及加密模块，边缘计算主控模块分别与第二存储模
块、图像预处理模块、物体动态识别模块、路径规划模块、加密模块以及网络单元连接，物体动态识别模块设置有物体动态识别模型，路径规划模块设置有多目标路径规划模型和单目标路径规划模型。
[0012]一种基于巡检机器人的复杂气体环境巡检方法，基于复杂气体环境巡检系统，包括如下步骤：
[0013]建立多目标路径规划模型和单目标路径规划模型；
[0014]获取当前复杂气体环境的地图数据，并根据地图数据建立栅格地图；
[0015]获取巡检任务信息，并匹配对应的巡检机器人；
[0016]若当前巡检机器人电量不足，则将充电桩位置作为优先的巡检目的地加入巡检任务信息；
[0017]若巡检任务信息中只有一个巡检目的地，则基于栅格地图，将巡检机器人的初始位置和单个巡检目的地位置输入单目标路径规划模型进行路径规划，得到最优单目标路径；
[0018]若巡检任务信息中有不止一个巡检目的地，则基于栅格地图，将巡检机器人的初始位置和若干巡检目的地位置输入多目标路径规划模型进行路径规划，得到最优多目标路径；
[0019]当前巡检机器人根据最优单/多目标路径进行巡检，并实时采集环境气体数据和巡检视频数据。
[0020]进一步地，根据地图数据建立栅格地图，包括如下步骤：
[0021]导入地图数据并进行预处理，得到预处理后地图数据；
[0022]将预处理后地图数据进行栅格划分，得到初始的栅格地图；
[0023]根据地图数据中障碍物信息对初始的栅格地图中障碍物所在栅格进行膨化处理，得到膨化处理后栅格地图。
[0024]进一步地，采用改进AStar算法建立单目标路径规划模型，改进AStar算法设置有斥力碰撞惩罚机制。
[0025]进一步地，将多目标路径规划任务作为旅行商问题，并采用改进灰狼寻优算法建立多目标路径规划模型。
[0026]进一步地，根据实时采集的环境气体数据进行有害气体范围检测，包括如下步骤：
[0027]将光电式气体检测模块采集的第一环境气体数据作为基准值；
[0028]将数量超过1/3的气体传感器采集的第二环境气体数据增加的位置作为气体第一边界点；
[0029]将数量超过2/3的气体传感器采集的第二环境气体数据到达基准值的位置作为气体范围中心点；
[0030]将数量超过2/3的气体传感器采集的第二环境气体数据减少的位置作为气体第二边界点；
[0031]根据气体第一边界点、气体范围中心点以及气体第二边界点得到有害气体范围。
[0032]进一步地，根据实时采集的巡检视频数据进行动态路径更新，包括如下步骤：
[0033]对巡检视频数据进行物体动态识别；
[0034]若巡检过程中识别到新的障碍物，则采集新的障碍物的全局图像；
[0035]根据新的障碍物的全局图像更新栅格地图；
[0036]根据更新后的栅格地图重新进行路径规划，得到动态更新后路径。
[0037]本专利技术的有益效果为：
[0038]1)本专利技术提供的基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统，采用监控中心远程控制巡检机器人进行巡检，避免了人工方式，提高了复杂气体环境巡检任务的安全性和系统实用性，减小了人力成本投入，边缘计算网关能够在网络较差的环境下控制巡检机器人并传输数据，提高了对环境的适应性，气体检测单元采集复杂气体环境中的环境气体数据，用于分析有害气体的浓度和分布，为需要人工处理的任务提供预警，同时巡检视频采集单元检测新的障碍物，进行动态路线规划。
[0039]2)本专利技术提供的基于巡检机器人的复杂气体环境巡检方法，针对不同的巡检目的地使用单/多目标路径规划模型，提高了巡检机器人路径规划的效率、准确性，避免了时间成本和能源的浪费，同时将巡检机器人充电任务计算入路径规划，避免了单独的充电任务。
[0040]本专利技术的其他有益效果将在具体实施方式中进一步进行说明。
附图说明
[0041]图1是本专利技术中基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统的结构框图。
[0042]图2是本专利技术中基于巡检机器人的复杂气体环境巡检方法的流程图。
[0043]图3是初始的栅格地图。
[0044]图4是膨化处理后栅格地图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统，其特征在于：包括巡检机器人、边缘计算网关以及监控中心，所述的边缘计算网关分别与巡检机器人和监控中心通信连接，且边缘计算网关设置于复杂气体环境的上方，所述的巡检机器人设置有气体检测单元和巡检视频采集单元。2.根据权利要求1所述的基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统，其特征在于：所述的巡检机器人包括本体、移动单元、巡检视频采集单元、气体检测单元、运行检测单元、机器人主控单元以及可充电电池，所述的移动单元、巡检视频采集单元以及气体检测单元均设置于本体的外部，所述的运行检测单元、机器人主控单元以及可充电电池均设置于本体的内部，机器人主控单元分别与移动单元、巡检视频采集单元、气体检测单元、运行检测单元以及可充电电池电性连接，且机器人主控单元与边缘计算网关通信连接；所述的气体检测单元包括均设置于本体外部的阵列设置的气体传感器模块、光电式气体检测模块以及气体检测A/D转换器，所述的气体检测A/D转换器分别与机器人主控单元、气体传感器模块以及光电式气体检测模块电性连接；所述的气体传感器模块包括阵列设置于本体外部的若干气体传感器。3.根据权利要求2所述的基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统，其特征在于：所述的边缘计算网关包括全局摄像头、边缘计算单元和网络单元，所述的边缘计算单元分别与全局摄像头和网络单元电性连接，所述的网络单元分别与巡检机器人的无线通信模块和监控中心通信连接。4.根据权利要求3所述的基于巡检机器人的复杂气体环境巡检系统，其特征在于：所述的边缘计算单元包括边缘计算主控模块、第二存储模块、图像预处理模块、物体动态识别模块、路径规划模块以及加密模块，所述的边缘计算主控模块分别与第二存储模块、图像预处理模块、物体动态识别模块、路径规划模块、加密模块以及网络单元连接，所述的物体动态识别模块设置有物体动态识别模型，所述的路径规划模块设置有多目标路径规划模型和单目标路径规划模型。5.一种基于巡检机器人的复杂气体环境巡检方法，基于如权利要求4所述的复杂气体环境巡检系统，其特征在于：包括如下步骤：建立多目标路径规划模型和单目标路径规划模型；获取当前复杂气体环境的地图数据，并根据地图数据建立栅格地图；获取巡检任务信息，并匹配对应的巡检机器人；若当前巡检机器人电量不足，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，裘江，朱东昱，
申请(专利权)人：杭州中威电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：