一种多维感知巡检机器人用激光探测装置及其探测方法

技术领域

本发明涉及巡检机器人技术领域，具体为一种多维感知巡检机器人用激光探测装置及其探测方法。

背景技术

煤矿企业井下重点场所监控方式逐步由人工巡检或固定摄像头定点监视方式转变为智能巡检机器人巡检。智能机器人巡检方式能够实现可靠巡检、自主充电、实时采集煤矿井下现场音频、视频和环境等数据，通过无线通信传输网路实现各种数据的分析优化，以便管理人员实时做出控制决策。其中最重要的就是用于识别检测的激光探测装置。

在现有技术中，公开号为CN110346811A的发明专利公开了一种激光雷达的探测装置及其激光雷达。该申请中的激光雷达的探测装置包括：多个激光发射器、发射透镜组件、一维振镜、接收透镜组件及光电探测器；发射透镜组件包括：第一反射镜及第二反射镜；第一反射镜用于将多个激光发射器发出的探测光束反射到所述一维振镜；一维振镜用于对第一反射镜反射后的探测光束进行反射；第二反射镜用于对一维振镜反射后的探测光束进行反射至待测空间；接收透镜组件适于接收被待测空间中的障碍物所反射后的回波光束。该申请在实现多线束水平扫描的同时，通过纵向振镜扫描的方式减少发射端激光器的数量，从而可以降低发射端空间排布的难度。但是该现有技术无法调节视场内的景深信息的测量精度，因此在计算设备算力相同的情况下无法快速的进行扫描探测，无法应用在智能巡检机器人上。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供如下技术方案：一种多维感知巡检机器人用激光探测方法，包括以下步骤：S1、通过红外线照明灯将被探测的物体照亮；S2、通过红外线点阵投影仪向被探测的物体上投射散斑；S3、通过第一红外摄像机和第二红外摄像机采集被探测物体的影像信息；S4、在第一红外摄像机和第二红外摄像机所采集的影像信息中选取共同的特征点；S5、通过第一红外摄像机和第二红外摄像机之间的距离和特征点与第一红外摄像机或第二红外摄像机的夹角计算出特征点到红外线点阵投影仪之间的距离；S6、S5重复300-1200个循环，选取不同的特征点，通过计算不同特征点到红外线点阵投影仪之间的距离，模拟出被探测物体外形轮廓的景深信息。

一种多维感知巡检机器人用激光探测装置，包括探测组件，所述探测组件包括探测基板，探测基板上滑动设置呈原点对称的第一摩擦条和第二摩擦条，第二摩擦条和第一摩擦条均与转动设置在探测基板上的驱动摩擦轮摩擦传动。

优选地，第二红外摄像机固定安装在第二摩擦条上，红外线照明灯固定安装在第二红外摄像机上，第一红外摄像机固定安装在第一摩擦条上，红外线点阵投影仪固定安装在投影仪支架上，投影仪支架固定安装在探测基板上。

优选地，所述驱动摩擦轮固定安装在变速箱的输出轴上，变速箱固定安装在探测基板上，变速箱的输入轴上固定安装有摩擦盘。

优选地，所述探测基板上通过两个摩擦转轴支架转动安装有主动摩擦转轴，两个摩擦转轴支架之间还固定安装有滑动支撑杆，所述主动摩擦转轴固定安装在调节电机的输出轴上，调节电机固定安装在摩擦转轴支架上。

优选地，所述滑动支撑杆上滑动安装有中间摩擦轮，中间摩擦轮转动安装在调节电缸伸缩杆的端部，调节电缸固定安装在摩擦转轴支架上，所述主动摩擦转轴与中间摩擦轮摩擦传动，所述中间摩擦轮与摩擦盘摩擦传动。

优选地，还包括防护组件，所述防护组件包括与探测基板相固定的底壳，底壳上固定安装有玻璃壳，所述玻璃壳和底壳均固定安装在减震环上，减震环上至少设置有八个距离相隔均匀的减震簧，每个所述减震簧均固定安装在外壳上，外壳上固定安装有玻璃板，外壳上还固定安装有支撑柱。

优选地，还包括摆动组件，所述摆动组件包括安装桶，安装桶上通过摆动电机支架固定安装有摆动电机，摆动电机的输出轴上固定安装有旋转基板，旋转基板转动安装在旋转基板支架上，旋转基板支架固定安装在安装桶上。

优选地，所述旋转基板上固定安装有浮动板支架，浮动板支架上活动安装有浮动板，所述支撑柱固定安装在浮动板上，所述浮动板支架上还活动安装有摆动电缸，摆动电缸的伸缩杆端部与浮动板活动连接，所述安装桶的顶部设置有防尘布。

本发明与现有技术相比具备以下有益效果：（1）本发明通过设置探测组件，根据不同被探测物体的位置，调节第一红外摄像机和第二红外摄像机的间距，实现自动调节探测精度，防止因被探测物体距离较远导致的测量不准确的问题；（2）本发明通过设置摆动组件，使得探测组件获得更广的探测范围；（3）本发明在调节第二红外摄像机和第一红外摄像机的间距时，采用高传动比，当距离接近设定值时，采用低传动比来提高精度，从而减少了调节第二红外摄像机和第一红外摄像机间距所需的时间。

附图说明

图1为本发明整体外形轮廓示意图。

图2为本发明整体外形轮廓侧视图。

图3为本发明旋转基板处结构示意图。

图4为本发明浮动板处结构示意图。

图5为本发明减震簧处结构示意图。

图6为本发明玻璃壳处结构示意图。

图7为本发明中间摩擦轮处结构示意图。

图8为本发明驱动摩擦轮处结构示意图。

图9为本发明第一红外摄像机和第二红外摄像机相对位置图。

图中：101-安装桶；102-防尘布；103-摆动电机支架；104-摆动电机；105-旋转基板支架；106-旋转基板；107-浮动板支架；108-浮动板；109-摆动电缸；201-外壳；202-玻璃板；203-支撑柱；204-减震簧；205-减震环；206-玻璃壳；207-底壳；301-探测基板；302-第一红外摄像机；303-第二红外摄像机；304-红外线照明灯；305-红外线点阵投影仪；306-调节电缸；307-主动摩擦转轴；308-调节电机；309-摩擦转轴支架；310-摩擦盘；311-中间摩擦轮；312-变速箱；313-驱动摩擦轮；314-第二摩擦条；315-第一摩擦条；316-投影仪支架；317-滑动支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图6-图8所示，本发明提供多维感知巡检机器人用激光探测装置的技术方案：包括探测组件，探测组件包括探测基板301，探测基板301上滑动设置呈原点对称的第一摩擦条315和第二摩擦条314，第二摩擦条314和第一摩擦条315均与转动设置在探测基板301上的驱动摩擦轮313摩擦传动，第二红外摄像机303固定安装在第二摩擦条314上，红外线照明灯304固定安装在第二红外摄像机303上，第一红外摄像机302固定安装在第一摩擦条315上，红外线点阵投影仪305固定安装在投影仪支架316上，投影仪支架316固定安装在探测基板301上，驱动摩擦轮313固定安装在变速箱312的输出轴上，变速箱312固定安装在探测基板301上，变速箱312的输入轴上固定安装有摩擦盘310，探测基板301上通过两个摩擦转轴支架309转动安装有主动摩擦转轴307，两个摩擦转轴支架309之间还固定安装有滑动支撑杆317，主动摩擦转轴307固定安装在调节电机308的输出轴上，调节电机308固定安装在摩擦转轴支架309上，滑动支撑杆317上滑动安装有中间摩擦轮311，中间摩擦轮311转动安装在调节电缸306伸缩杆的端部，调节电缸306固定安装在摩擦转轴支架309上，主动摩擦转轴307与中间摩擦轮311摩擦传动，中间摩擦轮311与摩擦盘310摩擦传动。

如图4-图5所示，还包括防护组件，防护组件包括与探测基板301相固定的底壳207，底壳207上固定安装有玻璃壳206，玻璃壳206和底壳207均固定安装在减震环205上，减震环205上至少设置有八个距离相隔均匀的减震簧204，每个减震簧204均固定安装在外壳201上，外壳201上固定安装有玻璃板202，外壳201上还固定安装有支撑柱203。

如图1-图4所示，还包括摆动组件，摆动组件包括安装桶101，安装桶101上通过摆动电机支架103固定安装有摆动电机104，摆动电机104的输出轴上固定安装有旋转基板106，旋转基板106转动安装在旋转基板支架105上，旋转基板支架105固定安装在安装桶101上，旋转基板106上固定安装有浮动板支架107，浮动板支架107上活动安装有浮动板108，支撑柱203固定安装在浮动板108上，浮动板支架107上还活动安装有摆动电缸109，摆动电缸109的伸缩杆端部与浮动板108活动连接，安装桶101的顶部设置有防尘布102。

将安装桶101安装在巡检机器人的顶部，若想要更改探测的角度，控制摆动电机104的转动，摆动电机104转动会带动旋转基板106转动，因此旋转基板106上的所有部件会跟随同步移动，同时可以控制摆动电缸109的伸缩，摆动电缸109伸缩会带动浮动板108摆动，浮动板108摆动会带动安装在浮动板108上的探测组件跟随摆动，此时即可改变探测组件的探测角度。当巡检机器人在移动的过程中遇到路面不平发生抖动时，通过设置的减震簧204，可以将冲击力缓冲掉，从而防止因震动造成探测组件意外故障。在探测时，首先通过红外线照明灯304将被探测的物体照亮；然后红外线点阵投影仪305向被探测的物体上投射散斑；第一红外摄像机302和第二红外摄像机303采集被探测物体的影像信息；在第一红外摄像机302和第二红外摄像机303所采集的影像信息中选取共同的特征点；通过第一红外摄像机302和第二红外摄像机303之间的距离和特征点与第一红外摄像机302或第二红外摄像机303的夹角计算出特征点到红外线点阵投影仪305之间的距离，并重复300-1200个循环，选取不同的特征点，通过计算不同特征点到红外线点阵投影仪305之间的距离，模拟出被探测物体外形轮廓的景深信息。当被探测物体距离巡检机器人较远时，启动调节电机308，调节电机308的输出轴会带动主动摩擦转轴307转动，主动摩擦转轴307会带动中间摩擦轮311转动，中间摩擦轮311会带动摩擦盘310转动，摩擦盘310会带动变速箱312的输入轴转动，变速箱312的输出轴就会带动驱动摩擦轮313转动，驱动摩擦轮313转动会通过第二摩擦条314和第一摩擦条315带动第二红外摄像机303和第一红外摄像机302相对运动，使得第二红外摄像机303和第一红外摄像机302之间的距离增加，如图9所示，特征点、第二红外摄像机303、第一红外摄像机302之间构成等腰三角形，当特征点距离红外线点阵投影仪305远时，等腰三角形的腰线与高线之间的夹角会变小，此时计算出的高线长度误差也会增加，因此通过扩大第二红外摄像机303和第一红外摄像机302之间的距离来减少计算量。具体的，在主动摩擦转轴307转动前，可以控制调节电缸306，调节电缸306的伸缩杆会带动中间摩擦轮311沿着摩擦盘310的径向方向移动，因此中间摩擦轮311与摩擦盘310的接触位置也会改变，从而改变了主动摩擦转轴307到摩擦盘310的传动比。在调节第二红外摄像机303和第一红外摄像机302的间距时，采用高传动比，然后当距离接近设定值时，采用低传动比来提高精度，从而减少了调节第二红外摄像机303和第一红外摄像机302间距所需的时间。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。