[实用新型]一种面向未知封闭空间的自主探测基站群

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种自主探测基站群，特别是涉及一种面向未知封闭空间的自主探测基站群及其探测方法。

背景技术

目前，对于危险工况环境下的工业领域来说，发展方向更趋于无人化、智能化。这就要求工业机器人需要有较高的自主性。而趋于封闭空间的工况使得机器人的自主精确定位变得更加困难，如矿井、深海、火灾现场、石油勘探、核电站等，这是因为空间的封闭使得空间内外的信息无法得到实时交互，从而机器人无法在封闭空间中建立机身坐标系与外界大地坐标系的关系。

在封闭空间中传统的目标定位方法大体可分为两种：一种是利用由里程计以及陀螺仪等惯性测量单元组成的惯性导航系统，但该系统具有很大局限性。这是因为该系统随着时间的增加，误差会迅速增大，并且当机器人受到碰撞或者产生滑移时，累积的误差无法消除，从而导致系统的失效。另一种是在封闭环境中布置位置已知的坐标点，通过利用图像、无线电、红外线等方法建立机身坐标系相对于已知坐标点的关系，再解算到大地坐标系中。但这种方法无法做到真正的自主化，由于需要人工事先布置已知定位点，所以仍然无法将工作人员从危险封闭的环境中彻底解放出来。

鉴于传统技术的种种缺陷，为了实现在封闭环境中的环境自主探测及机器人自主定位，将工作人员彻底从危险、未知、封闭的工作环境中解救出来。经过不断的研究及设计，并经反复试验及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

实用新型内容

技术问题：本实用新型的主要目的在于，针对未知、危险、封闭的空间环境下的传统机器人定位及探测技术的种种缺陷。提出一种面向未知封闭空间的自主探测基站群。主要包括4部具有探测、移动、通信等功能的自主探测基站。4部基站互相测距、通信并且定位。通过基站依次避障前移，从而实现基站群坐标系的精确变换。与此同时，通过探测模块可以实时感知周围环境并储存在工业硬盘中。当空间探测完成后将环境信息带回起始点。本实用新型旨在实现封闭空间的无人化探测以及封闭空间中的目标机器人的跟踪与导航。

技术方案：本实用新型的目的是这样实现的：该系统由四个可自主移动的探测基站，每个探测基站由1个基架、7个支撑柱、1个支撑板、1套移动装置、5个红外热成像仪、1个单片机、2套防撞击保护装置(包括前部保护装置及顶部保护装置)、9个碰撞检测器、1个陀螺寻北仪、1个气体探测器、1套超宽带无线电模块、1个CCD图像传感器、2个探照光源、1个工业硬盘、2个本安电池组成。

所述的基架由6根角钢焊接而成。7根支撑柱由螺栓固定在基架上，其中，4根用来连接支撑板，2根用来连接前部防撞击保护装置，1根用来连接红外热成像仪。

所述的移动装置由2个电机固定板、2个电机支架、2个步进电机、2个联轴器、2个橡胶轮胎、1个万向轮支撑架以及1万向轮构成。其中，电机固定板通过螺栓螺母机构安装在基架上，电机支架固定在电机固定板上，步进电机焊接在电机固定板上。橡胶轮胎通过联轴器与步进电机相连接。

所述的5个红外热成像仪固定在机身前方的支撑柱上，并且成一定角度分布，可扩大探测区域。前部的防撞击保护装置通过减震弹簧与2个支撑柱连接。9个碰撞检测器安装在防撞击保护装置前方，可检测来自机身前方各角度的碰撞。

所述的支撑板通过4跟支撑柱固定在基架上。CCD图像传感器、单片机、超宽带模块安装在支撑板的上侧，工业硬盘及超宽带天线安装在支撑板的下侧。所述的2个探照光源安装在CCD图像传感器的两侧，为图像的采集提供光源。

所述的顶部防撞击保护装置包括3个减震液压油缸及1个橡胶材质的保护盔。其中，减震液压油缸安装在支撑板上方，油缸的一端连接支撑板，另一端连接橡胶保护盔。从而保护机身免受来自顶部的撞击。

所述的面向封闭空间的自主探测基站群，其特征是:自主探测基站包括5部分探测模块，包括CCD图像传感器、红外热成像仪、碰撞传感器、陀螺寻北仪及气体传感器。各模块通过电路与单片机相连接并且进行双向通信。单片机分别控制左右步进电机，步进电机与橡胶轮胎通过机构相连。超宽带无线电模块与单片机通过电路相连接，并可进行双向通信。超宽带无线电模块内又包括：1个微处理器、1个铷原子钟、1个通信电路、1个脉冲电路，超宽带天线与超宽带无线电模块通过机构相连。单片机与工业硬盘通过电路相连接，并且可以将处理过后的坐标信息、图像信息、碰撞信息、气体信息、红外热成像信息传输进入工业硬盘。本安电池可以为单片机、步进电机、探照光源、工业硬盘及超宽带无线电模块提供电力支持。

所述的面向封闭空间的自主探测基站群的自主探测方法是：