基于虛擬定標線的巡檢機器人視覺導航設計研究

摘要：巡檢機器人視覺導航系統(tǒng)的應用，可實現(xiàn)自由轉向并可顯著提升導航效率。本文設計出了一種基于虛擬定標線技術的巡檢機器人視覺導航系統(tǒng)，旨在通過改變巡檢形式來提升巡檢成效，并最終在時代發(fā)展需求中，持續(xù)服務導航提供工作。

關鍵詞：虛擬定標線;巡檢機器人;視覺導航;設計

0 ?引言

巡檢機器人視覺導航系統(tǒng)以智能化設計為目標，與時代相稱并在設計方法上滲透現(xiàn)代化技術;在視覺導航上做出嚴肅處理，并在后續(xù)工作運維中，達到預設目標。機器視覺（Machine Vision）即以巡檢機器人視覺導航作為人工智能領域中發(fā)展迅速的一個重要分支，不斷突破、走向成熟。機器視覺“是通過光學裝置和非接觸傳感器自動地接受和處理一個真實場景的圖像，通過分析圖像獲得所需信息或用于控制機器運動的裝置”，證實基于虛擬定標線技術涉及的智能圖像處理技術在機器視覺中占有舉足輕重的位置。相關設計細則分析如下：

1 ?設計所涉技術概述

以設計環(huán)節(jié)虛擬定標線技術的應用為例，通過融合計算機虛擬技術來作為本次巡檢機器人的重要科學技術形式之一，為巡檢機器人視覺導航系統(tǒng)尋求CPU、內存、磁盤空間等組合資源支持的操作環(huán)境，以便于在資源配置上更具優(yōu)勢。

控制巡檢機器人虛擬定標線技術的運用，是沿著導航線移動的關鍵技術，是機器人對導航線方位和距離精準定位的過程;虛擬定標線以現(xiàn)代圖像處理的優(yōu)勢，在檢測到信號與導航線與相應位置融合中實現(xiàn)極速化控制，利用模糊控制策略，對機器人沿著導航線的行走進行控制，降低機器人運作環(huán)節(jié)與實際偏離角度和距離等較大問題。

2 ?結構設計和功能

巡檢機器人視覺導航自動化的發(fā)展，使得遠程監(jiān)控機械電氣設備型號、監(jiān)控數(shù)據信息采集及其絕緣監(jiān)測等成為了可能。在實際運用中，對降低運維工作數(shù)量，演唱巡視檢修工作中后期等具有重要的意義?；谔摂M定標線的巡檢機器人視覺導航結構設計旨在滿足預設工作效果，充分發(fā)揮設計作用優(yōu)選及其功能優(yōu)勢，最終與巡檢工作實踐中，相應的以戰(zhàn)略性、科學化、合理化方法，滿足當前工作良性需求。

結構設計中，通過合理創(chuàng)建子系統(tǒng)來實現(xiàn)自由運動，直接與主板結構（AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、WATX以及BTX等）、PMAC2A-104運動控制卡一道，連同電機設備驅動器等內容，對方便機器人實際巡檢，嚴格控制運動和行為起效良好。以光伏電站巡檢清潔無人機為例，具體設計結構如圖1所示。

基于上述結構設計要訣中包括信息數(shù)據收集、諸多技術方式采用、臨床巡檢路徑開辟等，均需在系統(tǒng)實時化場景尋求數(shù)據建模及其集合的融通路徑。設計對局進行局部整合、規(guī)劃搜集、滲透力學控制、算法、承受速度等管理控制中，使得設計效果于設計質量得到全面提升。

3 ?設計路徑

3.1 設計目標

為進一步提高巡檢工作效率及適用范圍，設計出個性自動巡檢系統(tǒng)，需從基本初級自動巡檢著手，配合PCA、神經網絡算法等進行測試，力圖達到開發(fā)應用效果。主要設計目標：自主規(guī)劃實現(xiàn)，即方向控制、障礙物識別與規(guī)避等;彌補以往巡檢中的人力消耗過大問題，解決緊急情況巡檢員人工操作控制能力和技術水平不足的缺憾。

3.2 設計特征

機器人智能巡檢系統(tǒng)以網絡分布式三層構架為框架，包括基站層、通訊層和終端層。發(fā)揮在任意巡檢檢查工作設定時間任意任務完成的功能;日常巡檢中的可見光攝像頭、紅外測溫、自主和遙控巡檢、圖像遙傳功能、自動停障、機器運轉本身狀態(tài)信息采集及分析功能、巡檢系統(tǒng)歷史事件查詢、各巡檢設備數(shù)據分析和報表制作、智能報警等諸多功能;基于紅外專家?guī)斓脑O備紅外圖片手動分析功能;最優(yōu)路徑規(guī)劃功能;對講與喊話功能;具備微氣象信息采集系統(tǒng)。

3.3 結構設計流程

具體結構設計流程如圖2所示。

3.4 調試檢測

主要內容包括巡視一次設備巡檢系統(tǒng)通道確立，二次設備巡檢實現(xiàn)困難。紅外測溫系統(tǒng)因環(huán)境因素如高桿燈、月光等造成誤差。通過適當調節(jié)標簽點的位置和坐臺的轉向來進行規(guī)避。對六氟化硫泄漏情況及位置判斷中，增設可檢測遠距離的六氟化硫檢漏儀等加以調試。

3.5 核心硬件

系統(tǒng)所用硬件核心，包括舵機機器人的硬件組裝、PID控制算法的分析、控制程序的編寫、運動過程的分析等過程。其中算法設計中，就循跡部分讀取灰度傳感器數(shù)值、前進后退算法、循跡算法及其編碼器等核心硬件，來達到視覺控制效果。

3.6 設計路徑選擇

視覺導航設計軌線類型的選擇，設計機器人預先行走路線、保證設備可以按照線路軌跡持續(xù)運動。為機器人運作營設較為良好的路面環(huán)境，并不受其他控制。

視覺處理設計上，視頻采集系統(tǒng)與技術的合理使用，視覺導航系統(tǒng)設計在車體前部，并與當?shù)貙嶋H狀況與設計特點、要求等控制位置相吻合。系統(tǒng)設計構件選擇與各種模塊綜合組建和處理相互匹配，在各個模塊上對視覺導航系統(tǒng)設計功能、目標力、協(xié)調控制力、預設工作效果水平中發(fā)揮了明顯的處理優(yōu)勢。

圖像處理層面，設計出的機器人包括載物臺底部所設行走機構、重量感應機構、貨物固定機構、支撐臺（內部容納腔、腔內固定安裝控制器和主處理器），支撐臺兩側對稱抓取機構并與之鉸接，支撐臺頂端設有支撐桿，支撐桿頂端設有圖像采集機構，底端通過帶座軸承并與支撐臺活動連接;/n圖像采集機構包括CCD相機（3），CCD相機、支撐桿的頂端固定連接，支撐桿（4）上固定連接第一從動齒輪，頂端靠近支撐桿位置設有第一驅動電機，第一驅動電機輸出軸固定連接第一主動齒輪，第一主動齒輪……

4 ?設計可行性報告

計算機視覺它本身的也是一個很基礎的學科，可以跟各個學科做交叉，同時內部還細化到機器視覺、圖像處理、人工智能、大數(shù)據、云計算和物聯(lián)網等內容。多智時代專注于人工智能和大數(shù)據的入門和科譜基于虛擬定標線的巡檢機器人視覺導航設計，在系統(tǒng)運行期間，要處理好巡檢環(huán)節(jié)的圖像問題，必須熟悉設計算法，并應用matlab軟件、仿真圖像算法案例。深入學習C++等開發(fā)程序和基于類開發(fā)、虛函數(shù)，類的繼承、多態(tài)、命名空間、文件的輸入輸出、模板STL等。使用opencv這個開源庫對圖像進行處理，實現(xiàn)了算法和代碼結合，將MFC和opencv結合，更能設計出符合導航現(xiàn)實設計需求的智能巡檢機器人。

5 ?結束語

在智能巡檢機器人視覺導航系統(tǒng)設計實踐中，引入虛擬定標線作為設計主線的巡檢實踐中，通過設計方法優(yōu)選、系統(tǒng)化結構設計內核及其相關設計優(yōu)勢發(fā)揮，直接程度上對滿足巡檢工作技術要求呢、優(yōu)化工作機制具有極大的可行性。

參考文獻：

[1]左錦，倪金鑫，陳章寶.視覺導航草坪修剪機器人控制系統(tǒng)設計[J].工業(yè)控制計算機，2020，33（2）：81-82.

[2]李佺振，王強，曾勇，等.基于人臉識別與光流追蹤的移動機器人視覺導航方法[J].自動化與儀表，2020，35（1）：23-27，65.

[3]周錫恩，吳鎮(zhèn)江，盧偲帆，等.基于視覺檢測與自主導航的輪式機器人平臺[J].信息技術，2019（10）：55-58.

[4]成怡，佟曉宇，朱偉康.改進ORB的輪式機器人視覺導航算法[J].天津工業(yè)大學學報，2019，38（5）：58-63.

[5]龐磊，曹志強，喻俊志.基于視覺的行人引領移動機器人導航方法研究[J].導航定位與授時，2019，6（4）：26-32.

作者簡介：張初宏（1980-），男，福建人，機電一體化工程師，本科，研究方向為機電一體化。