本實用新型專利技術為一種用于風電場巡檢的群組機器人控制裝置，該裝置包括飛行機器人、地面移動機器人和地面遠程控制站；所述的飛行機器人的組成包括小型四旋翼無人機、前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、手動/自動切換模塊、第一無線傳輸模塊和被充電模塊；所述的地面移動機器人的組成包括輪式機器人、Kinect?for?Xbox攝像機、充電系統、主控計算機、充電控制單元和第二無線傳輸模塊。本實用新型專利技術可以實現飛行機器人和地面移動機器人自主合作，依靠機器視覺共同完成對風電廠風機的常規檢測，提高風機維護系統的自動化水平，實現監視任務的自動化、智能化，減少不必要的人力成本。
【技術實現步驟摘要】
本技術的技術方案涉及機器視覺的群組機器人系統，具體地說是用于風電場巡檢的群組機器人系統。
技術介紹
自80年代以來,風能利用的主要趨勢是風力發電。20年來,世界上已有近30個國家開發建設了風電場(是前期總數的3倍),風電場總裝機容量約1400萬kW(是前期總數的100倍)。風電機組運維有定期檢修和日常維護，采用的還是較為傳統的人員直接檢測。檢測人員的工作經驗、技術水平、知識儲備決定了處理的速度與效果，直接影響到風電的正常運行，且部分工作存在安全風險。相對于常規檢測手段，移動機器人和無人機機動能力強、可拓展人的視野，雖然現無比較成熟的無人機應用于風力發電機檢測的實例，但國內外對于地面機器人與無人機的監視任務的研究已取得進展。
無論是無人機還是地面移動機器人，現有產品在應用于巡檢任務時，自主程度不高，尤其是在依靠視覺信息自主移動方面。目前國內外鮮有報道地面車輛和小型旋翼無人機相配合實現自主目標追蹤和充電的工作。現在大多研究工作大多針對單一種類的機器人的目標跟蹤問題，而四旋翼和輪式車協同目標跟蹤方面，現有研究工作較少，且尚未考慮基于視覺的合作方式，國內外還沒有成熟的產品出現。四旋翼無人機和地面機器人依靠攝像頭的圖像數據互相尋找對方，基于視覺伺服技術完成對接，無需全局定位，即便沒有GPS信息也可實現地面機器人對四旋翼無人機的充電。在持續監視任務中，尤其是目標跟蹤過程中，無人機是不能放棄目標返回充電的。而現有的四旋翼無人機充電是基于固定基站的方式，無人機不僅要返回，而且要事先知道固定基站的絕對位置才能返回成功，若沒有GPS信號，將導致充電失敗。
技術實現思路
本技術的目的為針對當前技術中存在的監視用飛行機器人的自主目標追蹤能力有待提高、飛行機器人難以獨立執行長時間的持續監控任務等問題，提供一種用于風電場巡檢的群組機器人控制裝置，該裝置采用雙機器人協作充電技術，飛行機器人和地面移動機器人自主合作，依靠攝像頭的圖像數據完成機器人的粗略定位，再利用紅外線來實現兩個機器人的精確定位，當飛行機器人自身電量過低時，群組機器人控制裝置自主合作完成飛行機器人降落，進而對飛行機器人進行充電，在飛行機器人充電過程中由地面機器人單獨進行監控任務，在充電完成后，飛行機器人起飛，共同完成對風電廠的常規檢測，無需全局定位，即便沒有GPS信息也可實現地面機器人對飛行機器人的充電。該技術可以獨立執行長時間的持續監控任務，完成對風電廠風機的常規檢測，提高風機維護系統的自動化水平，減少不必要的人力成本，給風電廠的風機巡檢提供更快速、方便、安全的服務。
本技術的技術方案是：
一種用于風電場巡檢的群組機器人控制裝置，該裝置包括飛行機器人、地面移動機器人和地面遠程控制站；
所述的飛行機器人的組成包括小型四旋翼無人機、前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、手動/自動切換模塊、第一無線傳輸模塊和被充電模塊；其中，前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、手動/自動切換模塊、第一無線傳輸模塊和被充電模塊分別安裝在小型四旋翼無人機的機體上，前置攝像頭在小型四旋翼無人機的頭部；底部攝像頭在小型四旋翼無人機的機腹；模塊之間的連接關系為：前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、被充電模塊分別和第一無線傳輸模塊相連，手動/自動切換模塊與飛控模塊相連；第一無線傳輸模塊通過無線方式與地面遠程控制站連接；
所述的地面移動機器人的組成包括包括輪式機器人、KinectforXbox攝像機、充電系統、主控計算機、充電控制單元和第二無線傳輸模塊；其中，KinectforXbox攝像機、充電系統、主控計算機、充電控制單元和第二無線傳輸模塊分別安裝在輪式機器人上，模塊之間的連接關系為：KinectforXbox攝像機和第二無線傳輸模塊相連，充電系統和充電控制單元相連，第二無線傳輸模塊和充電控制單元都與主控計算機相連；第二無線傳輸模塊通過無線方式分別與第一無線傳輸模塊和地面遠程控制站連接。
本技術的有益效果是：
(1)飛行機器人和地面移動機器人自主合作，依靠機器視覺共同完成對風電廠風機的常規檢測，提高風機維護系統的自動化水平，實現監視任務的自動化、智能化，減少不必要的人力成本。
(2)讓飛行機器人和地面機器人均具有自動和手動兩種工作模式，以保證機器人的安全。
(3)采用雙機器人協作充電技術，依靠攝像頭的圖像數據完成機器人的粗略定位，再利用紅外線來實現兩個機器人的精確定位，當飛行機器人自身電量過低時，群組機器人控制裝置自主合作完成飛行機器人降落，進而對飛行機器人進行充電，無需全局定位，即便沒有GPS信息也可實現地面機器人對飛行機器人的充電。解決了飛行機器人的續航問題，使得飛行機器人能夠面向可持續監視務。
(4)分層遞階的空地機器人協調控制系統結構的架構：采用分層結構，分為協調層、規劃層、控制層。對于基于有限自動機原理，建立起協調層的管控軟件框架。規劃層則負責運動規劃，視覺引導，視覺檢測，控制層則實現底層系統的實際動作。
(5)基于外觀特征的機器人視覺目標跟蹤控制技術：由于目標和跟蹤機器人都處于運動之中，目標在序列圖像中存在平移、旋轉、尺寸大小變化等情況，采用基于外觀特征的SIFT算法與基于顏色特征的Meanshift算法組合的方式，綜合利用目標的多種特征快速識別和定位出視頻圖像中感興趣的目標。
與現有技術相比，本技術的顯著的進步是：
(1)設計適用于持續監視、檢測任務的群組機器人控制裝置，以實現風電場的“無人值守”式巡檢。
(2)開發空地協調充電系統，飛行機器人和地面機器人依靠攝像頭的圖像數據互相尋找對方，基于視覺伺服技術完成對接，無需全局定位，即便沒有GPS信息也可實現地面機器人對飛行機器人的充電。以解決飛行機器人的續航問題，使得飛行機器人能夠面向可持續任務。
(3)利用計算機視覺技術，設計空中四旋翼飛行機器人的自主目標跟蹤方法。空地機器人合作，依靠目標外觀特征實現視覺引導的可疑目標追蹤。飛行機器人與地面機器人同時對目標進行跟蹤，如果一方丟失目標可根據另一方提供的信息重新找到跟蹤目標，即使在充電過程中地面機器人仍然能夠跟蹤目標。空地機器人相互配合，將采集的信息實時傳回。
(4)本技術簡單實用，易于普及和推廣。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本技術進一步說明。
圖1本技術裝置構成的示意框圖
圖2本技術裝置的飛行機器人中的模塊連接示意框圖；
圖3本技術裝置的地面移動機器人中的的模塊連接示意框圖；
圖中，1.飛行機器人，2.地面移動機器人，3.地面遠程控制站，101.小型四旋翼無人機，102.前置攝像頭，103.底部攝像頭，104.飛控模塊，105.手動/自動切換模塊，106.飛行機器人的無線傳輸模塊，107.被充電模塊，201.輪式機器人，202.KinectforXbox攝像機，203.充電系統，204.主控計算機，205.充電控制單元，206.地面移動機器人的無線傳輸模塊。
具體實施方式
圖1所示實施例表明，本技術用于風電場巡檢的群組機器人控制裝置的構成：主要包括飛行機器人1、地面移動機器人2和地面遠程控制站3，這些部件的連接方式是：飛行機器人1和地面移動機器人2之本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于風電場巡檢的群組機器人控制裝置，其特征為該裝置包括飛行機器人、地面移動機器人和地面遠程控制站；所述的飛行機器人的組成包括小型四旋翼無人機、前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、手動/自動切換模塊、第一無線傳輸模塊和被充電模塊；其中，前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、手動/自動切換模塊、無線傳輸模塊和被充電模塊分別安裝在小型四旋翼無人機的機體上，前置攝像頭在小型四旋翼無人機的頭部；底部攝像頭在小型四旋翼無人機的機腹；模塊之間的連接關系為：前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、被充電模塊分別和第一無線傳輸模塊相連，手動/自動切換模塊與飛控模塊相連；第一無線傳輸模塊通過無線方式與地面遠程控制站連接；所述的地面移動機器人的組成包括包括輪式機器人、Kinect?for?Xbox?攝像機、充電系統、主控計算機、充電控制單元和第二無線傳輸模塊；其中，Kinect?for?Xbox?攝像機、充電系統、主控計算機、充電控制單元和第二無線傳輸模塊分別安裝在輪式機器人上，模塊之間的連接關系為：Kinect?for?Xbox?攝像機和第二無線傳輸模塊相連，充電系統和充電控制單元相連，第二無線傳輸模塊和充電控制單元都與主控計算機相連；第二無線傳輸模塊通過無線方式分別與第一無線傳輸模塊和地面遠程控制站連接。...
【技術特征摘要】
1.一種用于風電場巡檢的群組機器人控制裝置，其特征為該裝置包括飛行機器人、地面移動機器人和地面遠程控制站；
所述的飛行機器人的組成包括小型四旋翼無人機、前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、手動/自動切換模塊、第一無線傳輸模塊和被充電模塊；其中，前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、手動/自動切換模塊、無線傳輸模塊和被充電模塊分別安裝在小型四旋翼無人機的機體上，前置攝像頭在小型四旋翼無人機的頭部；底部攝像頭在小型四旋翼無人機的機腹；模塊之間的連接關系為：前置攝像頭、底部攝像頭、飛控模塊、被充電模塊分別和第一無線傳輸模塊相連，手動/自動切換模塊與飛控模...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王澤偉，許建，洪潔，安子騰，尹嵩，
申請(專利權)人：河北工業大學，
類型：新型
國別省市：天津;12
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