本發(fā)明涉及機械控制，具體的是一種海上水制氫平臺場室外巡檢機器人安全控制系統(tǒng)。

背景技術：

1、現(xiàn)有巡檢機器人安全控制系統(tǒng)，通過設置安全區(qū)域對巡檢機器人的移動進行實時監(jiān)控，當巡檢機器人進入安全區(qū)域時，則對機器人進行安全控制。

2、但是，海上水制氫平臺場室外的天氣不同于陸地，在大風大雨等惡劣天氣下，需要機器人停止移動，并且，當水制氫平臺發(fā)生漏氣等事故時，容易影響巡檢機器人的工作狀態(tài)，此外，巡檢機器人的自身也會對運行安全造成影響。因此，需要根據(jù)平臺天氣，漏氣事件和巡檢機器人自身狀況設置更加全面的安全控制邏輯。

3、中國專利cn112847356b發(fā)明專利公開了一種變電站足式巡檢機器人安全控制方法，利用前進通道的點云數(shù)量，通過抬腳或下蹲的方式實現(xiàn)足式機器人在三維空間的避障，解決輪式巡檢機器人無法空間越障的難題，實現(xiàn)了足式巡檢機器人在設備區(qū)內的停障或繞障功能，拓寬足式巡檢機器人的作業(yè)范圍，提高機器人的適應性與靈活性。

4、中國專利cn113047205b發(fā)明專利公開了一種融合物聯(lián)網(wǎng)技術的巡檢機器人的控制方法及系統(tǒng)，通過在數(shù)據(jù)庫中存儲地圖巡檢點、關鍵路徑點和路徑的方式，得到一種計算簡便，安全有效的路徑規(guī)劃方法，并采取邊計算邊存儲的方式將得到的最短路徑存儲，方便以后相同巡檢序列時可直接作為巡檢路徑，減少了計算。

5、上述發(fā)明雖然解決了巡檢機器人在工作中因為環(huán)境對機器人控制的問題，但是沒有給出如何針對不同的環(huán)境，對巡檢機器人的邏輯控制，特別是海上環(huán)境下的水制氫平臺對巡檢機器人綜合安全控制。所以，為了確保巡檢機器人的安全巡檢，需要一種能夠根據(jù)平臺天氣，平臺漏氣和巡檢機器人自身姿態(tài)的安全控制。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種海上水制氫平臺場室外巡檢機器人安全控制系統(tǒng)，引入與風力相關參數(shù)，在考慮不同的巡檢機器人大小和重量的前提下，計算安全移動速度和方向，并且當判斷有異常時發(fā)出警報，同時引入重心距離調整比例和速度調整比例，考慮風力影響下機器人自身重心與水平地面距離，根據(jù)重心距離調整比例，調整機器人移動的速度，有效提高了巡檢機器人的巡檢安全性。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種海上水制氫平臺場室外巡檢機器人安全控制系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)包括平臺環(huán)境監(jiān)測裝置、機器人本體和計算機監(jiān)控系統(tǒng)；

3、所述平臺環(huán)境監(jiān)測裝置包括：

4、安裝于海上水制氫平臺場室外的風力監(jiān)測儀，用于監(jiān)測室外平臺的實時風力；

5、安裝于海上水制氫平臺場室外的雨量監(jiān)測儀，用于監(jiān)測實時雨量；

6、安裝于海上水制氫平臺場室外的安全傳感器，用于在機器人存在異常時觸發(fā)并報警器進行報警；

7、安裝于海上水制氫平臺場室外的紅外感應裝置，用于控制機器人進入室內；

8、所述機器人本體包括：

9、處理器，用于接收平臺環(huán)境監(jiān)測裝置獲取的平臺實時風力、雨量信息、安全傳感器觸發(fā)的警報信息，以及紅外感應裝置發(fā)送的感應信號，并根據(jù)接收到的信息進行數(shù)據(jù)處理及機器人控制；

10、與處理器連接的加速度傳感器，用于獲取機器人自身的移動參數(shù)；

11、與處理器連接的水平儀，用于獲取室內的當前傾斜度信息；

12、所述計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡與平臺環(huán)境監(jiān)測裝置、機器人本體連接，用于獲取平臺實時風力、雨量信息、安全傳感器觸發(fā)的警報信息，以及紅外感應裝置發(fā)送的感應信號。

13、優(yōu)選的方案中，所述機器人本體中，處理器采集安全傳感器實時發(fā)送的機器人運行狀態(tài)信息，計算當前機器人安全移動速度和方向，分析機器人當前傾斜度的風險程度，當出現(xiàn)預警時實時發(fā)出警報。

14、優(yōu)選的方案中，所述機器人的當前安全移動速度和方向計算方法為：

15、1）計算風力安全系數(shù)；

16、將實時風力f轉換為風力安全系數(shù)k1，轉換關系為：

17、k1=α×（f－f0）；

18、其中，f0為機器人正常運行時能夠承受的最大風力，α為轉換系數(shù)；

19、2）判斷是否可以繼續(xù)移動；

20、若機器人與水平地面之間的距離為h1，則計算在風力安全系數(shù)下重心距離調整比例r1；

21、對比r1與第一安全閾值q1，若r1≥q1，則在當前風力安全系數(shù)下機器人的重心位置無法繼續(xù)移動，需停止移動；

22、3）計算正常運行時的安全移動速度；

23、若在沒有額外風力影響情況下，實時風力安全系數(shù)k1=0，則機器人可按正常運行條件移動；

24、根據(jù)機器人與地面的距離h1和正常運行下的安全速度系數(shù)a1，計算安全移動速度v1，計算公式為：

25、v1=a1×h1；

26、4）計算有風力影響時的安全移動速度；

27、若實時風力安全系數(shù)k1＞0，則需要考慮風力對移動速度的影響，根據(jù)實際傾斜度調整比例r2計算傾斜度安全系數(shù)a2；

28、根據(jù)a2和h1計算傾斜度安全移動速度v2，計算公式為：

29、v2=a2×h1；

30、5）綜合計算安全移動速度；

31、結合風力安全系數(shù)k1，正常運行時的安全移動速度v1和傾斜度安全移動速度v2計算最終的安全移動速度v，計算公式為：

32、v=（1+?k1）×v1+?k1×v2；

33、所計算得到的v即為綜合考慮風力影響和機器人傾斜狀態(tài)下的安全移動速度。

34、優(yōu)選的方案中，所述步驟3）中，正常運行下的安全速度系數(shù)a1基于歷史環(huán)境信息計算得出；

35、所述步驟4）中，傾斜度安全系數(shù)a2基于歷史環(huán)境信息計算得出，實際傾斜度調整比例r2通過水平儀測量得到。

36、優(yōu)選的方案中，機器人當前傾斜度的風險程度的分析方法為：

37、1）計算機器人運行安全系數(shù)；

38、使用安全傳感器發(fā)送的機器人運行狀態(tài)信息中的運行時間信息來轉換成機器人運行安全系數(shù)k2，轉換關系為：

39、k2=f（t）；

40、其中，t為預設的判斷基準時間，且t＞0；f為轉換函數(shù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)計算；

41、2）計算傾斜度風險程度；

42、基于機器人運行安全系數(shù)k2，計算當前傾斜度的風險程度w，計算公式為：

43、w=λ1×k1+λ2×k2；

44、其中，λ1和λ2為比例系數(shù)，k1為風力安全系數(shù)，k2為機器人運行安全系數(shù)；

45、3）判斷風險程度并決定行動方案；

46、3.1）當w＞q1時，則表示當前機器人的傾斜度不適合移動，應立即停止移動；

47、3.2）當q1≥w＞q2時，則表示當前調整速度影響嚴重，此時減小移動速度；

48、3.3）q2≥w＞q3時，則表示當前調整速度影響一般，此時按次序逐步降低移動速度；

49、3.4）當w≤q3時，則表示當前調整速度影響很小，無需調整移動速度；

50、其中，q1為第一風險閾值，q2為第二風險閾值，q3為第三風險閾值。

51、優(yōu)選的方案中，所述實際傾斜度調整比例r2的計算方法為：

52、1）計算安全移動速度v；

53、根據(jù)實時風力f和安全距離系數(shù)d計算安全移動速度v，計算公式為：

54、v=f/d；

55、2）計算初始移動速度v0；

56、根據(jù)安全移動速度v和初始移動開始到加速結束所花費的時間t計算水平儀的測量初始移動速度v0，計算公式為：

57、v0=v×t；

58、3）記錄和計算水平儀的測量數(shù)據(jù)；

59、在初始移動開始到加速結束期間，記錄水平儀的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)計算平均值v01；

60、4）計算偏差值v0′；

61、計算測量初始移動速度v0與平均值v01的差值作為偏差值v0′，計算公式為：

62、v0′=v0－v01；

63、5）計算調整速度v3；

64、根據(jù)實際傾斜度調整比例r2和偏差值v0′計算調整后的速度v3，計算公式為：v3=（1+r2）×v0′。

65、優(yōu)選的方案中，基于所述雨量監(jiān)測儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行機器人本體控制的方法包括：

66、1）獲取實時雨量；

67、通過雨量監(jiān)測儀獲取當前的實時雨；

68、2）判斷雨量影響；

69、2.1）若實時雨量小于雨量閾值q，則表示當前雨量無影響，機器人正常移動；

70、2.2）若實時雨量大于等于雨量閾值q，則表示平臺有較大雨量影響，進入步驟3）；

71、3）記錄實時速度并判斷波動；

72、在設定的采集周期內記錄實時速度；

73、若實時速度的波動大于允許的波動范圍x，則機器人停止移動；

74、反之進入步驟4）；

75、4）計算允許移動時間；

76、計算平臺的允許移動時間t0；

77、允許的波動范圍x定義為機器人正常運行時的加速時間t與最大移動速度v0之積，即x=t×v0；

78、允許移動時間t0設定為（1+z）×t，其中z為允許的加速比例；

79、5）計算加速比例z；

80、5.1）根據(jù)實時雨量和波動范圍計算加速比例；

81、5.1.1）若實時雨量等于雨量閾值q且不小于允許的波動范圍x，則表示當前平臺存在較大雨量，但雨量對機器人移動無影響，機器人正常移動；

82、5.1.2）若實時雨量等于雨量閾值q且小于允許的波動范圍x，則表示可能是風力所致，記錄風力安全系數(shù)k1，若前一次的風力安全系數(shù)小于k1，加速比例z為當前值減去前一值，并計算對應的允許移動時間t0之后，機器人進行正常移動；

83、5.1.3）若實時雨量不等于雨量閾值q且不小于允許的波動范圍x，則允許移動時間t0由前值進行累加，直至超出允許的移動時間t0，停止移動；

84、5.1.4）若實時雨量不等于雨量閾值q且大于允許的波動范圍x，則允許移動時間t0為0，機器人停止移動。

85、優(yōu)選的方案中，所述機器人本體通過無線方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡與平臺環(huán)境監(jiān)測裝置實現(xiàn)信息交互，在計算機監(jiān)控系統(tǒng)輸入機器人正常運行時的初始參數(shù)信息，包括最大速度、加速時間、機器人大小和重量；

86、所述計算機監(jiān)控系統(tǒng)獲取所述平臺的環(huán)境信息，并將獲取的平臺實時風力信息、平臺實時雨量信息進行匯總，將匯總數(shù)據(jù)按周期t存儲至數(shù)據(jù)庫中，計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過接收安全傳感器發(fā)送的機器人運行狀態(tài)信息判斷機器人是否觸發(fā)警報，當觸發(fā)警報時，觸發(fā)安全傳感器發(fā)出警報，并在計算機監(jiān)控系統(tǒng)上顯示機器人的運行狀態(tài)，包括運行時間、速度和方向，監(jiān)控人員根據(jù)需要發(fā)送控制指令至機器人本體，使機器人本體進入室內或停止移動。

87、優(yōu)選的方案中，所述機器人本體中，處理器包括：

88、移動信息采集模塊，用于實時采集機器人自身的移動數(shù)據(jù)，所述移動數(shù)據(jù)包括巡檢機器人行進方向以及當前移動速度，并發(fā)送給移動信息分析模塊；

89、環(huán)境信息接收模塊，用于實時獲取平臺上的環(huán)境信息，所述環(huán)境信息包括風力級數(shù)和傾斜度，并發(fā)送給移動信息分析模塊；

90、移動信息分析模塊，連接移動信息采集模塊和環(huán)境信息接收模塊，并結合移動數(shù)據(jù)和環(huán)境信息，分析當前機器人安全行進方向，并將信息發(fā)送給風險評估模塊；

91、風險評估模塊，連接移動信息分析模塊，用于根據(jù)環(huán)境信息和機器人重量計算機器人受重力影響的傾斜度，并根據(jù)傾斜度值發(fā)出警告，風險評估模塊還對計算獲取的安全行進方向和當前機器人行進方向的相對角度進行監(jiān)測，判斷相對角度的絕對值是否超過閾值，如果超過閾值，則發(fā)出警告；

92、路徑規(guī)劃模塊，連接移動信息分析模塊和風險評估模塊，計算當前風力級數(shù)下的安全行進速度，并根據(jù)安全行進速度重新規(guī)劃路徑信息，將信息發(fā)送給巡檢機器人；

93、雨量統(tǒng)計模塊，用于接收環(huán)境中的雨量信息和當前行進速度，并統(tǒng)計連續(xù)雨量信息超過預設閾值的次數(shù)，根據(jù)次數(shù)確定是否需要發(fā)出警告。

94、本發(fā)明所提供的一種海上水制氫平臺場室外巡檢機器人安全控制系統(tǒng)，具有以下有益效果：

95、（1）通過風力監(jiān)測儀和雨量監(jiān)測儀實時監(jiān)測平臺的風力和雨量信息，確保機器人在惡劣天氣條件下能夠及時調整運行策略，避免因環(huán)境因素導致的安全事故，另外通過安全傳感器和水平儀實時監(jiān)測機器人的傾斜度，并結合風力和雨量信息，計算傾斜度風險程度，及時發(fā)出警報，防止機器人因傾斜度過大而發(fā)生翻倒等危險情況，還能夠根據(jù)傾斜度風險程度的不同，設置多個風險閾值，分別對應不同的應對措施，確保在不同風險級別下都能采取合適的防護措施；

96、（2）通過路徑規(guī)劃模塊，結合當前風力和傾斜度信息，動態(tài)調整機器人的移動速度和路徑，確保機器人在最短時間內完成巡檢任務，提高巡檢效率，且能夠結合環(huán)境信息和機器人自身的移動數(shù)據(jù)，實時調整行進方向，避免碰撞和障礙物，確保巡檢過程的順利進行；

97、（3）通過動態(tài)調整機器人的移動速度和路徑，減少不必要的能量消耗，延長電池使用壽命，降低運營成本，且系統(tǒng)具備高度的自動化能力，減少了對人工干預的需求，降低了人力成本，提高了運維效率；

98、（4）計算機監(jiān)控系統(tǒng)實時顯示機器人的運行狀態(tài)，包括運行時間、速度和方向，方便監(jiān)控人員隨時掌握巡檢進展，系統(tǒng)還能夠存儲和分析歷史數(shù)據(jù)，幫助管理人員了解平臺的環(huán)境變化趨勢，為未來的巡檢計劃提供參考。