技术领域
[0001] 本公开属于轨道
机器人技术领域，具体涉及一种轨道式
移动机器人防护系统及方法。
背景技术
[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
[0003] 近些年，轨道式移动机器人在各个行业，尤其是电
力行业飞速发展，已经在大量变电站、
电缆沟隧道内投入使用。
[0004] 据
发明人了解，目前，轨道式移动机器人防护方法，特别是用于终端保护的防护方法种类较少。现有的防护方法一般采用机械防护方法或加入部分简易控制装置，一定程度上能起到限制机器人运动轨迹的作用，其原理主要是依靠外部物理阻挡，使机器人停止运动，但并没有与
机器人本体控制系统紧密结合。
[0005] 具体的，机械限制方法比较简单，往往适用于低速、自动化程度较低或者需要人工操作的机器人，而对高速，自动化
水平较高的机器人，这种单级的机械防护容易造成机器人本体或者轨道系统损坏。而加入部分简易控制装置的防护方法，部分场合能够避免因撞击导致的机器人本体或者轨道系统损坏，但是单级的控制装置可靠性较差，如果控制装置本身出现故障，也会造成机器人本体损坏。
发明内容
[0006] 本公开为了解决上述问题，提出了一种轨道式移动机器人防护系统及方法，本公开利用三级防护方式相结合，软硬防护相结合的方式，能够保证机器人到达轨道终端时的安全，防止机器人本体从轨道上坠落或者与轨道末端发生
正面严重撞击，损坏机器人本体。
[0007] 根据一些
实施例，本公开采用如下技术方案：
[0008] 一种轨道式移动机器人防护系统，包括软防护单元、硬防护单元、机械防护单元和
机器人控制系统，其中：
[0009] 所述软防护单元，包括设置在第一区域处的若干
位置标签，当移动机器人运行至第一区域范围时，安装在机器人本体上的位置检测模
块读到位置标签后，发送
信号给所述机器人控制系统；
[0010] 或/和，设置在第一区域处的
传感器，被配置为当机器人运行至当前位置时，发送信号给所述机器人控制系统；
[0011] 所述机器人控制系统接收到上述任一信号后，控制机器人本体的行走机构停止运行；
[0012] 所述硬防护单元，被配置为在机器人本体到达第二区域时，控制机器人本体的供电系统的断开；
[0013] 所述机械防护单元，包括设置于轨道末端的减速装置，吸能装置和防护机构，被配置为机器人到达第三区域时，所述减速装置能降低机器人运动速度，吸能装置能够吸收部分撞击产生的
能量，防护机构能够对机器人本体形成阻挡；
[0014] 所述第一区域、第二区域和第三区域在轨道末端的前方、沿轨道末端方向顺序排布。
[0015] 上述方案中，利用软防护、硬防护和机械防护三种模式相结合，能够保证机器人在某种防护方式不可靠时，另外的防护方式能够起作用，同时，通过对三种防护模式的设置点的合理分布，形成防护优先级，保证优先启动软防护，即控制逻辑上限制机器人继续向前(即轨道末端方向)运行，在软防护不起作用后，再优先利用断开电源的方式阻止机器人继续向前运行，在硬防护发生作用，但还存在一定的惯性因素时，利用机械阻挡方式阻挡机器人超出轨道末端，最大限度的保证了机器人本体不受到严重的撞击和破坏，杜绝了机器人坠落事故的发生。
[0016] 另一方面，软防护包括位置检测和传感器两种模块，能够保证双重软防护，更优选利用软防护直接进行防护，保证机器人本体最大限度的不受到
硬件上的损坏。
[0017] 作为一种可实现的技术方案，所述位置检测模块为RFID模块。
[0018] RFID模块安装在机器人本体上，当移动机器人运行至位置标签时，所述机器人控制系统接收RFID模块的信息，通过防护逻辑的控制，使机器人本体行走机构停止运行。
[0019] 作为进一步的限定，所述第一区域内设置有多个位置标签点，每个标签点均能被RFID模块读取。当机器人控制系统接收到任一RFID模块反馈的信号后，都会启动防护逻辑控制环节。
[0020] 通过上述方案，能够解决RFID通讯容易受现场环境干扰的问题，保证检测的正确性。
[0021] 作为一种可实施方案，所述传感器包括反光板和
光电传感器，反光板也固定在第一区域，比位置检测模块所在的防护点更靠近轨道末端，光电传感器设置于机器人本体上，当光电传感器探测到反光板信息，会发送信号到机器人控制系统，启动防护逻辑控制环节。
[0022] 作为另一种可实施方案，所述传感器包括反光板和光电传感器。
[0023] 当两种软防护方式同时存在时，能够形成双重保护，同时，两种软防护方式同时存在时，根据设置的位置，也能够有优先级。
[0024] 作为一种可实施的方案，所述硬防护单元为防护
开关，所述防护开关在机器人本体运动至第二区域时，断开机器人的电源系统。
[0025] 作为一种可实施的方案，所述机械防护单元为
挡板或挡块。
[0026] 一种轨道式移动机器人防护方法，在轨道末端的前方、沿轨道末端方向顺序划分第一区域、第二区域和第三区域，当机器人运行至第一区域时，利用
软件控制机器人本体的行走机构停止运行；
[0027] 当机器人运行至第二区域时，切断机器人本体的电源；
[0028] 在第三区域轨道末端设置能够降低机器人运动速度的减速装置，能够吸收撞击能量的吸能装置和对机器人本体形成机械阻挡的防护机构。
[0029] 在上述方法中，本公开利用三级防护方式相结合，软硬防护相结合的方式，能够保证机器人到达轨道终端时的安全，防止机器人本体从轨道上坠落或者与轨道末端发生严重的撞击。
[0030] 与
现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0031] 本公开创新性提出了一种轨道机器人主动式多级缓冲防护技术，该技术结合机器人本体控制系统，融合多种传感技术、近场通讯技术，构建了一种具备高可靠性、快速响应特征的多层安全防护体系。充分利用软件防护、硬件防护等技术手段，在广区域、全工况、大范围情况下，根据故障级别依次发挥作用，有效减缓对机器人本体的损害。
[0032] 本公开创新性提出了一种轨道机器人被动式安全防跌落技术，通过在轨道末端布置减速装置，吸能装置以及防护装置，多措施为机器人安全运行提供可靠保障。
[0033] 本公开将防护与机器人控制系统结合起来，在每个区域都有防护措施。若机器人功能正常，软件防护能够限定机器人在安全区域内运行。此情况应用于多数场景。若机器人本体上位机以及下位机同时出现故障，导致机器人继续向轨道末端运动，则会触发硬件防护，为保证机器人绝对降速，硬件防护会切断机器人本体电源。经过硬件防护后，机器人会停止运行，在极端条件下，会以较低速度运动到轨道末端，即便受到机械式防护机构的阻挡碰撞，也不会造成严重损伤。三个级别的防护，根据机器人所处位置依次发挥作用，有效保证了机器人运行安全，防止意外发生。
附图说明
[0034] 构成本公开的一部分的
说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0035] 图1是实施例一的轨道式机器人的防护系统
框架示意图；
[0036] 图2是实施例一的防护系统布置图；具体实施方式：
[0037] 下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0038] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0039] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0040] 正如背景技术中所述的，现有用于轨道末端防护的方法较少，传统的防护方法一般采用机械防护方法或加入部分简易控制装置。纯机械式防护方法，往往适用于低速，自动化程度较低或者有人工操作的机器人，而对高速，自动化水平较高的机器人，容易造成机器人本体或者轨道系统损坏。加入简易控制装置后，部分场合能够避免因撞击导致的机器人本体或者轨道系统损坏，但是
单层的控制装置可靠性较差，如果控制装置本身出现故障，也会造成机器人本体损坏。
[0041] 受隧道现场情况影响，一般隧道机器人轨道长度较长，动辄几百乃至几千米。在现场调试过程当中，机器人经常超出调试人员
视野，若调试人员操作不当，机器人与轨道末端发生碰撞，容易造成机器人损坏甚至从轨道上坠落。同时，在机器人自动运行过程当中，一旦控制系统出现故障，极易出现机器人失控撞到轨道末端。机器人运行速度一般都非常快，非常容易造成高速碰撞，对机器人的撞击性损坏非常大，进而会投入维修、采购等巨额资金，耽误检测
进程。
[0042] 为解决上述问题，本公开提供一种保障机器人安全运行的防护方法。下面以具体实施例的方式进行介绍。
[0043] 实施例一
[0044] 防护方法结合机器人控制系统层级，分为三个层级。如图1所示。
[0045] 第一层级为软防护。而在本实施例中，软防护包含两个部分：
[0046] 第一部分为RFID防护。RFID防护原理为将轨道末端的RFID点标记为防护点，并输入到机器人控制系统上位机软件。机器人自动运行到该防护点时，启用防护逻辑。
[0047] 考虑到RFID通讯容易受现场电磁环境干扰，在本实施例中，采用的防护点优选但不限于3个，只要机器人RFID读卡装置能读到3个RFID中的任意一个，将启用防护逻辑。
[0048] 当然，在其他实施例中，RFID的个数可以进行变更。
[0049] 且在图2中，RFID是呈直线排布，在其他实施例中，可以改成其他模式排布，如三
角形状或随机设置。
[0050] 第二部分为光电传感器，通过现场布置图2所示的位置关系可知，光电传感器反光板固
定位置比RFID点更靠近轨道末端。通过图1可知，该光电传感器接入机器人控制系统中的下位机。若光电传感器探测到反光板信息，会发送信号到下位机，进而启动防护逻辑。显而易见的是，光电防护只有在RFID防护失效的情况下才会发生。
[0051] 上述方案中，能够形成双重软防护，更优选利用软防护直接进行防护，保证机器人本体最大限度的避免硬件损坏。
[0052] 第二层级为硬防护。如图1，其硬防护作用于机器人本体硬件，通常作用于电源系统。当机器人运动到防护点时，防护点触发安装在机器人本体上的防护开关，防护开关将防护信息传递到机器人硬件系统。机器人硬件系统接收到防护信息后，会将整个机器人系统断电。为提高可靠性，该防护开关优选但不限于机械式防护开关，断开电源系统的机构优选但不限制于
断路器或者继电器类。
[0053] 第三层级为机械防护。该层级通过安装在轨道末端的防护装置，防止机器人从轨道末端坠落。若机器人运动到轨道末端，机器人已经断电，速度已经比较低或者趋近停止。在本实施例中，减速装置为
减速带，吸能装置为
弹簧，防护装置为挡块，摩擦带配置在机器人行走机构(以
驱动轮为例)下方，能够增大行走机构运动(以驱动轮为例)的
摩擦力；弹簧能够吸收机器人行走机构(以驱动轮为例)和挡块碰撞产生的能量，以降低碰撞对机器人和轨道的损坏；挡块的大小和设置位置能够限制机器人行走机构(以驱动轮为例)，挡块在机器人速度已经降低的时候，能够阻挡机器人驱动轮，保证即使机器人撞击到轨道末端，机器人本体结构以及轨道本体不易发生损坏。
[0054] 如图2所示，通过对三种防护模式的设置点的合理分布，即软防护方式的作用位置在硬件防护的作用位置之前，硬件防护的作用位置在机械防护的作用位置之前，机械防护的作用位置在轨道末端出，能够形成防护优先级，保证优先启动软防护，即控制逻辑上限制机器人继续向前(即轨道末端方向)运行，在软防护不起作用后，再优先利用断开电源的方式阻止机器人继续向前运行，在硬防护发生作用后，还存在一定的惯性因素，利用机械阻挡方式阻挡机器人超出轨道末端，最大限度的保证了机器人本体不受到严重的撞击和破坏，杜绝了机器人坠落事故的发生。
[0055] 在本实施例中，轨道末端与硬件防护距离应不低于800mm，硬件防护与光电防护距离不低于500mm，光电防护与RFID间距以及RFID彼此间距离不低于400mm。
[0056] 在其他实施例的部署过程中，应根据机器人最高运行速度、
制动性以及轨道现场实际情况，适当调整上述距离。
[0057] 实施例二
[0058] 防护方法结合机器人控制系统层级，分为三个层级。
[0059] 本实施例中，与实施例一的区别主要包含以下几个方面：
[0060] 首先，第一层级为软防护，且软防护只有一个部分。
[0061] 在本实施例中，软防护采用
位置传感器。
[0062] 当然，作为共性的，实施例一和实施例二中使用的各部分的软防护模块，在其他实施例中，可以选用任一软防护模块，如RFID模块、光电传感器、
磁传感器、超声传感器和激光传感器等。
[0063] 其次，软防护与机器人控制系统通信，并利用程序进行逻辑控制，具体的通信对象是上位机或下位机都可以。且选用已有的防护程序/逻辑即可，在此不再进行赘述。
[0064] 实施例三，本实施例中，与实施例一/实施例二的主要区别在于：
[0065] 在硬防护层级中，使用的是行程开关，行程开关可以安装在轨道或机器人上，当机器人接近轨道时，行程开关的
连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制
电路和机构的动作，具体的，当机器人接近
指定位置时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。而此处电路能够与机器人的供电系统相关联，即电路断路，供电系统断开。
[0066] 当然，在其他实施例中，可以将行程开关替换为其他电气防护机构。
[0067] 实施例四，在本实施例中，与实施例一/实施例二/实施例三的主要区别在于：
[0068] 机械防护部分选用的是挡板。
[0069] 当然，在另外的实施例中，挡板上还可以设置缓冲件，如
橡胶、弹性件、
棉层或海绵等。
[0070] 综上，上述实施例中，其原理都是将防护与机器人控制系统结合起来，在每个级别的控制系统中均加入防护。若机器人功能正常，软件防护能够限定机器人在安全区域内运行。此情况应用于多数场景。若机器人本体的软件功能同时出现故障，导致机器人继续向轨道末端运动，则会触发硬件防护，为保证机器人绝对降速，硬件防护会切断机器人本体电源。经过硬件防护后，机器人会停止运行，在极端条件下，会以较低速度运动到轨道末端。三个级别的防护，层层嵌套，有效保证了机器人运行安全，防止意外发生。
[0071] 本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或
计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘
存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0072] 本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的
流程图和/或方
框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程
数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0073] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0074] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0075] 以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
[0076] 上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的
基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或
变形仍在本公开的保护范围以内。
