CN102541064A - 磁导航巡检机器人 - Google Patents
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Abstract
磁导航巡检机器人，涉及一种电力系统变电站所用的巡检设备。该机器人由磁导航部分、履带行走结构部分、控制和采集部分、无线通讯部分结合实现自动循环检测，磁导航部分包含前导航传感器和后导航传感器，导航传感器用于接收地面机器人行走轨迹的磁条信号；履带行走结构部分，包含履带、避碰传感器、电机驱动器、地标传感器；控制和采集部分，包含一个微处理器和多个传感器，通过连接伺服驱动器控制车体的移动；传感器与处理器相连，处理器与无线网桥相连，将传感器采集到的数据经过处理后通过无线传输到远程的PC，实现远端对现场的实时监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统变电站所用的巡检机器人，特别是一种可代替人工完成变电站高压变电设备巡检作业的磁导航巡检机器人。
背景技术
以往电力行业针对变电站室外设备的检修，一般是采用人工巡检作业方式。在高压、超高压及雨、雪、雾等恶劣气象条件下，不仅危害巡检人员的自身安全，同时对电网安全运行也带来一定隐患，经常是因无法及时了解设备出现的问题，而失去预先检修的机会。目前，虽然有GPS导航或者视觉导航的机器人，但是GPS导航的精确度较低，其误差在2-5米以内，不能适应变电站安全的要求；视觉导航精确度比GPS稍高一点，但同样不能满足变电站安全性的需求。
发明内容
为解决已有技术存在的问题，本发明提供一种变电站巡检机器人，是可代替人工完成变电站高压变电设备的所有巡检作业的磁导航巡检机器人。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：磁导航巡检机器人，包括：可见光摄像机、云台、红外热成像仪、托台、电机驱动器、计算机、声音采集器、交换机、无线接收器WCB、声音采集器、前避碰传感器、前导航传感器、履带、道路摄像机、烟雾探测器、后避碰传感器、环境检测器、后导航传感器、地标传感器。机器人由四部分组成，分别是磁导航部分、履带行走结构部分、控制和采集部分、无线通讯部分结合实现自动循环检测，所述的磁导航部分包含前导航传感器和后导航传感器，导航传感器用于接收地面机器人行走轨迹的磁条信号；所述的履带行走结构部分，包含履带、避碰传感器、电机驱动器、地标传感器、急停开关、轮子；所述的无线通讯部分，包含交换机、无线接收器、全向扩展天线；所述的控制和采集部分，包含一个微处理器和多个传感器，通过连接伺服驱动器控制车体的移动；传感器与处理器相连，处理器与无线网桥相连，将传感器采集到的数据经过处理后通过无线传输到远程的PC，实现远端对现场的实时监控。云台可以左右和上下旋转，以云台的旋转调节可见光摄像机的角度，云台的旋转由计算机控制。
本发明的有益效果是：本机器人采用磁导航的导航方式，稳定性强、使用寿命长、精确度高，保证了在多种环境下的安全运行。本发明是集多传感器融合技术、精确磁导航技术、行为规划技术、图像智能分析技术、安防监控技术及无线扩频传输技术等多种先进科技于一体的新型电力智能巡检系统，解决了多项技术难题,包括行走定位精确度低，无线传输在金属多的地方干扰严重，远程控制难等。尤其是采用了履带行走，使机器人增加了稳定性，并可适合在温度较低的地区作业。
附图说明
图1是本发明的正视结构示意图；
图2是本发明的后视结构示意图；
图3是本发明的原理图。
图中所示：可见光摄像机1、云台2、红外热成像仪3、托台4、电机驱动器5、计算机6、声音采集器 7、交换机8、无线接收器WCB 9、急停开关10、前警示灯11、声音放大器12、声音采集器13、前警示灯14、前避碰传感器15、蓄电池组16、电机17、导航传感器18、履带19、道路摄像机20、全向扩展天线21、烟雾探测器22、后警示灯23、后避碰传感器24、充电端子25、环境检测器26、后警示灯27、充电端子28、轮子29、后导航传感器30、地标传感器31。
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
具体实施方式
本发明是集多传感器融合、磁导航、图像分析、安防监控及无线扩频传输等技术一体的磁导航巡检机器人，解决了多项技术难题。它包括履带式底盘,与之连接的伺服电机,与电机连接用来控制车体行走和进行数据处理的计算机,与计算机相连的HUB、避碰传感器,与HUB相连的无线接收设备WCB、网络音视频编码器、采集小车内部和外部环境数据的温湿度采集器、网络红外热成像仪，与编码器相连的云台摄像机、声音采集器、声音输出终端，为小车供电的锂电池，保护设备的稳压器。机器人配有手动控制系统和自动控制系统，能够实现现场人工控制检测和自动控制检测。计算机的作用是控制车体的行走，同时将环境检测传感器的信息进行处理通过无线移交给远端主机，实现本地与远端的信息交互，控制避碰传感器在遇到障碍物时机器人停止运行，在障碍物清除后机器人又能根据以前的行走继续行走。
云台可以左右和上下旋转，用云台的旋转来调节可见光摄像机的角度，进行对不同高度景物和仪器的拍摄，云台的旋转由计算机控制，计算机通过给云台发指令的方式控制云台旋转的角度，同时也可以通过向云台写入预先旋转角度的角度，将该信息存储到云台中，当计算机向云台发调用指令时，云台会按预先设置好的角度和仰角进行旋转，同时可见光摄像机进行聚焦拍摄。
红外热成像仪的运动同可见光摄像机，不同的是红外热成像仪是检测物体的温度值，将达到温度阈值的设备告诉计算机，计算机再综合小车的位置和环境信息后将告警点的准确信息上报给远端控制中心。声音采集传感器收集现场声音存储到计算机中，计算机将此声音与预先准备好的声音进行比较，如果差别大于工作人员预先设置好的阈值，将会向远端控制中心发送告警。全部设备由蓄电池组16配合逆变器和稳压器进行供电。
履带行走结构部分，履带19与电机17和轮子29衔接，电机17连接电机驱动器5，电机驱动器连接计算机6，组成了小车的行走结构，计算机向电机驱动器发行走命令，电机驱动器根据对应的命令控制电机的转速，再由电机驱动轮子29，轮子29带动履带向前行走，完成车体的移动。
磁导航部分，机器人行走的地面铺设有磁条，前导航传感器18安装在机器人车体前方的底部，连接计算机6，和地面磁条一起作为车的眼睛，距离磁条表面10cm；该传感器内部间隔20mm平均排布的6个采样点，能够检测出磁条上方100gauss以下的微弱磁场，每一个采样点都有一路信号对应输出。AGV运行时，磁导航传感器内部垂直于磁条上方的连续1-3个采样点会输出信号，依靠输出的这几路信号，可以判断磁条相对于前导航传感器18的偏离位置，计算机根据这些偏移信息对小车的行走进行调整，从而保证小车沿磁道行驶。
后导航传感器30同前导航传感器19一样，不同的是安装在车体后方的底部，用来引导车体倒退行走。
地标传感器 31，该地标传感器采用1路采样点，能够检测并区分100 gauss以下微弱的N极磁场和S极磁场，并通过两路NPN输出来区分指示。安装在车体侧面的底部，前导航传感器18和后导航传感器30之间，距离磁条表面10cm。车体的运行路径是由多条路段首尾连接而成，地标磁条作为路段的首尾端点，用来指示车体进入哪个运行路段，从而控制车体加速、减速、停车等。实际使用中，地标磁条垂直于导航磁条方向，贴在导航磁条旁边的地面上。
前避碰传感器15安装在车体前保险杠、后避碰传感器24安装在车体后保险杠，连接计算机6，在遇到障碍物距离近到一定值后，计算机6会控制电机停止行走，并向控制中心发出告警，障碍物清除后，防碰传感器检测到障碍物清除又会通知计算机6可以行走，计算机控制小车继续行走。图像采集由可见光摄像机1、道路摄像机20和红外热成像仪3组成，可见光摄像机1和红外热成像仪3安装在云台2的防护仓内，云台2安装在托台4上，随着车体的移动和云台的旋转完成不同角度不同高度设备的图像采集和温度值采集，工作人员从图像上分析设备是否正常，道路摄像机20固定在车体前面板上，连接编码器将机器人前方的路面情况信息实时拍摄给监控中心，在发现障碍物时可以通过图像观察物体情况从而携带相应工具进行清理。
控制和采集部分，环境采集器26、烟雾探测器22连接交换机8，交换机连接无线接收器WCB 9，环境检测器将采集到的厂区环境信息温度湿度值通过网络给远端监控中心，监控中心在将数据分析判断，最后将告警信息发往车体计算机6；烟雾探测器22检测车中线路是否燃烧，如果燃烧会产生告警信息，工作人员会携带灭火设备进行扑救。
声音采集器7、声音采集器13安装在车体两侧，连接音频采集模块，通过无线设备将采集的声音信息传送给控制中心；声音放大器12也连接音频采集模块，通过无线将控制中心的通话内容在机器人巡检厂区进行播放，实现实时对讲功能；前警示灯11、前警示灯14和后警示灯23、后警示灯27连接计算机6，在机器人进行转弯时对应方向的警示灯点亮，警示前方人员撤离，在机器人故障时警示灯也闪亮，在机器人附近的工作人员可以通过此判断机器人是正常运行还是故障中，从而做出相应的维修措施；急停按钮10安装在车体两侧，连接车体电机的主要电源，在遇到紧急情况而车未停止的情况下，按下急停按钮10，车就马上停止运行，避免意外的发生；充电端子25、充电端子28固定在车体后侧，连接蓄电池组16配合充电机和充电桩，在机器人电量低时进行充电，保证持续的能源供应。
Claims (5)
1.磁导航巡检机器人，包括：可见光摄像机、云台、红外热成像仪、托台、电机驱动器、计算机、声音采集器、交换机、无线接收器WCB、声音采集器、前避碰传感器、前导航传感器、履带、道路摄像机、烟雾探测器、后避碰传感器、环境检测器、后导航传感器、地标传感器，其特征在于：机器人由四部分组成，分别是磁导航部分、履带行走结构部分、控制和采集部分、无线通讯部分结合实现自动循环检测，所述的磁导航部分包含前导航传感器和后导航传感器，导航传感器用于接收地面机器人行走轨迹的磁条信号；所述的履带行走结构部分，包含履带、避碰传感器、电机驱动器、地标传感器、急停开关、轮子；所述的无线通讯部分，包含交换机、无线接收器、全向扩展天线；所述的控制和采集部分，包含一个微处理器和多个传感器，通过连接伺服驱动器控制车体的移动；传感器与处理器相连，处理器与无线网桥相连，将传感器采集到的数据经过处理后通过无线传输到远程的PC，实现远端对现场的实时监控。
2.根据权利要求1所述的磁导航巡检机器人，其特征在于：云台（2）可以左右和上下旋转，以云台的旋转调节可见光摄像机（1）的角度，云台的旋转由计算机（6）控制。
3.根据权利要求1所述的磁导航巡检机器人，其特征在于：所述的磁导航部分的前导航传感器（18）安装在车体前方的底部；后导航传感器（30）安装在车体后方的底部。
4. 根据权利要求1所述的磁导航巡检机器人，其特征在于：所述的控制和采集部分的图像采集由可见光摄像机（1）、道路摄像机（20）和红外热成像仪（3）组成，可见光摄像机（1）、红外热成像仪（3）安装在云台（2）的防护仓内，云台（2）安装在托台（4）上。
5.根据权利要求1所述的磁导航巡检机器人，其特征在于：所述的履带行走结构部分的履带（19）与电机（17）和轮子（29）衔接，电机（17）连接电机驱动器（5），电机驱动器连接计算机（6），电机驱动轮子（29），前避碰传感器（15）安装在车体前保险杠，后避碰传感器（24）安装在车体后保险杠。
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