CN102562154A - 电缆隧道巡检机器人 - Google Patents

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郑春晖
杜振军
徐方
李燊
谭波悦
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Abstract

本发明涉及一种电缆隧道巡检机器人，包括：机器人本体、自主移动装置以及机械臂，其中机器人本体上安装有自主移动装置，该自主移动装置悬挂安装在轨道上，沿轨道移动；机械臂安装在机器人本体上，机械臂的末端设有云台；机器人本体设有控制装置及供电装置，供电装置与外部供电柜连接的电缆进行感应式电连接。本发明具有较高的防水与抗电磁干扰等级，安全的供电方式，可靠的通讯方式，能克服复杂地面环境对机器人运动能力的限制，实现对隧道内设备的无死角图像监控，检测并定位设备破损、热缺陷位置以及对隧道的整体环境的监控。

Description

电缆隧道巡检机器人
技术领域
本发明涉及特种机器人领域，具体的说是一种电缆隧道巡检机器人。
背景技术
目前，国内许多城市、大型电厂及工矿企业相继采用地下电缆隧道供应电能，在缓解了地面架设所形成的与道路交通以及建筑空间的矛盾的同时，也形成了新的安全隐患。电缆隧道中存在的危险因素包括设备损坏、火灾、水浸、有害气体以及人为破坏等。而如果对现有隧道内的温度、烟雾、有毒气体以及积水等环境信息建立完整的监控系统网络，投资成本高，效益不明显。目前基本以人工检查为主，但危险性大、效率低。
电缆隧道巡检机器人系统，以机器人的方式综合实现隧道的防火、有害气体监测工作的自动化，改变以往人工监测的落后方式，减少劳动强度和工作危险性，提高工作效率并能有效的降低成本。
目前应用于电缆隧道巡检的机器人很少，而且都是采用轮式或履带式结构在地面上运动，具有以下缺点：
1.受地面条件限制，活动范围有限。隧道内有些地段是楼梯，而且很多地方的地面上放置着电缆，机器人无法通过。另外下雨后隧道内积水可能使机器人无法正常工作。
2.无法做到对电缆设备的全方位观测。由于机器人在地上，摄像头只能仰视电缆设备，而且不能近距离观测。
3.需要人工充电，还是不能做到全自主工作。
发明内容
针对现有技术中存在的活动范围有限、不能近距离观测以及需要人工充电等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种功能实用的电缆隧道巡检机器人，可实现对隧道内的设备检测、环境监测工作。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明电缆隧道巡检机器人包括：机器人本体、自主移动装置以及机械臂，其中机器人本体上安装有自主移动装置，该自主移动装置悬挂安装在轨道上，沿轨道移动；机械臂安装在机器人本体上，机械臂的末端设有云台；机器人本体设有控制装置及供电装置，供电装置与外部供电柜连接的电缆进行感应式电连接。
所述自主移动装置包括一个主动轮及一个从动轮，主动轮及从动轮设于轨道轨面上，通过连接件将机器人本体悬挂安装在轨道与轨面相对的一侧。
所述机械臂具有两个自由度，包括上臂及下臂，在下臂末端的云台上设有用于安装各类传感器的传感器箱，云台具有俯仰及侧摆两个自由度。
所述控制装置包括主计算机、总线通讯扩展卡、无线通讯模块、多个电机控制驱动器以及视频服务器，其中视频服务器通过摄像头接受视频信号通过无线通讯模块上传至远程监控计算机；各电机控制驱动器与各自电机的控制线或信号线相连，通过总线通讯扩展卡与主计算机进行通信连接；主计算机的数据通过无线通讯模块上传至远程监控计算机。
所述视频服务器还连接有红外热成像装置，视频服务器将红外热成像装置的红外热成像信号通过无线通讯模块上传至远程监控计算机。
还具有用于检测障碍物的传感器、用于检测温度的传感器、用于检测易燃气体的传感器以及用于检测是否与其它物体发生碰撞的传感器，上述各类传感器信号经过数据采集卡送至主计算机。
轨道设有自定位装置，即在轨道上设有多个定位孔，在机器人本体设有感应定位孔的光电传感器，光电传感器通过数据采集卡将信号送至主计算机。
轨道设有自定位装置，即在轨道上设有多个RFID标签，在机器人本体中设有RFID读写器，RFID读写器与主计算机相连。
所述供电装置采用非接触供电方式，包括拾电器与变压器，其中拾电器以电磁感应方式接受电缆的电能，经过变压器转换为相应的电压等级为机器人本体内的用电器件供电。
本发明具有以下的有益效果及优点：
1.本发明机器人架设在隧道顶部的轨道上，自主滑动，活动范围有不受限制；通过可灵活伸缩的机械臂与云台搭载的摄像头、红外热成像仪等观测设备实现了对隧道内设备的近距离、全方位观测；
2.本发明由于供电系统的动力输入电源线路与负载线路没有电气连接和物理接触，电源通过磁场耦合进行电能传输，具有可靠性、安全性高，无需电路连接，可维护性、气密性、防水性好，适于无人操作等特点，从而解决了人工充电的问题。
3.本发明能够检测并定位设备破损、热缺陷位置以及实现对隧道的整体环境的监控，可广泛应用于各种环境复杂的电力电缆隧道、燃气、供暖管线隧道的设备巡检。
附图说明
图1本发明的立面结构主视图；
图2为本发明的电气系统框图。
具体实施方式
本发明的电缆隧道巡检机器人，如图1所示，包括机器人本体5、自主移动装置2以及机械臂6，其中机器人本体5上安装有自主移动装置2，该自主移动装置2悬挂安装在轨道4上，沿轨道4移动；机械臂6安装在机器人本体5上，机械臂6的末端设有云台8；机器人本体5内设有控制装置及供电装置，供电装置与外部供电柜连接的电缆3进行感应式电连接。
自主移动装置2包括一个主动轮及一个从动轮，主动轮及从动轮设于轨道4轨面上，通过连接件将机器人本体5悬挂安装在轨道4与轨面相对的一侧。
自主移动装置2的控制部分包括1个直流无刷电机(具有减速箱)，其中直流无刷电机与控制装置中的控制驱动器相连接，减速箱与主动轮连接。主动轮安装在机器人本体5的顶部，通过相应机械部件固定在架设在隧道顶部的轨道4上，这样机器人就可以在轨道4上移动。
所述机械臂6具有两个自由度，包括上臂及下臂，在下臂末端的云台8上设有用于安装各类传感器的传感器箱7，云台8具有俯仰及侧摆两个自由度，可以进行俯仰与侧摆的运动。云台与机器人本体5通过2自由度机械臂6相连，机器人本体5通过控制机械臂6与云台8的运动，可以使各环境感知用传感器到达处于不同高度的电缆及其它设备的各个位置，从不同角度进行无死角观测。
所述控制装置包括主计算机、总线通讯扩展卡、无线通讯模块、多个电机控制驱动器以及视频服务器，其中视频服务器通过摄像头接受视频信号通过无线通讯模块上传至远程监控计算机；各电机控制驱动器与各自电机的控制线或信号线相连，通过总线通讯扩展卡与主计算机进行通信连接；主计算机的数据通过无线通讯模块上传至远程监控计算机。
机器人的控制装置安装在机器人本体5内，主计算机集成了CPU、片内存储器、显示系统、定时器系统、串行口、中断和复位系统，主计算机对接收的控制命令和所述感知装置感知到的信息进行综合分析处理，发出指令控制所述执行装置完成相应工作。
执行装置包括自主移动装置2、机械臂6和云台8的执行机构，自主移动装置2的行走电机通过行走电机控制驱动器驱动，机械臂6的第1、2摆臂电机通过第1、2摆臂电机控制驱动器驱动，云台8的云台电机控制执行器驱动俯仰电机和侧摆电机。
轨道4上设有自定位装置，即在轨道4上设有多个定位孔，在机器人本体5设有感应定位孔的光电传感器，光电传感器通过数据采集卡将信号送至主计算机。
或者在轨道4上设有自定位装置，即在轨道4上设有多个RFID标签，在机器人本体5设有RFID读写器，RFID读写器与主计算机相连。
机器人本体5上搭载小型光电传感器以及RFID读写器，通过检测安装在轨道4上机械定位孔和/或RFID标签实现自定位功能，使机器人可以判定自身初始位置以及故障点位置。
视频服务器还连接有红外热成像装置，视频服务器将红外热成像装置的红外热成像信号通过无线通讯模块上传至远程监控计算机。机器人通过搭载可见光摄像头拍摄图像和红外热成像仪检测设备热缺陷。
本发明云台8的传感器箱7中安装有能够感应检测障碍物的传感器(超声传感器)、用于检测温度的传感器(温度传感器)、用于检测易燃气体的传感器(可燃气体传感器)以及检测是否碰撞其它物品碰撞的传感器(光电传感器)，上述各类传感器信号经过数据采集卡送至主计算机。
供电装置采用非接触供电方式，包括拾电器与变压器，其中拾电器以电磁感应方式接受电缆3的电能，经过变压器转换为相应的电压等级为机器人本体5内的用电器件供电。
供电柜安装在隧道内，将交流电连接到安装在轨道上的两根平行供电电缆3上。在机器人本体5内安装拾电器与变压器，可以与供电电缆发生电磁感应作用，从电缆上拾取电能供机器人使用。由于供电系统的动力输入电源线路与负载线路没有电气连接和物理接触，电源通过磁场耦合进行电能传输，具有可靠性、安全性高、无需电路连接维护、气密性、防水性好，适于无人操作等特点，从而解决了人工充电的问题。
本发明通过机器人本体5中内置的无线通讯模块以及架设在隧道中的通讯网络，可以与隧道外的远程监控计算机实时通讯。通过与主计算机连接的无线通讯模块，可以将传感器信息上传并接收远程监控计算机的控制指令。通过与视频服务器相连的无线通讯模块，将可见光摄像头拍摄的普通视频、红外热成像仪检拍摄的热图谱视频上传到远程监控计算机，供工作人员查看。
本实施例中，采用轨道将机器人的运动路径设定在隧道顶部，摆脱了复杂地面环境的限制，并采用非接触供电系统解决了机器人的24小时全时供电问题。通过可灵活伸缩的机械臂搭载着摄像头、红外热成像仪等观测设备实现了对隧道内设备的无死角图像监控，检测并能定位设备破损、热缺陷位置以及对隧道的整体环境的监控。
由上述发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的电缆隧道巡检机器人具有较高的防水与抗电磁干扰等级，安全的供电方式，可靠的通讯方式，可广泛应用于各种环境复杂的电力电缆隧道、燃气、供暖管线隧道的设备巡检。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电缆隧道巡检机器人，其特征在于包括：机器人本体(5)、自主移动装置(2)以及机械臂(6)，其中机器人本体(5)上安装有自主移动装置(2)，该自主移动装置(2)悬挂安装在轨道(4)上，沿轨道(4)移动；机械臂(6)安装在机器人本体(5)上，机械臂(6)的末端设有云台(8)；机器人本体(6)设有控制装置及供电装置，供电装置与外部供电柜(1)连接的电缆(3)进行感应式电连接。
2.按权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述自主移动装置(2)包括一个主动轮及一个从动轮，主动轮及从动轮设于轨道(4)轨面上，通过连接件将机器人本体(5)悬挂安装在轨道(4)与轨面相对的一侧。
3.按权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述机械臂(6)具有两个自由度，包括上臂及下臂，在下臂末端的云台(8)上设有用于安装各类传感器的传感器箱(7)，云台(8)具有俯仰及侧摆两个自由度。
4.按权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述控制装置包括主计算机、总线通讯扩展卡、无线通讯模块、多个电机控制驱动器以及视频服务器，其中视频服务器通过摄像头接受视频信号通过无线通讯模块上传至远程监控计算机；各电机控制驱动器与各自电机的控制线或信号线相连，通过总线通讯扩展卡与主计算机进行通信连接；主计算机的数据通过无线通讯模块上传至远程监控计算机。
5.按权利要求4所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述视频服务器还连接有红外热成像装置，视频服务器将红外热成像装置的红外热成像信号通过无线通讯模块上传至远程监控计算机。
6.按权利要求4所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：还具有用于检测障碍物的传感器、用于检测温度的传感器、用于检测易燃气体的传感器以及用于检测是否与其它物体发生碰撞的传感器，上述各类传感器信号经过数据采集卡送至主计算机。
7.按权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：轨道(4)设有自定位装置，即在轨道(4)上设有多个定位孔，在机器人本体(5)中设有感应定位孔的光电传感器，光电传感器通过数据采集卡将信号送至主计算机。
8.按权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：轨道(4)设有自定位装置，即在轨道(4)上设有多个RFID标签，在机器人本体(5)设有RFID读写器，RFID读写器与主计算机相连。
9.按权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述供电装置采用非接触供电方式，包括拾电器与变压器，其中拾电器以电磁感应方式接受电缆(3)的电能，经过变压器转换为相应的电压等级为机器人本体(5)内的用电器件供电。
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