CN102736624A - 一种变电站轨道式智能巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于特种机器人领域，具体地说是一种变电站轨道式智能巡检机器人，包括转向架、底盘、集电器、行程开关、云台、控制系统、滑线及定位块，转向架为两个，相互独立，结构相同，分别骑跨在轨道上运行，在轨道的一侧设有连接外接电源的滑线，另一侧设有多个定位块；底盘分别与两个转向架相连，在底盘的上表面分别安装有云台及控制系统；在其中一个转向架的一侧安装有集电器，集电器在滑线上滑行、为机器人供电，相对另一侧的两个转向架上分别设有行程开关，行程开关的运行轨迹与定位块的安装位置相对应，集电器及行程开关分别与控制系统电连接。本发明可以实现在规划的轨道路径上的精确行走、定位等控制，能够实现对多目标的连续定点观察。

Description

一种变电站轨道式智能巡检机器人

技术领域

本发明属于特种机器人领域，具体地说是一种变电站轨道式智能巡检机器人。

背景技术

变电站设备巡检对于保证电力系统的安全生产和可靠运行具有极其重要的作用。传统的人工巡检方式由于人为因素的影响，有时难以及时发现设备异常和潜在的故障隐患。应用智能移动机器人进行变电站设备巡检，可以充分发挥机器人的技术优势，完成一些人工巡检难以完成的任务，从而提高巡检质量，加速推进变电站无人值守化的进程。

当前移动机器人的行走机构有轮式、履带式或是轮履结合式等多种形式，它们移动灵活，越障能力强；但此种机器人在预定轨迹的行走、定位等功能上的误差大，很难实现对多目标的连续定点观察。且移动机器人本体的能源无外乎充电电池和内燃机两种方式，采用内燃机，机器人的结构要复杂得多；而充电电池又要考虑机器人的工作时间和电池充电的问题。

发明内容

为了解决现有移动机器人巡检时很难连续定点观察以及充电电池对工作时间影响的问题，本发明的目的在于提供一种变电站轨道式智能巡检机器人。该自主移动机器人可应用于变电站设备的探测巡检。

本发明的另一目的在于提供一种不受天气影响的变电站轨道式智能巡检机器人。该巡检机器人能够在冬天恶劣天气环境下顺利工作。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括转向架、底盘、集电器、行程开关、云台、控制系统、滑线及定位块，其中转向架为两个，相互独立，结构相同，分别骑跨在轨道上运行，在轨道的一侧设有连接外接电源的滑线，另一侧设有多个定位块；所述底盘分别与两个转向架相连，在底盘的上表面分别安装有云台及控制系统；在其中一个转向架的一侧安装有集电器，该集电器在滑线上滑行、为机器人供电，相对另一侧的两个转向架上分别设有行程开关，该行程开关的运行轨迹与定位块的安装位置相对应，集电器及行程开关分别与控制系统电连接。

其中：所述底盘的下表面安装有第二驱动电机及除尘刷，第二驱动电机及除尘刷位于两个转向架之间，除尘刷通过第二驱动电机驱动，并与轨道的上表面接触；所述底盘前端的两侧分别安装有热风枪，两个热风枪之间通过导热管连通，该导热管上连接有喷嘴，喷嘴的出口朝向轨道的上表面；所述两个转向架上分别安装有铲雪板，两个铲雪板位于两个转向架的外侧，铲雪板的底部与轨道的上表面抵接；所述滑线通过滑线固定架固定在轨道上，滑线由铜芯及绝缘护套组成，所述集电器的一端固接在转向架上，另一端与铜芯接触；

所述转向架包括第一驱动电机、固定架、行走轮、导向轮、稳定轮及转盘，其中转盘可转动地安装在固定架的顶部，行走轮位于转盘的下方、可转动地安装在固定架上，并与安装在固定架上的第一驱动电机的输出轴相连；在行走轮的下方设有多个导向轮及多个稳定轮，各导向轮及稳定轮分别可转动地安装在固定架上；所述第一驱动电机上带有编码器，该编码器与控制系统电连接；所述固定架为“n”形，在固定架的顶部向其一侧延伸形成支撑架，所述转盘可转动地安装在该支撑架的顶端；所述行走轮为两个，与轨道的上表面接触，两个行走轮分别与第一驱动电机的输出轴键连接；在两个行走轮的外侧设有固接在固定架上的护板；所述行走轮、导向轮、稳定轮及转盘的轴心在同一平面内，导向轮为两个，对称设置于轨道的两侧，每个导向轮均通过导向轮架安装在固定架上；所述稳定轮为两个，对称设置于轨道的两侧，位于导向轮的下方，每个稳定轮均通过稳定轮架安装在固定架上，导向轮及稳定轮的中心轴线平行或共线，且垂直于行走轮的中心轴线；所述转向架为两个，每个转向架上的行走轮、导向轮及稳定轮的朝向相反；所述行走轮、导向轮及稳定轮为弹性胶轮。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明通过集电器与滑线的接触摩擦，将电能传递到控制系统，并由行程开关与定位块的碰撞，在数字编码器的作用下，可以实现在规划的轨道路径上的精确行走、定位等控制，能够实现对多目标的连续定点观察。

2.本发明采用轨道滑线方式取电，可使巡检机器人连续长时间工作，不受时间因素的制约，无需考虑电池充电以及电池的寿命问题，解决了巡检机器人能量的来源，连续工作时间任意，稳定可靠。

3.本发明通过轨道上的滑线采用电力载波通信技术，工作人员可远距离对巡检机器人进行视频、通讯信号的控制，结构简单方便，稳定可靠，既解决了无线通讯的图像不稳定，信号滞后等问题，又解决了有线通讯的线缆问题。

4.本发明在两转向架之间的底盘下表面安装了第二驱动电机和除尘刷，可把轨道上表面的灰尘清除；在巡检机器人的前后端分别安装了铲雪板，可把轨道上的厚雪铲除；在巡检机器人的前端安装了除雪、除冰、除霜装置，可向轨道的上表面进行高温加热，把轨道上表面的雪、冰、霜等吹化风干，保证巡检机器人在冬天恶劣天气环境下能够顺利工作，实现机器人全气候环境下自主智能巡检工作。

5.本发明巡检机器人由单轨道支撑，轨道宽度窄，轨道支撑架结构简单，占用的空间小；此外，巡检机器人的转向架通过其特有的结构形式骑跨在轨道梁上，能够平稳地运行，在转弯处无需考虑机构的速度问题，没有出轨的可能。

6.本发明采用双转向架结构，适合各种弯轨形状，转弯半径小而灵活，转盘可相对于底盘有角度上的变化，保证了转向架在弯轨上运行时，导向轮和稳定轮与轨道曲线相切的法向平面与曲线半径一致，使转向架能够平顺的通过各种形状的弯轨，不受弯轨曲线半径的限制。

7.本发明的转向架包括行走轮、导向轮及稳定轮，移动机构重心稳定，在轨道上的运行平稳。

8.本发明的行走轮、导向轮及稳定轮采用弹性胶轮，在金属轨道上运行，提高了轮子的粘着力，有利于加减速，有利于在坡道上行驶，且运行时的摩擦噪音小。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的结构主视图；

图3为本发明供电方式结构示意图；

图4为本发明转向架的结构主视图；

图5为本发明转向架的右视图；

其中：1为转向架，2为底盘，3为轨道，4为第一驱动电机，5为固定架，6为行走轮，7为导向轮，8为稳定轮，9为转盘，10为导向轮架，11为稳定轮架，12为护板，13为集电器，14为行程开关，15为定位块，16为云台，17为控制系统，18为滑线，19为滑线固定架，20为第二驱动电机，21为除尘刷，22为热风枪，23为导热管，24为喷嘴，25为铲雪板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括底盘2、集电器13、行程开关14、云台16、控制系统17、滑线18、定位块15及两个转向架1，两个转向架1相互独立，结构相同，分别骑跨在轨道3上运行。轨道3的截面为“工”字形，在“工”字形轨道的一侧、沿轨道的长度方向通过滑线固定架19固接有滑线18，滑线18由铜芯和绝缘护套组成，滑线18连接外接电源，由外接电源对滑线18进行供电；在“工”字形轨道的另一侧设有多个定位块15，相邻的两个定位块上下设置、中间留有距离。

如图4所示，转向架1包括第一驱动电机4、固定架5、行走轮6、导向轮7、稳定轮8及转盘9，其中固定架5为“n”形，“n”形固定架5的顶部向其一侧延伸形成一支撑架，所述转盘9通过轴承可转动地安装在该支撑架的顶部、可绕转向架中心线任意角度连续旋转。第一驱动电机4固接在固定架5上，输出轴由固定架5上的支撑架穿过、通过轴承可相对于支撑架旋转。所述行走轮6为两个，分别与轨道3的上表面接触，用以支撑移动机构自身的重量，两个行走轮6分别与第一驱动电机4的输出轴键连接，由第一驱动电机4驱动；在行走轮6的外侧设有固接在固定架3上的护板12。在行走轮6的下方、位于轨道3的两侧，各设有一导向轮7，每个导向轮7均通过导向轮架10固接在固定架5上，导向轮轴通过轴承与导向轮架相连，使得导向轮7相对于导向轮架10可转动；两个导向轮7对称设置在轨道3上方的两侧，引导转向架1在轨道3方向上的平顺行驶，两个导向轮7的中心轴线相平行且垂直于行走轮6的中心轴线。在两个导向轮7的下方、位于轨道3的两侧，各设有一稳定轮8，每个稳定轮8均通过稳定轮架11固接在固定架5上，稳定轮轴通过轴承与稳定轮架相连，使得稳定轮8相对于稳定轮架11可转动；两个稳定轮8对称设置在轨道3下方的两侧，可保持转向架1重心的稳定，两个稳定轮8的中心轴线相平行，并与上方同侧导向轮7的中心轴线平行或共线，且垂直于行走轮6的中心轴线。两个行走轮6的中心轴线、两个导向轮7的中心轴线、两上稳定轮8的中心轴线及转盘9的中心轴线处在同一平面内。两个转向架1上的行走轮6、导向轮7及稳定轮8的朝向相反，即位于前方的转向架1上行走轮6、导向轮7及稳定轮8的安装方向朝前，而位于后方的转向架1上行走轮6、导向轮7及稳定轮8的安装方向朝后。

底盘2、云台16及控制系统17组成机器人本体，其中底盘2放置于转盘9上，两个转向架1分别位于底盘2长度方向的两端，转盘9相对于底盘2可转动，底盘2通过转盘9与各转向架1相连。云台16及控制系统17安装在底盘2的上表面，云台16为两自由度云台，控制系统17为现有技术。在其中一个转向架1(位于前端的转向架)的一侧安装有与控制系统17电连接的集电器13，该集电器13固接在转向架1中的固定架5上，位于轨道3的一侧；集电器13的一端固接在转向架1中的固定架5上，另一端与滑线18的铜芯接触，通过集电器13与滑线18的接触摩擦，把电能传递到移动机器人的控制系统17，为机器人供电；在轨道3另一侧的两个转向架1的固定架5上分别固接有行程开关14，两个行程开关14均固接在固定架5的内侧，即两上行程开关14位于两固定架5之间，两个行程开关14分别与控制系统17电连接，行程开关14的运行轨迹与定位块15的安装位置相对应。

转发架1中的第一驱动电机4上带有编码器，该编码器与控制系统17电连接。

在底盘2的下表面安装有第二驱动电机20及除尘刷21，第二驱动电机20及除尘刷21位于两个转向架1之间，第二驱动电机20与控制系统17电连接，除尘刷21通过第二驱动电机20驱动，并与轨道3的上表面接触。第二驱动电机20带动除尘刷21连接旋转，可把轨道3上表面的灰尘清除。

在巡检机器人底盘2前端的两侧分别安装有热风枪22，两个热风枪22之间通过导热管23连通，该导热管23上连接有喷嘴24，喷嘴24的出口朝向轨道3的上表面。通过热风枪22经导热管23由喷嘴24可向轨道3的上表面进行高温加热，把轨道3上表面的雪、冰、霜等吹化风干，保证巡检机器人在冬天恶劣天气环境下能够顺利工作，实现机器人全气候环境下自主智能巡检工作。

巡检机器人前后两个转向架1的护板12上分别安装有铲雪板25，由于两个转向架1上行走轮的朝向相反，两个铲雪板25位于两个转向架1的外侧，即位于前端的铲雪板1朝前，位于后端的铲雪板1朝后；铲雪板1由耐磨胶皮和固定板组成，固定板用于与护板12固接，底部的耐磨胶皮与轨道3的上表面抵接，可把轨道3上表面的厚雪铲除。

本发明的工作原理为：

第一驱动电机4为巡检机器人在轨道3上的行走提供动力，两个转向架1中的第一驱动电机4同步工作。两个行走轮6在第一驱动电机4的带动下，为转向架1提供在轨道3上行走的动力；两个转向架1在轨道3上行驶的同时，集电器13与滑线18接触摩擦，产生的电能传递给控制系统17。当巡检机器人行进到定位块15时，行程开关14的触点与定位块15碰撞，并在第一驱动电机4上的数字编码器的作用下，将信号发送至控制系统17，由控制系统17控制、实现巡检机器人在预定位置的精确停车，继而安装在底盘2前端的两自由度云台可对多目标进行精确定点观察。

当巡检机器人行驶在直轨道上时，转向架1在平衡位置没有位移，各导向轮7及各稳定轮8将以有效半径向前滚动；当巡检机器人行驶在弯轨道上时，转向架1发生横向位移，导向轮7和稳定轮8随之产生偏移，这时单侧或双侧的导向轮7会受到轨道3侧面的径向压力，这种压力将迫使转向架1回到平衡位置，实现了移动机构在轨道3各种弯道上的平稳运行。而行走轮6、导向轮7及稳定轮8为弹性胶轮，粘着性好，有利于加减速，且运行时的噪音小。

本发明的转盘9可绕转向架1中心线任意角度连续旋转，这种结构形式保证转向架1在弯轨道上运行时，导向轮7和稳定轮8与轨道3曲线相切的法向平面与曲线半径一致(即导向轮和稳定轮的轴心在弯轨半径曲线上没有位移差)，使转向架1能够平顺的通过各种形状的弯轨，不受弯轨曲线半径的限制。

跨座式单轨道的特点是使用一条轨道，占地面积小；此外，轨道宽度窄，轨道支撑架结构简单，占用的空间小。本发明就是通过跨座式单轨道来支撑、稳定和导向巡检机器人，巡检机器人通过其特有的结构形式骑跨在轨道梁上，能够平稳地运行，在转弯处无需考虑机构的速度问题，没有出轨的可能。

本发明巡检机器人中的底盘2可通过连接轴与下一个巡检机器人的底盘串联，依此，可串联多个巡检机器人，如火车的每一节车箱一样；每个巡检机器人中均有一个底盘2及两个转向架1。当巡检机器人处于直轨道时，一个底盘2可对应两个或多个转向架1；但若处于弯轨道时，则只能是一个底盘对应两个转向架，否则，在转弯处将无法实现转弯。

巡检机器人通过滑线18采用电力载波通信技术，工作人员可远距离对移动机器人进行视频、通讯信号的控制，结构简单方便，稳定可靠，既解决了无线通讯的图像不稳定，信号滞后等问题，又解决了有线通讯的线缆问题。

Claims (10)

1.一种变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：包括转向架(1)、底盘(2)、集电器(13)、行程开关(14)、云台(16)、控制系统(17)、滑线(18)及定位块(15)，其中转向架(1)为两个，相互独立，结构相同，分别骑跨在轨道(3)上运行，在轨道(3)的一侧设有连接外接电源的滑线(18)，另一侧设有多个定位块(15)；所述底盘(2)分别与两个转向架(1)相连，在底盘(2)的上表面分别安装有云台(16)及控制系统(17)；在其中一个转向架(1)的一侧安装有集电器(13)，该集电器(13)在滑线(18)上滑行、为机器人供电，相对另一侧的两个转向架(1)上分别设有行程开关(14)，该行程开关(14)的运行轨迹与定位块(15)的安装位置相对应，集电器(13)及行程开关(14)分别与控制系统(17)电连接。

2.按权利要求1所述的变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：所述底盘(2)的下表面安装有第二驱动电机(20)及除尘刷(21)，第二驱动电机(20)及除尘刷(21)位于两个转向架(1)之间，除尘刷(21)通过第二驱动电机(20)驱动，并与轨道(3)的上表面接触。

3.按权利要求1所述的变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：所述底盘(2)前端的两侧分别安装有热风枪(22)，两个热风枪(22)之间通过导热管(23)连通，该导热管(23)上连接有喷嘴(24)，喷嘴(24)的出口朝向轨道(3)的上表面。

4.按权利要求1所述的变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：所述两个转向架(1)上分别安装有铲雪板(25)，两个铲雪板(25)位于两个转向架(1)的外侧，铲雪板(1)的底部与轨道(3)的上表面抵接。

5.按权利要求1、2、3或4所述的变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：所述滑线(18)通过滑线固定架(19)固定在轨道(3)上，滑线(18)由铜芯及绝缘护套组成，所述集电器(13)的一端固接在转向架(1)上，另一端与铜芯接触。

6.按权利要求1、2、3或4所述的变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：所述转向架(1)包括第一驱动电机(4)、固定架(5)、行走轮(6)、导向轮(7)、稳定轮(8)及转盘(9)，其中转盘(9)可转动地安装在固定架(5)的顶部，行走轮(6)位于转盘(9)的下方、可转动地安装在固定架(5)上，并与安装在固定架(5)上的第一驱动电机(4)的输出轴相连；在行走轮(6)的下方设有多个导向轮(7)及多个稳定轮(8)，各导向轮(7)及稳定轮(8)分别可转动地安装在固定架(5)上；所述第一驱动电机(4)上带有编码器，该编码器与控制系统(17)电连接。

7.按权利要求6所述的变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：所述固定架(5)为“n”形，在固定架(5)的顶部向其一侧延伸形成支撑架，所述转盘(9)可转动地安装在该支撑架的顶端；所述行走轮(6)为两个，与轨道(3)的上表面接触，两个行走轮(6)分别与第一驱动电机(4)的输出轴键连接；在两个行走轮(6)的外侧设有固接在固定架(3)上的护板(12)。

8.按权利要求6所述的变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：所述行走轮(6)、导向轮(7)、稳定轮(8)及转盘(9)的轴心在同一平面内，导向轮(7)为两个，对称设置于轨道(3)的两侧，每个导向轮(7)均通过导向轮架(10)安装在固定架(5)上；所述稳定轮(8)为两个，对称设置于轨道(3)的两侧，位于导向轮(7)的下方，每个稳定轮(8)均通过稳定轮架(11)安装在固定架(5)上，导向轮(7)及稳定轮(8)的中心轴线平行或共线，且垂直于行走轮(6)的中心轴线。

9.按权利要求6所述的变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：所述转向架(1)为两个，每个转向架(1)上的行走轮(6)、导向轮(7)及稳定轮(8)的朝向相反。

10.按权利要求6所述的变电站轨道式智能巡检机器人，其特征在于：所述行走轮(6)、导向轮(7)及稳定轮(8)为弹性胶轮。

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