CN103341858A - 电缆巡检机器人及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆巡检机器人及其控制系统，该控制系统包括控制模块、温度采集模块、图像采集模块、伺服系统、电源模块及存储模块，温度采集模块和图像采集模块分别用于采集电缆的温度信号和图像信号，控制模块包括第一控制器和第二控制器，第一控制器与温度采集模块、图像采集模块及伺服系统连接，用于对温度采集模块、图像采集模块采集到的温度信号和图像信号进行处理，以及用于控制伺服系统，第二控制器与第一控制器、电源模块及存储模块连接，用于将第一控制器处理后的温度信号和图像信号存储到存储模块。该控制系统通过设置第一控制器和第二控制器，可以大大提高处理速度，以适应于电缆巡检机器人的高速巡检。

Description

电缆巡检机器人及其控制系统

技术领域

本发明涉及电力设备领域，具体涉及一种电缆巡检机器人及其控制系统。

背景技术

在电力、冶金、化工等行业中，动力与控制电缆常常集中铺设在电缆隧道中，以方便布线和维护。城市中越来越多的架空线路也逐渐转入地下电缆隧道。然而，由于电缆接头和电缆绝缘体损坏而引发的电缆隧道火灾时有发生。电缆隧道火灾燃烧速度快，难以扑救，一旦发生便会造成巨大的直接和间接国民经济损失。因此，深入分析电缆隧道火灾的发生原因，并寻找合理的火灾预防措施，便成为避免火灾发生的关键问题。

电缆隧道火灾的发生是一个逐渐积累的过程。随着时间的增加，由于绝缘层老化、灰尘油污积、中间接头松动等原因，造成电缆局部温度逐渐上升，从而引发火灾。因此，在事故发生之前，若能够有效地对电缆隧道内部的温度、烟雾等状况进行实时的监控，就可以做到将火灾防范于未然。

传统的电缆隧道采用人工巡检的方式，巡视人员每隔一定时间进入隧道，利用测温仪器手工检查电缆中间接头的温度状况。这种方法浪费了大量的人力，并且由于手工方式的局限性，难以做到每次都对每一个中间接头进行检测，仍然存在一定的隐患。为此，人们开发了电缆巡检机器人，以取代人工巡检电缆。现有的电缆巡检机器人控制系统一般采用一个单片机来处理电缆巡检机器人采集到的信号并进行相应的控制，但是这种控制系统的计算速度一般都比较慢，很难满足高速巡检的快速性要求。因此，本领域技术人员亟需研制出一种可以高速处理数据的电缆巡检机器人控制系统，以适应高速巡检的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种可以高速处理数据的电缆巡检机器人及其控制系统。

为了实现本发明的目的，本发明实施例一方面提供一种电缆巡检机器人控制系统，其包括控制模块、温度采集模块、图像采集模块、伺服系统、电源模块及存储模块，所述温度采集模块和图像采集模块分别用于采集电缆的温度信号和图像信号，所述控制模块包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器与所述温度采集模块、图像采集模块及伺服系统连接，用于对所述温度采集模块、图像采集模块采集到的温度信号和图像信号进行处理，以及用于控制所述伺服系统，所述伺服系统用于使电缆巡检机器人移动，所述第二控制器与所述第一控制器、电源模块及存储模块连接，用于控制所述电源模块为所述电缆巡检机器人供电，以及用于将所述第一控制器处理后的温度信号和图像信号存储到所述存储模块。

优选地，所述第一控制器的数据处理速度大于第二控制器的数据处理速度。

优选地，所述第一控制器为现场可编程门阵列，所述第二控制器为数字信号处理器。

优选地，所述第二控制器还用于计算所述电缆巡检机器移动的距离，并根据所述移动的距离确定所述电缆巡检机器距下一移动目标的距离信息，所述第一控制器用于根据所述距离信息生成控制所述伺服系统的控制信号。

优选地，所述第二控制器还用于获取巡检路线数据，所述第一控制器用于根据巡检路线数据生成控制伺服系统的控制信号。

优选地，所述电缆巡检机器人控制系统还包括报警模块，所述第二控制器还用于根据第一控制器处理的温度信号和/或图像信号判断电缆是否存在故障或故障隐患，如果存在则通过所述报警模块报警。

优选地，所述电源模块包括第一电源和第二电源，所述第一电源在所述电缆巡检机器人控制系统正常巡检时供电，所述第二控制器还用于在所述控制系统处于低压状态时启用所述第二电源。

优选地，所述第一电源为锂离子电池，所述第二电源为蓄电池。

优选地，所述第二控制器还用于实时检测所述第一电源的电压，并当所述第一电源的电压低于预设值时发出报警信息。

本发明实施例提供的电缆巡检机器人控制系统通过设置第一控制器和第二控制器，并对第一控制器和第二控制器进行分工，使第一控制器处理运算量较大的工作，而第二控制器则处理运算量较小的工作，从而大大提高处理速度，以适应于电缆巡检机器人的高速巡检。

本发明实施例另一方面提供一种电缆巡检机器人，其包括根据上述任一项所述的电缆巡检机器人控制系统。该电缆巡检机器人显然也具有上述电缆巡检机器人控制系统的优点，在此不再赘述。

附图说明

图1是本发明实施例提供的的电缆巡检机器人控制系统的结构示意图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，本发明实施例提供一种电缆巡检机器人控制系统，其包括控制模块14、温度采集模块12、图像采集模块11、伺服系统13、电源模块15及存储模块16。

温度采集模块12和图像采集模块11分别用于采集电缆的温度信号和图像信号。具体地，温度采集模块12可以包括温度传感器，图像采集模块11则可以为摄像头，均可以设置在电缆巡检机器人的前部。

伺服系统13用于使无线电缆巡检机器人移动。具体地，该无线电缆巡检机器人可以包括多个轮子，伺服系统13则为驱动轮子转动的电机。在本实施例中，该无线电缆巡检机器人包括两个驱动轮及一个万向轮，两个驱动轮用于产生动力，万向轮则用于转向。伺服系统13包括两个电机，该两个电机分别与两个驱动轮连接，驱动两个驱动轮转动，以使无线电缆巡检机器人可以行走。控制模块14可以控制两个电机以不同转速转动（即差速控制），使两个驱动轮转速不同，从而在万向轮的配合下实现转向。

电源模块15用于为电缆巡检机器人供电，以保证其正常运转。由于电缆巡检机器人经常移动，因此电源模块15优选为电池。具体地，在本实施例中，电源模块15包括第一电源151和第二电源152，第一电源151用于在电缆巡检机器人控制系统正常工作时供电，第二电源152则作为备用电源，用于在电缆巡检机器人控制系统处于低压状态时启用，以防第一电源151在低压状态下损坏。具体地，第一电源151为锂离子电池，第二电源152为蓄电池。第二控制器142在运行过程中会时刻检测第一电源151的电压，当出现低压（即低于预设值）时，第二控制器142发出报警信息，并开启第二电源152，使第二电源152开始供电，从而有效地保护第一电源151不被损坏。同时，第二控制器142还立即储存当前数据，并发出返航信号，使伺服系统13返航，这样就不会造成巡检结果的丢失。

控制模块14包括第一控制器141和第二控制器142。第一控制器141与温度采集模块12、图像采集模块11及伺服系统13连接，用于对温度采集模块12、图像采集模块11采集到的温度信号和图像信号进行处理，以及用于控制伺服系统13。第二控制器142与第一控制器141、电源模块15及存储模块16连接，用于控制电源模块142为电缆巡检机器人供电，以及用于将第一控制器141处理后的温度信号和图像信号存储到存储模块16。

该电缆巡检机器人在巡检过程中，第一控制器141生成伺服系统13的控制信号，控制伺服系统13运行以使该电缆巡检机器人沿预定轨道移动。电缆巡检机器人在移动的过程中，通过温度采集模块12和图像采集模块11实时采集电缆的温度信号和图像信号，第一控制器141对采集到的温度信号和图像信号进行处理，处理后发送给第二控制器142，由第二控制器142将处理后的温度信号和图像信号存储到存储模块16。当结束巡检后，关闭温度采集模块12和图像采集模块11，第一控制器141控制伺服系统13以使电缆巡检机器人返航，操作者将存储模块16存储的温度信号和图像信号进行分析，以找出电缆是否存在故障或者故障隐患，从而可以进行及时的处理。

由于温度信号和图像信号的数据量较大，而生成伺服系统13的控制信号的工作量也较大，因此该电缆巡检机器人控制系统采用第一控制器141来处理温度信号和图像信号，以及生成伺服系统13的控制信号，同时采用第二控制器142来处理工作量相对较小的电源控制、数据存储等工作，也即采用两个控制器来进行控制，并根据控制器的特性对控制器进行分工，从而可以大大提高处理速度，以适应于电缆巡检机器人的高速巡检。

在一优选实施例中，第一控制器141的数据处理速度大于第二控制器142的数据处理速度，以使第一控制器141适应于其较大的数据处理量。进一步地，第一控制器141为现场可编程门阵列（FPGA），第二控制器142则为数字信号处理器（DSP），第一控制器141和第二控制器142通过I/O口进行数据交换。具体地，第二控制器142的型号为TMS320F2812，该芯片是美国TI 公司推出的C2000 平台上的定点32 位DSP 芯片，第一控制器141的型号则为A3P250。

在一优选实施例中，第二控制器142还用于计算电缆巡检机器移动的距离，并根据移动的距离确定电缆巡检机器距下一移动目标的距离信息，第一控制器141用于根据距离信息生成控制伺服系统13的控制信号（例如方向信号和速度信号）。在电缆巡检机器人运动的过程中，第二控制器142会时刻储存所经过的距离或者是经过的重要测试点，并据此确定对到下一个工作点的距离以及伺服系统13中的电机要运行的距离，然后第二控制器142与第一控制器141通讯，将这些参数传输给第一控制器141，然后第一控制器141根据电机的电流和光码盘信息生成控制电机运动的速度梯形图，这些速度梯形图包含的面积就是电机要运行的距离。具体地，第一控制器141生成控制电机运动的PWM波，并通过I/O口与第二控制器142实时通讯，由第二控制器142控制其PWM波形的输出和关断。在运动过程中如果第一控制器141中的巡检距离求解出现死循环，将向第二控制器142发出中断请求，第二控制器142会对中断请求做第一时间响应，如果第二控制器142的中断响应没有来得及处理，则伺服系统13的电机将原地自锁，等待维修人员返修。

在一优选实施例中，第二控制器142还用于获取巡检路线数据，第一控制器141用于根据巡检路线数据生成控制伺服系统13的控制信号。具体地，第二控制器142可以从存储模块16获取预先存储的巡检路线数据，也可以通过数据输入接口（例如USB接口）等获取巡检路线数据。

在一优选实施例中，该电缆巡检机器人控制系统还包括报警模块17。第二控制器142根据第一控制器141处理的温度信号和/或图像信号判断电缆是否存在故障或故障隐患，如果存在，则通过报警模块17向操作者报警。例如，当电缆某处的温度信号超过危险值时，第二控制器142即发出报警信号。报警模块17具体可以为蜂鸣器、警示灯等，也可以是将报警信号发送给操作者所操作的监控系统的信号发送装置。

本发明实施例提供的电缆巡检机器人控制系统通过设置第一控制器和第二控制器，并对第一控制器和第二控制器进行分工，使第一控制器处理运算量较大的工作，而第二控制器则处理运算量较小的工作，从而大大提高处理速度，以适应于电缆巡检机器人的高速巡检。

本发明实施例还提供一种电缆巡检机器人，其具有上述任一实施例所述的电缆巡检机器人控制系统。在一实施例中，该电缆巡检机器人包括两个驱动轮及一个万向轮，两个驱动轮用于产生动力，万向轮则用于转向。伺服系统13包括两个电机，该两个电机分别与两个驱动轮连接，驱动两个驱动轮转动，以使电缆巡检机器人可以行走。第一控制器141可以控制两个电机以不同转速转动（即差速控制），使两个驱动轮转速不同，从而在万向轮的配合下实现转向。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电缆巡检机器人控制系统，其特征在于，包括控制模块、温度采集模块、图像采集模块、伺服系统、电源模块及存储模块，所述温度采集模块和图像采集模块分别用于采集电缆的温度信号和图像信号，所述控制模块包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器与所述温度采集模块、图像采集模块及伺服系统连接，用于对所述温度采集模块、图像采集模块采集到的温度信号和图像信号进行处理，以及用于控制所述伺服系统，所述伺服系统用于使电缆巡检机器人移动，所述第二控制器与所述第一控制器、电源模块及存储模块连接，用于控制所述电源模块为所述电缆巡检机器人供电，以及用于将所述第一控制器处理后的温度信号和图像信号存储到所述存储模块。

2.根据权利要求1所述的电缆巡检机器人控制系统，其特征在于，所述第一控制器的数据处理速度大于第二控制器的数据处理速度。

3.根据权利要求1所述的电缆巡检机器人控制系统，其特征在于，所述第一控制器为现场可编程门阵列，所述第二控制器为数字信号处理器。

4.根据权利要求1所述的电缆巡检机器人控制系统，其特征在于，所述第二控制器还用于计算所述电缆巡检机器移动的距离，并根据所述移动的距离确定所述电缆巡检机器距下一移动目标的距离信息，所述第一控制器用于根据所述距离信息生成控制所述伺服系统的控制信号。

5.根据权利要求1所述的电缆巡检机器人控制系统，其特征在于，所述第二控制器还用于获取巡检路线数据，所述第一控制器用于根据巡检路线数据生成控制伺服系统的控制信号。

6.根据权利要求1所述的电缆巡检机器人控制系统，其特征在于，还包括报警模块，所述第二控制器还用于根据第一控制器处理的温度信号和/或图像信号判断电缆是否存在故障或故障隐患，如果存在则通过所述报警模块报警。

7.根据权利要求1至6任一项所述的电缆巡检机器人控制系统，其特征在于，所述电源模块包括第一电源和第二电源，所述第一电源在所述电缆巡检机器人控制系统正常巡检时供电，所述第二控制器还用于在所述控制系统处于低压状态时启用所述第二电源。

8.根据权利要求7所述的电缆巡检机器人控制系统，其特征在于，所述第一电源为锂离子电池，所述第二电源为蓄电池。

9.根据权利要求7所述的电缆巡检机器人控制系统，其特征在于，所述第二控制器还用于实时检测所述第一电源的电压，并当所述第一电源的电压低于预设值时发出报警信息。

10.一种电缆巡检机器人，其特征在于，所述电缆巡检机器人包括根据权利要求1至9任一项所述的电缆巡检机器人控制系统。

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