CN104875179B - 一种电力系统分段式自动巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电力系统分段式自动巡检机器人。包括运行轨道、在运行轨道上运行的机器人本体、搭载在机器人本体上的多个检测传感器；所述运行轨道为机器人本体提供运行轨迹；所述机器人本体包括轨道小车、上下运动滚珠丝杠线性模组、水平运动滚珠丝杠线性模组；所述轨道小车将述机器人本体搭载的检测传感器运送到待检测设备前方；所述上下运动滚珠丝杠线性模组在上下方向移动其搭载的检测传感器，所述水平运动滚珠丝杠线性模组在水平方向内移动其搭载的检测传感器。本发明运动方位精确，且可在前后、上下和左右三个方向上运动；检测范围广，可完成包括局部放电信息在内的检测信息；可以将自身运动信息以及被测设备的监控信息通实时传送给PC终端。

Description

一种电力系统分段式自动巡检机器人

技术领域

本发属于电力技术领域，具体涉及一种电力系统分段式自动巡检机器人。

背景技术

随着我国用电用户数量的不断增加，用户对用电质量的要求不断提升，保证用电设备的正常运行至关重要。配电是电力系统中直接与用户相连并向用户分配电能的环节。由于配电系统作为电力系统的最后一个环节直接面向终端用户，它的完善与否直接关系着广大用户的用电可靠性和用电质量。因此，配电房内的设备，如开关柜等的巡检工作是保证配电设备安全运行，提高供电可靠性的一项基础工作。

随着电力系统自动化水平的提高以及无人值守的普及，设备运行的安全性受到更加严格的考验，配电房巡检也就受到了更大的重视。目前，国内大多数配电房均采用传统的人工巡检方式，由于受巡检人员劳动强度、业务水平、责任心和精神状态等诸多因素的制约，漏检、误检情况时有发生，严重时会造成重大经济损失。因此，传统的人工巡检已经不能满足不了电力系统现代化发展的要求，人工巡检逐步由巡检机器人代替。

现有的巡检机器人多采用轮式或履带式驱动，通过云台携带检测装置，以自主或遥控的方式，在无人值守或少人值守的电力设备区域进行巡检。它可以通过携带的各种传感器，完成电力设备的图像巡视、红外检测等。操作人员只需通过后台计算机收到的数据、图像等信息，即可完成电力设备的巡检工作。目前，已有应用在变电站等室外场所的电力设备巡检机器人，而应用在配电房等室内场所的巡检机器人则还没有，且在巡检时存在以下缺点：

现有的巡检机器人多采用轮式或履带式驱动，由于配电房内电力设备布局及空间限制，不方便运行到达待检测的设备，也不方便开展检测工作；由于开关柜等电力设备上的仪器仪表数量众多，都处在不同的位置，要对这些仪器的信息进行检测，需要巡检机器人能够实现前后、上下和左右三个方向全方位的运行，以便精确到达相应的仪器仪表正前方以完成检测，而现有的巡检机器人只能在某一固定的高度通过云台调节俯仰角进行检测，检测的数据范围有限；现有的巡检机器人功能单一，只能完成照片及视频的采集，无法对开关柜等电力设备内部的局部放电现象进行检测；现有的巡检机器人不具有与PC终端进行实时通信的功能，自身的运动状态和采集到的数据不能得到及时监控和处理并反馈给工作人员。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电力系统分段式自动巡检机器人，运动方位精确，可以实现前后、上下和左右三个方向上自由运动；检测范围广，可完成包括局部放电信息在内的检测信息；巡检时，机器人可以将自身运动信息以及被测设备的监控信息通过无线方式实时传送给PC终端。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电力系统分段式自动巡检机器人，包括运行轨道、在运行轨道上运行的机器人本体、搭载在机器人本体上的多个检测传感器；所述运行轨道安装在配电房顶部或者通过支架固定，位于待检测设备的斜上方，为机器人本体提供运行轨迹；所述机器人本体包括轨道小车、上下运动滚珠丝杠线性模组、水平运动滚珠丝杠线性模组；所述轨道小车吊装在运行轨道上，将机器人本体运送到待检测设备的前方；所述上下运动滚珠丝杠线性模组包括第一滚珠丝杠线性模组和第二滚珠丝杠线性模组；所述水平运动滚珠丝杠线性模组安装在第二滚珠丝杠线性模组上，所述第二滚珠丝杠线性模组安装在第一滚珠丝杠线性模组上，所述第一滚珠丝杠线性模组固定在轨道小车上；所述第一滚珠丝杠线性模组与第二滚珠丝杠线性模组平行且均垂直与地面，第一滚珠丝杠线性模组用于在上下方向移动第二滚珠丝杠线性模组，第二滚珠丝杠线性模组用于在上下方向移动其搭载的检测传感器；所述水平运动滚珠丝杠线性模组与第二滚珠丝杠线性模组垂直，用于在水平方向内移动其搭载的检测传感器；所述多个检测传感器分别搭载在第二滚珠丝杠线性模组和水平运动滚珠丝杠线性模组上。

进一步，所述轨道小车包括底板、一对或多对车轮、直流电机；所述车轮安装在运行轨道上，其转动轴通过连接件固定在所述底板上；所述直流电机用于驱动所述车轮转动。

进一步，所述第一滚珠丝杠线性模组包括第一直杆、第一滚珠丝杠副、第一步进电机和第一滚珠丝杠线性模组滑块；所述第一直杆的一端与所述轨道小车固定；所述第一滚珠丝杠副通过第一直杆两端的支架固定在第一直杆的一侧；所述第一滚珠丝杠线性模组滑块套装在第一滚珠丝杠副上，且在第一滚珠丝杠副的转动下产生位移；第一步进电机用于带动第一滚珠丝杠副转动。

进一步，所述第二滚珠丝杠线性模组包括第二直杆、第二滚珠丝杠副、第二步进电机和第二滚珠丝杠线性模组滑块；所述第二直杆固定在所述第一滚珠丝杠线性模组滑块上；所述第二滚珠丝杠副通过第二直杆两端的支架固定在第二直杆的一侧；所述第二滚珠丝杠线性模组滑块套装在第二滚珠丝杠副上，且在第二滚珠丝杠副的转动下产生位移；第二步进电机用于带动第二滚珠丝杠副转动；所述搭载在第二滚珠丝杠线性模组上的检测传感器固定在第二滚珠丝杠线性模组滑块上。

进一步，所述水平运动滚珠丝杠线性模组包括第三直杆、第三滚珠丝杠副、第三步进电机和第三滚珠丝杠线性模组滑块；所述第三直杆固定在所述第二滚珠丝杠线性模组滑块上；所述第三滚珠丝杠副通过第三直杆两端的支架固定在第三直杆的一侧；所述第三滚珠丝杠线性模组滑块套装在第三滚珠丝杠副上，且在第三滚珠丝杠副的转动下产生位移；所述第三步进电机用于带动第三滚珠丝杠副转动；所述搭载在第三滚珠丝杠线性模组上的检测传感器固定在第三滚珠丝杠线性模组滑块上。

进一步，所述轨道小车还包括第一编码器、两个第一限位开关；所述两个第一限位开关一前一后安装在轨道小车外壳表面上，用于给所述第一编码器提供清零信号；所述第一编码器与直流电机同轴安装，随着轨道小车的运动而转动，将转动的角度转化为脉冲数并反馈给单片机，单片机对脉冲数处理后获得轨道小车当前的位置和速度信息，并根据该位置和速度信息发送控制信号给直流电机，控制直流电机完成启动、停止、加速、减速动作从而实现轨道小车精确定位；所述第一滚珠丝杠线性模组还包括第二编码器和两个第二限位开关；所述两个第二限位开关分别安装在第一直杆的两端，用于给所述第二编码器提供清零信号；所述第二编码器与第一步进电机同轴安装，随着第一步进电机转动而转动，将转动的角度转化为脉冲数并反馈给所述单片机，所述单片机对脉冲数进行处理后获得第一滚珠丝杠线性模组滑块当前的位置和速度信息，并根据该位置和速度信息发送控制信号给第一步进电机，控制第一步进电机完成启动、停止、加速、减速动作从而实现第一滚珠丝杠线性模组滑块精确定位；所述第二滚珠丝杠线性模组还包括第三编码器和两个第三限位开关；所述两个第三限位开关分别安装在第二直杆的两端，用于给所述第三编码器提供清零信号；所述第三编码器与第二步进电机同轴安装，随着第二步进电机转动而转动，将转动的角度转化为脉冲数并反馈给所述单片机，所述单片机对脉冲数进行处理后获得第二滚珠丝杠线性模组滑块当前的位置和速度信息，并根据该位置和速度信息发送控制信号给第二步进电机，控制第二步进电机完成启动、停止、加速、减速动作从而实现第二滚珠丝杠线性模组滑块精确定位；所述第三滚珠丝杠线性模组还包括第四编码器和两个第四限位开关；所述两个第四限位开关分别安装在第三直杆的两端，用于给所述第四编码器提供清零信号；所述第四编码器与第三步进电机同轴安装，随着第三步进电机转动而转动，将转动的角度转化为脉冲数并反馈给所述单片机，所述单片机对脉冲数进行处理后获得第三滚珠丝杠线性模组滑块当前的位置和速度信息，并根据该位置和速度信息发送控制信号给第三步进电机，控制第三步进电机完成启动、停止、加速、减速动作从而实现第三滚珠丝杠线性模组滑块精确定位；

进一步，所述巡检机器人还包括控制箱，所述控制箱内安装有绝缘板、由单片机构成的控制电路板、四个电机驱动器；所述控制电路板、四个电机驱动器都安装在绝缘板上；所述单片机用于根据各编码器提供的信息控制巡检机器人运动，根据各检测传感器提供的信息完成检测数据的采集与分析；所述四个电机驱动器，在所述单片机的控制下分别驱动所述的直流电机、第一步进电机、第二步进电机和第二步进电机。

进一步，所述控制箱的绝缘板上还安装有通信协议转换器，将控制电路板上的串行接口通信协议转换为以太网通信协议，将通过串行接口传输的信息转换为通过以太网传输的信息；进一步，还包括为巡检机器人提供电能的电池；所述控制箱的绝缘板上还安装有电压传感器，用于监测电池的电压。

进一步，还包括PC终端，用来实时监控巡检机器人当前的运行状态并控制机器人的运行，分析和存储巡检机器人采集到的数据信息；还安装有无线路由器，用于实现巡检机器人与PC终端之间的无线通信。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于，本发明电力系统分段式自动巡检机器人，可以在电力系统，如配电房等内前后、上下和左右三个方向上自由运动，前后方向的运动由轨道小车带动机器人本体在预设轨道方向上平移，上下和左右两个方向上的运动由机器人本体的上下和左右两轴运动机构完成，通过控制系统的精确控制，可将机器人准确定位到每一个被测设备前；巡检机器人通过携带的多种检测传感器，可准确完成对被测设备上柜体号、指示灯、开关按钮、仪表示数、设备本体温度、局部放电等信息的自动提取以及故障预判和报警等任务；PC终端获得巡检机器人上传的信息后，可以进一步进行预处理及存储备份后通过电力系统的内网传送到后台控制中心，以便运维人员及时掌握巡检现场的情况并采取有效措施，进而完成整个巡检任务。

附图说明

图1是本发明电力系统分段式自动巡检机器人在上下运动滚珠丝杠线性模组伸展时的结构示意图。

图2是本发明电力系统分段式自动巡检机器人在上下运动滚珠丝杠线性模组收缩时的结构示意图。

图3是本发明电力系统分段式自动巡检机器人中第一滚珠丝杠线性模组局部示意图。

图4是本发明电力系统分段式自动巡检机器人中第二滚珠丝杠线性模组局部示意图。

图5是本发明电力系统分段式自动巡检机器人中水平运动滚珠丝杠线性模组局部示意图。

图6是本发明电力系统分段式自动巡检机器人的轨道小车结构示意图。

图7是本发明电力系统分段式自动巡检机器人的控制箱内部组成示意图。

图8是本发明电力系统分段式自动巡检机器人的充电盒示意图。

图9是本发明电力系统分段式自动巡检机器人系统构成的模块结构框图。

图10是本发明电力系统分段式自动巡检机器人运动控制系统的结构框图。

图11是本发明电力系统分段式自动巡检机器人PC终端监控软件界面的示意图。

图12是本发明电力系统分段式自动巡检机器人PC终端的示意图。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明电力系统分段式自动巡检机器人的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

如图1所示，本实施例中包括机器人运行轨道1、在运行轨道上运行的机器人本体、机器人本体搭载的检测传感器和PC终端13-1。所述机器人运行轨道1用来实现机器人本体在电力系统如配电房等内设备的前后方向上运行，使所述的机器人本体能够沿运行轨道到达待检测检测的设备柜体位置。这样，机器人本体就将其搭载的检测传感器运送到待待检测设备柜体正前方。

所述机器人本体包括轨道小车2-1、上下运动滚珠丝杠线性模组、水平运动滚珠丝杠线性模组5-1和背板6。所述上下运动滚珠丝杠线性模组可以为两段以上的若干段，本实施例采用两段，分别包括第一滚珠丝杠线性模组3-1和第二滚珠丝杠线性模组4-1。所述水平运动滚珠丝杠线性模组5-1安装在第二滚珠丝杠线性模组4-1上，所述第二滚珠丝杠线性模组4-1安装在第一滚珠丝杠线性模组3-1上，所述第一滚珠丝杠线性模组3-1固定通过背板6在轨道小车2-1上，使巡检机器人构成一个整体。

所述的轨道小车2-1套在运行轨道1上，从轨道小车2-1内部穿过。所述轨道小车2-1包括底板2-2、四个车轮、两个直流电机2-3、第一编码器2-4、两个第一限位开关2-5、锂电池2-6、轨道小车电极2-7和吊环螺钉2-10，其中，底板2-2、四个车轮、两个直流电机2-3、第一编码器2-4、两个第一限位开关2-5安装在轨道小车2-1的外壳内，底板2-2也可以是外壳的一部分。所述四个车轮包括两个主动轮2-8和两个从动轮2-9，其通过支架固定在所述的底板2-2上，分居运行轨道1左右两侧，运行轨道1正好可以从两对车轮中间穿过，四个车轮紧贴在作为轨道的工字钢下表面上，所述的四个车轮转动以使轨道小车2-1运动。所述两个直流电机2-3分别与两个主动轮2-8相连接，用来提供动力。所述的第一编码器2-4通过支架固定在底板2-2上，随所述轨道小车2-1车轮的转动而转动，将转动的角度转化为脉冲数并反馈给所述单片机7-4，所述单片机7-4对脉冲数处理后发送控制信号给直流电机2-3，控制直流电机2-3完成启动、停止、加速、减速动作从而实现精确定位。所述两个第一限位开关2-5一前一后安装在轨道小车2-1外壳上表面，在需要检测的设备柜体前布置金属片用以触发所述第一限位开关2-5，用来给所述第一编码器2-4提供清零信号以从零开始记录转动的角度并转化为脉冲数反馈给单片机7-4。

所述轨道小车2-1上还安装有锂电池2-6，所述锂电池2-6放置在电池盒内为整个巡检机器人提供电能，所述的电池盒安装在轨道小车2-1外壳的侧面。所述轨道小车2-1外壳表面布置有与锂电池2-6正负极相连的轨道小车电极2-7，便于所述轨道小车电极2-7与充电盒8-1上的充电盒电极8-2对接充电。所述吊环螺钉2-10安装在底板2-2下方，当所述巡检机器人由于各种故障原因无法自主运行时，工作人员可以用绳子穿过所述的吊环螺钉2-10，手动拉动轨道小车2-1，将所述机器人移动至检修地点检修。

如图1所示，第一滚珠丝杠线性模组3-1通过螺钉固定在背板6上，所述背板6竖直安装在轨道小车2-1的底板2-2下方，从而使所述第一滚珠丝杠线性模组3-1垂直与地面。所述第一滚珠丝杠线性模组3-1用于带动第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7在垂直方向实现上下方运动。

所述第一滚珠丝杠线性模组3-1包括第一直杆3-2、第一滚珠丝杠副3-3、第一步进电机3-4、第二编码器3-5、两个第二限位开关3-6、第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7。所述第一直杆3-2构成了第一滚珠丝杠线性模组3-1的主体，用来给所述第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7在垂直方向的上下运动提供路径。如图3所示，所述第一滚珠丝杠副3-3为螺旋状的丝杠，通过第一直杆3-2两端的支架固定在第一直杆3-2的一侧，第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7通过其内部螺纹套装在第一滚珠丝杠副3-3上，所述第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7左右两侧边套在第一直杆3-2侧边，第一滚珠丝杠副3-3的转动可以带动第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7沿第一滚珠丝杠副3-3运动。所述第一步进电机3-4安装在第一直杆3-2一端，用于带动第一滚珠丝杠副3-3转动，所述第一滚珠丝杠副3-3转动从而带动第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7运动。所述第一步进电机3-4采用带抱闸的步进电机，具有断电抱死的功能，能在当系统突然断电后造成所述的第一步进电机3-4失去保持力矩，防止所述第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7自由下落而损坏机器人。当所述第一步进电机3-4正常运行时，所述抱闸处于通电打开状态，当突然出现故障而导致断电时，所述抱闸可以立即抱死，牢牢锁住所述第一步进电机3-4，避免所述第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7自由下落，从而保护了其所携带的检测传感器等设备。所述的抱闸由四个继电器7-6中的一个控制。所述第二编码器3-5与第一步进电机3-4同轴连接安装，随所述第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7运动而转动，将3的角度转化为脉冲数并反馈给所述单片机7-4，所述单片机7-4对脉冲数处理后计算出第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7运动的距离和速度，通过发送控制信号给所述第一步进电机3-4，控制所述第一步进电机3-4完成启动、停止、加速、减速动作从而实现第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7精确定位。所述第二限位开关3-5一上一下安装在第一直杆3-2两端，用于限制所述第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7的运动范围并用来给所述第二编码器3-5提供清零信号以从零开始记录转动的角度并转化为脉冲数反馈给单片机7-4。

如图1所示，第二滚珠丝杠线性模组4-1与第一滚珠丝杠线性模组3-1具有类似的结构，安装在第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7上，与所述第一滚珠丝杠线性模组3-1平行。所述第二滚珠丝杠线性模组4-1用来使安装在第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7上的检测传感器实现上下方向的运动。所述第二滚珠丝杠线性模组4-1包括第二直杆4-2、第二滚珠丝杠副4-3、第二步进电机4-4、第三编码器4-5、两个第三限位开关4-6、第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7、无线路由器盒12。所述第二直杆4-2构成了第二滚珠丝杠线性模组4-1的主体，其固定在第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7上，用来给所述第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7在垂直方向的上下运动提供路径。检测传感器通过支架固定在第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7上，由所述第二滚珠丝杠副4-3驱动实现上下方向的运动。

如图4所示，所述第二滚珠丝杠副4-3为螺旋状的丝杠，通过第二直杆4-2两端的支架固定在第二直杆4-2的一侧，第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7通过其内部螺纹套装在第二滚珠丝杠副4-3上，所述第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7左右两侧边套在第二直杆4-2侧边，第二滚珠丝杠副4-3的转动可以带动第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7沿第二滚珠丝杠副4-3运动。所述第二步进电机4-4安装在第二直杆4-2一端，用于带动第二滚珠丝杠副4-3转动，所述第二滚珠丝杠副4-3转动从而带动第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7运动。所述第二步进电机4-4采用带抱闸的步进电机，具有断电抱死的功能，能在当系统突然断电后造成所述第二步进电机4-4失去保持力矩，防止所述第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7自由下落而损坏机器人。所述的第三编码器4-5与第二步进电机4-4同轴连接安装，随所述第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7运动而转动，将转动的角度转化为脉冲数并反馈给所述单片机7-4，所述单片机7-4对脉冲数进行处理后能计算出第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7运动的距离和速度，发送控制信号给所述第二步进电机4-4，控制所述第二步进电机4-4完成启动、停止、加速、减速动作从而实现第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7的精确定位。所述第三限位开关4-6一上一下安装在第二直杆4-2两端，用于限制所述第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7的运动范围并用来给所述第三编码器4-5提供清零信号以从零开始记录转动的角度并转化为脉冲数反馈给单片机7-4。

上下运动滚珠丝杠线性模组采用分段设计方式，增加了上下运动滚珠丝杠线性模组整体的伸缩范围。在不使用时，可以将各段收起，以减小巡检机器人的体积，在使用时，可以将各段都伸开，可以达到将检测传感器运送至上下各个位置的目的。

如图1所示，水平运动滚珠丝杠线性模组5-1与第一滚珠丝杠线性模组3-1具有类似的结构，安装在第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7上。所述第二滚珠丝杠线性模组4-7与第二滚珠丝杠线性模组4-1垂直，用于在水平方向上移动其搭载的检测传感器。所述水平运动滚珠丝杠线性模组5-1用来使安装在第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7上的检测传感器在水平方向运动，从而使检测传感器靠近或远离待检测设备，或者在检测设备前方左右移动。所述水平运动滚珠丝杠线性模组5-1包括第三直杆5-2、第三滚珠丝杠副5-3、第三步进电机5-4、第四编码器5-5、两个第四限位开关5-6、第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7和第二检测传感器。所述第三直杆5-2构成了水平运动滚珠丝杠线性模组5-1的主体，用来给所述第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7的左右运动提供路径。所述检测传感器通过支架固定在第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7上，由所述第三滚珠丝杠副5-3驱动实现水平方向的运动。

如图5所示，所述第三滚珠丝杠副5-3为螺旋状的丝杠，通过第三直杆5-2两端的支架固定在第三直杆5-2的一侧，第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7通过其内部螺纹套装在第三滚珠丝杠副5-3上，第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7左右两侧边套在第三直杆5-2侧边，三滚珠丝杠副5-3的转动可以带动第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7沿第三滚珠丝杠副5-3运动。所述第三步进电机5-4安装在第三直杆5-2的一端，用于带动第三滚珠丝杠副5-3转动，所述第三滚珠丝杠副5-3转动从而带动第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7运动。所述第四编码器5-5与第三步进电机5-4同轴连接安装，随所述第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7运动而转动，将转动的角度转化为脉冲数并反馈给所述单片机7-4，所述单片机7-4对脉冲数进行处理后计算出第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7运动的距离和速度，发送控制信号给所述第三步进电机5-4，控制所述第三步进电机5-4完成启动、停止、加速、减速动作从而实现第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7的精确定位。所述两个第四限位开关5-6一左一右安装在第三直杆5-2两端，用于限制所述第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7的运动范围并用来给所述第四编码器5-6提供清零信号以从零开始记录转动的角度并转化为脉冲数反馈给单片机7-4。

如图1所示，背板6用来连接轨道小车2-1和第一滚珠丝杠线性模组3-1，所述第一滚珠丝杠线性模组3-1通过螺钉固定到背板6上，所的背板6再通过螺钉固定到轨道小车2-1的底板2-2上，从而使所述的巡检机器人成为一个整体。所述的背板6安装在竖直方向上，与地面垂直。

如图1和图2所示，所述检测传感器包括高清摄像机9、红外热像仪10、局部放电检测器11和温湿度传感器7-13。所述高清摄像机9、红外热像仪10通过支架安装在第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7上，所述支架可以任意调节，改变其俯仰角度。所述高清摄像机9通过拍摄照片和录制视频采集设备柜体号、指示灯、开关按钮、仪表示数等信息。所述高清摄像机9还配备有LED补光灯，当周围环境亮度下降时可自动打开以补光。所述红外热像仪10用来检测设备本体的温度。所述温湿度传感器7-13安装在机器人本体上，例如可以安装在控制箱27底面上，用来检测周围室内环境的温度和湿度。所述局部放电检测器11通过支架安装在第三滚珠丝杠线性模组滑块5-7上，能实现靠近和远离被测设备柜体表面，用来检测设备柜体内部有无局部放电现象。当所述局部放电检测器11贴到被测设备柜体表面时，通过其前端的磁铁吸住被测设备柜体金属表面，内部发射超声波和瞬态地电波，结合其设定的检测方案以检测被测设备柜体内部有无漏电现象。

所述机器人本体上还安装有无线路由器盒12，其中安装有无线路由器，实现巡检机器人与PC终端13-1之间的通信。所述高清摄像机9、红外热像仪10都通过网线连接至无线路由器的LAN口上，利用以太网实现控制和数据的收发。

所示PC终端13-1用来实时监控巡检机器人当前的运行状态并可以控制机器人的运行，同时还能分析和存储所采集到的数据信息，将分析得到的结果发送给工作人员。同时通过以太网接收机器人运行时的状态并发送命令控制机器人的动作。

所述巡检机器人运行轨道1可采用工字钢，所述工字钢水平安装在配电房内所要检测的设备柜体斜上方，能使所述机器人本体沿运行轨道1到达所有需检测设备柜体的前方位置。

如图3所示，轨道小车2-1的四个车轮，与所述直流电机2-4相连接的两个车轮为主动轮2-8，另外两个车轮为所述的从动轮2-9。所述的主动轮2-8和从动轮2-9分别通过支架安装于所述的工字钢左右两侧。所述的轨道小车2-1在运行时，左右两侧的车轮分别紧贴在所述的工字钢下表面。采用两个所述的主动轮2-8一前一后的结构，可以在一个车轮失去动力，如悬空或经过弯道憋住时，另一个车轮可以及时提供动力，驱动所述轨道小车2-1继续运行。所述的轨道小车2-1车身材料采用表面处理过的钢材料，具有耐磨、防腐蚀、承重能力强、不易变形的优点。所述轨道小车2-1外围还有外壳，所述外壳采用烤漆铁板制成，较好地保护了内部的部件，并且美观。

如图1所示，所述巡检机器人还包括控制箱7-1，控制箱7-1包含了控制系统的主体，为了不影响传感器工作，控制箱7-1可以安装在背板5等位置。控制箱7-1包括绝缘板7-2、控制电路板7-3、单片机7-4、电机驱动器7-5、继电器7-6、电压传感器7-7、通信协议转换器7-8、电源模块7-9、航空插头7-10、总开关7-11和急停开关7-12。所述的控制电路板7-3、电机驱动器7-5、继电器7-6、电压传感器7-7、通信协议转换器7-8、电源模块7-9都安装在绝缘板7-2上，起到了绝缘的作用并方便拆卸。所述控制电路板7-3控制机器人的运动并完成数据的采集与分析。所述单片机7-4布置在控制电路板7-3上，其可以进行数据的高速处理与分析，使整个机器人控制系统有条不紊的运行。所述单片机7-4接收PC终端13-1、各个编码器和限位开关等发送过来的数据信息，具体包括所述PC终端13-1发送的目标设备的位置信息，包括前后、上下、左右的位置坐标，所述各个编码器反馈的脉冲数，所述各个限位开关发送的触发信号，所述单片机7-4对数据信息进行处理后可以控制各电机完成启动、停止、加速、减速动作，将所述机器人运动至目标设备正前方，实现了所述机器人的通信、运动控制和精确定位。所述电机驱动器7-5有四个，单片机7-4接收第一编码器2-4、第二编码器3-5、第三编码器4-5、第四编码器5-5、第一限位开关2-5、第二限位开关3-6、第三限位开关4-6和第四限位开关5-6的信号，从而控制四个电机驱动器7-5，分别驱动直流电机2-3、第一步进电机3-4、第二步进电机4-4和第三步进电机5-4。所述继电器7-6有四个，分别用来控制所述电机驱动器7-5电路、第一步进电机3-4的抱闸电路、第二步进电机4-4的抱闸电路和充电电路的通断。所述电压传感器7-7用来实时监测锂电池2-6的电压情况，防止其电压过低或过高。所述通信协议转换器7-8用来将串口通信协议和以太网通信协议进行相互装换，实现所述巡检机器人与PC终端13-1的实时通信。所述电源模块7-9将锂电池2-6的电压转换为其他部件需要的不同电压。所述航空插头7-10安装在控制箱7-1顶面，所述总开关7-11和急停开关7-12安装在控制箱7-1底面。所述航空插头7-10用来连接控制箱7-1内部部件与外部部件，通过插拔方式和螺纹方式，方便快捷，而且牢固。所述的总开关37控制巡检机器人的总供电电路，其直接与所述的锂电池10相串联，当切断所述总开关7-11时，即切断了所述锂电池2-6供给机器人的电路，机器人将无法工作，只有打开所述总开关7-11时，所述机器人才有可能正常工作。所述急停开关7-12具有遇突发情况紧急停止机器人运行的功能。当所述巡检机器人在运行过程中出现异常状况需要及时停止时，工作人员可以立即拍下所述的急停开关7-12，此时所述的机器人可以立即停止运行。

所述直流电机2-3采用带减速箱的有刷直流电机。所述的减速箱选用行星减速箱，可以增大所述的直流电机2-3的力矩，使其能带动更重的负载。

所述控制电路板7-3为PCB板。根据巡检机器人需要实现的功能，选取合适电子元器件，设计所述的控制电路板7-3的原理图和PCB图，从而制作出所述的控制电路板7-3。

所述单片机7-4中下载有实现机器人基本功能的程序和智能控制机器人运动的程序。所述实现机器人基本功能的程序包括实现机器人正常运行、停止、数据采集与发送、充电的程序。所述智能控制机器人运动的程序采用智能控制算法编写，可以智能控制所述直流电机2-3、第一步进电机3-4、第二步进电机4-4和第三步进电机5-4。所述直流电机2-3采用积分分离的分段式PID闭环算法控制，同时还带有饱和限幅环节。通过选取合适的参数，结合所述的第一编码器2-4和第一限位开关2-5，能控制所述的轨道小车2-1平稳、快速启动，运行过程中能智能控制速度。所述第一步进电机3-4、第二步进电机4-4和第三步进电机5-4采用梯形加减速控制算法控制，结合第二编码器3-5、第二限位开关3-6、第三编码器4-5、第三限位开关4-6、第四编码器5-5和第四限位开关5-6，可以使所述第一步进电机3-4、第二步进电机4-4和第三步进电机5-4平稳启动和停止，有较好的控制效果。

所述电机驱动器7-5有四个，分别驱动所述直流电机2-3、第一步进电机3-4、第二步进电机4-4和第三步进电机5-4。所述直流电机2-3的驱动器可以将所述单片机7-4产生的电机控制方波信号转换成波形较好的PWM波，控制所述的直流电机7的运行；还可以通过不同的使能信号、方向信号、再生制动信号控制所述的直流电机2-3进行不同的动作。所述第一步进电机3-4、第二步进电机4-4和第三步进电机5-4的驱动器只在驱动功率上有差别，均具有状态指示灯，可以指示当前驱动器与电机电路状态。所述电机驱动器7-5还可以调节电机的运行电流和细分，细分设置为256。通过所述的单片机7-4提供的脉冲信号、方向信号、使能信号，可以控制所述第一步进电机3-4、第二步进电机4-4和第三步进电机5-4。

所示的继电器7-6采用直流控制直流的固态继电器，通过所述单片机7-4给出的控制信号，可以控制所述电机驱动器7-5电路、第一步进电机3-4的抱闸电路、第二步进电机4-4的抱闸电路和充电电路的通断。

所述电压传感器7-7采用霍尔电压传感器，可以实时检测所述的锂电池2-6的电压，将所测得的电压值及时反馈给所述的单片机7-4，所述的单片机7-4对电压值进行处理后，可以判断所述的锂电池2-6电压是否过低或过高：若过低，则说明所述的锂电池2-6电量已不足，需要充电，会控制所述的机器人进行充电；若过高，说明所述的锂电池2-6已过度充电，需要停止充电。

所述通信协议转换器7-8将控制电路板7-3上的串行接口通信协议转换为以太网通信协议，将通过串行接口传输的信息转换为通过以太网传输的信息。所述的通信协议转换器7-8具有双向转换能力，也可以将以太网通信协议转换为串行接口通信协议。

所述电源模块7-9的作用是将锂电池2-6提供的电压24VDC转换为其他设备需要的不同电压值，如12VDC。

所述充电盒8-1安装在机器人运行轨道1起点处的墙壁上，其高度与所述的机器人运行轨道1的高度一致。所述的充电盒8-1中布置有锂电池2-6的充电器，其正负极分别与所述的充电盒电极8-2的正负极相连。所述的机器人要进行充电时，运行至所述的起点处，所述的轨道小车电极2-7刚好可以与充电盒电极8-2对接，在所述的继电器7-6控制下实现充电。所述电压传感器7-7实时检测锂电池2-6的电压，当电压达到一定值时，会发送给所述单片机7-4一个信号，所述单片机7-4会相应地控制继电器7-6断开充电电路，停止充电过程。

所述PC终端13-1采用一体机的形式，即为一台功能齐全的电脑，内部带有无线网卡。所述PC终端具有PC终端显示屏13-2、PC终端鼠标13-3和PC终端键盘13-4。所述的PC终端显示屏13-2可以将PC终端13-1接收到的机器人的运行状态和采集到的被测设备柜体有关的数据信息实时显示在屏幕上，供工作人员及时查看。所述PC终端鼠标13-3和PC终端键盘13-4可以供工作人员操作PC终端13-1，给所述机器人发送特定的命令以执行特定的动作。所述PC终端13-1放置在配电房的中间位置，此处可以较好地完成对配电房各个位置数据的传输。同时，此处应留有电源插座和网口插座，能为所述PC终端13-1供电并与电力系统的后台控制中心实现通信。

所述PC终端监控软件界面13-5，所述PC终端软件基于Windows操作系统开发，结合视频传输、图像识别、网络通讯、计算机控制等技术，实现信息采集、传输、控制、管理和储存。所述PC终端软件界面13-5上反映的信息有：设备状态显示、速度信息、位置信息、高清摄像机画面、红外热像仪画面、局部放电检测器检测数据、温湿度信息、设备识别结果、巡检模式选择、补光灯开关和急停开关按钮。所述PC终端监控软件界面13-5通过设备状态显示可以实时显示当前机器人本体的运动状态：显示当前所述的机器人运行到哪个被测设备柜体前，实时监控所述的机器人速度和位置。工作人员可以通过所述PC终端鼠标13-3和PC终端键盘13-4发送命令以控制机器人的运动。所述PC终端监控软件界面13-5可以对前端检测传感器进行控制和管理，实时显示当前检测对象，进行状态评估，工作人员同样可以发出相应指令以控制所述的传感器进行相应动作。所述的PC终端监控软件还可以建立数据库，记录并为工作人员提供相关的历史数据，对潜在的危险进行预估判断。所述的巡检模式有例行巡检、特巡巡检、危机巡检等多种巡检模式。

本发明电力系统分段式自动巡检机器人开始工作前停止在机器人运行轨道1起点的充电盒8-1处，此时锂电池2-6电量处于充满状态，轨道小车铜质电极2-7和充电盒铜质电极8-2分开。打开控制箱7-1上的总开关7-11和急停开关7-12，机器人控制电路接通，控制电路板7-3、电机驱动器7-5均上电，第一步进电机3-4的抱闸关闭，等待接收巡检任务命令。打开PC终端监控软件界面13-5，用PC终端鼠标13-3和PC终端键盘13-4设定相关参数，选择巡检模式，给机器人发送控制命令。机器人的无线路由器接收到通过以太网发送过来的命令后，通过通信协议转换器7-8将以太网信息转换为串口信息，以供单片机7-4接收并处理。单片机7-4根据命令控制机器人运行。通过直流电机驱动器驱动直流电机2-3，带动轨道小车2-1在机器人运行轨道1上运动。通过单片机7-4中下载的智能控制算法程序，结合第一编码器2-4和第一限位开关2-5可以实现对直流电机2-3的智能控制，使机器人能克服运行时的一些干扰，如轨道不平造成的速度下降等，稳定、快速、准确地到达需要被测设备柜体前方。采用积分分离的分段式PID闭环算法，同时还带有饱和限幅环节，通过选取合适的参数，能控制轨道小车2-1平稳、快速启动。在轨道小车2-1运行过程中可以智能控制速度，当遇到轨道不平处或弯道阻力较大导致速度降低时，第一编码器2-4能及时将记录转动的角度和圈数反馈给单片机7-4，单片机7-4接收并处理后，可以增大输出方波的占空比，从而增大直流电机2-3的转速。在快要到某一需要检测设备柜体前的轨道上布置铁片，以触发第一限位开关2-5，当检测到铁片时，第一编码器2-4开始清零并开始记录转动的角度和圈数，直到记录转动的角度和圈数到一定值后停止记录并控制直流电机2-3停止转动，此时机器人正好运动到需要检测的位置，从而实现了机器人的精确定位。第一步进电机3-4、第二步进电机4-4和第三步进电机5-4采用梯形加减速控制算法控制，结合第二编码器3-5、第二限位开关3-6、第三编码器4-5、第三限位开关4-6、第四编码器5-5和第四限位开关5-6，启动和停止过程平稳，定位精确，有较好的控制效果。当直流电机2-3工作时，第一步进电机3-4、第二步进电机4-4和第三步进电机5-4不工作。当机器人运动至某一需要被检测设备柜体前方时停止，第一步进电机3-4开始工作，控制第一滚珠丝杠线性模组滑块3-7从上到下运行，在柜体号、指示灯、开关按钮、仪器仪表前停止，由高清摄像机9和红外热像仪10抓图或拍摄视频，当接触到第二限位开关3-6后停止，即完成了对被测设备柜体上半部分的检测。接着，第二步进电机4-4开始工作，控制第二滚珠丝杠线性模组滑块4-7从上到下运行，由高清摄像机9和红外热像仪10采集不同高度仪器仪表的数据信息，当接触到第三限位开关4-6后停止，即完成了对被测设备柜体下半部分的检测。然后第三步进电机5-4开始工作，控制局部放电检测器11向被测设备柜体表面靠近直至完全贴住，进行局部放电现象的检测。当机器人完成当前柜体的检测任务后，会继续向下一个需要检测的设备柜体运行，继续巡检任务。控制箱7-1内的电压传感器7-7能实时监测锂电池2-6的电压，当出现电压过低时，会控制机器人前往充电盒8-1处进行充电。当电压传感器7-7监测到电压足够高后，又会控制机器人停止充电。机器人在运行过程中实时将自身的运动状态，如位置信息和速度信息等、传感器所检测到的结果通过以太网发送给PC终端13-1，PC终端监控软件界面13-5可以实时显示这些信息，PC终端13-1将所接收到的信息进行预处理及存储备份后通过电力系统的内网传送到后台控制中心，以便运维人员及时掌握现场情况并采取有效措施。

Claims (10)

1.一种电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，包括运行轨道、在运行轨道上运行的机器人本体、搭载在机器人本体上的多个检测传感器；

所述运行轨道为机器人本体提供运行轨迹；

所述机器人本体包括轨道小车、上下运动滚珠丝杠线性模组、水平运动滚珠丝杠线性模组；所述轨道小车吊装在运行轨道上，将机器人本体运送到待检测设备的前方；所述上下运动滚珠丝杠线性模组包括第一滚珠丝杠线性模组和第二滚珠丝杠线性模组；所述水平运动滚珠丝杠线性模组安装在第二滚珠丝杠线性模组上，所述第二滚珠丝杠线性模组安装在第一滚珠丝杠线性模组上，所述第一滚珠丝杠线性模组固定在轨道小车上；

所述第一滚珠丝杠线性模组与第二滚珠丝杠线性模组平行且均垂直于地面，第一滚珠丝杠线性模组用于在上下方向移动第二滚珠丝杠线性模组，第二滚珠丝杠线性模组用于在上下方向移动其搭载的检测传感器；所述水平运动滚珠丝杠线性模组与第二滚珠丝杠线性模组垂直，用于在水平方向内移动其搭载的检测传感器；

所述多个检测传感器分别搭载在第二滚珠丝杠线性模组和水平运动滚珠丝杠线性模组上。

2.如权利要求1所述电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，所述轨道小车包括底板、一对或多对车轮、直流电机；所述车轮安装在运行轨道上，其转动轴通过连接件固定在所述底板上；所述直流电机用于驱动所述车轮转动。

3.如权利要求1所述电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，所述第一滚珠丝杠线性模组包括第一直杆、第一滚珠丝杠副、第一步进电机和第一滚珠丝杠线性模组滑块；所述第一直杆的一端与所述轨道小车固定；所述第一滚珠丝杠副通过第一直杆两端的支架固定在第一直杆的一侧；所述第一滚珠丝杠线性模组滑块套装在第一滚珠丝杠副上，且在第一滚珠丝杠副的转动下产生位移；第一步进电机用于带动第一滚珠丝杠副转动。

4.如权利要求3所述电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，所述第二滚珠丝杠线性模组包括第二直杆、第二滚珠丝杠副、第二步进电机和第二滚珠丝杠线性模组滑块；所述第二直杆固定在所述第一滚珠丝杠线性模组滑块上；所述第二滚珠丝杠副通过第二直杆两端的支架固定在第二直杆的一侧；所述第二滚珠丝杠线性模组滑块套装在第二滚珠丝杠副上，且在第二滚珠丝杠副的转动下产生位移；第二步进电机用于带动第二滚珠丝杠副转动；所述搭载在第二滚珠丝杠线性模组上的检测传感器固定在第二滚珠丝杠线性模组滑块上。

5.如权利要求4所述电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，所述水平运动滚珠丝杠线性模组包括第三直杆、第三滚珠丝杠副、第三步进电机和第三滚珠丝杠线性模组滑块；所述第三直杆固定在所述第二滚珠丝杠线性模组滑块上；所述第三滚珠丝杠副通过第三直杆两端的支架固定在第三直杆的一侧；所述第三滚珠丝杠线性模组滑块套装在第三滚珠丝杠副上，且在第三滚珠丝杠副的转动下产生位移；所述第三步进电机用于带动第三滚珠丝杠副转动；所述搭载在第三滚珠丝杠线性模组上的检测传感器固定在第三滚珠丝杠线性模组滑块上。

6.如权利要求5所述电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，

所述轨道小车还包括第一编码器、两个第一限位开关；所述两个第一限位开关一前一后安装在轨道小车外壳表面上，用于给所述第一编码器提供清零信号；所述第一编码器与直流电机同轴安装；

所述第一滚珠丝杠线性模组还包括第二编码器和两个第二限位开关；所述两个第二限位开关分别安装在第一直杆的两端，用于给所述第二编码器提供清零信号；所述第二编码器与第一步进电机同轴安装；

所述第二滚珠丝杠线性模组还包括第三编码器和两个第三限位开关；所述两个第三限位开关分别安装在第二直杆的两端，用于给所述第三编码器提供清零信号；所述第三编码器与第二步进电机同轴安装；

所述第三滚珠丝杠线性模组还包括第四编码器和两个第四限位开关；所述两个第四限位开关分别安装在第三直杆的两端，用于给所述第四编码器提供清零信号；所述第四编码器与第三步进电机同轴安装。

7.如权利要求6所述电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人还包括控制箱，所述控制箱内安装有绝缘板、由单片机构成的控制电路板、四个电机驱动器；所述控制电路板、四个电机驱动器都安装在绝缘板上；

所述单片机用于根据各编码器提供的信息控制巡检机器人运动，根据各检测传感器提供的信息完成检测数据的采集与分析；

所述四个电机驱动器，在所述单片机的控制下分别驱动所述直流电机、第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机。

8.如权利要求7所述电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，所述控制箱的绝缘板上还安装有通信协议转换器，将控制电路板上的串行接口通信协议转换为以太网通信协议。

9.如权利要求7所述电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，还包括为巡检机器人提供电能的电池；所述控制箱的绝缘板上还安装有电压传感器，用于监测电池的电压。

10.如权利要求1所述电力系统分段式自动巡检机器人，其特征在于，还包括PC终端和无线路由器；PC终端用于监控巡检机器人的运行状态并控制机器人的运行；无线路由器用于实现巡检机器人与PC终端之间的无线通信。