CN105159208B - 远程无人环境下的监控和执行方法及其监控和执行平台 - Google Patents

Abstract

远程无人环境下的监控和执行方法及其监控和执行平台：设备房间顶部架设水平方向导轨及垂直方向导轨；把整个房间转换为三维坐标；导轨上安装有监控平台与执行机构；控制电路控制执行机构把监控平台移动到设备的细节部位；摄像头拍摄下设备细节，麦克风记录下运转设备的音频信息，把图像和声音信息传输给远程操作人员；操作人员判断设备的故障原因和故障点；执行机构根据操作人员的指令驱动执行结构完成维修；完成后回到原始设定状态。本发明考虑了远程设备在无人值守情况下的维护和维修，可根据远程操作人员的需求进行图像拍摄、音频采集和维修工作，可加快无人值守设备的故障分析和维修操作。适用于远程无人值守环境下的设备监控和设备维修。

Description

远程无人环境下的监控和执行方法及其监控和执行平台

技术领域

本发明涉及一种监控和执行方法与设备，具体涉及一种应用在远程无人环境下的监控和执行方法以及应用在远程无人环境下的设备监控和执行设备——应用在远程无人环境下的监控和执行平台，特别是可使操作者能远程监控和操作设备的平台，尤其用于设备处于无人值守，独立运行的场合。

背景技术

目前人类探索的领域已深入高山极地等环境恶劣场合，人们为了探索未知世界，了解关于宇宙和极端环境的起源、发展及其对人类的影响，需要安装设备对所关心的信息进行监测。这些设备一般都安装在人迹罕至的场所，比如高山大川、极地海洋等，由于这些环境异常恶劣，设备安装完成后一般都是自动运行，设备处于无人值守的状态，所需要的信息都通过网络或卫星通讯的方式传输回来。但是如果这些设备出现了故障，由于现场处于无人值守的状态，无法确切了解故障点，都是根据传回来的信息结合经验猜测可能出现的问题，具有很大的随机和不确定性。这些远程无人值守的设备一般都会配备监控系统，包括视频监控和设备运行参数监控，但是视频监控都是对设备整体状态的监控，对一些细节无法进行深入的监控。而设备参数的监控只能帮助判断故障点，但是不能排除故障点。这种技术状况不仅非常不便，而且工作效率低下。此外在现场排除故障时，通过设备运转所发出的声音判断设备是否工作正常也是常用的方法，通过声音可以判断设备的安装固定状况和磨损情况。但是通过视频监控是无法判断设备的声音状况。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用在远程无人环境下的监控和执行方法，以及应用在远程无人环境下的监控和执行平台，该方法和设备能够满足在无人值守的环境下，对所监控设备细节进行监视，并通过执行机构维修出故障的设备，使设备恢复正常工作。该设备所使用的机构简单，可实现性强，性能优越且可具有远程执行的功能。

为实现所述目的，本发明的技术方案是，一种应用在远程无人环境下的监控和执行方法，其特征在于，步骤如下：

⑴ .在需要监控的设备房间顶部架设水平方向导轨及垂直方向导轨，该水平方向导轨及垂直方向导轨方向彼此垂直；在导轨上安装有监控平台，该监控平台上安装有执行机构，所述监控平台和执行机构分别通过控制器进行控制；

⑵ .把整个房间转换为三维坐标；在控制电路控制下，所述执行机构运动到所设定的目标位置；

⑶ .根据需求，监控平台上的摄像头拍摄下设备的细节，通过麦克风接收运转设备的声音，并通过所述的控制器把声音信号进行傅里叶变换，得到运转设备声音的频谱；

⑷ .把这些设备图像细节和声音频谱通过通讯的方式传输给远程的操作人员；

⑸ .操作人员根据所传回的图像信息，声音频谱信息并结合设备参数信息，判断设备的故障原因和故障点；

⑹ .所述执行机构根据步骤⑸的判断结果，驱动执行机构完成设备的维修工作；

⑺ .完成维修工作后，平台回到原始设定状态。

更优化和更详细地说，本发明各个步骤的操作如下：

其中，步骤⑴中水平方向导轨及垂直方向导轨的设置方式是：所述水平方向导轨包括三条水平方向上的导轨，其中两条导轨（X轴导轨）平行，使移动装置可以沿着导轨前后移动；第三条导轨（Y轴导轨）与X轴导轨垂直，使移动装置可以左右移动。垂直方向导轨（Z轴导轨）采用可伸缩的导轨；

步骤⑵中平台移动的具体方法是：所述控制电路上有通过网络接收远程操作人员的控制命令，所述控制电路对远程控制指令进行解析转换为三轴的控制命令，所述控制电路把控制命令发送给三轴驱动，最终通过三轴驱动控制所述平台上的电机旋转，把所述平台上的监控平台移动到设定的位置。所述控制电路通过控制脉冲的个数，使监控平台的最终位置和设定的位置保持一致。

步骤⑶中图像和声音监控的具体方法是：所述控制电路控制摄像头拍摄设备的图像细节，同时用麦克风接收运转设备所发出来的声音，并在所述控制器上使用傅里叶变换把所采集的声音信号转换为声音的频谱信号。

步骤(4)中信息传输的具体方法是：所拍摄的图像和转换后的声音频谱信号通过网络传输给远程的操作人员。

步骤(5)中故障判断的具体方法是：操作人员根据传输回来的图像信号和声音的频谱信息判断所监控的设备工作是否正常，如出现故障，故障是什么。

步骤(6)的维修工作的具体方法是：操作人员发出维修命令，通过控制锯齿形的装置的夹紧和松开来对故障点进行维修。

步骤(7)中收尾工作的具体方法是：当维修工作完成后，监控平台在收到远程操作人员的信号后，自动把平台通过导轨运转到初始位置。

完成本申请第二个发明任务的技术方案是，一种应用在远程无人环境下的监控和执行平台：包括水平方向导轨及垂直方向导轨，其特征在于，在所述水平方向导轨及垂直方向导轨上安装有监控平台，在该监控平台上安装有监控设备和执行机构，所述监控平台和执行机构分别由控制器进行控制，本监控和执行平台还设有控制电路；所述监控平台和执行机构的动作执行，由该控制电路控制。

本发明的设备具有以下优化方案：

1、所述水平方向导轨包括三条水平方向上的导轨，其中两条导轨平行，使移动装置可以沿着导轨前后移动；第三条导轨与前两条导轨垂直，使移动装置可以左右移动。

2、垂直方向导轨采用可伸缩的导轨；

3、所述控制电路上设有电源部分；该电源部分分别与监控平台和电机驱动器连接；所述监控平台和执行机构的驱动力，来源于该控制电机驱动器中；

4、在所述执行机构上安装有摄像头和麦克风；

5、所述执行机构的驱动电机采用步进电机；

6、所述控制器采用具有网络功能和数据处理功能的PC104电脑；

7、所述摄像头采用具有红外功能的摄像头；

8、所述的执行机构采用可控的锯齿型执行机构。

传统的图像监控部件都是通过固定安装在某个位置，通过不断拍摄图像来监控设备。而对于本发明的监控平台，不但可以采用固定方式监控设备，而且也可以运转到设备的局部对局部的细节进行监控，因为传统的监控系统无法深入了解设备的故障位置，同时对于庞大复杂的设备，出故障的位置是随机的，事先无法做到对每个可能的故障点都安装摄像头。而如果监控系统是可以移动的，那么就可以根据操作者的需要移动到所关心的位置，对设备的细节进行监控，这样可以更加利于查找故障源。此外本发明通过麦克风采集运转设备的声音信号，转换成频谱信号后也用于判断设备是否运转正常。相对于传统的监控系统，本发明不但可以对设备细节进行监控，而且可以根据操作者的指令对出故障的设备进行远程操作，对设备进行维修。这可以大大提高设备的运行效率，提高设备的产出。

更具体和更优化地说，本发明的结构是：监控和执行平台包括三条水平方向上的导轨，其中两条导轨平行，使监控平台（也可称为移动装置）可以沿着导轨前后移动。第三条导轨与前两条导轨垂直，使移动装置可以左右移动。在垂直方向上有可伸缩的导轨，把监控平台安装到可伸缩导轨的顶端。监控平台包括了一摄像装置、一麦克风和一个执行机构。该平台还包括一控制电路，其包括一控制器，三台电机驱动器，一保护装置和一电源部分。导轨由金属材料制成，导轨上安装可以移动的监控平台（移动装置），导轨两端安装有机械限位装置，可以防止移动装置移动出导轨范围。电机驱动部分为电机驱动器和电机。控制器远程接收操作人员的指令，对监控平台发出移动到预定位置的命令。控制器把此命令解析成平台的位置坐标，通过电机驱动器驱动电机把移动装置移动到预定位置。在运动过程中，通过所发给定脉冲的数量，使最终的位置和预定的位置一致。当移动装置移动到预定位置后，自动进行拍摄和用麦克风采集运转设备的声音，并把拍摄的图像和转换后的频谱信号通过通讯的方式传输给远程操作者。同时根据远程操作者的指令完成设备的维护工作。

本发明的工作原理是：

远程无人环境下的监控执行平台，移动摄像头、麦克风和执行机构到指定的位置，拍摄设备的细节、采集设备的声音并根据远程操作者的命令进行设备维修工作，其外形如图1所示。

本发明的优点在于考虑了大型复杂设备当在无人值守的情况下出现故障时的故障诊断和故障维修，通过控制电机和传动机构可以使摄像头、麦克风和执行机构移动到预定的位置。对怀疑出故障点进行细节的拍摄和采集设备的音频信号，并根据远程操作人员的指令进行维修工作。本发明不但可以对故障细节进行拍摄，对运转设备进行音频采集，而且可以在无人的情况进行设备维修。该方法原理清晰明了、结构紧凑和工艺简单。相对于传统经典的监控系统，该装置能对设备细节进行深入仔细的检查并进行维修操作。本发明适用于工作在无人值守的设备的维护工作。

附图说明

下面参照附图结合实施方式对本发明做进一步说明，

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的电路原理框图；

图3是本发明的执行机构图。

具体实施方式

请参照图1，本发明监控和执行平台包括两水平X轴导轨1，一水平Y轴导轨2，一垂直Z轴导轨3，一监控平台4，一水平X轴电机5，一水平Y轴电机6，一垂直Z轴电机7。监控平台4固定在垂直Z轴导轨3的末端，垂直导轨3固定安装到水平Y轴导轨2上。监控平台4通过X轴电机沿着X轴方向前后移动，控制Y轴电机沿着Y轴方向左右移动，通过控制Z轴电机7使可伸缩导轨沿Z轴移动，因此监控平台4可以通过控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机移动到空间的任何位置。当执行完维修操作后，可以通过控制Z轴电机把监控平台收缩运行到最上端位置，然后通过控制X轴电机和Y轴电机运动到初始位置，以防止影响到所监控设备的运行。

请参照图2，即为监控和执行平台控制原理框图。控制电路包括控制器部分8，X轴驱动9，Y轴驱动10，Z轴驱动11，监控平台4，保护装置12。使用时，通过网络接收控制命令，控制器8对远程命令进行解析，转换成X轴、Y轴和Z轴的位置坐标，然后分别发命令给X轴驱动9，Y轴驱动10和Z轴驱动11，最终驱动水平X轴电机5，水平Y轴电机6和垂直Z轴电机7运转，把监控平台4移动到控制命令设定的位置。当监控平台4移动到预定位置后，控制器8发命令给摄像头13对所关心的设备细节进行拍照，摄像头13通过网络把图像信息传输给控制器8，控制器8在把图像信息经过处理后通过网络发送给远程的操作人员。与此同时，监控平台4上的麦克风14采集运转设备的音频信号，然后通过网络把音频信号传输给控制器8，控制器8对音频信号进行频谱转换后，通过网络把频谱信号发送给远程操作人员。监控平台上的执行器也可以根据远程操作者的指令进行设备维修操作。

执行结构由锯齿状的固定部件16，锯齿状的移动部件18，导轨15，弹簧17，固定块19和控制线圈20组成，当需要把两个锯齿部件闭合时，给控制线圈20通电，则移动部件18在电磁力的作用下沿导轨15向固定部件19移动，最终两锯齿状部件闭合。当工作完毕后，给控制线圈20断电，则移动部件18在弹簧17的拉力下沿导轨15远离固定块19，则执行部件松开。此执行结构可以在远程人员的操作下，执行打开关闭开关，插拔电缆等动作。

Claims (5)

1.一种应用在远程无人环境下的监控和执行方法，其特征在于，步骤如下：

⑴.在需要监控的设备房间顶部架设水平方向导轨及垂直方向导轨，该水平方向导轨及垂直方向导轨方向彼此垂直；在导轨上安装有监控平台，该监控平台上安装有执行机构，所述监控平台和执行机构分别通过控制器控制；

⑵.把整个房间转换为三维坐标；在控制电路控制下，所述监控平台运动到所设定的目标位置；

⑶.根据需求，监控平台上的摄像头拍摄下设备的细节，通过麦克风接收运转设备的声音，并通过所述的控制器把声音信号进行傅里叶变换，得到运转设备声音的频谱；

⑷.把这些设备细节和声音频谱通过通讯的方式传输给远程的操作人员；

⑸.操作人员根据所传回的图像信息，声音频谱信息并结合设备参数信息，判断设备的故障原因和故障点；并通过执行平台对设备进行维修工作；

⑹.所述执行机构根据步骤⑸的判断结果，驱动执行结构完成设备的维修工作；完成维修工作后，平台回到原始设定状态；

步骤⑹中维修工作的具体方法是：给控制线圈通电，则移动部件在电磁力的作用下沿导轨向固定部件移动，最终两锯齿状部件闭合；当工作完毕后，给控制线圈断电，则移动部件在弹簧的拉力下沿导轨远离固定块，则执行部件松开；此执行结构在远程人员的操作下，执行打开关闭开关，插拔电缆动作。

2. 根据权利要求1所述的应用在远程无人环境下的监控和执行方法，其特征在于，步骤中坐标转换的具体方法是：所述控制电路上有通过网络接收远程操作人员的控制命令，所述控制电路对远程控制指令进行解析转换为三轴的控制命令，所述控制电路把控制命令发送给三轴驱动，最终通过三轴驱动控制所述平台上的电机旋转，把所述平台上的监控平台移动到设定的位置；所述控制电路通过控制脉冲的个数，使监控平台的最终位置和设定的位置保持一致。

3.根据权利要求1或2所述的应用在远程无人环境下的监控和执行方法，其特征在于，步骤中图像和声音监控的具体方法是：所述控制电路控制摄像头拍摄设备的图像细节，同时用麦克风接收运转设备所发出来的声音，并在所述控制电路的上使用傅里叶变换把所采集的声音信号转换为声音的频谱信号。

4.一种应用在远程无人环境下的监控和执行平台：包括水平方向导轨及垂直方向导轨，其特征在于，在所述水平方向导轨及垂直方向导轨上安装有监控平台，在该监控平台上安装有执行机构，所述监控平台和执行机构分别由控制器控制，本监控和执行平台还设有控制电路，所述监控平台和执行机构的驱动电源，由该控制电路控制；

所述监控平台上设有麦克风；该麦克风采集运转设备的音频信号，把音频信息通过网络传输给控制器，控制器对音频信息进行频谱转换，最后把频谱信息传输给远程操作人员；

所述控制器采用具有网络功能和数据处理功能的PC104电脑；

所述的执行机构采用可控的锯齿型执行机构；该执行结构由锯齿状的固定部件，锯齿状的移动部件，导轨，弹簧，固定块和控制线圈组成。

5.根据权利要求4所述的应用在远程无人环境下的监控和执行平台，其特征在于，所述监控平台上设有摄像头；该摄像头可以根据远程操作人员的指令对设备细节进行拍摄，同时把拍摄的图像信息通过控制器传输给远程操作人员。