CN105415380B - 用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统及其方法，机械人和安装在箱体外部的自动开锁系统，所述自动开锁系统包括电磁锁和控制装置，控制装置包括单片机、无线通讯模块、电磁继电器、关门限位开关以及报警模块；所述自动开锁系统安装在箱体门上，所述控制装置安装在锁体内，电磁锁即可以通过机器人远程控制打开和关闭，也可以通过人工使用钥匙打开和关闭。通过与自动开锁系统的通信，能够自动打开箱体锁，从而实现对箱体内设备检测和操作；自动开锁系统兼容普通钥匙开锁方式，使机器人自动巡检方式与传统人工巡检方式可以共存；机器人云台带有升降机构，大大扩展了机器人可检测的设备范围。

Description

用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统及其方法。

背景技术

在近年来，随着科技的发展，利用变电站巡检机器人自动完成变电站日常设备巡视、红外测温、设备状态检查等工作，已经成为变电站设备巡检的重要辅助手段，而随着变电站巡检机器人的大规模推广，无人值守变电站也变得越来越普遍。现有的变电站巡检机器人主要通过自主运行的方式，沿着设定好的固定路线，对变电站内可视的设备进行检测，但是对于箱体内的电力设备，现有的变电站巡检机器人则无法进行检测。而如果需要对箱体内的设备进行操作，现有的机器人更是无法实现，因而大大降低了变电站巡检机器人的实用性，使得变电站实现真正的无人值守化变得困难。

同时，由于变电站内的箱体通常都装有锁，需要人工使用钥匙才能打开，因此仅仅通过巡检机器人简单的安装机械臂无法打开箱体。如专利号为ZL200910016781.2的发明专利所涉及的变电站智能巡检机器人，虽然安装有机械臂，但是无法实现对箱体内设备的检测和操作。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统及其针对箱体内部设备的巡检方法，该系统包含带有机械臂的变电站巡检机器人和安装在箱体上的自动开门系统两部分。其中，所述电控锁可以通过机器人远程控制实现箱体门锁的自动打开和关闭，所述机器人及机械臂能够携带工具对箱体内的设备进行检测和操作。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人，包括行走机构、机械臂、工控机和采集装置，其中，行走机构承载机器人本体行走，机械臂设置于行走机构上，工控机控制采集装置和行走机构的运行；

所述采集装置，包括摄像机、红外热像仪、视觉传感器和激光传感器，所述摄像机和红外热像仪设置于云台上，云台设置于云台升降机构上，云台升降机构固定于安装在行走机构前端的支架上，所述支架上设置视觉传感器和激光传感器，探测箱体的尺寸形状以及机器人所处位置。

所述行走机构包括轮履式底盘。

所述云台升降机构通过支架安装在轮履式底盘上，带动云台升起或下降，云台具有水平和俯仰两个自由度。

所述摄像机和红外热像仪分别安装于云台的两侧，对变电站内电力设备进行检测。

所述激光传感器用于机器人的定位和导航，使得机器人能够精确的停靠在指定位置。

所述视觉传感器为双目视觉传感器，用于对箱体的尺寸、形状进行检测，以及门把手的位置进行定位。

所述工控机通过RS485总线与云台和云台升降机构连接，通过网络与激光传感器连接，通过1394总线与双目视觉传感器总线连接，通过CAN总线与轮履式底盘连接。

所述机械臂为六自由度机械臂，包括6个自由运动的关节，每个关节通过工控机的控制达到精确的位置和设定的角度。

所述机械臂前端设有电动手爪，电动手爪的手指能够自由开合，在工控机的控制下实现打开、关闭箱体门和操作箱体内的设备。

所述机械臂前端设有摄像头，对箱体内的设备进行检测。

一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统，包括上述所述的机械人和安装在箱体外部的自动开锁系统，所述自动开锁系统包括电磁锁和控制装置，控制装置包括单片机、无线通讯模块、电磁继电器、关门限位开关以及报警模块；所述自动开锁系统安装在箱体门上，所述控制装置安装在锁体内，电磁锁即可以通过机器人远程控制打开和关闭，也可以通过人工使用钥匙打开和关闭；

其中，所述无线通讯模块用于实时接收机器人的控制命令，当接收到开锁命令时，单片机控制电磁继电器吸合从而使电磁锁通电，从而电磁锁的锁栓打开；

所述关门限位开关用于检测箱体门是否关闭到位，当箱体门关闭到位并且接收到闭锁命令时，单片机控制电磁继电器断开从而式电磁锁断电，从而电磁锁上锁；如果箱体门未关闭到位而接收到了闭锁命令，则单片机控制报警模块报警，同时将该报警信息通过无线通讯模块发送给机器人。

所述电磁锁的锁芯能够使用钥匙打开和关闭电磁锁，当检测到钥匙插入普通锁芯时，所述控制装置暂时停止运行，不再接收机器人的控制命令；当钥匙拔出后，所述控制装置重新开始运行。

基于上述系统的检测方法，包括以下步骤：

(1)机器人通过激光导航停靠在箱体前方的指定位置，并通过视觉传感器获取箱体以及门把手的相对位置；

(2)机器人控制机械臂自动运动到门把手的位置，控制电动手爪夹持住门把手；

(3)机器人向自动开锁系统发送开锁指令，并等待自动开锁系统返回开锁到位信号，接收到开锁到位信号后，机器人控制机械臂打开箱体门；

(4)机械臂通过红外热像仪、摄像机以及电动手爪完成对箱体内设备的指定检测和操作内容；

(5)机器人通过控制机械臂关闭箱体门，并且等待自动开锁系统返回箱体门关闭到位的信号；箱体门关闭到位后，机器人向自动开锁系统发送闭锁指令，并等待自动开锁系统返回闭锁到位信号；

(6)机器人接收到闭锁到位信号后，收起机械臂，完成一次检测任务。

本发明的有益效果为：

(1)变电站巡检机器人安装了六自由度机械臂和电动手爪，可以实现对站内设备的操作；

(2)通过与自动开锁系统的通信，能够自动打开箱体锁，从而实现对箱体内设备检测和操作；

(3)自动开锁系统兼容普通钥匙开锁方式，使机器人自动巡检方式与传统人工巡检方式可以共存；机器人云台带有升降机构，大大扩展了机器人可检测的设备范围。

附图说明

图1为本发明巡检机器人内部结构示意图；

图2(a)为本发明自动开锁系统的安装结构示意图；

图2(b)为本发明自动开锁系统的左视图；

图3为本发明自动开锁系统的控制装置原理框图；

图4为本发明机器人检测箱体内设备的流程图；

其中，1.可见光摄像机，2.云台，3.红外热像仪，4.摄像头，5.电动手爪，6.六自由度机械臂，7.工控机，8.主履带，9.支臂，10.轮履式底盘，11.支架，12.双目视觉传感器，13.激光传感器，14.云台升降机构，15.报警模块，16.电磁锁锁体，17.箱体门，18.门把手，19.普通钥匙孔，20.电磁锁锁栓，21.关门限位开关，22.无线通讯模块，23.单片机，24.继电器，25.电磁锁，26.报警模块。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种带有机械臂的变电站巡检机器人，包括巡检机器人本体和安装在本体上的机械臂，其中机器人本体包括轮履式底盘10、云台2、云台升降机构14、可见光摄像机1、红外热像仪3、激光传感器13、双目视觉传感器12和工控机7。其中，行走机构承载机器人本体行走，机械臂设置于行走机构上，工控机7控制采集装置和行走机构的运行；

采集装置，包括摄像机、红外热像仪3、视觉传感器12和激光传感器13，所述可见光摄像机1和红外热像仪3设置于云台2上，云台2设置于云台升降机构14上，云台升降机构14固定于安装在行走机构前端的支架上，所述支架11上设置视觉传感器和激光传感器13，探测箱体的尺寸形状以及机器人所处位置。

轮履式底盘包含两个主履带单元和四个支臂履带单元，从而使得机器人能够翻越一定高度的障碍物。

云台2安装在云台升降机构14上，云台2具有水平和俯仰两个自由度。

云台升降机构14通过支架安装在轮履式底盘上，能够带动云台自动升起或者落下一定高度。

可见光摄像机1和红外热像仪3安装在云台2两侧，用于实现对变电站内电力设备的检测。

激光传感器13用于机器人的导航和定位，使得机器人能够精确的停靠在指定位置。

双目视觉传感器12用于对箱体的尺寸、形状进行检测，以及门把手的位置进行定位。

工控机7用于采集上述各个传感器的数据并实现相应的算法，其中工控机通过RS485总线与云台2和云台升降机构14连接，通过网络与激光传感器13连接，通过1394总线与双目视觉传感器12总线连接，通过CAN总线与轮履式底盘连接。

根据本发明的技术方案，该巡检机器人还带有机械臂，机械臂安装在轮履式底盘上。机械臂包含六个可以自由运动的关节，每个关节均可以通过精确的位置控制达到期望的角度。

机械臂前端安装有电动手爪5，电动手爪5具有一个自由度，能够带动手指实现开合，用于打开和关闭箱体门以及操作箱体内的设备。

机械臂前端还安装有摄像头，用于对箱体内的设备进行检测。

机械臂各个关节和所述电动手爪5均通过24V直流电源供电，通过CAN总线与工控机连接。

如图2(a)、图2(b)所示，为了实现本发明的目的，还提供了一种自动开锁系统，该系统包括电磁锁锁体和控制装置，其中控制装置包括单片机23、无线通讯模块22、电磁继电器24、关门限位开关21以及报警模块26。自动开锁系统安装在箱体门17上，控制装置安装在锁体16内。电磁锁锁栓20即可以通过机器人远程控制打开和关闭，也可以通过人工使用钥匙打开和关闭。

其中，无线通讯模块22用于实时接收机器人的控制命令，当接收到开锁命令时，单片机控制电磁继电器吸合从而使电磁锁通电，从而电磁锁锁栓20打开。

如图3所示，关门限位开关21用于检测箱体门17是否关闭到位，当箱体门17关闭到位并且接收到闭锁命令时，单片机控制电磁继电器断开从而式电磁锁断电，从而电磁锁上锁。如果箱体门17未关闭到位而接收到了闭锁命令，则单片机控制报警模块报警，同时将该报警信息通过无线通讯模块22发送给机器人。

普通锁芯可以使用钥匙打开和关闭电磁锁，当检测到钥匙插入普通钥匙孔19时，所述控制装置暂时停止运行，不再接收机器人的控制命令；当钥匙拔出后，所述控制装置重新开始运行。

如图4所示，本发明还提供了一种检测箱体内设备的方法，其步骤如下：

1)机器人通过激光导航停靠在箱体前方的指定位置，并通过双目视觉传感器获取箱体以及门把手的相对位置；

2)机器人控制机械臂自动运动到门把手的位置，控制电动手爪夹持住门把手；

3)机器人向自动开锁系统发送开锁指令，并等待自动开锁系统返回开锁到位信号；

4)接收到开锁到位信号后，机器人控制机械臂打开箱体门。

5)机械臂通过红外热像仪、可见光摄像机以及电动手爪完成对箱体内设备的指定检测和操作内容。

6)机器人通过控制机械臂关闭箱体门，并且等待自动开锁系统返回箱体门关闭到位的信号；

7)箱体门关闭到位后，机器人向自动开锁系统发送闭锁指令，并等待自动开锁系统返回闭锁到位信号；

8)机器人接收到闭锁到位信号后，收起机械臂，完成一次检测任务。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统，其特征是：包括用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人和安装在箱体外部的自动开锁系统，所述自动开锁系统包括电磁锁和控制装置，控制装置包括单片机、无线通讯模块、电磁继电器、关门限位开关以及报警模块；所述自动开锁系统安装在箱体门上，所述控制装置安装在锁体内，电磁锁既可以通过机器人远程控制打开和关闭，也可以通过人工使用钥匙打开和关闭；

其中，所述无线通讯模块用于实时接收机器人的控制命令，当接收到开锁命令时，单片机控制电磁继电器吸合从而使电磁锁通电，从而电磁锁的锁栓打开；

所述关门限位开关用于检测箱体门是否关闭到位，当箱体门关闭到位并且接收到闭锁命令时，单片机控制电磁继电器断开从而使电磁锁断电，从而电磁锁上锁；如果箱体门未关闭到位而接收到了闭锁命令，则单片机控制报警模块报警，同时将报警信息通过无线通讯模块发送给机器人；

所述用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人，包括行走机构、机械臂、工控机和采集装置，其中，行走机构承载机器人本体行走，机械臂设置于行走机构上，工控机控制采集装置和行走机构的运行；

所述采集装置，包括摄像机、红外热像仪、视觉传感器和激光传感器，所述摄像机和红外热像仪设置于云台上，云台设置于云台升降机构上，云台升降机构固定于安装在行走机构前端的支架上，所述支架上设置视觉传感器和激光传感器，探测箱体的尺寸形状以及机器人所处位置。

2.如权利要求1中所述的一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统，其特征是：所述电磁锁的锁芯能够使用钥匙打开和关闭电磁锁，当检测到钥匙插入普通锁芯时，所述控制装置暂时停止运行，不再接收机器人的控制命令；当钥匙拔出后，所述控制装置重新开始运行。

3.如权利要求1中所述的一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统，其特征是：所述行走机构包括轮履式底盘；所述云台升降机构通过支架安装在轮履式底盘上，带动云台升起或下降，云台具有水平和俯仰两个自由度。

4.如权利要求1中所述的一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统，其特征是：所述视觉传感器为双目视觉传感器，用于对箱体的尺寸、形状进行检测，以及门把手的位置进行定位。

5.如权利要求1中所述的一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统，其特征是：所述工控机通过RS485总线与云台和云台升降机构连接，通过网络与激光传感器连接，通过1394总线与双目视觉传感器总线连接，通过CAN总线与轮履式底盘连接。

6.如权利要求1中所述的一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统，其特征是：所述机械臂为六自由度机械臂，包括6个自由运动的关节，每个关节通过工控机的控制达到精确的位置和设定的角度。

7.如权利要求1中所述的一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统，其特征是：所述机械臂前端设有电动手爪，电动手爪的手指能够自由开合，在工控机的控制下实现打开、关闭箱体门和操作箱体内的设备。

8.如权利要求1中所述的一种用于箱体内设备检测的变电站巡检机器人系统，其特征是：所述机械臂前端设有摄像头，对箱体内的设备进行检测。

9.基于如权利要求1或者2所述的系统的检测方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)机器人通过激光导航停靠在箱体前方的指定位置，并通过视觉传感器获取箱体以及门把手的相对位置；

(2)机器人控制机械臂自动运动到门把手的位置，控制电动手爪夹持住门把手；

(3)机器人向自动开锁系统发送开锁指令，并等待自动开锁系统返回开锁到位信号，接收到开锁到位信号后，机器人控制机械臂打开箱体门；

(4)机械臂通过红外热像仪、摄像机以及电动手爪完成对箱体内设备的指定检测和操作内容；

(5)机器人通过控制机械臂关闭箱体门，并且等待自动开锁系统返回箱体门关闭到位的信号；箱体门关闭到位后，机器人向自动开锁系统发送闭锁指令，并等待自动开锁系统返回闭锁到位信号；

(6)机器人接收到闭锁到位信号后，收起机械臂，完成一次检测任务。