CN106378782B - 换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统，包括彩钢板内壁，还包括设置在彩钢板内壁上的清洁模块、驱动模块、避障模块、吊线模块、导向模块、吸附模块和单片机芯片，所述的驱动模块与吸附模块直连，所述的单片机芯片分别与清洁模块、驱动模块、避障模块、吊线模块、导向模块、吸附模块连接。本发明集攀爬吸附、直线行驶、障碍识别和有效清洁等功能于一体，满足基本使用要求；其次，基于halbach阵列，提出了一种“永磁轮+同步带”的吸附结构，实现了机器人的壁面吸附功能；最后，将功能模块化方法应用在清洁机器人的结构设计上，使其具有互换性强、可操作性高等特点。

Description

换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统

技术领域

本发明涉及一种换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统。

背景技术

换流站是在高压直流输电系统中，为了完成直流电与交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量而建立的站点。换流阀是直流输电工程的核心设备，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压并实现对功率的控制，其价值约占换流站成套设备总价的22～25％。换流阀大厅是放置换流阀的封闭建筑，其内壁累积的灰尘若不及时清理会扩散到空气中，从而对换流阀的正常运行和使用寿命产生很大影响。目前，壁面的清洁工作由人工完成，需购买专业升降机器，效率低、危险性高且浪费了大量的人力和物力，为保证换流阀大厅内部清洁，提高换流阀运行稳定性，研制自动化清洁机器人势在必行。

针对换流阀大厅内壁清洁的技术难题，提出一种换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统。进行清洁机器人结构设计时，需解决4种关键技术问题：(1)设计可靠的驱动和吸附机构，实现机器人对壁面的攀爬吸附，(2)设计合理的导向和避障机构，实现机器人的直线行走和障碍躲避，(3)设计合理的清洁机构，实现机器人对换流阀大厅内壁有型面的有效清洁，(4)体积小、重量轻、清洁效率高。

发明内容

为了克服现有换流阀大厅内壁清洁存在的上述问题，本发明提供一种换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统。

本发明采用的技术方案是：

换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统，包括彩钢板内壁，其特征在于：还包括设置在彩钢板内壁上的清洁模块、驱动模块、避障模块、吊线模块、导向模块、吸附模块和单片机芯片，所述的驱动模块与吸附模块直连，所述的单片机芯片分别与清洁模块、驱动模块、避障模块、吊线模块、导向模块、吸附模块连接；其中，

所述的彩钢板内壁为凹凸有序的有型壁面；

所述的清洁模块置于机器人前端，包括长板、“U”型清洁刷、上固定板、电动推杆、下固定板，所述的“U”型清洁刷固设在所述的长板上，所述的清洁模块的上下运动受控于所述的电动推杆；所述的电动推杆的上端通过所述的上固定板与机架板固连，下端通过所述的下固定板与所述的长板相连；

所述的驱动模块置于机架板下方，包括步进电机、步进电机控制器以及步进电机驱动器，所述的步进电机通过步进电机固定板固定在机架板上，所述的步进电机控制器通过步进电机驱动器与所述的步进电机连接；

所述的避障模块置于机架板的前端，所述的吊线模块置于机器人的后部且与机架板固连，所述的吊线模块用于卷收供电的电源线；

所述的导向模块包括塑料锥形轮、导向轮后轴、导向轮固定板、端盖、导向轮前轴、U型板，所述的塑料锥形轮与所述的彩钢板内壁的凸起相贴合，并且通过导向轮前轴或导向轮后轴、导向轮固定板、端盖与所述的机架板固定，所述的U型板固定在机架板上；

所述的吸附模块包括同步带、轭铁、中心轴套、磁块、后端盖、同步带轮、前端盖，所述的磁块的轴向两侧分别通过后端盖和前端盖固定，径向两侧通过轭铁和同步带轮固定，所述的轭铁的内侧安装有中心轴套，所述的中心轴套通过紧固螺栓固定在所述的前端盖上，机架板前后两个吸附模块之间由同步带连接。

所述的“U”型清洁刷设置为4套，并通过8个螺柱和8个紧固螺母固定在长板上。

所述的步进电机采用后驱形式。

所述的避障模块采用鱼眼摄像原理。

所述的导向模块采用机械式导向，共设置有三套，机架板的前端设置一套，机架板的后端两侧各设置一套。

所述的磁块采用halbach阵列进行充磁。

本发明的技术构思为：为减小机器人整体尺寸，设计时采用板式结构；为实现机器人吸附、攀爬、直线行驶、避障和清洁等功能，以模块化方法对机器人结构进行设计；为实现机器人吸附功能，基于halbach阵列，设计了一款专用永磁磁轮；为增加机器人与彩钢板内壁的摩擦力，磁轮外围设置同步带；为实现机器人攀爬功能，采用步进电机驱动，并采用磁轮与电机直连形式；为实现机器人直线行驶功能，设计了一套导向模块，导向模块分为前端中部导向和后侧两端导向，保证了机器人行进的直线性；为实现机器人避障功能，基于鱼眼摄像原理，设计了一套避障模块，通过环境识别、环境重建和路径规划实现机器人避障；为实现机器人清洁功能，设计了一套清洁模块，所述清洁模块一次可清洁四条凹槽，效率较高。

本发明的有益效果在于：

首先，针对换流阀大厅内壁清洁的技术难题，提出了一种内壁清洁机器人的完整结构方案，使其集攀爬吸附、直线行驶、障碍识别和有效清洁等功能于一体，满足基本使用要求；

其次，基于halbach阵列，提出了一种“永磁轮+同步带”的吸附结构，实现了机器人的壁面吸附功能；

最后，将功能模块化方法应用在清洁机器人的结构设计上，使其具有互换性强、可操作性高等特点。

附图说明

图1是本发明整体结构位图一。

图2是本发明整体结构位图二。

图3是本发明吸附模块结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图3，换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统，包括彩钢板内壁1，还包括设置在彩钢板内壁1上的清洁模块2、驱动模块3、避障模块4、吊线模块5、导向模块6、吸附模块7和单片机芯片8，所述的驱动模块3与吸附模块7直连，所述的单片机芯片8分别与清洁模块2、驱动模块3、避障模块4、吊线模块5、导向模块6、吸附模块7连接；其中，

所述的彩钢板内壁1为凹凸有序的有型壁面；

所述的清洁模块2置于机器人前端，包括长板201、“U”型清洁刷204、上固定板205、电动推杆206、下固定板207，所述的“U”型清洁刷204固设在所述的长板201上，所述的清洁模块2的上下运动受控于所述的电动推杆206；所述的电动推杆206的上端通过所述的上固定板205与机架板固连，下端通过所述的下固定板207与所述的长板201相连；

所述的驱动模块3置于机架板下方，包括步进电机303、步进电机控制器302以及步进电机驱动器304，所述的步进电机303通过步进电机固定板301固定在机架板上，所述的步进电机控制器302通过步进电机驱动器304与所述的步进电机303连接；

所述的避障模块4置于机架板的前端，所述的吊线模块5置于机器人的后部且与机架板固连，所述的吊线模块5用于卷收供电的电源线；

所述的导向模块6包括塑料锥形轮601、导向轮后轴602、导向轮固定板603、端盖604、导向轮前轴605、U型板606，所述的塑料锥形轮601与所述的彩钢板内壁1的凸起相贴合，并且通过导向轮前轴605或导向轮后轴602、导向轮固定板603、端盖604与所述的机架板固定，所述的U型板606固定在机架板上；

所述的吸附模块7包括同步带701、轭铁702、中心轴套703、磁块705、后端盖706、同步带轮707、前端盖708，所述的磁块705的轴向两侧分别通过后端盖806和前端盖708固定，径向两侧通过轭铁702和同步带轮707固定，所述的轭铁702的内侧安装有中心轴套703，所述的中心轴套703通过紧固螺栓704固定在所述的前端盖708上，机架板前后两个吸附模块7之间由同步带701连接。

所述的“U”型清洁刷204设置为4套，并通过8个螺柱202和8个紧固螺母203固定在长板201上。

所述的步进电机303采用后驱形式。

所述的避障模块4采用鱼眼摄像原理。

所述的导向模块6采用机械式导向，共设置有三套，机架板的前端设置一套，机架板的后端两侧各设置一套。

所述的磁块705采用halbach阵列进行充磁。

本发明的技术构思为：为减小机器人整体尺寸，设计时采用板式结构；为实现机器人吸附、攀爬、直线行驶、避障和清洁等功能，以模块化方法对机器人结构进行设计；为实现机器人吸附功能，基于halbach阵列，设计了一款专用永磁磁轮；为增加机器人与彩钢板内壁的摩擦力，磁轮外围设置同步带；为实现机器人攀爬功能，采用步进电机驱动，并采用磁轮与电机直连形式；为实现机器人直线行驶功能，设计了一套导向模块，导向模块分为前端中部导向和后侧两端导向，保证了机器人行进的直线性；为实现机器人避障功能，基于鱼眼摄像原理，设计了一套避障模块，通过环境识别、环境重建和路径规划实现机器人避障；为实现机器人清洁功能，设计了一套清洁模块，所述清洁模块一次可清洁四条凹槽，效率较高。

本实施例的具体工作过程是：

(1)机器人位于壁面底部初始状态，避障模块4开启，机器人进入识别障碍状态；

(2)电动推杆206得电，推杆伸出，“U”型清洁刷204垂直下降直至触壁，电动推杆206失电；

(3)步进电机303得电，同步带701运动，机器人向上攀爬；

(4)导向模块6的塑料锥形轮601与内壁凸起接触，实时导向；

(5)机器人向上行进，清洁刷204清扫壁面；

(6)避障模块4识别到障碍或大厅顶面，步进电机303失电，机器人停车；

(7)电动推杆206得电，推杆回缩，“U”型清洁刷204垂直上升直至初态，电动推杆206失电；

(8)步进电机303得电，同步带701运动，机器人返程行走；

(9)机器人返程至初态，步进电机303失电，机器人停车；

(10)避障模块4失电，机器人关闭识别障碍功能。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统，包括彩钢板内壁，其特征在于：还包括设置在彩钢板内壁上的清洁模块、驱动模块、避障模块、吊线模块、导向模块、吸附模块和单片机芯片，所述的驱动模块与吸附模块直连，所述的单片机芯片分别与清洁模块、驱动模块、避障模块、吊线模块、导向模块、吸附模块连接；其中，

所述的彩钢板内壁为凹凸有序的有型壁面；

所述的清洁模块置于机器人前端，包括长板、“U”型清洁刷、上固定板、电动推杆、下固定板，所述的“U”型清洁刷固设在所述的长板上，所述的清洁模块的上下运动受控于所述的电动推杆；所述的电动推杆的上端通过所述的上固定板与机架板固连，下端通过所述的下固定板与所述的长板相连；

所述的驱动模块置于机架板下方，包括步进电机、步进电机控制器以及步进电机驱动器，所述的步进电机通过步进电机固定板固定在机架板上，所述的步进电机控制器通过步进电机驱动器与所述的步进电机连接；

所述的避障模块置于机架板的前端，所述的吊线模块置于机器人的后部且与机架板固连，所述的吊线模块用于卷收供电的电源线；

所述的导向模块包括塑料锥形轮、导向轮后轴、导向轮固定板、端盖、导向轮前轴、U型板，所述的塑料锥形轮与所述的彩钢板内壁的凸起相贴合，并且通过导向轮前轴或导向轮后轴、导向轮固定板、端盖与所述的机架板固定，所述的U型板固定在机架板上；

所述的吸附模块包括同步带、轭铁、中心轴套、磁块、后端盖、同步带轮、前端盖，所述的磁块的轴向两侧分别通过后端盖和前端盖固定，径向两侧通过轭铁和同步带轮固定，所述的轭铁的内侧安装有中心轴套，所述的中心轴套通过紧固螺栓固定在所述的前端盖上，机架板前后两个吸附模块之间由同步带连接。

2.如权利要求1所述的换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统，其特征在于：所述的“U”型清洁刷设置为4套，并通过8个螺柱和8个紧固螺母固定在长板上。

3.如权利要求2所述的换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统，其特征在于：所述的步进电机采用后驱形式。

4.如权利要求3所述的换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统，其特征在于：所述的避障模块采用鱼眼摄像原理。

5.如权利要求4所述的换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统，其特征在于：所述的导向模块采用机械式导向，共设置有三套，机架板的前端设置一套，机架板的后端两侧各设置一套。

6.如权利要求5所述的换流阀大厅内壁清洁机器人的结构系统，其特征在于：所述的磁块采用halbach阵列进行充磁。