CN106671089A - 一种电缆通道实景可视化多功能作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆通道实景可视化多功能作业机器人，由电缆机器人控制平台和电缆机器人进行平台组成，电缆机器人控制平台与电缆机器人进行平台通过电缆连接。本发明在多功能履带车平台上搭载适用于电缆沟道或排管监视的硬件设备，来实现视频监测系统、红外热成像系统以及多传感器集成平台的设计与实现、并与地面操控台进行交互与数据回传；地上操作系统即可实时显示地下图像以及热红外图像，也可通过操纵杆实现电缆机器人的前进、后退、转弯、刹车、越障、以及控制云台转向从而实现无死角监视。电缆机器人同时将检测管道温湿度、含氧量、积水、污泥、小动物、有毒有害气体以及其它不明因素，以确保可能下井的人员的生命安全。

Description

一种电缆通道实景可视化多功能作业机器人

技术领域

本发明属于机器人控制平台技术，尤其是一种电缆通道实景可视化多功能作业机器人。

背景技术

城市用电负荷的快速增长，对供电可靠性提出了越来越高的要求。与此同时，城市规划建设和市容美观，也越来越受到社会关注。电力电缆以不占据地面以上空间，不影响城市景观，安装隐蔽等优点，越来越多的应用于城市电网的供电网络。电缆的敷设一般采用电缆沟道、排管和直埋方式。

随着电缆线路的增多，如何对电缆沟道内的电缆进行检测和运行状况分析变得越来越难，尤其是存在以下问题：

问题一、电缆由于沟道狭窄或因市政改造将马路拓宽，导致原来在路边的电缆沟道移到了马路中央，由于车流量大，汽车行驶速度快，同样造成无法打开井盖进入沟道内正常巡视。

问题二、新电缆敷设困难。随着负荷的增长和新用电客户的增加，需要敷设新电缆。目前在城市道路上单独修建电缆沟道，几乎不可能，故只能利用原有电缆沟道进行敷设，而原来沟道由于空间狭窄，且沟内已敷设多条电缆，目前的方法是让身材非常瘦小的人员钻到沟道内进行敷设。在人员钻电缆沟道的时候，人体与电缆紧密接触，老旧电缆或绝缘薄弱的电缆有放电可能，再加上电缆沟道是可能有积水、污泥、小动物、有毒有害气体以及其它不明因素，均构成对沟内人员人身安全的威胁。

基于上述原因，迫切需要用一种先进的方式方法来解决狭窄电缆沟道运行环境、电缆运行状态的检测以及新电缆的敷设问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构合理、使用方便、安全可靠、提高效率的电缆通道实景可视化多功能作业机器人。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电缆通道实景可视化多功能作业机器人，其特征在于：由电缆机器人控制平台和电缆机器人进行平台组成，电缆机器人控制平台与电缆机器人进行平台通过电缆连接。

而且，电缆机器人控制平台包括红外热成像显示部分、实时监视显示部分、人机交互显示部分以及地面系统数据处理及控制部分，搭载的模块具体为：地面系统数据处理及控制部分采用嵌入式系统模块，红外热成像显示部分、实时监视显示部分以及人机交互显示部分均采用液晶显示模块，各部分均连接有电源供电模块以及键盘操纵杆控制模块；

电缆机器人进行平台包括云台控制部分、多传感器部分、实时监视部分、红外热成像部分、地下电缆机器人行进行进系统数据处理及控制部分、电机驱动部分以及机械手控制部分，搭载的模块具体为：云台控制部分采用云台控制模块，多传感器部分采用多传感器模块，实时监视部分采用高清摄像头实时监视模块，红外热成像部分采用红外热成像模块，地下电缆机器人行进行进系统数据处理及控制部分采用嵌入式系统模块，电机驱动部分采用步进电机动力模块，机械手控制部分采用仿生机械手模块。

而且，作业层级分为三级，具体为由下向上依次连接的三级，具体为：

最下层为各类数据、图像、视频汇集于一体的数据采集级与转发级，包括红外热成像机芯实时监视采集温度数据转发部分、高清摄像头实时监视采集数据转发部分、步进电机及机械手电机驱动控制器、云台控制所需的RS-485数据接收部分、多传感器集一体的IIC\SPI等数据采集发送器、温湿度传感器的单总线数据采集发送器以及汇集各种数据发送于一体的RS-485发送器；

中间层为各类数据、图像、视频汇集于一体的数据接收级，包括PAL视频数据地上接收部分、汇集各种数据发送于一体的RS-485接收器以及PAL视频数据地上接收部分；

最上层为各类数据、图像、视频汇集于一体的显示级，包括红外热成像显示部分、人机交互显示部分以及实时监视显示部分。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明可通过电缆机器人综合平台实时分析多种数据，异常报警、驱离生物、安全检测、井下无死角监视、并运用热成像技术实现多点测温，对图像数据进行比对分析，可及时发现潜在问题。

2、本发明设计的电缆机器人外观上高度仿生，集多种传感器于一身，电源选用大容量蓄电池保证长时间续航，动力来源选用大功率防水步进电机，其防水等级可达到IP66，可使机器人轻松应对积水，泥污等多种复杂地形。

3、本发明采用全金属机身，美观大方、经磨耐用、底盘稳重、动力强劲、负载能力强、牵引能力卓越，可轻松实现电缆挂接不同工具代替人工进行拖缆等工作。

4、本发明在多功能履带车平台上搭载适用于电缆沟道或排管监视的硬件设备，来实现视频监测系统、红外热成像系统以及多传感器集成平台的设计与实现、并与地面操控台进行交互与数据回传；地上操作系统即可实时显示地下图像以及热红外图像，也可通过操纵杆实现电缆机器人的前进、后退、转弯、刹车、越障、以及控制云台转向从而实现无死角监视。电缆机器人同时将检测管道温湿度、含氧量、积水、污泥、小动物、有毒有害气体以及其它不明因素，以确保可能下井的人员的生命安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的具体实施方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种电缆通道实景可视化多功能作业机器人，由电缆机器人控制平台和电缆机器人进行平台组成，电缆机器人控制平台与电缆机器人进行平台通过电缆连接；

电缆机器人控制平台包括红外热成像显示部分、实时监视显示部分、人机交互显示部分以及地面系统数据处理及控制部分，搭载的模块具体为：地面系统数据处理及控制部分采用嵌入式系统模块，红外热成像显示部分、实时监视显示部分以及人机交互显示部分均采用液晶显示模块，各部分均连接有电源供电模块以及键盘操纵杆控制模块；

电缆机器人进行平台包括云台控制部分、多传感器部分、实时监视部分、红外热成像部分、地下电缆机器人行进行进系统数据处理及控制部分、电机驱动部分以及机械手控制部分，搭载的模块具体为：云台控制部分采用云台控制模块，多传感器部分采用多传感器模块，实时监视部分采用高清摄像头实时监视模块，红外热成像部分采用红外热成像模块，地下电缆机器人行进行进系统数据处理及控制部分采用嵌入式系统模块，电机驱动部分采用步进电机动力模块，机械手控制部分采用仿生机械手模块。

各部分具体模块：

一、电缆机器人平台：

1嵌入式系统模块：该模块主要负责各模块间协调、数据汇集转发、模块电能供给，是电缆机器人地下部分的“大脑”。

2步进电机动力模块：该模块为整个机器人动力的来源、能实现前进、后退、转弯、涉水、越障等功能，它是电缆机器人的“大腿”。

3仿生机械手模块：该模块拥有6个自由度，可实现对地面及墙壁上的物体夹拾，搬移。它对于地面上的顽固障碍有一定的清理能力，也是电缆机器人的“手臂”。

4红外热成像模块与高清摄像头实时监视模块：红外热成像模块可采集镜头前方数米内的温度数据，将多点温度测量集于一体，更直观的得到管道内的温度数据，可及时发现异常情况，并实现预警与排除。高清摄像头实时监视模块则可将管道内的景象捕捉传送给地上显示系统，使地下景象一览无遗，做到真在意义的可视化。这俩个模块是电缆机器人的“眼睛”,是整个机器的核心所在。

5多传感器模块：多传感器模块上集成有温度传感器、湿度传感器、氨气检测传感器、一氧化碳检测传感器、硫化氢检测传感器、氧气检测传感器等各类工业传感器。它们的存在确保了下井人员的生命安全，也对井下的气体环境做了很好的分析，通过数据处理便可防止一些不必要的问题产生。多传感器模块是电缆机器人的“神经中枢”，也是整个智能化必不可少的一部分。

6云台控制模块：通过利用云台搭载红外热成像仪与高清摄像头，使之能够对机器人侧边、后方、地面、顶面的情况也一览无遗，实现指哪里看哪里，看哪里测哪里的功能。这样可以避免人工检测时人为疏忽导致的漏检，错检等情况的发生，它相当于是电缆机器人的“脖子”。

二、机器人控制平台：

1嵌入式系统模块：该模块主要负责各显示器与操纵杆间的数据收发、模块电能供给，综合数据处理等功能。

2液晶显示模块：该模块用于显示红外热成像图像、高清摄像头实时监测图像、以及各类传感器数据等人机交互界面。、

3电源供电模块：该模块用于为控制平台提供电能，并通过电源线给电缆机器人供电。

4键盘操纵杆控制模块：该模块用于实现对电缆机器人的操纵、智能控制、云台操控、功能选择等功能。

软件系统平台：软件系统平台由机器人搭载的STM32主控板运行，实现对外围传感器数据交互、调度各任务执行流程、打开或禁用部分非必需功能、数据处理分析及转发。

电缆通道实景可视化多功能作业机器人的作业层级分为三级，具体为由下向上依次连接的三级，具体为：

最下层为各类数据、图像、视频汇集于一体的数据采集级与转发级，包括红外热成像机芯实时监视采集温度数据转发部分、高清摄像头实时监视采集数据转发部分、步进电机及机械手电机驱动控制器、云台控制所需的RS-485数据接收部分、多传感器集一体的IIC\SPI等数据采集发送器、温湿度传感器的单总线数据采集发送器以及汇集各种数据发送于一体的RS-485发送器；

中间层为各类数据、图像、视频汇集于一体的数据接收级，包括PAL视频数据地上接收部分、汇集各种数据发送于一体的RS-485接收器以及PAL视频数据地上接收部分；

最上层为各类数据、图像、视频汇集于一体的显示级，包括红外热成像显示部分、人机交互显示部分以及实时监视显示部分。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种电缆通道实景可视化多功能作业机器人，其特征在于：由电缆机器人控制平台和电缆机器人进行平台组成，电缆机器人控制平台与电缆机器人进行平台通过电缆连接。

2.根据权利要求1所述电缆通道实景可视化多功能作业机器人，其特征在于：电缆机器人控制平台包括红外热成像显示部分、实时监视显示部分、人机交互显示部分以及地面系统数据处理及控制部分，搭载的模块具体为：地面系统数据处理及控制部分采用嵌入式系统模块，红外热成像显示部分、实时监视显示部分以及人机交互显示部分均采用液晶显示模块，各部分均连接有电源供电模块以及键盘操纵杆控制模块；

电缆机器人进行平台包括云台控制部分、多传感器部分、实时监视部分、红外热成像部分、地下电缆机器人行进行进系统数据处理及控制部分、电机驱动部分以及机械手控制部分，搭载的模块具体为：云台控制部分采用云台控制模块，多传感器部分采用多传感器模块，实时监视部分采用高清摄像头实时监视模块，红外热成像部分采用红外热成像模块，地下电缆机器人行进行进系统数据处理及控制部分采用嵌入式系统模块，电机驱动部分采用步进电机动力模块，机械手控制部分采用仿生机械手模块。

3.根据权利要求1所述电缆通道实景可视化多功能作业机器人，其特征在于：作业层级分为三级，具体为由下向上依次连接的三级，具体为：

最下层为各类数据、图像、视频汇集于一体的数据采集级与转发级，包括红外热成像机芯实时监视采集温度数据转发部分、高清摄像头实时监视采集数据转发部分、步进电机及机械手电机驱动控制器、云台控制所需的RS-485数据接收部分、多传感器集一体的IIC\SPI等数据采集发送器、温湿度传感器的单总线数据采集发送器以及汇集各种数据发送于一体的RS-485发送器；

中间层为各类数据、图像、视频汇集于一体的数据接收级，包括PAL视频数据地上接收部分、汇集各种数据发送于一体的RS-485接收器以及PAL视频数据地上接收部分；

最上层为各类数据、图像、视频汇集于一体的显示级，包括红外热成像显示部分、人机交互显示部分以及实时监视显示部分。