CN106863258B - 一种电缆沟巡检机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆沟巡检机器人，包括车体，车体上设有用于抓取电缆沟盖板的盖板抓取机构，车体的前侧设有检测组件，车体的底部设有行走机构，车体内设有控制单元和电池模块，盖板抓取机构包括两个抓取机械臂组件，抓取机械臂组件包括相上臂、下臂和顶板，上臂通过第一转轴连接于车体上，上臂的端部下臂的中部铰接，下臂的端部和顶板的中部铰接，顶板的外侧设有可转动的机械爪。本发明可通过在电缆沟外部行走的方式规避电缆沟内部环境复杂的问题，通过自主取盖伸入检测的方式实现对电缆沟内部设备近距离、针对性的检测，具有能够提高电缆沟巡检效率、减小巡检工作量、简单实用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及巡检机器人设备，具体涉及一种电缆沟巡检机器人。
背景技术
随着城市的发展，现代化进程的推进，越来越多的电缆沟被建设用于取代城市林立的水泥杆塔，为了保障电力系统的安全可靠运行，需要定期对电缆沟进行检修。现阶段的主要检修方法是人工巡检，此法存在诸多缺陷：电缆沟盖板沉重难以搬动，通常需要多人合作才能打开，电缆沟内部空间狭小，工作环境恶劣，遍布积水乃至有害气体，人工巡检危险大，效率低。为了提高工作效率降低成本，需要研制一种电缆沟巡检机器人取代传统人工巡检。
目前应用于电缆沟巡检的机器人很少，而且基本都是采用轮式或履带式结构在电缆沟内部行走巡检，具有很多缺陷：但电缆沟实际工作环境复杂，遍布积水、沉积物乃至台阶，普通机器人往往难以通过障碍达到巡检目的。其次，由于机器人在电缆沟底部行走，活动范围受限，无法对电缆沟上部设备进行近距离观测。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种在电缆沟外部行走，规避电缆沟内部环境复杂的问题，通过自主取盖伸入检测的方式实现对电缆沟内部设备近距离、针对性检测，能够提高电缆沟巡检效率，减小巡检工作量、简单实用的电缆沟巡检机器人。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电缆沟巡检机器人，包括车体，所述车体上设有用于抓取电缆沟盖板的盖板抓取机构，所述车体的前侧设有检测组件，所述车体的底部设有行走机构，所述车体内设有控制单元和电池模块，所述盖板抓取机构、检测组件、行走机构、电池模块分别与控制单元相连。
优选地，所述盖板抓取机构包括两个抓取机械臂组件，所述抓取机械臂组件包括相上臂、下臂和顶板，所述上臂通过第一转轴连接于车体上，且所述车体内设有用于驱动上臂转动的第一驱动电机，所述上臂的端部下臂的中部铰接，且所述下臂和上臂之间设有第一液压机构，所述下臂的端部和顶板的中部铰接，且所述顶板的端部与下臂之间设有第二液压机构，所述顶板的外侧设有可转动的机械爪，所述机械爪的中部铰接布置于顶板上，所述顶板上设有第二驱动电机，所述机械爪内侧的端部通过第二驱动电机和顶板相连，所述车体内还设有液压控制模块，所述第一驱动电机、第二驱动电机、液压控制模块分别与控制单元相连，所述第一液压机构、第二液压机构分别与液压控制模块相连。
优选地，所述机械爪包括相互连接且夹角为钝角的前爪段和后爪段，所述后爪段的中部铰接布置于顶板上、且内侧的端部通过第二驱动电机和顶板相连。
优选地，所述车体的前侧设有检测机械臂组件，所述检测组件装设于检测机械臂组件上。
优选地，所述车体的前侧设有带有滑动平台的水平滑动机构，所述检测机械臂组件装设于水平滑动机构的滑动平台上。
优选地，所述水平滑动机构包括滑动平台、螺杆和第六驱动电机，所述滑动平台套设于螺杆上且与螺杆螺纹配合，所述滑动平台沿水平方向滑动布置于车体的前侧，所述第六驱动电机的输出端和螺杆相连，所述第六驱动电机与控制单元相连。
优选地，所述检测机械臂组件包括前臂、中臂和转台，所述转台嵌设且滑动布置于滑动平台中，所述转台和滑动平台之间设有用于驱动转动件沿竖直平面转动的第三驱动电机，所述检测组件装设于前臂的端部，所述前臂通过第二转轴和中臂相连且前臂、中臂之间设有第四驱动电机，所述中臂通过第三转轴和转台相连且中臂和转台之间设有第五驱动电机，所述第三驱动电机、第四驱动电机、第五驱动电机分别与控制单元相连。
优选地，所述第二转轴和第三转轴的转动轴线均沿竖直方向布置。
优选地，所述检测组件包括传感器箱、云台、摄像头和红外探头，所述云台装设于传感器箱上，所述摄像头和红外探头分别装设于云台的前端，所述传感器箱内设有包括拾音器或气体传感器在内的至少一种传感器，所述传感器、云台、摄像头和红外探头分别与控制单元相连。
优选地，所述行走机构为履带行走机构。
本发明的电缆沟巡检机器人具有下述优点：本发明的电缆沟巡检机器人在车体上设有用于抓取电缆沟盖板的盖板抓取机构，所述车体的前侧设有检测组件，所述车体的底部设有行走机构，所述车体内设有控制单元和电池模块，所述盖板抓取机构、检测组件、行走机构、电池模块分别与控制单元相连，在工作时通过电缆沟巡检机器人的控制单元控制行走机构沿着电缆沟盖板行走，当需要巡检某一块电缆沟盖板时，通过盖板抓取机构将该电缆沟盖板举起，然后利用检测组件对电缆沟内部进行检测，可通过在电缆沟外部行走的方式规避电缆沟内部环境复杂的问题，通过自主取盖伸入检测的方式实现对电缆沟内部设备近距离针对性的检测，能够提高电缆沟巡检效率，减小巡检工作量，具有电缆沟巡检高效可靠、使用方便、简单实用的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的主视结构示意图。
图2为本发明实施例的前侧方向的侧视结构示意图。
图3为本发明实施例盖板抓取机构在伸展状态的结构示意图。
图4为本发明实施例盖板抓取机构在抓紧电缆沟盖板的状态示意图。
图5为本发明实施例盖板抓取机构在举起电缆沟盖板的状态示意图。
图6为本发明实施例机械爪抓取电缆沟盖板前的状态结构示意图。
图7为本发明实施例机械爪抓取电缆沟盖板时的状态结构示意图。
图8为本发明实施例检测机械臂组件半伸展状态的结构示意图。
图9为本发明实施例检测机械臂组件收缩状态的结构示意图。
图10为本发明实施例检测机械臂组件收缩状态的结构示意图。
图11为本发明实施例进行电缆沟巡检的分解动作示意图。
图例说明：1、车体；2、盖板抓取机构；21、抓取机械臂组件；211、上臂；212、下臂；213、顶板；214、第一转轴；215、第一液压机构；216、第二液压机构；217、机械爪；218、前爪段；219、后爪段；3、检测组件；31、传感器箱；32、云台；33、摄像头；34、红外探头；4、行走机构；5、检测机械臂组件；51、前臂；511、第二转轴；52、中臂；521、第三转轴；53、转台；6、水平滑动机构；61、滑动平台；62、螺杆。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例的电缆沟巡检机器人包括车体1，车体1上设有用于抓取电缆沟盖板的盖板抓取机构2，车体1的前侧设有检测组件3，车体1的底部设有行走机构4，车体1内设有控制单元和电池模块，盖板抓取机构2、检测组件3、行走机构4、电池模块分别与控制单元相连。参见图1，在工作时，通过本实施例的电缆沟巡检机器人的控制单元控制行走机构4沿着电缆沟盖板行走，当需要巡检某一块电缆沟盖板时，通过盖板抓取机构2将该电缆沟盖板举起，然后利用检测组件3对电缆沟内部进行检测，可通过在电缆沟外部行走的方式规避电缆沟内部环境复杂的问题，通过自主取盖伸入检测的方式实现对电缆沟内部设备近距离针对性的检测，能够提高电缆沟巡检效率，减小巡检工作量，具有电缆沟巡检高效可靠、使用方便、简单实用的优点。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，盖板抓取机构2包括两个抓取机械臂组件21，抓取机械臂组件21包括相上臂211、下臂212和顶板213，上臂211通过第一转轴214连接于车体1上，且车体1内设有用于驱动上臂211转动的第一驱动电机，上臂211的端部下臂212的中部铰接，且下臂212和上臂211之间设有第一液压机构215，下臂212的端部和顶板213的中部铰接，且顶板213的端部与下臂212之间设有第二液压机构216，顶板213的外侧设有可转动的机械爪217，机械爪217的中部铰接布置于顶板213上，顶板213上设有第二驱动电机，机械爪217内侧的端部通过第二驱动电机和顶板213相连，车体1内还设有液压控制模块，第一驱动电机、第二驱动电机、液压控制模块分别与控制单元相连，第一液压机构215、第二液压机构216分别与液压控制模块相连。
针对电缆沟盖板重量较大的问题，本实施例中第一驱动电机采用大扭矩电机，通过第一驱动电机、第一液压机构215、第二液压机构216即可控制抓取机械臂组件21的工作状态，通过两个抓取机械臂组件21的机械爪217相互配合（如图6和图7所示），即可自由调整机械爪217的姿态，在抓取电缆沟盖板后调节重心，防止电缆沟盖板掉落。
如图6和图7所示，机械爪217包括相互连接且夹角为钝角的前爪段218和后爪段219，后爪段219的中部铰接布置于顶板213上、且内侧的端部通过第二驱动电机和顶板213相连。
如图1和图2所示，车体1的前侧设有检测机械臂组件5，检测组件3装设于检测机械臂组件5上，通过检测机械臂组件5可实现检测组件3的位置控制，在盖板抓取机构2将电缆沟盖板举起时，能方便地将检测组件3的末端伸入电缆沟内进行相关检测和数据采集。
如图2所示，车体1的前侧设有带有滑动平台61的水平滑动机构6，检测机械臂组件5装设于水平滑动机构6的滑动平台61上。通过水平滑动机构6和检测机械臂组件5两者配合动作，将检测组件3的末端伸入电缆沟内进行相关检测和数据采集。
如图2、图8、图9和图10所示，水平滑动机构6包括滑动平台61、螺杆62和第六驱动电机，滑动平台61套设于螺杆62上且与螺杆62螺纹配合，滑动平台61沿水平方向滑动布置于车体1的前侧，第六驱动电机的输出端和螺杆62相连，第六驱动电机与控制单元相连。
本实施例中，检测机械臂组件5为具有三个自由度的机械臂。如图8、图9和图10所示，检测机械臂组件5包括前臂51、中臂52和转台53，转台53嵌设且滑动布置于滑动平台61中，转台53和滑动平台61之间设有用于驱动转动件沿竖直平面转动的第三驱动电机，检测组件3装设于前臂51的端部，前臂51通过第二转轴511和中臂52相连且前臂51、中臂52之间设有第四驱动电机，中臂52通过第三转轴521和转台53相连且中臂52和转台53之间设有第五驱动电机，第三驱动电机、第四驱动电机、第五驱动电机分别与控制单元相连。
本实施例中，第二转轴511和第三转轴521的转动轴线均沿竖直方向布置。
如图2、图8、图9和图10所示，检测组件3包括传感器箱31、云台32、摄像头33和红外探头34，云台32装设于传感器箱31上，摄像头33和红外探头34分别装设于云台32的前端，传感器箱31内设有包括拾音器或气体传感器在内的至少一种传感器，传感器、云台32、摄像头33和红外探头34分别与控制单元相连。
本实施例中，行走机构4为履带行走机构，履带行走机构包括大功率电机、履带轮和履带，履带由大功率电机驱动履带轮带动，大功率电机与控制单元相连，控制单元可通过控制两侧的履带轮差速转动实现电缆沟巡检机器人的灵活转向。
本实施例的电缆沟巡检机器人的工作过程如下：
1）在工作时，通过本实施例的电缆沟巡检机器人的控制单元控制行走机构4沿着电缆沟盖板行走。
2）当走到预定检测位置时，通过盖板抓取机构2将抓取电缆沟盖板并将之抬起至车体上方。
3）基于检测机械臂组件5、水平滑动机构6、云台32配合来实现检测组件3的运动控制：
通过螺杆62带动滑动平台61进行左右平移，运动方向如图8中A所示；当滑动平台61滑动至合适位置后，开始舒展检测机械臂组件5并对检测机械臂组件5进行运动控制：通过第三驱动电机控制转台53相对滑动平台61的竖直转动角度，运动方向如图8中B所示；通过第五驱动电机控制中臂52相对转台53的水平转动角度，运动方向如图8中C所示；通过第四驱动电机控制前臂51相对中臂52的水平转动角度，运动方向如图8中D所示；从而通过对检测机械臂组件5的控制将检测组件3送至电缆沟下的最佳检测位置，且检测机械臂组件5可在操作者的控制下灵活动作对该区域电缆沟内部设备情况进行详细检查。在此基础上，还可以控制云台32发生转动，运动方向如图8中E所示，从而使得装设于云台32的前端的摄像头33和红外探头34转动至最佳的检测角度，且云台32可在操作者的控制下灵活动作，以便利用摄像头33和红外探头34对该区域电缆沟内部设备情况进行详细检查。
参见图11，当走到预定检测位置时，通过盖板抓取机构2将抓取电缆沟盖板并将之抬起至车体上方后，本实施例的电缆沟巡检机器人的状态如图11（a）所示。
本实施例中基于检测机械臂组件5、水平滑动机构6、云台32配合来实现检测组件3的运动控制的过程如下：S1）、控制转台53转动，将检测机械臂5顺时针旋转90°至与地面垂直以避免磕碰，如图11（b）所示；S2）、控制螺杆62带动滑动平台61平移至中部检测位置，如图11（c）所示；S3）、第四和第五驱动电机动作，使检测机械臂5的前臂51和中臂52伸入电缆沟内部，转动摄像头云台32，使摄像头对准电缆，对电缆沟内部的上层电缆设备进行全视角检测，如图11（d）所示；针对下层电缆设备，继续展开检测机械臂5的前臂51和中臂52，使得检测机械臂5的前臂51和中臂52往下伸展，对电缆沟内部的下层电缆设备进行全视角检测，如图11（e）所示。需要说明的是，上述运动方式的控制和电缆沟的结构、布局、尺寸均有关系，因此本实施例的电缆沟巡检机器人的控制并不局限于上述方式。
在使用本实施例的电缆沟巡检机器人，电缆沟内部设备情况进行详细检查完毕之后，跳转执行下一步。
4）检测机械臂组件5缩返回初始状态，通过盖板抓取机构2将抓取的电缆沟盖板放回原处，机器人前行至下一地点进行检测，跳转执行步骤2）。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电缆沟巡检机器人，包括车体（1），其特征在于：所述车体（1）上设有用于抓取电缆沟盖板的盖板抓取机构（2），所述车体（1）的前侧设有检测组件（3），所述车体（1）的底部设有行走机构（4），所述车体（1）内设有控制单元和电池模块，所述盖板抓取机构（2）、检测组件（3）、行走机构（4）、电池模块分别与控制单元相连；所述盖板抓取机构（2）包括两个抓取机械臂组件（21），所述抓取机械臂组件（21）包括相上臂（211）、下臂（212）和顶板（213），所述上臂（211）通过第一转轴（214）连接于车体（1）上，且所述车体（1）内设有用于驱动上臂（211）转动的第一驱动电机，所述上臂（211）的端部下臂（212）的中部铰接，且所述下臂（212）和上臂（211）之间设有第一液压机构（215），所述下臂（212）的端部和顶板（213）的中部铰接，且所述顶板（213）的端部与下臂（212）之间设有第二液压机构（216），所述顶板（213）的外侧设有可转动的机械爪（217），所述机械爪（217）的中部铰接布置于顶板（213）上，所述顶板（213）上设有第二驱动电机，所述机械爪（217）内侧的端部通过第二驱动电机和顶板（213）相连，所述车体（1）内还设有液压控制模块，所述第一驱动电机、第二驱动电机、液压控制模块分别与控制单元相连，所述第一液压机构（215）、第二液压机构（216）分别与液压控制模块相连。
2.根据权利要求1所述的电缆沟巡检机器人，其特征在于：所述机械爪（217）包括相互连接且夹角为钝角的前爪段（218）和后爪段（219），所述后爪段（219）的中部铰接布置于顶板（213）上、且内侧的端部通过第二驱动电机和顶板（213）相连。
3.根据权利要求1所述的电缆沟巡检机器人，其特征在于：所述车体（1）的前侧设有检测机械臂组件（5），所述检测组件（3）装设于检测机械臂组件（5）上。
4.根据权利要求3所述的电缆沟巡检机器人，其特征在于：所述车体（1）的前侧设有带有滑动平台（61）的水平滑动机构（6），所述检测机械臂组件（5）装设于水平滑动机构（6）的滑动平台（61）上。
5.根据权利要求4所述的电缆沟巡检机器人，其特征在于：所述水平滑动机构（6）包括滑动平台（61）、螺杆（62）和第六驱动电机，所述滑动平台（61）套设于螺杆（62）上且与螺杆（62）螺纹配合，所述滑动平台（61）沿水平方向滑动布置于车体（1）的前侧，所述第六驱动电机的输出端和螺杆（62）相连，所述第六驱动电机与控制单元相连。
6.根据权利要求5所述的电缆沟巡检机器人，其特征在于：所述检测机械臂组件（5）包括前臂（51）、中臂（52）和转台（53），所述转台（53）嵌设且滑动布置于滑动平台（61）中，所述转台（53）和滑动平台（61）之间设有用于驱动转动件沿竖直平面转动的第三驱动电机，所述检测组件（3）装设于前臂（51）的端部，所述前臂（51）通过第二转轴（511）和中臂（52）相连且前臂（51）、中臂（52）之间设有第四驱动电机，所述中臂（52）通过第三转轴（521）和转台（53）相连且中臂（52）和转台（53）之间设有第五驱动电机，所述第三驱动电机、第四驱动电机、第五驱动电机分别与控制单元相连。
7.根据权利要求6所述的电缆沟巡检机器人，其特征在于：所述第二转轴（511）和第三转轴（521）的转动轴线均沿竖直方向布置。
8.根据权利要求1所述的电缆沟巡检机器人，其特征在于：所述检测组件（3）包括传感器箱（31）、云台（32）、摄像头（33）和红外探头（34），所述云台（32）装设于传感器箱（31）上，所述摄像头（33）和红外探头（34）分别装设于云台（32）的前端，所述传感器箱（31）内设有包括拾音器或气体传感器在内的至少一种传感器，所述传感器、云台（32）、摄像头（33）和红外探头（34）分别与控制单元相连。
9.根据权利要求1所述的电缆沟巡检机器人，其特征在于：所述行走机构（4）为履带行走机构。
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