CN107171254B - 一种自动敷设隧道电缆机器人及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动敷设隧道电缆机器人及其使用方法，属于电力系统基建设备技术领域。技术方案是：包含控制单元、运动单元（2）、无线传输单元、可视化单元、牵引单元（5）和电源（6），所述可视化单元、无线传输单元、控制单元依次连接组成机器人头部（134），机器人头部（134）、运动单元（2）、电源（6）、牵引单元（5）呈蛇形蜿蜒形状依次排列，控制单元与运动单元（2）通过CAN总线互相连接，控制单元、运动单元（2）、牵引单元（5）分别与电源（6）互相连接。本发明的有益效果是：利用蛇形蜿蜒机器人，大大提高了机器人敷设电缆的通过能力，甚至能攀越一些狭小的孔隙，既安全可靠，又节约成本，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动敷设隧道电缆机器人及其使用方法，属于电力系统基建设备技术领域。
背景技术
电力系统变电站与电厂中通常需要敷设大量的连接电缆用于控制和保护装置中信号、模拟量与指令的传输，工程量很大，会耗费大量人力物力财力，特别是穿越道路、房屋、建筑等设施时要通过隧道和钻井，隧道和钻井设计的又不能太大，否则会大幅提高基建工程成本，因此在敷设时就需要人工进入，一般隧道中无照明，狭窄，阴暗，人很难通行，增加了很多不安全因素，有的还会太长，用常规方法解决很困难，同时也大幅增加施工难度和人工费用，如何降低施工难度和成本，提高施工效率成为待解决的问题。
发明内容
本发明目的是提供一种自动敷设隧道电缆机器人及其使用方法，利用蛇形蜿蜒机器人，大大提高了机器人敷设电缆的通过能力，甚至能攀越一些狭小的孔隙，既安全可靠，又节约成本 ，提高效率，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种自动敷设隧道电缆机器人，包含控制单元、运动单元、无线传输单元、可视化单元、牵引单元和电源，所述控制单元包括上位单片机控制芯片、软程序存储模块、接口模块、指令转化模块和红外传感器探测模块，运动单元包含下位单片机、机电转换模块、直流驱动电机、齿轮和机械关节，无线传输单元包含4G（第四代移动通信技术）传输模块、通信接口和天线，可视化单元包含可视化模块和高清摄像头，牵引单元包含牵引装置和告警提示装置，可视化单元、无线传输单元、控制单元依次连接组成机器人头部，机器人头部、运动单元、电源、牵引单元呈蛇形蜿蜒形状依次排列，控制单元的上位单片机控制芯片与运动单元的下位单片机通过CAN（串行通信协议）总线互相连接，控制单元、运动单元、牵引单元分别与电源互相连接。
所述运动单元的数量六个，各机械关节通过正交串联模式互相连接。
所述电源包含5V（伏特）控制 和24V驱动用可充电聚合物电池。
还包含时钟模块，与控制单元的上位单片机控制芯片互相连接。
一种自动敷设隧道电缆机器人的使用方法，包含如下步骤：
①在隧道和钻井中铺设电缆时，采用上述自动敷设隧道电缆机器人挂接电缆， 蛇形蜿蜒前进；
②上位单片机负责系统控制与反馈的指令生成，软程序存储模块负责存储软件系统，接口模块负责系统时钟及4G通信模块的数据交换，指令转化模块负责无线指令信号的翻译并与下位单片机通信，可视化单元可有效探测障碍物，反馈给上位单片机改变前进方向；
③下位单片机与上位单片机通过CAN总线通信，反馈数据信号经过上位单片机运算，保证各机械关节协调动作，下位单片机负责信号的集成与转换，机电转换模块负责把弱电信号转换成高电位的机械运动，变成PWM脉冲信号控制各机械关节直流电机的驱动，各机械关节通过正交串联模式连接，实现三维三向式运动姿态；
④无线传输单元的4G传输模块负责与手机的通信传输数据，手机安装人机交互APP，实现对机器人的远程控制，通过可视化单元的高清摄像头获取周围环境图像，无线传输保证自动与人工的双重控制；
⑤牵引单元挂接绳索，用于牵引电缆，当牵引单元受力时，自动提示操作工人主动上送电缆，机器人蛇形蜿蜒前进，保证机器人正常前进；有效解决狭小隧道电缆敷设的施工难题。
本发明的有益效果是：利用蛇形蜿蜒机器人，大大提高了机器人敷设电缆的通过能力，甚至能攀越一些狭小的孔隙，既安全可靠，又节约成本，提高效率，有效地解决了狭小隧道电缆敷设的施工难题，为电力和城市建设提供一条全新的思路。
附图说明
图1是本发明的逻辑模块图；
图中：上位单片机控制芯片11、软程序存储模块12、指令转化模块13、红外传感器探测模块14、运动单元2、下位单片机21、机电转换模块22、直流驱动电机23、4G传输模块31、通信接口32、天线33、可视化模块41、高清摄像头42、牵引单元5、牵引装置51、告警提示装置52、电源6、时钟模块7、CAN总线8、机器人头部123。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
一种自动敷设隧道电缆机器人，包含控制单元、运动单元2、无线传输单元、可视化单元、牵引单元5和电源6，所述控制单元包括上位单片机控制芯片11、软程序存储模块12、接口模块、指令转化模块13和红处传感器探测模块14，运动单元2包含下位单片机21、机电转换模块22、直流驱动电机23、齿轮和机械关节，无线传输单元包含4G传输模块31、通信接口32和天线33，可视化单元包含可视化模块41和高清摄像头42，牵引单元5包含牵引装置51和告警提示装置52，可视化单元、无线传输单元、控制单元依次连接组成机器人头部123，机器人头部123、运动单元2、电源6、牵引单元5呈蛇形蜿蜒形状依次排列，控制单元的上位单片机控制芯片11与运动单元2的下位单片机21通过CAN总线互相连接，控制单元、运动单元2、牵引单元5分别与电源6互相连接。
本发明为蛇形蜿蜒机器人，适合于复杂地形和环境，因为通常电缆沟中会有已敷设的电缆或老旧电缆，敷设路径不会很通畅，会有阻碍，因此常规履带式或轮式运动机器人跨越障碍会很困难，设计成蛇形蜿蜒大大提高了机器人的通过能力，甚至能攀越一些狭小的孔隙。
所述运动单元2的数量六个，各机械关节通过正交串联模式互相连接。
所述电源6包含5V控制 和24V驱动用可充电聚合物电池。
还包含时钟模块7，与控制单元的上位单片机控制芯片互相连接。
一种自动敷设隧道电缆机器人的使用方法，包含如下步骤：
①在隧道和钻井中铺设电缆时，采用上述自动敷设隧道电缆机器人挂接电缆， 蛇形蜿蜒前进；
②上位单片机负责系统控制与反馈的指令生成，软程序存储模块负责存储软件系统，接口模块负责系统时钟及4G通信模块的数据交换，指令转化模块负责无线指令信号的翻译并与下位单片机通信，可视化单元可有效探测障碍物，反馈给上位单片机改变前进方向；
③下位单片机与上位单片机通过CAN总线通信，反馈数据信号经过上位单片机运算，保证各机械关节协调动作，下位单片机负责信号的集成与转换，机电转换模块负责把弱电信号转换成高电位的机械运动，变成PWM脉冲信号控制各机械关节直流电机的驱动，各机械关节通过正交串联模式连接，实现三维三向式运动姿态；
④无线传输单元的4G传输模块负责与手机的通信传输数据，手机安装人机交互APP，实现对机器人的远程控制，通过可视化单元的高清摄像头获取周围环境图像，无线传输保证自动与人工的双重控制；
⑤牵引单元挂接绳索，用于牵引电缆，当牵引单元受力时，自动提示操作工人主动上送电缆，机器人蛇形蜿蜒前进，保证机器人正常前进；有效解决狭小隧道电缆敷设的施工难题。
Claims (4)
1.一种自动敷设隧道电缆机器人，其特征在于：包含控制单元、运动单元（2）、无线传输单元、可视化单元、牵引单元（5）和电源（6），所述控制单元包括上位单片机控制芯片（11）、软程序存储模块（12）、接口模块、指令转化模块（13）和红外传感器探测模块（14），运动单元（2）包含下位单片机（21）、机电转换模块（22）、直流驱动电机（23）、齿轮和机械关节，无线传输单元包含4G传输模块（31）、通信接口（32）和天线（33），可视化单元包含可视化模块（41）和高清摄像头（42），牵引单元（5）包含牵引装置（51）和告警提示装置（52），可视化单元、无线传输单元、控制单元依次连接组成机器人头部（123），机器人头部（123）、运动单元（2）、电源（6）、牵引单元（5）呈蛇形蜿蜒形状依次排列，控制单元的上位单片机控制芯片（11）与运动单元（2）的下位单片机（21）通过CAN总线互相连接，控制单元、运动单元（2）、牵引单元（5）分别与电源（6）互相连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动敷设隧道电缆机器人，其特征在于：所述运动单元（2）的数量六个，各机械关节通过正交串联模式互相连接。
3.根据权利要求1所述的一种自动敷设隧道电缆机器人，其特征在于：还包含时钟模块（7），与控制单元的上位单片机控制芯片（11）互相连接。
4.一种自动敷设隧道电缆机器人的使用方法，其特征在于包含如下步骤： ①在隧道和钻井中铺设电缆时，采用权利要求1-3任意一项所限定的机器人挂接电缆， 蛇形蜿蜒前进；②上位单片机负责系统控制与反馈的指令生成，软程序存储模块负责存储软件系统，接口模块负责系统时钟及4G通信模块的数据交换，指令转化模块负责无线指令信号的翻译并与下位单片机通信，可视化单元可有效探测障碍物，反馈给上位单片机改变前进方向；③下位单片机与上位单片机通过CAN总线通信，反馈数据信号经过上位单片机运算，保证各机械关节协调动作，下位单片机负责信号的集成与转换，机电转换模块负责把弱电信号转换成高电位的机械运动，变成PWM脉冲信号控制各机械关节直流电机的驱动，各机械关节通过正交串联模式连接，实现三维三向式运动姿态；④无线传输单元的4G传输模块负责与手机的通信传输数据，手机安装人机交互APP，实现对机器人的远程控制，通过可视化单元的高清摄像头获取周围环境图像，无线传输保证自动与人工的双重控制；⑤牵引单元挂接绳索，用于牵引电缆，当牵引单元受力时，自动提示操作工人主动上送电缆，机器人蛇形蜿蜒前进，保证机器人正常前进。
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