CN107711040B - 一种用于换流站滤波器场地的除草机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于换流站滤波器场地的除草机器人，包括遥控部分和机器人本体部分，所述的遥控部分和机器人本体部分通过无线通讯传输信号，所述的遥控部分用于远程遥控操作，所述的机器人本体部分负责现场除草作业。与现有技术相比，本发明在不影响现有设备运行的情况下，对换流站滤波器场地的杂草进行有效的去除，提高直流输电的可靠性。

Description

一种用于换流站滤波器场地的除草机器人

技术领域

本发明涉及除草机器人领域，具体涉及一种用于换流站滤波器场地的除草机器人。

背景技术

直流输电过程中，需要消耗大量的无功，且由于输送的电流谐波量较大，同样也需要大量的无功来吸纳谐波。因此，换流站内配置了相关直流滤波器与交流滤波器。由于滤波器体积大、发热量高等原因，通常将其布置在室外场地。虽然场地均由混凝土浇灌而成，但由于施工工艺与天气影响等因素，场地上不可避免地会存在若干缝隙，这为杂草的生长提供了条件，而有些杂草甚至能够生长至接近2米的高度，有可能会使滤波器组产生对地放电现象，严重影响滤波器的安全稳定运行。当某些杂草生长过快、过高，对滤波器的正常运行存在威胁时，需要将滤波器改为检修状态，再人工去除杂草。这无疑影响了直流输电的可靠性，也给电网的安全稳定运行带来了隐患。

经过检索，中国专利公开号为CN205357927U公开了一种远程遥控喷药式除草机器人，包括车体、储药箱、机械臂、喷嘴、喷管、泵、第一摄像头、第二摄像头、控制器和无线数据发送接收模块；所述车体，底部设有用于行走的车轮和车轮驱动机构，车轮驱动机构包括电机、变速组件和制动组件；所述喷嘴，设置在所述机械臂上；所述喷管，一端与储药箱连接，另一端与喷嘴连接；所述泵，安装在喷管上；所述无线数据发送接收模块、电机、变速组件、制动组件、机械臂、泵、第一摄像头和第二摄像头均与控制器连接。该发明可以远程遥控使用，通过喷管、泵和喷嘴将除草药物喷洒在杂草上，结构简单、操作方便。但该发明的车身材料没有说明，不能屏蔽外界电磁干扰，只能应用于普通除草场地，不适用于换流站滤波器场地，且其除草方式是喷药，对生长过快、过高的杂草效果不好。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于换流站滤波器场地的除草机器人

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于换流站滤波器场地的除草机器人，包括遥控部分和机器人本体部分，所述的遥控部分和机器人本体部分通过无线通讯传输信号，所述的遥控部分用于远程遥控操作，所述的机器人本体部分负责现场除草作业。

优选为，所述的遥控部分包括遥控操作平台、飞行摇杆、显示器、等比例遥控机械臂、第一无线通讯模块、第一主控电路板和第一电源；所述的飞行摇杆、显示器和等比例遥控机械臂安装在遥控操作平台上，所述的第一无线通讯模块、第一主控电路板和第一电源安装在遥控操作平台内部；

所述的飞行摇杆与机器人本体部分连接，用于操作机器人本体部分的运动和控制功能；

所述的显示器用于显示机器人本体部分机械臂摄像头实时传回的前方图像；

所述的等比例遥控机械臂为机器人本体部分机械臂的遥控装置；

所述的第一无线通讯模块用于实现控制信息的通讯数据传递；

所述的第一主控电路板实现遥控部件的输入及控制命令的输出；

所述的第一电源为整个遥控部分提供电力供应。

优选为，所述的飞行摇杆使用单手遥控操作方式；

所述的机器人本体的运动和控制功能，包括机器人本体的前进、后退、旋转、拐弯、速度改变、切割机启停、LED灯亮灭;

所述的等比例遥控机械臂与机器人本体部分的机械臂具有相同关节和机械部件，且两者动作同步。

优选为，所述的机器人本体部分包括机器人底盘、机械履带、伺服电机、机械臂、切割臂、切割机、摄像头、LED灯源、第二无线通讯模块、第二电源和第二主控电路板；

所述的机械履带安装在机器人底盘的底部，用于移动机器人本体部分；

所述的机械臂的一端和切割臂的一端分别安装在机器人底盘的上方，所述的切割机安装在切割臂的另一端；

所述的摄像头和LED灯源安装在机械臂的另一端，用于将前方图像传至遥控部分；

所述的伺服电机、第二无线通讯模块、第二电源和第二主控电路板安装在机器人底盘内部，所述的伺服电机为机械履带传动提供动力，所述的第二无线通讯模块用于接收遥控部分发送的控制指令，所述的第二电源为整个机器人本体部分提供电力供应，所述的第二主控电路板实现机器人本体部分的输入及控制命令的输出。

优选为，所述的机器人底盘的机身为采用不锈钢材质制作而成的机身，所述的机身宽度为24cm，所述的机械履带为采用合金材质制作而成的履带，所述的机械履带的长度为40cm、高度为10cm，所述的机器人底盘载重量为30kg。

优选为，所述的机械臂具有6个自由度和若干个关节，所述的机械臂的另一端安装有夹持板；所述的夹持板为宽5cm，长15cm的夹持板，所述的夹持板中间布有若干排咬合啮齿。

优选为，所述的第二电源为锂电池，所述的第二电源通过电源的转化，为所述的第二主控电路板、伺服电机、切割机、LED灯源和摄像头分别提供5V、6V、24V、12V和12V的直流电。

优选为，所述的切割臂以安装在机器人底盘上的一端为支点可水平转动；

所述的切割机采用直流电压24V，每分钟12000转，扭力为3.8公斤的直流电机作为动力。

优选为，所述的遥控部分与机器人本体部分的无线通讯为异步通讯处理方式，所述的遥控部分与机器人本体部分分别独立工作，当有控制指令时，两者协调配合，共同完成除草作业，当所述的遥控部分关闭或丢失时，所述的机器人本体也能对关键机械部位进行独立控制。

优选为，所述的异步通讯处理方式为采用无线串口，波特率为9600，16字节数据发送，32字节FIFO队列接收的方式；

所述的遥控部分将输入数据生成的16个字节的控制数据循环发送出去，所述的16个字节包括2个起始符、10个模拟量控制字节、2个开关量控制字节和2个截止符；所述的机器人本体部分接收控制数据时采用一个32字节的FIFO队列，进行核对读取的方式进行数据转化；

所述的遥控部分的输入数据包括9路模拟量和8路开关量，通过第一主控电路板进行AD转换和计算，并将最终得到的控制数据通过无线通讯模块发送至机器人本体部分；

所述的9路模拟量包括等比例遥控机械臂传感器1-6的模拟量和飞行摇杆传感器1-3的模拟量，所述的8路开关量为飞行摇杆的按钮开关1-8的开关量；

所述的机器人本体接收控制数据后，通过第二主控电路板处理和计算所述的控制数据，并转换为输出控制信号控制机器人本体的运动及相关操作，所述的输出控制信号包括11路PWM信号和2路开关量信号；

所述的11路PWM信号包括控制机械臂的6路PWM信号、控制伺服电机的4路PWM信号和控制切割臂的1路PWM信号；所述的2路开关量信号包括1路LED灯源开关量和1路切割机开关量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、能够在不停运滤波器的情况下，对滤波器场地进行除草作业，避免了直流输电容量的损失；

2、机器人采用履带式结构，可翻越7cm以下的坑洼路段；

3、机器人具有6自由度机械臂，前端配有高清摄像头，能实现水平和垂直方向各360度的监控；

4、机械臂前端配有的多排咬合啮齿夹持板，可夹取直径为0.5cm至10cm，重量在500g以下的物体，机械臂可夹住高大的杂草，防止杂草倒向带电设备，割草完毕后通过机械臂将杂草带出场地；

5、视频回传与有效遥控距离达3千米，可轻松应对远程作业；

6、全金属车身设计，电路板包裹在机身内部，屏蔽外界电磁干扰，此外，全金属机身可将感应电引入地下，确保内部电路运行的安全；

7、切割电机能切割单根茎秆直径达3厘米的杂草；

8、采用的异步通信遥控采用16字节数据发送，32字节FIFO队列接收的方式，使得在通讯错误率在50%的情况下，接收方也能保证100%读取到正确数据帧，而不会读取错误数据。

9、滤波器网门底部与地面相距25cm，而机械臂水平放置时的机器人高度为23cm，因此，可以在不打开网门的情况下，机器人可以轻松进入滤波器场地进行除草作业。

附图说明

图1为本发明的整体框架图；

图2为本发明的遥控部分电路原理图；

图3为本发明的机器人本体部分电路原理图；

其中为1为机器人本体部分，2为遥控部分，11为机器人底盘，12为机械臂，13为切割臂，14为切割机、15为摄像头，16为LED灯源，121为多排咬合啮齿夹持板，21为飞行摇杆，22为显示器，23为等比例遥控机械臂。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种用于换流站滤波器场地的除草机器人，包括遥控部分2和机器人本体部分1，所述的遥控部分2用于远程遥控操作，所述的机器人本体部分1负责现场除草作业，所述的遥控部分2和机器人本体部分1通过无线通讯传输信号。

所述的遥控部分2包括飞行摇杆21、显示器22、等比例遥控机械臂23、第一无线通讯模块、第一主控电路板和第一电源。所述的飞行摇杆21、显示器22和等比例遥控机械臂23安装在遥控操作平台上，所述的第一无线通讯模块、第一主控电路板和第一电源安装在遥控操作平台内部，所述的飞行摇杆21用于操作机器人本体的运动和控制功能，所述的显示器22用于显示机器人本体机械臂摄像头15实时传回的前方图像，所述的等比例遥控机械臂23是机器人本体机械臂12的遥控装置，所述的第一无线通讯模块用于实现控制等信息的通讯数据的传递，所述的第一主控电路板实现遥控部件的输入及控制命令的输出，所述的第一电源为整个遥控部分提供电力。

所述的飞行摇杆21使用单手遥控操作方式。

所述的机器人本体部分1的运动和控制功能，包括机器人本体的前进、后退、旋转、拐弯、速度改变、切割机启停、LED灯亮灭。

所述的等比例遥控机械臂23与机器人本体的机械臂12具有相同关节和机械部件，且两者动作同步。

所述的机器人本体部分1包括机器人底盘11、机械履带、伺服电机、机械臂12、切割臂13、切割机14、摄像头15、LED灯源16、第二无线通讯模块、第二电源和第二主控电路板。所述的机械履带安装在机器人底盘的底部，用于移动机器人本体部分；所述的机械臂12和切割臂13的一端安装在机器人底盘11的上方；所述的切割机14安装在切割臂13的另一端；所述的摄像头15和LED灯源16安装在在机械臂12的另一端，可将前方图像传至遥控部分2；所述的伺服电机、第二无线通讯模块、第二电源和第二主控电路板安装在机器人底盘11内部，所述的伺服电机为机械履带传动提供动力，所述的第二无线通讯模块用于接收遥控部分2发送的控制指令。

所述的机器人底盘11的机身为采用不锈钢材质制作而成的机身，所述的机身宽度为24cm，所述的机械履带为采用合金材质制作而成的履带，所述的机械履带的长度为40cm、高度为10cm，所述的机器人底盘载重量为30kg。

所述的机械臂12具有6个自由度和若干个关节，所述的机械臂12的另一端安装有夹持板121。

所述的夹持板为宽5cm，长15cm的夹持板，所述的夹持板中间布有若干排咬合啮齿。

所述的第二电源为一块大容量、大功率的锂电池，所述的第二电源通过电源的转化，为所述的第二主控电路板、伺服电机、切割机14、LED灯源16和摄像头15分别提供5V、6V、24V、12V和12V的直流电。

所述的的切割臂13以安装在机器人底盘上的一端为支点可水平转动。

所述的切割机14采用直流电压24V，每分钟12000转，扭力为3.8公斤的直流电机作为动力。

所述的遥控部分2与机器人本体部分1的无线通讯为一种异步通讯处理方式，所述的遥控部分2与机器人本体部分1分别独立工作，当有控制指令时，两者协调配合，共同完成除草作业，当所述的遥控部分2关闭或丢失时，所述的机器人本体部分1也能对关键机械部位进行独立控制。

如图3所示，所述的异步通讯处理方式为采用无线串口，波特率为9600，16字节数据发送，32字节FIFO队列接收的方式。

所述的遥控部分2将输入数据生成的16个字节的控制数据循环发送出去，所述的16个字节包括2个起始符、10个模拟量控制字节、2个开关量控制字节和2个截止符；所述的机器人本体部分1接收控制数据时采用一个32字节的FIFO队列，进行核对读取的方式进行数据转化，以避免丢数据发生误遥控事故。

如图2所示，所述的遥控部分2的输入数据包括9路模拟量和8路开关量，通过第一主控电路板进行AD转换和计算，并将最终得到的控制数据通过无线通讯模块发送至机器人本体部分1。

所述的9路模拟量包括等比例遥控机械臂23传感器1-6的模拟量和飞行摇杆21传感器1-3的模拟量，所述的8路开关量为飞行摇杆21的按钮开关1-8的开关量。

如图3所示，所述的机器人本体部分1接收控制数据后，通过第二主控电路板处理和计算所述的控制数据，并转换为输出控制信号控制机器人本体部分1的运动及相关操作，所述的输出控制信号包括11路PWM信号和2路开关量信号。

所述的11路PWM信号包括控制机械臂12的6路PWM信号、控制伺服电机的4路PWM信号和控制切割臂13的1路PWM信号；所述的2路开关量信号包括1路LED灯源16的开关量和1路切割机14的开关量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于换流站滤波器场地的除草机器人，其特征在于：包括遥控部分和机器人本体部分，所述的遥控部分和机器人本体部分通过无线通讯传输信号，所述的遥控部分用于远程遥控操作，所述的机器人本体部分负责现场除草作业；

所述的遥控部分包括遥控操作平台、飞行摇杆、显示器、等比例遥控机械臂、第一无线通讯模块、第一主控电路板和第一电源；所述的飞行摇杆、显示器和等比例遥控机械臂安装在遥控操作平台上，所述的第一无线通讯模块、第一主控电路板和第一电源安装在遥控操作平台内部；

所述的飞行摇杆与机器人本体部分连接，用于操作机器人本体部分的运动和控制功能；

所述的显示器用于显示机器人本体部分机械臂摄像头实时传回的前方图像；

所述的等比例遥控机械臂为机器人本体部分机械臂的遥控装置；

所述的第一无线通讯模块用于实现控制信息的通讯数据传递；

所述的第一主控电路板实现遥控部件的输入及控制命令的输出；

所述的第一电源为整个遥控部分提供电力供应；

所述的机器人本体部分包括机器人底盘、机械履带、伺服电机、机械臂、切割臂、切割机、摄像头、LED灯源、第二无线通讯模块、第二电源和第二主控电路板；

所述的机械履带安装在机器人底盘的底部，用于移动机器人本体部分；

所述的机械臂的一端和切割臂的一端分别安装在机器人底盘的上方，所述的切割机安装在切割臂的另一端；

所述的摄像头和LED灯源安装在机械臂的另一端，用于将前方图像传至遥控部分；

所述的伺服电机、第二无线通讯模块、第二电源和第二主控电路板安装在机器人底盘内部，所述的伺服电机为机械履带传动提供动力，所述的第二无线通讯模块用于接收遥控部分发送的控制指令，所述的第二电源为整个机器人本体部分提供电力供应，所述的第二主控电路板实现机器人本体部分的输入及控制命令的输出；

所述的遥控部分与机器人本体部分的无线通讯为异步通讯处理方式，所述的遥控部分与机器人本体部分分别独立工作，当有控制指令时，两者协调配合，共同完成除草作业，当所述的遥控部分关闭或丢失时，所述的机器人本体也能对关键机械部位进行独立控制；

所述的异步通讯处理方式为采用无线串口，波特率为9600，16字节数据发送，32字节FIFO队列接收的方式；

所述的遥控部分将输入数据生成的16个字节的控制数据循环发送出去，所述的16个字节包括2个起始符、10个模拟量控制字节、2个开关量控制字节和2个截止符；所述的机器人本体部分接收控制数据时采用一个32字节的FIFO队列，进行核对读取的方式进行数据转化；

所述的遥控部分的输入数据包括9路模拟量和8路开关量，通过第一主控电路板进行AD转换和计算，并将最终得到的控制数据通过无线通讯模块发送至机器人本体部分；

所述的9路模拟量包括等比例遥控机械臂传感器1-6的模拟量和飞行摇杆传感器1-3的模拟量，所述的8路开关量为飞行摇杆的按钮开关1-8的开关量；

所述的机器人本体接收控制数据后，通过第二主控电路板处理和计算所述的控制数据，并转换为输出控制信号控制机器人本体的运动及相关操作，所述的输出控制信号包括11路PWM信号和2路开关量信号；

所述的11路PWM信号包括控制机械臂的6路PWM信号、控制伺服电机的4路PWM信号和控制切割臂的1路PWM信号；所述的2路开关量信号包括1路LED灯源开关量和1路切割机开关量；

所述的机器人底盘的机身为采用不锈钢材质制作而成的机身，所述的机身宽度为24cm，所述的机械履带为采用合金材质制作而成的履带，所述的机械履带的长度为40cm、高度为10cm，所述的机器人底盘载重量为30kg；

滤波器网门底部与地面相距25cm，而机械臂水平放置时的机器人高度为23cm。

2.根据权利要求1所述的一种用于换流站滤波器场地的除草机器人，其特征在于：所述的飞行摇杆使用单手遥控操作方式；

所述的机器人本体的运动和控制功能，包括机器人本体的前进、后退、旋转、拐弯、速度改变、切割机启停、LED灯亮灭；

所述的等比例遥控机械臂与机器人本体部分的机械臂具有相同关节和机械部件，且两者动作同步。

3.根据权利要求1所述的一种用于换流站滤波器场地的除草机器人，其特征在于：所述的机械臂具有6个自由度和若干个关节，所述的机械臂的另一端安装有夹持板；所述的夹持板为宽5cm，长15cm的夹持板，所述的夹持板中间布有若干排咬合啮齿。

4.根据权利要求1所述的一种用于换流站滤波器场地的除草机器人，其特征在于：所述的第二电源为锂电池，所述的第二电源通过电源的转化，为所述的第二主控电路板、伺服电机、切割机、LED灯源和摄像头分别提供5V、6V、24V、12V和12V的直流电。

5.根据权利要求1所述的一种用于换流站滤波器场地的除草机器人，其特征在于：所述的切割臂以安装在机器人底盘上的一端为支点可水平转动；

所述的切割机采用直流电压24V，每分钟12000转，扭力为3.8公斤的直流电机作为动力。

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