CN109204604B - 一种变电站巡检机器人辅助越障系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站巡检机器人辅助越障系统及方法，属于变电站巡检机器人技术领域。该系统包括辅助控制板和冗余可伸缩轮组；辅助控制板安装在变电站巡检机器人上，包括主控单元、通信单元、测距传感器数据处理单元、姿态角度传感器和推杆电机控制单元；冗余可伸缩轮组包括辅助运动轮、推杆电机和测距传感器；本发明通过在变电站巡检机器人上增加冗余可伸缩轮组，为巡检机器人提供了额外的运动支撑点，当巡检机器人错误运动到预定巡检道路以外而发生前轮或后轮掉落时，可辅助巡检机器人自主恢复到预定的运动路径上，为发生故障后的巡检机器人维护提供辅助便利手段，降低维护的难度。

Description

一种变电站巡检机器人辅助越障系统及方法

技术领域

本发明属于变电站巡检机器人技术领域，具体涉及一种变电站巡检机器人辅助越障系统及方法，特别涉及一种基于冗余可伸缩轮组技术的变电站巡检机器人辅助越障系统及方法。

背景技术

随着智能机器人技术的发展和成熟，智能巡检机器人在变电站中得到了越来越广泛的应用，主要用于实现对变电站内设备温度、仪表读数、设备工作噪音、断路器及隔离开关分合状态、二次开关投退状态、充油设备油位、一次设备外观等内容的巡检，以代替传统的人工巡检模式，不仅提高了巡检效率，同时有效降低巡检人员的作业安全风险。

目前，变电站巡检机器人在使用过程中存在以下缺点：虽然变电站中的机器人巡检道路大部分都是硬质水泥路面，以保证机器人运动的平稳性，但由于巡检道路的宽度有限，道路两侧的非路面区域一般都是草坪或砂石路面，且与硬质水泥路面均存在一定的高度落差，当巡检机器人由于导航误差或转向失灵而冲出硬质水泥路面时，由于巡检机器人的底盘离地高度不足，会导致巡检机器人因底盘或车轮卡死而无法自主回到预定的巡检道路上，甚至一直在原地空转而浪费电池电量，从而影响巡检任务的正常执行。

针对巡检机器人运动到巡检道路以外区域而无法自主返回的问题，目前采取的改进措施主要包括以下几种：优化导航定位技术，降低机器人巡检过程中的运动轨迹误差，以防止巡检机器人运动到非路面区域；在机器人本体上集成测距模块，实时检测机器人底盘离地的高度，当出现较大的离地高度落差时，及时改变机器人的运动方向；在巡检道路两侧刷上特定颜色的地标线，通过图像识别算法实时检测机器人本体与道路两侧地标线之间的间隔，避免机器人运动到地标线以外的区域；当巡检机器人运动到巡检道路以外区域而无法自主返回时，则主要依靠人力将其抬回到巡检道路上，重新开始巡检工作。

但上述改进方法尚存在一些不足：优化导航定位技术虽然可以在一定程度上降低机器人的运动轨迹误差，但无法解决因机器人转向失灵或控制实时性不足而导致的机器人越过正常巡检道路的问题；在机器人上集成测距模块可以实时检测车体前方的路面与车辆底盘之间的落差高度，但由于检测的角度和范围受限，当机器人以较小的偏移角开出巡检道路时，难以及时响应；对于在巡检道路上印刷的标志线，在雨雪天或路面污垢较多的情况下，图像识别的准确率会降低；当机器人已经运动到巡检道路以外的区域而无法移动时，目前主要靠人力进行搬运，不仅需要耗费较多的人力资源，而且增加了工作人员在现场作业的时间和安全风险。因此如何克服现有技术的不足是目前变电站巡检机器人技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种变电站巡检机器人辅助越障系统及方法，当机器人运动到巡检道路以外的低矮区域而无法自主越障时，通过安装于巡检机器人底盘上的冗余可伸缩轮组，为机器人提供额外的运动支撑点，通过辅助控制板控制巡检机器人原路返回到预定的巡检道路上，以继续执行巡检任务。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变电站巡检机器人辅助越障系统，其特征在于，包括辅助控制板和冗余可伸缩轮组；

所述的辅助控制板安装在变电站巡检机器人上，包括主控单元、通信单元、测距传感器数据处理单元、姿态角度传感器和推杆电机控制单元；

所述的冗余可伸缩轮组包括辅助运动轮、推杆电机和测距传感器；

通信单元与变电站巡检机器人的主控板相连，用于辅助控制板与变电站巡检机器人的主控板之间的通信；

测距传感器数据处理单元与测距传感器相连，用于接收测距传感器的数据，并将其转换为数字信号传输至主控单元；

姿态角度传感器用于检测变电站巡检机器人本体的三维倾斜角；

推杆电机控制单元与推杆电机相连，用于控制推杆电机中推杆的运动方向及行程；

主控单元分别与通信单元、测距传感器数据处理单元、姿态角度传感器、推杆电机控制单元相连；用于根据测距传感器数据处理单元、姿态角度传感器传来的数据，通过通信单元通信来控制变电站巡检机器人的主控板，从而控制变电站巡检机器人主运动轮的运动状态，还通过控制推杆电机控制单元工作来控制推杆电机的行程；

冗余可伸缩轮组有多组，均匀布设在变电站巡检机器人底部；推杆电机的推杆末端的接头处连接有辅助运动轮，推杆电机的推杆沿变电站巡检机器人底盘垂直方向运动；

测距传感器安装于推杆电机的推杆末端，用于检测冗余可伸缩轮组与沿运动方向存在的障碍物之间的距离。

进一步，优选的是，所述的冗余可伸缩轮组有4组，对称分布在变电站巡检机器人底盘的四个角落。

进一步，优选的是，各个冗余可伸缩轮组距离变电站巡检机器人底盘外边缘的中心距不小于辅助运动轮的半径值，但不大于主运动轮与对应底盘外边缘的中心距。

进一步，优选的是，推杆电机的推杆末端的接头处通过螺栓连接有辅助运动轮，辅助运动轮以螺栓为中心轴自由转动，螺栓平行于主运动轮的转轴方向安装。

进一步，优选的是，推杆电机的推力不小于1000N，运动速度不小于5mm/s，推杆行程不小于变电站巡检机器人底盘与水平地面之间间距的2倍。

进一步，优选的是，测距传感器为超声波测距传感器或激光测距传感器，但不限于此。

本发明同时提供一种变电站巡检机器人辅助越障方法，采用上述变电站巡检机器人辅助越障系统，步骤如下：

步骤（1），当姿态角度传感器传来的检测到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值大于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度时，主控单元通过通信模块与变电站巡检机器人的主控板进行通信，获取对变电站巡检机器人主运动轮的控制权，使得变电站巡检机器人原地刹车；

步骤（2），主控单元通过控制推杆电机控制单元，从而控制其中一个或几个推杆电机做伸展动作，直到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值小于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度的1/5时，停止对推杆电机中推杆行程的调整；

步骤（3），主控单元控制变电站巡检机器人主运动轮沿反方向进行转动，以使变电站巡检机器人的本体朝着巡检道路的方向移动；在变电站巡检机器人移动的过程中，安装于推杆电机推杆上的测距传感器实时检测与运动方向上障碍物间的距离，当某个测距传感器传来的与障碍物间的间距小于等于辅助运动轮半径的1.2~1.5倍时，主控单元控制变电站巡检机器人停止移动并原地刹车；主控单元控制该测距传感器所在的推杆电机将其推杆收缩回极限位置；

步骤（4），重复步骤（3），直至所有的推杆收缩回极限位置；最后，通过通信模块，主控单元取消对主运动轮的控制权，并通知变电站巡检机器人的主控板继续执行预定的巡检任务。

本发明机理：当变电站巡检机器人因一个或一个以上的主运动轮掉落到非道路区域而无法移动回巡检道路上时，利用辅助控制板上的姿态角度传感器检测巡检机器人的三维倾斜角，以调整对应方向的冗余可伸缩轮组中推杆电机的推杆行程，为变电站巡检机器人提供额外的支撑点，使得巡检机器人底盘恢复到水平位置或接近水平位置，然后控制巡检机器人的主运动轮反方向运动以移动回到正常的巡检道路上。

本发明中通信单元用于实现辅助控制板与变电站巡检机器人主控板之间的数据通信，可对巡检机器人主运动轮的运动状态进行控制，且其控制优先级高于巡检机器人的主控板；

测距传感器数据处理单元用于接收测距传感器的数据，并将其转换为单片机可以直接处理的数字信号；

姿态角度传感器用于检测变电站巡检机器人本体的三维倾斜角，以确定需要调整的推杆电机编号及推杆行程；

推杆电机控制单元用于控制推杆电机中推杆的运动方向及行程。

所述的冗余可伸缩轮组由辅助运动轮、螺栓、推杆电机及测距传感器构成，共有4组，对称分布在巡检机器人底盘的四个角落，各个轮组距离巡检机器人底盘外边缘的中心距不小于辅助运动轮的半径值，但不大于主运动轮与对应底盘外边缘的中心距；辅助运动轮通过螺栓与推杆电机推杆末端的接头相连，并可以螺栓为中心轴自由转动，其中螺栓平行于主运动轮的转轴方向安装。

所述的推杆电机为市售产品，可由直流电机、减速齿轮组、传动螺杆、推杆及外壳构成，但不限于此；可采用直流12V或24V供电，但不限于此；推杆电机可通过安装挂耳安装在变电站巡检机器人底部，但不限于此，推杆可沿与安装挂耳垂直的方向进行伸缩运动，用于调整辅助运动轮的垂直位置，从而改变巡检机器人的水平倾角，其推力不小于1000N，运动速度不小于5mm/s，推杆行程不小于巡检机器人底盘与水平地面之间间距的2倍。

测距传感器安装于推杆电机推杆的末端，用于检测冗余可伸缩轮组与沿运动方向存在的障碍物之间的距离，可采用的测距传感器类型包括但不限于超声波测距传感器、激光测距传感器。

本发明系统在使用时，姿态角度传感器检测变电站巡检机器人本体的三维倾斜角，并将检测到的数据传到主控单元中，当主控单元判断姿态角度传感器传来的检测到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值大于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度时，主控单元通过通信单元与变电站巡检机器人的主控板通信，从而获得对变电站巡检机器人主运动轮的控制权，然后控制变电站巡检机器人原地刹车。

之后，主控单元根据姿态角度传感器传来的变电站巡检机器人本体的三维倾斜角，通过控制推杆电机控制单元，从而控制相应的推杆电机做伸展动作，当主控单元判断姿态角度传感器传来的检测到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值小于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度的1/5时，主控单元通过控制推杆电机控制单元停止对推杆电机中推杆行程的调整；

接着，主控单元通过通信单元控制变电站巡检机器人主运动轮沿反方向进行转动，以使变电站巡检机器人的本体朝着巡检道路的方向移动；在变电站巡检机器人移动的过程中，安装于推杆电机推杆上的测距传感器实时检测与运动方向上障碍物间的距离，并将检测结果传到主控单元中，当主控单元判断某个测距传感器传来的与障碍物间的间距小于等于辅助运动轮半径的1.2~1.5倍时，主控单元通过通信单元控制变电站巡检机器人停止移动并原地刹车；然后主控单元通过控制推杆电机控制单元控制该测距传感器所在的推杆电机将其推杆收缩回极限位置；重复上述步骤，直至所有的推杆收缩回极限位置；

最后，通过通信模块，主控单元取消对主运动轮的控制权，并通知变电站巡检机器人的主控板继续执行预定的巡检任务。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明所提出一种变电站巡检机器人辅助越障系统及方法，通过在变电站巡检机器人上增加冗余可伸缩轮组，为巡检机器人提供了额外的运动支撑点，当巡检机器人错误运动到预定巡检道路以外而发生前轮或后轮掉落时，可辅助巡检机器人自主恢复到预定的运动路径上，为发生故障后的巡检机器人维护提供辅助便利手段，仅需一名工作人员控制即可实现对受困巡检机器人的救助，而无需多名工作人员手工搬运，有效降低了维护的难度，缩短了维护的时间。

附图说明

图1为本发明变电站巡检机器人辅助越障系统的主视图；

图2为本发明变电站巡检机器人辅助越障系统的控制结构示意图；

图3为是本发明变电站巡检机器人辅助越障系统工作时的侧视示意图。

其中，1、巡检机器人；2、主运动轮；3、安装挂耳；4、巡检道路；5、导线；6、非道路区域；100、辅助控制板；101、主控单元；102、通信单元；103、测距传感器数据处理单元；104、姿态角度传感器；105、推杆电机控制单元；200、冗余可伸缩轮组；201、辅助运动轮；202、推杆电机；203、测距传感器；箭头方向为数据或信号走向。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例1

如图1~2所示，一种变电站巡检机器人辅助越障系统，包括辅助控制板100和冗余可伸缩轮组200；

所述的辅助控制板100安装在变电站巡检机器人上，包括主控单元101、通信单元102、测距传感器数据处理单元103、姿态角度传感器104和推杆电机控制单元105；

所述的冗余可伸缩轮组200包括辅助运动轮201、推杆电机202和测距传感器203；

通信单元102与变电站巡检机器人的主控板相连，用于辅助控制板100与变电站巡检机器人的主控板之间的通信；

测距传感器数据处理单元103与测距传感器203相连，用于接收测距传感器的数据，并将其转换为数字信号传输至主控单元101；

姿态角度传感器104用于检测变电站巡检机器人本体的三维倾斜角；

推杆电机控制单元105与推杆电机202相连，用于控制推杆电机202中推杆的运动方向及行程；

主控单元101分别与通信单元102、测距传感器数据处理单元103、姿态角度传感器104、推杆电机控制单元105相连；用于根据测距传感器数据处理单元103、姿态角度传感器104传来的数据，通过通信单元102通信来控制变电站巡检机器人的主控板，从而控制变电站巡检机器人主运动轮的运动状态，还通过控制推杆电机控制单元105工作来控制推杆电机202的行程；

冗余可伸缩轮组200有多组，均匀布设在变电站巡检机器人底部；推杆电机202的推杆末端的接头处连接有辅助运动轮201，推杆电机202的推杆沿变电站巡检机器人底盘垂直方向运动；

测距传感器203安装于推杆电机202的推杆末端，用于检测冗余可伸缩轮组200与沿运动方向存在的障碍物之间的距离。

一种变电站巡检机器人辅助越障方法，采用上述变电站巡检机器人辅助越障系统，步骤如下：

步骤（1），当姿态角度传感器传来的检测到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值大于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度时，主控单元通过通信模块与变电站巡检机器人的主控板进行通信，获取对变电站巡检机器人主运动轮的控制权，使得变电站巡检机器人原地刹车；

步骤（2），主控单元通过控制推杆电机控制单元，从而控制其中一个或几个推杆电机做伸展动作，直到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值小于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度的1/5时，停止对推杆电机中推杆行程的调整，如图3所示；

步骤（3），主控单元控制变电站巡检机器人主运动轮沿反方向进行转动，以使变电站巡检机器人的本体朝着巡检道路的方向移动；在变电站巡检机器人移动的过程中，安装于推杆电机推杆上的测距传感器实时检测与运动方向上障碍物间的距离，当某个测距传感器传来的与障碍物间的间距小于等于辅助运动轮半径的1.2~1.5倍时，主控单元控制变电站巡检机器人停止移动并原地刹车；主控单元控制该测距传感器所在的推杆电机将其推杆收缩回极限位置；

步骤（4），重复步骤（3），直至所有的推杆收缩回极限位置；最后，通过通信模块，主控单元取消对主运动轮的控制权，并通知变电站巡检机器人的主控板继续执行预定的巡检任务。

实施例2

如图1~2所示，一种变电站巡检机器人辅助越障系统，包括辅助控制板100和冗余可伸缩轮组200；

所述的辅助控制板100安装在变电站巡检机器人上，包括主控单元101、通信单元102、测距传感器数据处理单元103、姿态角度传感器104和推杆电机控制单元105；

所述的冗余可伸缩轮组200包括辅助运动轮201、推杆电机202和测距传感器203；

通信单元102与变电站巡检机器人的主控板相连，用于辅助控制板100与变电站巡检机器人的主控板之间的通信；

测距传感器数据处理单元103与测距传感器203相连，用于接收测距传感器的数据，并将其转换为数字信号传输至主控单元101；

姿态角度传感器104用于检测变电站巡检机器人本体的三维倾斜角；

推杆电机控制单元105与推杆电机202相连，用于控制推杆电机202中推杆的运动方向及行程；

主控单元101分别与通信单元102、测距传感器数据处理单元103、姿态角度传感器104、推杆电机控制单元105相连；用于根据测距传感器数据处理单元103、姿态角度传感器104传来的数据，通过通信单元102通信来控制变电站巡检机器人的主控板，从而控制变电站巡检机器人主运动轮的运动状态，还通过控制推杆电机控制单元105工作来控制推杆电机202的行程；

冗余可伸缩轮组200有多组，均匀布设在变电站巡检机器人底部；推杆电机202的推杆末端的接头处连接有辅助运动轮201，推杆电机202的推杆沿变电站巡检机器人底盘垂直方向运动；

测距传感器203安装于推杆电机202的推杆末端，用于检测冗余可伸缩轮组200与沿运动方向存在的障碍物之间的距离。

各个冗余可伸缩轮组200距离变电站巡检机器人底盘外边缘的中心距不小于辅助运动轮的半径值，但不大于主运动轮与对应底盘外边缘的中心距。

推杆电机202的推杆末端的接头处通过螺栓连接有辅助运动轮201，辅助运动轮201以螺栓为中心轴自由转动，螺栓平行于主运动轮的转轴方向安装。

推杆电机202的推力不小于1000N，运动速度不小于5mm/s，推杆行程不小于变电站巡检机器人底盘与水平地面之间间距的2倍。

测距传感器203为激光测距传感器。

一种变电站巡检机器人辅助越障方法，采用上述变电站巡检机器人辅助越障系统，步骤如下：

步骤（1），当姿态角度传感器传来的检测到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值大于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度时，主控单元通过通信模块与变电站巡检机器人的主控板进行通信，获取对变电站巡检机器人主运动轮的控制权，使得变电站巡检机器人原地刹车；

步骤（2），主控单元通过控制推杆电机控制单元，从而控制其中一个或几个推杆电机做伸展动作，直到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值小于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度的1/5时，停止对推杆电机中推杆行程的调整，如图3所示；

步骤（3），主控单元控制变电站巡检机器人主运动轮沿反方向进行转动，以使变电站巡检机器人的本体朝着巡检道路的方向移动；在变电站巡检机器人移动的过程中，安装于推杆电机推杆上的测距传感器实时检测与运动方向上障碍物间的距离，当某个测距传感器传来的与障碍物间的间距小于等于辅助运动轮半径的1.2~1.5倍时，主控单元控制变电站巡检机器人停止移动并原地刹车；主控单元控制该测距传感器所在的推杆电机将其推杆收缩回极限位置；

步骤（4），重复步骤（3），直至所有的推杆收缩回极限位置；最后，通过通信模块，主控单元取消对主运动轮的控制权，并通知变电站巡检机器人的主控板继续执行预定的巡检任务。

实施例3

如图1~2所示，一种变电站巡检机器人辅助越障系统，包括辅助控制板100和冗余可伸缩轮组200；

所述的辅助控制板100安装在变电站巡检机器人上，包括主控单元101、通信单元102、测距传感器数据处理单元103、姿态角度传感器104和推杆电机控制单元105；

所述的冗余可伸缩轮组200包括辅助运动轮201、推杆电机202和测距传感器203；

通信单元102与变电站巡检机器人的主控板相连，用于辅助控制板100与变电站巡检机器人的主控板之间的通信；

测距传感器数据处理单元103与测距传感器203相连，用于接收测距传感器的数据，并将其转换为数字信号传输至主控单元101；

姿态角度传感器104用于检测变电站巡检机器人本体的三维倾斜角；

推杆电机控制单元105与推杆电机202相连，用于控制推杆电机202中推杆的运动方向及行程；

主控单元101分别与通信单元102、测距传感器数据处理单元103、姿态角度传感器104、推杆电机控制单元105相连；用于根据测距传感器数据处理单元103、姿态角度传感器104传来的数据，通过通信单元102通信来控制变电站巡检机器人的主控板，从而控制变电站巡检机器人主运动轮的运动状态，还通过控制推杆电机控制单元105工作来控制推杆电机202的行程；

冗余可伸缩轮组200有多组，均匀布设在变电站巡检机器人底部；推杆电机202的推杆末端的接头处连接有辅助运动轮201，推杆电机202的推杆沿变电站巡检机器人底盘垂直方向运动；

测距传感器203安装于推杆电机202的推杆末端，用于检测冗余可伸缩轮组200与沿运动方向存在的障碍物之间的距离。

所述的冗余可伸缩轮组200有4组，对称分布在变电站巡检机器人底盘的四个角落。

各个冗余可伸缩轮组200距离变电站巡检机器人底盘外边缘的中心距不小于辅助运动轮的半径值，但不大于主运动轮与对应底盘外边缘的中心距。

推杆电机202的推杆末端的接头处通过螺栓连接有辅助运动轮201，辅助运动轮201以螺栓为中心轴自由转动，螺栓平行于主运动轮的转轴方向安装。

推杆电机202的推力不小于1000N，运动速度不小于5mm/s，推杆行程不小于变电站巡检机器人底盘与水平地面之间间距的2倍。

测距传感器203为超声波测距传感器。

一种变电站巡检机器人辅助越障方法，采用上述变电站巡检机器人辅助越障系统，步骤如下：

步骤（1），当姿态角度传感器传来的检测到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值大于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度时，主控单元通过通信模块与变电站巡检机器人的主控板进行通信，获取对变电站巡检机器人主运动轮的控制权，使得变电站巡检机器人原地刹车；

步骤（2），主控单元通过控制推杆电机控制单元，从而控制其中一个或几个推杆电机做伸展动作，直到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值小于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度的1/5时，停止对推杆电机中推杆行程的调整，如图3所示；

步骤（3），主控单元控制变电站巡检机器人主运动轮沿反方向进行转动，以使变电站巡检机器人的本体朝着巡检道路的方向移动；在变电站巡检机器人移动的过程中，安装于推杆电机推杆上的测距传感器实时检测与运动方向上障碍物间的距离，当某个测距传感器传来的与障碍物间的间距小于等于辅助运动轮半径的1.2~1.5倍时，主控单元控制变电站巡检机器人停止移动并原地刹车；主控单元控制该测距传感器所在的推杆电机将其推杆收缩回极限位置；

步骤（4），重复步骤（3），直至所有的推杆收缩回极限位置；最后，通过通信模块，主控单元取消对主运动轮的控制权，并通知变电站巡检机器人的主控板继续执行预定的巡检任务。

应用实例

以变电站巡检机器人前端（或后端）的两个主运动轮同时掉落到非道路区域为例。

如图3所示，当姿态角度传感器检测到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值大于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度时，辅助控制板通过通信模块与变电站巡检机器人的主控板进行通信，获取对变电站巡检机器人主运动轮的控制权，使得变电站巡检机器人原地刹车。

然后，辅助控制板控制位于变电站巡检机器人前端（或后端）的两个冗余可伸缩轮组中的推杆电机做伸展动作，为变电站巡检机器人的前端（或后端）提供两个额外的活动支撑点，直到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值小于其允许的最大爬坡角度的1/5时，停止对推杆电机中推杆位置的调整。

接着，辅助控制板控制主运动轮沿反方向进行转动，以使变电站巡检机器人的本体朝着巡检道路的方向移动。在变电站巡检机器人移动的过程中，安装于推杆电机推杆上的测距传感器实时检测与运动方向上障碍物间的距离，当测距传感器与障碍物间的间距小于等于辅助运动轮半径的1.2~1.5倍时，变电站巡检机器人停止移动并原地刹车。进一步地，由于两个测距传感器与障碍物间的间距相等，辅助控制板控制处于伸展状态的这两个推杆电机将其推杆收缩回极限位置。

最后，辅助控制板取消对主运动轮的控制权，并通过通信模块通知变电站巡检机器人的主控板继续执行预定的巡检任务。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种变电站巡检机器人辅助越障系统，其特征在于，包括辅助控制板（100）和冗余可伸缩轮组（200）；

所述的辅助控制板（100）安装在变电站巡检机器人上，包括主控单元（101）、通信单元（102）、测距传感器数据处理单元（103）、姿态角度传感器（104）和推杆电机控制单元（105）；

所述的冗余可伸缩轮组（200）包括辅助运动轮（201）、推杆电机（202）和测距传感器（203）；

通信单元（102）与变电站巡检机器人的主控板相连，用于辅助控制板（100）与变电站巡检机器人的主控板之间的通信；

测距传感器数据处理单元（103）与测距传感器（203）相连，用于接收测距传感器的数据，并将其转换为数字信号传输至主控单元（101）；

姿态角度传感器（104）用于检测变电站巡检机器人本体的三维倾斜角；

推杆电机控制单元（105）与推杆电机（202）相连，用于控制推杆电机（202）中推杆的运动方向及行程；

主控单元（101）分别与通信单元（102）、测距传感器数据处理单元（103）、姿态角度传感器（104）、推杆电机控制单元（105）相连；用于根据测距传感器数据处理单元（103）、姿态角度传感器（104）传来的数据，通过通信单元（102）通信来控制变电站巡检机器人的主控板，从而控制变电站巡检机器人主运动轮的运动状态，还通过控制推杆电机控制单元（105）工作来控制推杆电机（202）的行程；

冗余可伸缩轮组（200）有多组，均匀布设在变电站巡检机器人底部；推杆电机（202）的推杆末端的接头处连接有辅助运动轮（201），推杆电机（202）的推杆沿变电站巡检机器人底盘垂直方向运动；

测距传感器（203）安装于推杆电机（202）的推杆末端，用于检测冗余可伸缩轮组（200）与沿运动方向存在的障碍物之间的距离。

2.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人辅助越障系统，其特征在于，所述的冗余可伸缩轮组（200）有4组，对称分布在变电站巡检机器人底盘的四个角落。

3.根据权利要求1或2所述的变电站巡检机器人辅助越障系统，其特征在于，底盘外边缘的中心到各个冗余可伸缩轮组（200）之间的距离不小于辅助运动轮的半径值，但不大于底盘外边缘的中心到主运动轮之间的距离。

4.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人辅助越障系统，其特征在于，推杆电机（202）的推杆末端的接头处通过螺栓连接有辅助运动轮（201），辅助运动轮（201）以螺栓为中心轴自由转动，螺栓平行于主运动轮的转轴方向安装。

5.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人辅助越障系统，其特征在于，推杆电机（202）的推力不小于1000N，运动速度不小于5mm/s，推杆行程不小于变电站巡检机器人底盘与水平地面之间间距的2倍。

6.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人辅助越障系统，其特征在于，测距传感器（203）为超声波测距传感器或激光测距传感器。

7.一种变电站巡检机器人辅助越障方法，采用权利要求1、2、4~6中的任意一项所述的变电站巡检机器人辅助越障系统，其特征在于，步骤如下：

步骤（1），当姿态角度传感器传来的检测到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值大于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度时，主控单元通过通信模块与变电站巡检机器人的主控板进行通信，获取对变电站巡检机器人主运动轮的控制权，使得变电站巡检机器人原地刹车；

步骤（2），主控单元通过控制推杆电机控制单元，从而控制其中一个或几个推杆电机做伸展动作，直到变电站巡检机器人的水平倾角绝对值小于变电站巡检机器人允许的最大爬坡角度的1/5时，停止对推杆电机中推杆行程的调整；

步骤（3），主控单元控制变电站巡检机器人主运动轮沿反方向进行转动，以使变电站巡检机器人的本体朝着巡检道路的方向移动；在变电站巡检机器人移动的过程中，安装于推杆电机推杆上的测距传感器实时检测与运动方向上障碍物间的距离，当某个测距传感器传来的与障碍物间的间距小于等于辅助运动轮半径的1.2~1.5倍时，主控单元控制变电站巡检机器人停止移动并原地刹车；主控单元控制该测距传感器所在的推杆电机将其推杆收缩回极限位置；

步骤（4），重复步骤（3），直至所有的推杆收缩回极限位置；最后，通过通信模块，主控单元取消对主运动轮的控制权，并通知变电站巡检机器人的主控板继续执行预定的巡检任务。