CN109249401B - 一种高越障能力的电缆沟巡检机器人及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，包括本体，本体的顶面设有图像采集设备，本体的两侧设有若干对称布置的车轮，每一个车轮传动连接有一个驱动电机，驱动电机设于本体的底面上；本体内设有能够接收信号用于控制图像采集设备的主控板，本体的底面还设有辅助越障组件；辅助越障组件包括若干设于本体下方平行布置的滚筒，每一个滚筒内均设有一个用于驱动滚筒的辅助电机，辅助电机与主控板电连接。本发明结构简单，每一个车轮都连接一个独立的驱动电机，使其动力更强；另外由于辅助越障组件的存在，使机器人的脱困能力强，防止车轮被线缆挡住导致车轮空转甚至堵转烧坏电机。

Description

一种高越障能力的电缆沟巡检机器人及其实现方法

技术领域

本发明涉及自动检修设备领域，具体涉及一种高越障能力的电缆沟巡检机器人。

背景技术

随着技术的发展，人们对城市的开发已经不限于在地面上了，越来越多的设施开始往尽量少地占用人类活动空间布置，例如为了减少对人们日常活动产生影响，目前的电线电缆大都采用地下管路或者电缆沟道等形式布设。为了线路保持长时间的正常工作，需要对其内部进行定期巡检，由于其环境的特殊性，一般尽量不采用人工巡检的方式，大都利用与地下管路或者电缆沟道配合的巡检机器人对其进行巡检，现有的巡检机器人至少包括一个图像采集设备(一般为相机或者摄像机)和相关运动机构(一般为通过车轮或者滑轨带动的小车)，相关工作人员通过巡检机器人获得相关各项信息，从而判断其是否存在故障或者隐患，并依此及时地对其进行针对性的处理。

如果采用如果中国专利CN201611230840公开的一种电缆沟巡检机器人，由于现有车轮的驱动机功率有限，很容易因为车轮被线缆挡住导致车轮空转甚至堵转，不仅影响巡检还会烧坏车轮的电机；而如果采用如中国专利CN201510919244公开的一种轨道式巡检机器人，一方面对现有的管路改造难度大，另一方面由于线路布设管路的错综复杂不容易实现，从而导致巡检成本几何倍增加。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种结构简单、车轮动力强、车轮电机不易烧坏、成本不高便于推广的高越障能力的电缆沟巡检机器人，具体方案如下：

一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，包括本体，所述本体的顶面设有图像采集设备，所述本体的两侧对称设有若干车轮，每一个所述车轮传动连接有一个设于所述本体上的驱动电机；所述本体内设有与所述图像采集设备和所述驱动电机电连接的主控板，所述本体上还设有辅助越障组件；所述辅助越障组件包括若干设于所述本体下方平行布置的滚筒，每一个所述滚筒内均设有一个用于驱动所述滚筒的辅助电机，所述辅助电机与所述主控板电连接。

进一步地，所述本体包括通过若干螺栓连接的第一车身板和第二车身板，所述第一车身板与所述第二车身板平行布置，所述图像采集设备设于所述第一车身板的顶面上，所述主控板设于所述第二车身板上；所述第二车身板的下方连接有两条平行布置的侧板，两条所述侧板之间设有若干平行布置用于装配所述驱动电机的支撑板，所述支撑板与所述侧板垂直；所述驱动电机对称设于所述支撑板的两端，所述侧板对应所述驱动电机的位置开设有第一轴孔，所述驱动电机的输出轴从与其对应的第一轴孔穿出且与所述车轮传动连接；

所述滚筒的数量至少为两个，所述滚筒的外壁设有若干辅助凸起；所述滚筒的内壁通过若干叶片设有与所述滚筒同轴的驱动筒，所述驱动筒内设有与其配合的驱动轴，所述驱动轴的截面和所述驱动筒的截面为相互配合的正多边形结构；

其中一个所述侧板上对应所述驱动轴的位置设有第二轴孔，所述驱动轴的一端通过轴承设于所述第二轴孔内；所述辅助电机通过电机支架设与另一个所述侧板的内侧，所述电机支架与所述第二轴孔正对布置，所述辅助电机的输出轴与所述驱动轴传动连接，所述驱动轴内成型有轴向布置的驱动腔，所述驱动腔的内壁成型有凸台，所述辅助电机的输出轴伸入所述驱动腔内且成型有与所述凸台配合的缺口。

进一步地，所述主控板上板载有第一控制组件，每一台驱动电机和每一个辅助电机均具有唯一的ID且分别与主控板连接，所述第一控制组件包括：

第一驱动模块，用于接收工作指令或停止指令来控制驱动电机工作或停止，第一驱动模块控制驱动电机的输出速度为V_主；

第二驱动模块，用于接收工作指令或停止指令来控制辅助电机工作或停止，第二驱动模块控制辅助电机的输出速度为V_辅；

储存模块，记录驱动电机正常工作时的脉冲个数N供第一判断模块使用；

脉冲传感器，用于检测每一个驱动电机实时工作时的脉冲个数n；

第一接收模块，用于接收脉冲传感器的检测结果并将其发送给第一判断模块；

第一判断模块，用于判断驱动电机正常工作时脉冲个数N和驱动电机实时工作时脉冲个数n以及驱动电机正常工作时相邻两个脉冲差值△N和驱动电机实时工作时相邻两个脉冲差值△n的大小关系，并根据结果发出对应的指令，当n＝N时，通过第一驱动模块控制驱动电机以V_主输出；当n＜N或者△n＞△N时，通过第二驱动模块控制与出现异常的驱动电机ID对应的辅助电机以V_辅输出；

计时模块，用于当辅助电机开启T时间后向第二驱动模块发出停止辅助电机的指令，并向第一判断模块发送工作指令。

进一步地，所述第一车身板顶面对应机器人其中一条侧边的位置设有平行布置的第一巡边条和第二巡边条，所述第一巡边条的外侧设有两个平行布置的激光测距传感器；

主控板上板载有第二控制组件，包括：

启动信号发送模块，用于向所有驱动电机发送按照转速V_主行走的启动信号，每一个驱动电机均具有唯一的ID，每一ID均与驱动电机相对于被测目标的位置相关联；

第二接收模块，用于实时接收激光测距传感器测量的与被测目标的距离信息a和b；

第二判断模块，用于判断a与b的大小，当b＞a时，向第一计算模块发送指令，当b＜a时，向第二计算模块发送指令；

第一计算模块，用于计算行走机构与被测目标的夹角α，α＝arctan(b-a)/h，向第一控制模块发送指令；

第二计算模块，用于计算行走机构与被测目标的夹角β，β＝arctan(a-b)/h，向第二控制模块发送指令；

第一控制模块和第二控制模块均用于向驱动电机发送控制信号，进而调整机器人的行走姿态；

所述第一控制模块包括：

第一控制子模块，用于向驱动电机发出控制信号，所述控制信号针对每一个驱动电机ID分别发出，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主(1+ktanα)，k为常数，远离被测目标一侧的两个第一电机的转速为V_主；

所述第二控制模块包括：

第二控制子模块，用于向驱动电机发出控制信号，所述控制信号针对每一个驱动电机ID分别发出，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主(1+ktanβ)，k为常数，远离被测目标一侧的两个第一电机的转速为V_主。

进一步地，所述第二控制组件还包括第三控制模块，所述第一控制模块和第二控制模块还用于向第三控制模块发送指令，

第三控制模块，当接收到指令后，用于实时接收第二接收模块传输的距离信息a和b并进行判断，当判断出a＝b时，用于向所有驱动电机发出以转速V_主行走的信号；

所述第二控制组件还包括：第三判断模块和第四控制模块，当所述第三控制模块判断出a＝b时，还用于向第三判断模块发送指令；

第三判断模块，当第二判断模块或第三控制模块判断出a＝b时，用于判断a或b与s的大小，当a或b＞s时，向第四控制模块发送指令，当a或b≤s，不做处理，其中s为行走机构与被测目标的最小极限距离；

第四控制模块，用于向驱动电机发送控制信号；

所述第四控制模块包括：

指令发送子模块，用于向驱动电机发送控制信号，并向第一处理子模块发送指令，所述控制信号包括与每一个驱动电机的ID对应的转速，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为mV_主，远离被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主，其中0＜m＜1；

第一处理子模块，当接收到指令后，用于实时接收激光测距传感器生成的距离信息a和b，当判断出Bsinθ＝s时，其中B＝a或b，

向驱动电机发送控制信号，并向第三控制模块发送指令，所述控制信号包括与每一驱动电机ID对应的转速，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主，远离被测目标一侧的两个第一电机的转速为mV_主。

进一步地，所述第一控制模块还包括：

第一判断子模块，用于判断a与s的大小，当asinθ≤s时，向第一控制子模块发送指令，当asinθ＞s时，向第二判断子模块发送指令；

第二判断子模块，用于从下一时刻t₁开始检测从第二接收模块接收到a_t1的大小，当判断出a_t1sinθ≤s时，向第一控制子模块发送指令，当a_t1sinθ＞s时，判断a_t1是否等于a，如果a_t1＝a，向第四控制模块发送指令，如果a_t1≠a，直至判断出a_tnsinθ＝s时，a_tn表示t_n时刻a的值，向第一控制子模块发送指令；

所述第二控制模块还包括：

第三判断子模块，用于判断b与s的大小，当b≤s时，向第二控制子模块发送指令，当b＞s时，向第四判断子模块发送指令；

第四判断子模块，用于从下一时刻t₁开始检测从第二接收模块接收到a_t1和b_t1的大小，当判断出b_t1≤s时，向第二控制子模块发送指令，当b_t1＞s时，判断a_t1是否等于a，如果a_t1＝a，向第四控制模块发送指令，如果a_t1≠a，直至判断出b_tn＝s时，b_tn表示t_n时刻b的值，向第二控制子模块发送指令。

进一步地，所述第一车身板顶面对应机器人正前方的侧边上设有超声波测距仪；

所述主控板上还有第三控制组件，包括：

第三接收模块，用于接收到超声波测距仪发出的信号；

返回控制模块，用于向所有的驱动电机发送同一速度反转的信号。

进一步地，所述第二车身板上还设有用于给驱动电机、辅助电机供电的蓄电池、与所述蓄电池和主控板电连接的电量传感器，所述主控板上还设有：

第四判断模块，用于接收电量传感器采集的电量G，当电量G低于预设值时，向返回控制模块发送指令。

一种高越障能力电缆沟巡检机器人的实现方法，包括以下步骤：

开机，进入自检，若通过自检，等待接收指令，若未通过自检，停机且反馈错误信息；

接收运行指令，驱动电机工作，正常行进；

判断机器人行驶方向是否沿着沟道，若是，驱动电机继续工作，若不是，驱动对应侧的驱动电机提高速度调整机器人的姿态，使其行驶方向始终沿着沟道；

判断是否有车轮堵转，若无，驱动电机继续工作，若有，驱动电机停止工作，辅助电机开始工作；

辅助电机停止工作，继续判断是否有车轮堵转，若无，驱动电机继续工作，若有，重复上一步。

进一步地，还包括以下步骤：

判断机器人行进方向前方是否有障碍物，若无，驱动电机继续工作，若有，驱动电机反向工作；

判断蓄电池电量是否低于预设值，若否，驱动电机继续工作，若是，驱动电机反向工作。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，结构简单，每一个车轮都连接一个独立的驱动电机，使其动力更强；另外由于辅助越障组件的存在，使机器人的脱困能力强，防止车轮被线缆挡住导致车轮空转甚至堵转烧坏电机。

附图说明

图1.本发明实施例1的结构示意图I，

图2.本发明实施例1的结构示意图II，

图3.本发明实施例1驱动电机的安装示意图，

图4.本发明实施例1侧板的结构示意图，

图5.本发明实施例1滚筒的结构示意图，

图6.本发明实施例1滚筒内部结构的剖视图，

图7.本发明实施例1辅助电机输出轴的结构示意图，

图8.本发明实施例1驱动腔的结构示意图，

图9.本发明实施例2第一控制组件的模块示意图，

图10.本发明实施例3的结构示意图I，

图11.本发明实施例3的结构示意图II，

图12.本发明实施例3的结构示意图III，

图13.本发明实施例3第二控制组件的模块示意图，

图14.本发明实施例3行走机构与电缆沟道壁成α夹角时的示意图，

图15.本发明实施例3行走机构与电缆沟道壁成β夹角时的示意图，

图16.本发明实施例4第二控制组件的模块示意图，

图17.本发明实施例5第三控制组件的模块示意图，

图18.本发明实施例6第四判断模块的示意图。

附图序号及名称：1、本体，101、第一车身板，102、第二车身板，103、侧板，104、支撑板，105、第一轴孔，106、第二轴孔，107、第一巡边条，108、第二巡边条，109、激光测距传感器，2、图像采集设备，3、车轮，4、驱动电机，5、辅助越障组件，501、滚筒，502、辅助电机，503、辅助凸起，504、驱动筒，505、驱动轴，506、电机支架，507、驱动腔，508、凸台，509、缺口，6、第一控制组件，601、第一驱动模块，602、第二驱动模块，603、储存模块，604、脉冲感应器，605、第一接收模块，606、第一判断模块，607、计时模块，7、第二控制组件，701、启动信号发送模块，702、第二接收模块，703、第二判断模块，704、第一计算模块，705、第二计算模块，706、第一控制模块，70601、第一控制子模块，70602、第一判断子模块，70603、第二判断子模块，707、第二控制模块，70701、第二控制子模块，70702、第三判断子模块，70703、第四判断子模块，708、第三控制模块，709、第三判断模块，710、第四控制模块，71001、指令发送子模块，71002、第一处理子模块，8、超声波测距仪，9、第三控制组件，901、第三接收模块，902、返回控制模块，10、蓄电池，11、电量传感器，12、第四判断模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，下列实施例仅用于解释本发明的发明内容，不用于限定本发明的保护范围。

实施例1

结合图1-图4所示，一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，包括本体1，本体1的顶面设有图像采集设备2，本体1的两侧对称设有若干车轮3，每一个车轮3传动连接有一个设于本体1上的驱动电机4；本体1内设有与图像采集设备2和驱动电机4电连接的主控板，本体1上还设有辅助越障组件5；辅助越障组件5包括若干设于本体1下方平行布置的滚筒501，每一个滚筒501内均设有一个用于驱动滚筒501的辅助电机502，辅助电机502与主控板电连接。

本体1包括通过若干螺栓连接的第一车身板101和第二车身板102，第一车身板101与第二车身板102平行布置，图像采集设备2设于第一车身板101的顶面上，主控板设于第二车身板102上；第二车身板102的下方连接有两条平行布置的侧板103，两条侧板103之间设有若干平行布置用于装配驱动电机4的支撑板104，支撑板104与侧板103垂直；驱动电机4对称设于支撑板104的两端，侧板103对应驱动电机4的位置开设有第一轴孔105，驱动电机4的输出轴从与其对应的第一轴孔105穿出且与车轮3传动连接；

如图3-图6，滚筒501的数量至少为两个，滚筒501的外壁设有若干辅助凸起503；滚筒501的内壁通过若干叶片设有与滚筒501同轴的驱动筒504，驱动筒504内设有与其配合的驱动轴505，驱动轴505的截面和驱动筒504的截面为相互配合的正多边形结构；

对照图4、图7和图8，其中一个侧板103上对应驱动轴505的位置设有第二轴孔106，驱动轴505的一端通过轴承设于第二轴孔106内；辅助电机502通过电机支架506设与另一个侧板103的内侧，电机支架506与第二轴孔106正对布置，辅助电机502的输出轴与驱动轴505传动连接，驱动轴505内成型有轴向布置的驱动腔507，驱动腔507的内壁成型有凸台508，辅助电机502的输出轴伸入驱动腔507内且成型有与凸台508配合的缺口509。

本实施例在正常的工作状态下利用驱动电机带动车轮行驶，当需要时，可以人为控制辅助电机带动滚筒辅助机器人越障。

实施例2

参照图10，本实施例与实施例1的区别在于：主控板上板载有第一控制组件6，每一台驱动电机4和每一个辅助电机502均具有唯一的ID且分别与主控板连接，第一控制组件6包括：

第一驱动模块601，用于接收工作指令或停止指令来控制驱动电机4工作或停止，第一驱动模块601控制驱动电机4的输出速度为V_主；

第二驱动模块602，用于接收工作指令或停止指令来控制辅助电机502工作或停止，第二驱动模块602控制辅助电机502的输出速度为V_辅；

储存模块603，记录驱动电机4正常工作时的脉冲个数N供第一判断模块使用；

脉冲传感器604，用于检测每一个驱动电机4实时工作时的脉冲个数n；

第一接收模块605，用于接收脉冲传感器的检测结果并将其发送给第一判断模块606；

第一判断模块606，用于判断驱动电机4正常工作时脉冲个数N和驱动电机4实时工作时脉冲个数n以及驱动电机4正常工作时相邻两个脉冲差值△N和驱动电机4实时工作时相邻两个脉冲差值△n的大小关系，并根据结果发出对应的指令，当n＝N时，通过第一驱动模块601控制驱动电机4以V_主输出；当n＜N或者△n＞△N时，通过第二驱动模块602控制与出现异常的驱动电机4ID对应的辅助电机502以V_辅输出；

计时模块607，用于当辅助电机502开启T时间后向第二驱动模块602发出停止辅助电机的指令，并向第一判断模块606发送工作指令。

本实施例的主控板具备自动判断的功能，可以自动控制辅助电机的工作状态：当脉冲传感器检测到驱动电机的运转处于非正常状态时，控制辅助电机工作，帮助机器人越障脱困；辅助电机工作固定的一段时间之后停止工作，驱动电机继续工作，如果驱动电机产生的脉冲个数依然异常，则再次重复上述步骤，直至机器人脱困；其越障能力强，而且能防止驱动电机由于长时间不正常工作烧坏。

本发明的图像采集设备至少包括一个红外摄像机和一个热成像摄像机，当机器人工作时，先通过热成像摄像机找到疑似故障点，然后利用红外摄像机将故障点附近的图像采集给相关工作人员。由于脉冲传感器记录下的脉冲数量，即是驱动电机旋转的圈数，根据车轮的尺寸即可以计算出机器人运动的距离，当工作人员需要人工对故障点进行处理时，可以根据机器人发现故障点时脉冲传感器记录的脉冲数量，从而可以精准地确定故障位置，便于工作人员进行针对性的处理。

实施例3

参照图10-12，本实施例与实施例2的区别在于：第一车身板101顶面对应机器人其中一条侧边的位置设有平行布置的第一巡边条107和第二巡边条108，第一巡边条107的外侧设有两个平行布置的激光测距传感器109；

对照图13，主控板上板载有第二控制组件7，包括：

启动信号发送模块701，用于向所有驱动电机4发送按照转速V_主行走的启动信号，每一个驱动电机4均具有唯一的ID，每一ID均与驱动电机4相对于被测目标的位置相关联；

第二接收模块702，用于实时接收激光测距传感器109测量的与被测目标的距离信息a和b；

第二判断模块703，用于判断a与b的大小，当b＞a时，向第一计算模块704发送指令，当b＜a时，向第二计算模块705发送指令；

第一计算模块704，用于计算行走机构与被测目标的夹角α，α＝arctan(b-a)/h，向第一控制模块706发送指令；

第二计算模块705，用于计算行走机构与被测目标的夹角β，β＝arctan(a-b)/h，向第二控制模块707发送指令；

第一控制模块706和第二控制模块707均用于向驱动电机4发送控制信号，进而调整机器人的行走姿态；

第一控制模块706包括：

第一控制子模块70601，用于向驱动电机4发出控制信号，控制信号针对每一个驱动电机ID分别发出，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主(1+ktanα)，k为常数，远离被测目标一侧的两个第一电机的转速为V_主；

第二控制模块707包括：

第二控制子模块70701，用于向驱动电机4发出控制信号，控制信号针对每一个驱动电机ID分别发出，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主(1+ktanβ)，k为常数，远离被测目标一侧的两个第一电机的转速为V_主。

第二控制组件7还包括第三控制模块708，第一控制模块706和第二控制模块707还用于向第三控制模块708发送指令，

第三控制模块708，当接收到指令后，用于实时接收第二接收模块702传输的距离信息a和b并进行判断，当判断出a＝b时，用于向所有驱动电机4发出以转速V_主行走的信号；

第二控制组件7还包括：第三判断模块709和第四控制模块710，当第三控制模块708判断出a＝b时，还用于向第三判断模块709发送指令；

第三判断模块709，当第二判断模块703或第三控制模块708判断出a＝b时，用于判断a或b与s的大小，当a或b＞s时，向第四控制模块710发送指令，当a或b≤s，不做处理，其中s为行走机构与被测目标的最小极限距离；

第四控制模块710，用于向驱动电机发送控制信号；

第四控制模块710包括：

指令发送子模块71001，用于向驱动电机4发送控制信号，并向第一处理子模块71002发送指令，控制信号包括与每一个驱动电机的ID对应的转速，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为mV_主，远离被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主，其中0＜m＜1；

第一处理子模块71002，当接收到指令后，用于实时接收激光测距传感器109生成的距离信息a和b，当判断出Bsinθ＝s时，其中B＝a或b，

向驱动电机4发送控制信号，并向第三控制模块708发送指令，控制信号包括与每一驱动电机ID对应的转速，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主，远离被测目标一侧的两个第一电机的转速为mV_主。

本实施例的主控板具有自动判断机器人行进姿态的功能，为了保证机器人的行进始终沿着电缆沟道壁s的距离行走，该s为激光测距装置与电缆沟道壁之间最小的极限距离；此时a＝b，且a＞s，要想缩短激光测距装置和电缆沟道壁之间的距离，就需要调整激光测距装置的姿态，调整激光测距装置姿态参照图14和图15，此时需要提高外侧两个电机的转速，调整的转速只要大于内侧两个第一转速的转速即可，当调整到B＝ssinθ时，此时激光测距装置距离电缆沟道壁最近的距离为s，那么再将激光测距装置调整成与电缆沟道壁平行的姿势，此时按照与之前相反的调整策略调整第一电机的转速，可以使得激光测距装置与电缆沟道壁平行，进而沿着电缆沟道壁行走。

实施例4

参照图16，本实施例与实施例3的区别在于：第一控制模块706还包括：

第一判断子模块70602，用于判断a与s的大小，当asinθ≤s时，向第一控制子模块70601发送指令，当asinθ＞s时，向第二判断子模块70603发送指令；

第二判断子模块70603，用于从下一时刻t₁开始检测从第二接收模块702接收到a_t1的大小，当判断出a_t1sinθ≤s时，向第一控制子模块70601发送指令，当a_t1sinθ＞s时，判断a_t1是否等于a，如果a_t1＝a，向第四控制模块710发送指令，如果a_t1≠a，直至判断出a_tnsinθ＝s时，a_tn表示t_n时刻a的值，向第一控制子模块70601发送指令；

第二控制模块707还包括：

第三判断子模块70702，用于判断b与s的大小，当b≤s时，向第二控制子模块70701发送指令，当b＞s时，向第四判断子模块70703发送指令；

第四判断子模块70703，用于从下一时刻t₁开始检测从第二接收模块702接收到a_t1和b_t1的大小，当判断出b_t1≤s时，向第二控制子模块70701发送指令，当b_t1＞s时，判断a_t1是否等于a，如果a_t1＝a，向第四控制模块710发送指令，如果a_t1≠a，直至判断出b_tn＝s时，b_tn表示t_n时刻b的值，向第二控制子模块70701发送指令。

本实施例对第一控制单元进行限定，目的是为了判断如何对激光测距装置的姿态进行调整，具体如下：首先，判断a与s的大小，如果asinθ≤s，说明激光测距装置与电缆沟道壁已经到了最小极限距离，如果不马上调整激光测距装置姿态，可能撞到电缆沟道壁上，所以需要调整四个第一电机的转速；当asinθ＞s时，可以对下一时刻的a_t1进行判断，因为有的电缆沟道壁可能存在一个小凹陷或者小突起导致a和b之间的距离不等，为了判断出上述情况，本发明进一步对下一时刻a_t1的大小进行判断，当a_t1sinθ≤s那么按照第一控制模块的调控方法对激光测距装置的姿态进行调整，如果a_t1sinθ＞s，判断at1是否等于a，如果a_t1＝a，说明在继续行走，电缆沟道壁就行平的了，那么要根据第四控制单元的调控方法对激光测距装置的姿态进行调整；如果_at1≠a，激光测距装置继续行走直至判断出某一时刻t_n的a值满足a_tnsinθ＝s时，根据第一控制模块的调控方式对激光测距装置的姿态进行调整。

实施例5

本实施例与实施例4的区别在于：第一车身板101顶面对应机器人正前方的侧边上设有超声波测距仪8；

如图17所示，主控板上还有第三控制组件9，包括：

第三接收模块901，用于接收到超声波测距仪8发出的信号；

返回控制模块902，用于向所有的驱动电机4发送同一速度反转的信号。

本实施例还具备自动判断前方是否有障碍物的功能，当机器人的正前方即将到达防火墙或者有其他障碍物时，控制驱动电机反转使机器人原路退回出发点。

实施例6

如图18所示，本实施例与实施例5的区别在于：

第一所述第二车身板102上还设有用于给驱动电机4、辅助电机502供电的蓄电池10、与蓄电池10和主控板电连接的电量传感器11，主控板上还设有：

第四判断模块12，用于接收电量传感器11采集的电量G，当电量G低于预设值时，向返回控制模块902发送指令。

本实施例还具备自动判断电力是否够用的功能，当机器人电源的电量低于预设值时，控制驱动电机反转使机器人原路退回出发点。当机器人后退时，同样可以利用激光测距器的工作原理实现自动停止：在第一车身板的顶面设置一个正对上方的激光测距器，因为电缆沟道或者管道顶部的存在，激光测距器会持续接收到信号，此时机器人持续的后退；由于工作人员一般是打开盖板将机器人放入电缆沟道或者管道内，当机器人运动到盖板下方，由于上方没有障碍物或者顶部的高度发生改变，此时命令机器人停下，便于工作人员对其回收。

本实施例的工作原理如下：

开机，进入自检，若通过自检，等待接收指令，若未通过自检，停机且反馈错误信息；

接收运行指令，驱动电机工作，正常行进；

判断机器人行驶方向是否沿着沟道，若是，驱动电机继续工作，若不是，驱动对应侧的驱动电机提高速度调整机器人的姿态，使其行驶方向始终沿着沟道；

判断是否有车轮堵转，若无，驱动电机继续工作，若有，驱动电机停止工作，辅助电机开始工作；

辅助电机停止工作，继续判断是否有车轮堵转，若无，驱动电机继续工作，若有，重复上一步；

判断机器人行进方向前方是否有障碍物，若无，驱动电机继续工作，若有，驱动电机反向工作；

判断蓄电池电量是否低于预设值，若否，驱动电机继续工作，若是，驱动电机反向工作。

综上，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (8)

1.一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，包括本体(1)，其特征在于：所述本体(1)的顶面设有图像采集设备(2)，所述本体(1)的两侧对称设有若干车轮(3)，每一个所述车轮(3)传动连接有一个设于所述本体(1)上的驱动电机(4)；所述本体(1)内设有与所述图像采集设备(2)和所述驱动电机(4)电连接的主控板，所述本体(1)上还设有辅助越障组件(5)；所述辅助越障组件(5)包括若干设于所述本体(1)下方平行布置的滚筒(501)，每一个所述滚筒(501)内均设有一个用于驱动所述滚筒(501)的辅助电机(502)，所述辅助电机(502)与所述主控板电连接；

所述本体(1)包括通过若干螺栓连接的第一车身板(101)和第二车身板(102)，所述第一车身板(101)与所述第二车身板(102)平行布置，所述图像采集设备(2)设于所述第一车身板(101)的顶面上，所述主控板设于所述第二车身板(102)上；所述第二车身板(102)的下方连接有两条平行布置的侧板(103)，两条所述侧板(103)之间设有若干平行布置用于装配所述驱动电机(4)的支撑板(104)，所述支撑板(104)与所述侧板(103)垂直；所述驱动电机(4)对称设于所述支撑板(104)的两端，所述侧板(103)对应所述驱动电机(4)的位置开设有第一轴孔(105)，所述驱动电机(4)的输出轴从与其对应的第一轴孔(105)穿出且与所述车轮(3)传动连接；

所述滚筒(501)的数量至少为两个，所述滚筒(501)的外壁设有若干辅助凸起(503)；所述滚筒(501)的内壁通过若干叶片设有与所述滚筒(501)同轴的驱动筒(504)，所述驱动筒(504)内设有与其配合的驱动轴(505)，所述驱动轴(505)的截面和所述驱动筒(504)的截面为相互配合的正多边形结构；

其中一个所述侧板(103)上对应所述驱动轴(505)的位置设有第二轴孔(106)，所述驱动轴(505)的一端通过轴承设于所述第二轴孔(106)内；所述辅助电机(502)通过电机支架(506)设于另一个所述侧板(103)的内侧，所述电机支架(506)与所述第二轴孔(106)正对布置，所述辅助电机(502)的输出轴与所述驱动轴(505)传动连接，所述驱动轴(505)内成型有轴向布置的驱动腔(507)，所述驱动腔(507)的内壁成型有凸台(508)，所述辅助电机(502)的输出轴伸入所述驱动腔(507)内且成型有与所述凸台(508)配合的缺口(509)；

所述主控板上板载有第一控制组件(6)，每一台驱动电机(4)和每一个辅助电机(502)均具有唯一的ID且分别与主控板连接，所述第一控制组件(6)包括：

第一驱动模块(601)，用于接收工作指令或停止指令来控制驱动电机(4)工作或停止，第一驱动模块(601)控制驱动电机(4)的输出速度为V主；

第二驱动模块(602)，用于接收工作指令或停止指令来控制辅助电机(502)工作或停止，第二驱动模块(602)控制辅助电机(502)的输出速度为V_辅；

储存模块(603)，记录驱动电机(4)正常工作时的脉冲个数N供第一判断模块使用；

脉冲传感器(604)，用于检测每一个驱动电机(4)实时工作时的脉冲个数n；

第一接收模块(605)，用于接收脉冲传感器的检测结果并将其发送给第一判断模块(606)；

第一判断模块(606)，用于判断驱动电机(4)正常工作时脉冲个数N和驱动电机(4)实时工作时脉冲个数n以及驱动电机(4)正常工作时相邻两个脉冲差值△N和驱动电机(4)实时工作时相邻两个脉冲差值△n的大小关系，并根据结果发出对应的指令，当n＝N时，通过第一驱动模块(601)控制驱动电机(4)以V_主输出；当n＜N或者△n＞△N时，通过第二驱动模块(602)控制与出现异常的驱动电机(4)ID对应的辅助电机(502)以V_辅输出；

计时模块(607)，用于当辅助电机(502)开启T时间后向第二驱动模块(602)发出停止辅助电机的指令，并向第一判断模块(606)发送工作指令。

2.根据权利要求1所述的一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，其特征在于，所述第一车身板(101)顶面对应机器人其中一条侧边的位置设有平行布置的第一巡边条(107)和第二巡边条(108)，所述第一巡边条(107)的外侧设有两个平行布置的激光测距传感器(109)；

主控板上板载有第二控制组件(7)，包括：

启动信号发送模块(701)，用于向所有驱动电机(4)发送按照转速V_主行走的启动信号，每一个驱动电机(4)均具有唯一的ID，每一ID均与驱动电机(4)相对于被测目标的位置相关联；

第二接收模块(702)，用于实时接收激光测距传感器(109)测量的与被测目标的距离信息a和b；

第二判断模块(703)，用于判断a与b的大小，当b＞a时，向第一计算模块(704)发送指令，当b＜a时，向第二计算模块(705)发送指令；

第一计算模块(704)，用于计算行走机构与被测目标的夹角α，α＝arctan(b-a)/h，向第一控制模块(706)发送指令；

第二计算模块(705)，用于计算行走机构与被测目标的夹角β，β＝arctan(a-b)/h，向第二控制模块(707)发送指令；

第一控制模块(706)和第二控制模块(707)均用于向驱动电机(4)发送控制信号，进而调整机器人的行走姿态；

所述第一控制模块(706)包括：

第一控制子模块(70601)，用于向驱动电机(4)发出控制信号，所述控制信号针对每一个驱动电机ID分别发出，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主(1+ktanα)，k为常数，远离被测目标一侧的两个第一电机的转速为V_主；

所述第二控制模块(707)包括：

第二控制子模块(70701)，用于向驱动电机(4)发出控制信号，所述控制信号针对每一个驱动电机ID分别发出，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主(1+ktanβ)，k为常数，远离被测目标一侧的两个第一电机的转速为V_主。

3.根据权利要求2所述的一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，其特征在于，所述第二控制组件(7)还包括第三控制模块(708)，所述第一控制模块(706)和第二控制模块(707)还用于向第三控制模块(708)发送指令，

第三控制模块(708)，当接收到指令后，用于实时接收第二接收模块(702)传输的距离信息a和b并进行判断，当判断出a＝b时，用于向所有驱动电机(4)发出以转速V_主行走的信号；

所述第二控制组件(7)还包括：第三判断模块(709)和第四控制模块(710)，当所述第三控制模块(708)判断出a＝b时，还用于向第三判断模块(709)发送指令；

第三判断模块(709)，当第二判断模块(703)或第三控制模块(708)判断出a＝b时，用于判断a或b与s的大小，当a或b＞s时，向第四控制模块(710)发送指令，当a或b≤s，不做处理，其中s为行走机构与被测目标的最小极限距离；

第四控制模块(710)，用于向驱动电机发送控制信号；

所述第四控制模块(710)包括：

指令发送子模块(71001)，用于向驱动电机(4)发送控制信号，并向第一处理子模块(71002)发送指令，所述控制信号包括与每一个驱动电机的ID对应的转速，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为mV_主，远离被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主，其中0＜m＜1；

第一处理子模块(71002)，当接收到指令后，用于实时接收激光测距传感器(109)生成的距离信息a和b，并根据激光测距传感器生成的激光与被测目标的夹角θ判断行走机构的姿态，当判断出Bsinθ＝s时，其中B＝a或b，

向驱动电机(4)发送控制信号，并向第三控制模块(708)发送指令，所述控制信号包括与每一驱动电机ID对应的转速，其中，靠着被测目标一侧的驱动电机的转速为V_主，远离被测目标一侧的两个第一电机的转速为mV_主。

4.根据权利要求3所述的一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，其特征在于，所述第一控制模块(706)还包括：

第一判断子模块(70602)，用于判断a与s的大小，当asinθ≤s时，向第一控制子模块(70601)发送指令，当asinθ＞s时，向第二判断子模块(70603)发送指令；

第二判断子模块(70603)，用于从下一时刻t₁开始检测从第二接收模块(702)接收到a_t1的大小，当判断出a_t1sinθ≤s时，向第一控制子模块(70601)发送指令，当a_t1sinθ＞s时，判断a_t1是否等于a，如果a_t1＝a，向第四控制模块(710)发送指令，如果a_t1≠a，直至判断出a_tnsinθ＝s时，a_tn表示t_n时刻a的值，向第一控制子模块(70601)发送指令；

所述第二控制模块(707)还包括：

第三判断子模块(70702)，用于判断b与s的大小，当b≤s时，向第二控制子模块(70701)发送指令，当b＞s时，向第四判断子模块(70703)发送指令；

第四判断子模块(70703)，用于从下一时刻t₁开始检测从第二接收模块(702)接收到a_t1和b_t1的大小，当判断出b_t1≤s时，向第二控制子模块(70701)发送指令，当b_t1＞s时，判断a_t1是否等于a，如果a_t1＝a，向第四控制模块(710)发送指令，如果a_t1≠a，直至判断出b_tn＝s时，b_tn表示t_n时刻b的值，向第二控制子模块(70701)发送指令。

5.根据权利要求4所述的一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，其特征在于，所述第一车身板(101)顶面对应机器人正前方的侧边上设有超声波测距仪(8)；

所述主控板上还有第三控制组件(9)，包括：

第三接收模块(901)，用于接收到超声波测距仪(8)发出的信号；

返回控制模块(902)，用于向所有的驱动电机(4)发送同一速度反转的信号。

6.根据权利要求5所述的一种高越障能力的电缆沟巡检机器人，其特征在于，所述第二车身板(102)上还设有用于给驱动电机(4)、辅助电机(502)供电的蓄电池(10)、与所述蓄电池(10)和主控板电连接的电量传感器(11)，所述主控板上还设有：

第四判断模块(12)，用于接收电量传感器(11)采集的电量G，当电量G低于预设值时，向返回控制模块(902)发送指令。

7.一种高越障能力电缆沟巡检机器人的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

开机，进入自检，若通过自检，等待接收指令，若未通过自检，停机且反馈错误信息；

接收运行指令，驱动电机工作，正常行进；

判断机器人行驶方向是否沿着沟道，若是，驱动电机继续工作，若不是，驱动对应侧的驱动电机提高速度调整机器人的姿态，使其行驶方向始终沿着沟道；

判断是否有车轮堵转，若无，驱动电机继续工作，若有，驱动电机停止工作，辅助电机开始工作；

辅助电机停止工作，继续判断是否有车轮堵转，若无，驱动电机继续工作，若有，重复上一步。

8.根据权利要求7所述的一种高越障能力电缆沟巡检机器人的实现方法，其特征在于，还包括以下步骤：

判断机器人行进方向前方是否有障碍物，若无，驱动电机继续工作，若有，驱动电机反向工作；

判断蓄电池电量是否低于预设值，若否，驱动电机继续工作，若是，驱动电机反向工作。

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