CN109353202A - 一种变电站巡检机器人的移动底盘及移动方法 - Google Patents

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薛舒严
郭健
吴益飞
施佳伟
危海明
孙强
宋恺
黄迪
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Abstract

本发明公开了一种变电站巡检机器人的移动底盘及移动方法，该移动底盘包括底盘本体、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎。方法为：巡检机器人控制模块通过无线装置接收来自远程上位机的指令，解析指令内容，获取移动指令和目标位置在内置导航系统中的坐标；将目标位置与当前位置进行比较，计算出需要移动的线速度和角速度；将线速度信息和角速度信息传递给运动控制模块，转换成左右电机的转速下发到驱动器，控制机器人移动；按照设定的周期重复采集姿态信息和位置信息，并且重复数据解算和输出控制，直到巡检机器人运动到目的地。本发明提高了巡检效率，并且具有更强的爬坡越障能力，能够适应更加恶劣的应用场景。

Description

一种变电站巡检机器人的移动底盘及移动方法
技术领域
本发明属于智能机器人技术领域，特别是一种变电站巡检机器人的移动底盘及移动方法。
背景技术
随着智能电网系统的发展，变电站、电力线的覆盖范围越来越广，在给人们的生活带来便利的同时也为设备的检修维护带来了新的问题。在日常的维护中，若是采用传统的人工巡检方式，不仅会耗费大量的人力，还会造成工作效率低下的情况，同时巡检的覆盖率，及时性以及准确性也无法得到保证。
针对人工巡检可能带来的种种问题，利用变电站巡检机器人来代替人工巡检逐渐成为一种趋势。但是目前主流变电站巡检机器人均存在行进时转向不便，转向半径大，爬坡越障能力差等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种行进时转向方便、转向半径小、爬坡越障能力强的变电站巡检机器人的移动底盘及移动方法。
实现本发明的目的的技术解决方案为：一种变电站巡检机器人的移动底盘，包括底盘本体、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎；
所述底盘本体为带固定孔的十字型金属板，顶部搭载有转接机构和旋转机构，底部固定有行进机构，轮胎位于底盘本体四个凹口处；
所述转接机构包括转接板、L板、转台固定板和加强筋，用于将整个移动底盘形成一个整体；
所述旋转机构包括旋转电机和旋转平台，用于提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；
所述行进机构包括运动电机和减速器，用于驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能；
所述支撑机构包括第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆、底板支架和L角件，用于加固底盘本体的承载能力。
进一步地，所述转接机构中，转接板为T型金属件，顶部连接旋转平台，底部连接L板，从而使整个移动底盘形成一个整体；所述L板连接运动电机与转接板；所述转台固定板为凸字形结构件，凸起部分固定于所述底盘本体较短的十字臂上，两侧分别与前后旋转平台相连，从而固定旋转平台；所述加强筋固定于转台固定板顶部，加强转台固定板的承载能力。
进一步地，所述旋转机构中，旋转电机固定于转台固定板上，与旋转平台相连，提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；所述旋转平台将来自旋转电机的垂直方向的力矩转变为水平方向的力矩，带动轮胎转向。
进一步地，所述行进机构中，运动电机共有4个，分别与减速器相连，带动轮胎旋转，进而驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能。
进一步地，所述支撑机构中，底板支架为十字型边框，固定于底盘本体底部，用于加固底盘本体的承载能力；所述第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆位于底板支架中间，起到了加固底板支架强度的作用；所述L角件固定于第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆和底板支架之间，起到将第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆固定到底板支架上的作用。
一种变电站巡检机器人的移动方法，移动底盘包括底盘本体、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎，移动过程如下：
步骤1：接收指令
巡检机器人控制模块通过无线装置接收来自远程上位机的指令，解析指令内容，获取移动指令，同时获得目标位置在内置导航系统中的坐标；
步骤2：数据解算
将目的地位置信息与当前位置信息进行比较，利用轨迹跟踪算法，计算出需要移动的线速度和角速度；
步骤3：输出控制
将线速度信息和角速度信息通过UDP的方式传递给运动控制模块，运动控制模块将速度转换成左右电机的转速并下发到驱动器，进而控制机器人移动；
步骤4：判断位置
按照设定的周期重复采集姿态信息和位置信息，并且重复步骤2～步骤3，直到巡检机器人运动到目的地为止。
进一步地，步骤3所述运动控制模块包括全驱运动模块和全向运动模块，其中：
所述全驱运动模块，包括直行运动控制板、直行运动驱动器、防跌落传感器和超声波传感器，其中直行运动控制板与交换机相连，接收来自本体主控模块的运动指令，同时将防跌落传感器和超声波传感器信息传递给本体主控模块；
所述全向运动模块，包括转向运动控制板和转向运动驱动器，其中转向运动控制板与交换机相连，实现转向的控制。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用全向全驱的底盘结构，使得机器人的转向更为灵活便捷，所需空间更小，能够在小范围高效的进行各种运动，提高巡检效率；(2)具有更强的爬坡越障能力，能够适应更加恶劣的应用场景。
附图说明
图1是本发明变电站巡检机器人的移动底盘整体结构示意图。
图2是本发明变电站巡检机器人的移动底盘整体结构底面示意图。
图3是本发明变电站巡检机器人的移动底盘整体结构侧面示意图。
图中标号：1、底板；2、加强筋；3、轮胎；4、转台固定板；5、转接板；6、减速器；7、L板；8、运动电机；9、底板支架连接杆；10、底板支架连接杆；11、底板支架；12、底板支架连接杆；13、L角件；14、底板支架连接杆；15、旋转平台；16旋转电机。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步的详细说明。
结合图1～3，本发明变电站巡检机器人的移动底盘，包括底盘本体1、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎3；
所述底盘本体1为带固定孔的十字型金属板，顶部搭载有转接机构和旋转机构，底部固定有行进机构，轮胎3位于底盘本体1四个凹口处；
所述转接机构包括转接板5、L板7、转台固定板4和加强筋2，用于将整个移动底盘形成一个整体；
所述旋转机构包括旋转电机16和旋转平台15，用于提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；
所述行进机构包括运动电机8和减速器6，用于驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能；
所述支撑机构包括第一底板支架连接杆9、第二底板支架连接杆10、第三底板支架连接杆12、第四底板支架连接杆14、底板支架11和L角件13，用于加固底盘本体1的承载能力。
作为一种具体示例，所述转接机构中，转接板5为T型金属件，顶部连接旋转平台15，底部连接L板7，从而使整个移动底盘形成一个整体；所述L板7连接运动电机8与转接板5；所述转台固定板4为凸字形结构件，凸起部分固定于所述底盘本体1较短的十字臂上，两侧分别与前后旋转平台15相连，从而固定旋转平台15；所述加强筋2固定于转台固定板4顶部，加强转台固定板4的承载能力。
作为一种具体示例，所述旋转机构中，旋转电机16固定于转台固定板4上，与旋转平台15相连，提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；所述旋转平台15将来自旋转电机16的垂直方向的力矩转变为水平方向的力矩，带动轮胎3转向。
作为一种具体示例，所述行进机构中，运动电机8共有4个，分别与减速器6相连，带动轮胎3旋转，进而驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能。
作为一种具体示例，所述支撑机构中，底板支架11为十字型边框，固定于底盘本体1底部，用于加固底盘本体1的承载能力；所述第一底板支架连接杆9、第二底板支架连接杆10、第三底板支架连接杆12、第四底板支架连接杆14位于底板支架11中间，起到了加固底板支架强度的作用；所述L角件固定于第一底板支架连接杆9、第二底板支架连接杆10、第三底板支架连接杆12、第四底板支架连接杆14和底板支架11之间，起到将第一底板支架连接杆9、第二底板支架连接杆10、第三底板支架连接杆12、第四底板支架连接杆14固定到底板支架11上的作用。
本发明变电站巡检机器人的移动方法，移动底盘包括底盘本体1、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎3，移动过程如下：
步骤1：接收指令
巡检机器人控制模块通过无线装置接收来自远程上位机的指令，解析指令内容，获取移动指令，同时获得目标位置在内置导航系统中的坐标；
步骤2：数据解算
将目的地位置信息与当前位置信息进行比较，利用轨迹跟踪算法，计算出需要移动的线速度和角速度；
步骤3：输出控制
将线速度信息和角速度信息通过UDP的方式传递给运动控制模块，运动控制模块将速度转换成左右电机的转速并下发到驱动器，进而控制机器人移动；
步骤4：判断位置
按照设定的周期重复采集姿态信息和位置信息，并且重复步骤2～步骤3，直到巡检机器人运动到目的地为止。
作为一种具体示例，步骤3所述运动控制模块包括全驱运动模块和全向运动模块，其中：
所述全驱运动模块，包括直行运动控制板、直行运动驱动器、防跌落传感器和超声波传感器，其中直行运动控制板与交换机相连，接收来自本体主控模块的运动指令，同时将防跌落传感器和超声波传感器信息传递给本体主控模块；
所述全向运动模块，包括转向运动控制板和转向运动驱动器，其中转向运动控制板与交换机相连，实现转向的控制。
实施例1
本发明变电站巡检机器人的移动底盘，如图1～3所示，包括底盘本体1、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎3；所述转接机构包括转接板5、L板7、转台固定板4和加强筋2；所述旋转机构包括旋转电机16和旋转平台15；所述行进机构包括运动电机8和减速器6；所述支撑机构包括第一底板支架连接杆9、第二底板支架连接杆10、第三底板支架连接杆12、第四底板支架连接杆14、底板支架11和L角件13；
所述底盘本体1为带固定孔的十字型金属板，顶部搭载有转接机构和旋转机构，底部固定有行进机构，轮胎3采用实心橡胶轮胎，且位于底盘本体四个凹口处；
所述转接板5为T型金属件，顶部连接旋转平台15，底部连接L板7，从而使整个移动底盘形成一个整体，转台固定板4为凸字形结构件，凸起部分固定于所述底盘本体1较短的十字臂上，两侧分别与前后旋转平台15相连，从而固定旋转平台15；L板7连接运动电机8与转接板5；加强筋2固定于转台固定板4顶部，加强转台固定板4的承载能力；
所述旋转电机16固定于转台固定板4上，与旋转平台15相连，提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；旋转平台15将来自旋转电机15垂直方向的力矩转变为水平方向的力矩，带动轮胎3转向；
所述运动电机8共有4个，分别与减速器6相连，带动轮胎3旋转，进而驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能，提高了巡检机器人的爬坡越障能力；
所述底板支架11为十字型边框，固定于底盘本体1底部，用于加固底盘本体1的承载能力；所述第一底板支架连接杆9、第二底板支架连接杆10、第三底板支架连接杆12、第四底板支架连接杆14位于底板支架1底部，起到了加固底板支架11强度的作用；所述L角件13固定于第一底板支架连接杆9、第二底板支架连接杆10、第三底板支架连接杆12、第四底板支架连接杆14和底板支架11之间，起到将第一底板支架连接杆9、第二底板支架连接杆10、第三底板支架连接杆12、第四底板支架连接杆14固定到底板支架11上的作用；
全向全驱的设计使得底盘能够在小范围高效的进行各种运动，提高了巡检效率。
本发明变电站巡检机器人移动方法，包括以下步骤：
步骤1：接收指令
巡检机器人控制模块通过无线装置接收来自远程上位机的指令，解析指令内容，获取移动指令，同时获得目标位置在内置导航系统中的坐标；
步骤2：数据解算
将目的地位置信息与当前位置信息进行比较，利用轨迹跟踪算法，计算出需要移动的线速度和角速度；
步骤3：输出控制
将线速度信息和角速度信息通过UDP的方式传递给运动控制模块，运动控制模块将速度转换成左右电机的转速并下发到驱动器，进而控制机器人移动；
所述运动控制模块包括全驱运动模块和全向运动模块，其中：所述全驱运动模块，包括直行运动控制板、直行运动驱动器、防跌落传感器和超声波传感器，其中直行运动控制板与交换机相连，接收来自本体主控模块的运动指令，同时将防跌落传感器和超声波传感器信息传递给本体主控模块；所述全向运动模块，包括转向运动控制板和转向运动驱动器，其中转向运动控制板与交换机相连，实现转向的控制。
步骤4：判断位置
按照设定的周期重复采集姿态信息和位置信息，并且重复步骤2和步骤3，直到巡检机器人运动到目的地为止。
综上所述，本发明变电站巡检机器人的移动底盘及移动方法，使用全向全驱的底盘结构设计，使得机器人的转向更为灵活便捷，所需空间更小，能够在小范围高效的进行各种运动，提高了巡检效率；全向全驱的底盘结构设计，具有更强的爬坡越障能力，能够适应更加恶劣的应用场景。

Claims (7)

1.一种变电站巡检机器人的移动底盘，其特征在于，包括底盘本体(1)、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎(3)；
所述底盘本体(1)为带固定孔的十字型金属板，顶部搭载有转接机构和旋转机构，底部固定有行进机构，轮胎(3)位于底盘本体(1)四个凹口处；
所述转接机构包括转接板(5)、L板(7)、转台固定板(4)和加强筋(2)，用于将整个移动底盘形成一个整体；
所述旋转机构包括旋转电机(16)和旋转平台(15)，用于提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；
所述行进机构包括运动电机(8)和减速器(6)，用于驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能；
所述支撑机构包括第一底板支架连接杆(9)、第二底板支架连接杆(10)、第三底板支架连接杆(12)、第四底板支架连接杆(14)、底板支架(11)和L角件(13)，用于加固底盘本体(1)的承载能力。
2.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人的移动底盘，其特征在于，所述转接机构中，转接板(5)为T型金属件，顶部连接旋转平台(15)，底部连接L板(7)，从而使整个移动底盘形成一个整体；所述L板(7)连接运动电机(8)与转接板(5)；所述转台固定板(4)为凸字形结构件，凸起部分固定于所述底盘本体(1)较短的十字臂上，两侧分别与前后旋转平台(15)相连，从而固定旋转平台(15)；所述加强筋(2)固定于转台固定板(4)顶部，加强转台固定板(4)的承载能力。
3.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人的移动底盘，其特征在于，所述旋转机构中，旋转电机(16)固定于转台固定板(4)上，与旋转平台(15)相连，提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；所述旋转平台(15)将来自旋转电机(16)的垂直方向的力矩转变为水平方向的力矩，带动轮胎(3)转向。
4.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人的移动底盘，其特征在于，所述行进机构中，运动电机(8)共有4个，分别与减速器(6)相连，带动轮胎(3)旋转，进而驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能。
5.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人的移动底盘，其特征在于，所述支撑机构中，底板支架(11)为十字型边框，固定于底盘本体(1)底部，用于加固底盘本体(1)的承载能力；所述第一底板支架连接杆(9)、第二底板支架连接杆(10)、第三底板支架连接杆(12)、第四底板支架连接杆(14)位于底板支架(11)中间，起到了加固底板支架强度的作用；所述L角件固定于第一底板支架连接杆(9)、第二底板支架连接杆(10)、第三底板支架连接杆(12)、第四底板支架连接杆(14)和底板支架(11)之间，起到将第一底板支架连接杆(9)、第二底板支架连接杆(10)、第三底板支架连接杆(12)、第四底板支架连接杆(14)固定到底板支架(11)上的作用。
6.一种变电站巡检机器人的移动方法，其特征在于，移动底盘包括底盘本体(1)、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎(3)，移动过程如下：
步骤1：接收指令
巡检机器人控制模块通过无线装置接收来自远程上位机的指令，解析指令内容，获取移动指令，同时获得目标位置在内置导航系统中的坐标；
步骤2：数据解算
将目的地位置信息与当前位置信息进行比较，利用轨迹跟踪算法，计算出需要移动的线速度和角速度；
步骤3：输出控制
将线速度信息和角速度信息通过UDP的方式传递给运动控制模块，运动控制模块将速度转换成左右电机的转速并下发到驱动器，进而控制机器人移动；
步骤4：判断位置
按照设定的周期重复采集姿态信息和位置信息，并且重复步骤2～步骤3，直到巡检机器人运动到目的地为止。
7.根据权利要求6所述的变电站巡检机器人的移动方法，其特征在于，步骤3所述运动控制模块包括全驱运动模块和全向运动模块，其中：
所述全驱运动模块，包括直行运动控制板、直行运动驱动器、防跌落传感器和超声波传感器，其中直行运动控制板与交换机相连，接收来自本体主控模块的运动指令，同时将防跌落传感器和超声波传感器信息传递给本体主控模块；
所述全向运动模块，包括转向运动控制板和转向运动驱动器，其中转向运动控制板与交换机相连，实现转向的控制。
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