CN109509320A - 一种变电站火灾预警巡检机器人 - Google Patents

一种变电站火灾预警巡检机器人 Download PDF

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汪永锋
陆畅
司文跃
吕杰
闫春
孙世勇
支建设
王高举
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Abstract

本发明属于智能设备技术领域，尤其是一种变电站火灾预警巡检机器人，包括机器人本体以及设置在机器人本体上的行走装置、监控装置、控制装置、通信装置和导航定位装置，行走装置包括两个V形拐臂和两个斜向设置的支架，两个V形拐臂和两个支架的端部均设置驱动电机，驱动电机的输出轴均传动连接有滚轮。本发明具有上下楼梯、进出电缆沟的功能，能够按照预定的时间、路线，自主巡检变电站的户内、户外、电缆沟等设备及环境，及时发现发热点、电火花、火焰点、烟感点等火灾隐患，实现无人变电站的火灾预警与报警功能，具有便于推广到仓库、油库等其它领域的应用前景。

Description

一种变电站火灾预警巡检机器人
技术领域
本发明属于智能设备技术领域，尤其是一种变电站火灾预警巡检机器人。
背景技术
随着信息化时代的不断推进，基于物联网技术的各种新应用也迅速发展，伴随着高带宽的迅速普及，网络多媒体应用已逐渐普遍，基于IP技术的各种通信应用，如网络远程监控也应运而生。
电力部门为了提高经济效益，提高劳动生产率，已经逐步投入变电站无人值守建设，将智能巡视机器人与物联网远程监控系统进行有效结合，而且电力部门网络的全面改造，各变电站、变电所都有了相应的通信网络，还可以在电力调度通信中心建立监控中心，能够对各变电站、变电所的有关数据、参量、图像进行监控和监视，能够实时、直接地了解和掌握各变电站、所的情况，对发生的情况作出迅速反应。
由于变电站内线路和设备众多，高压电弧、高负载或电路短路的状况均会引发变电站火灾，所以变电站内火灾预防是工作中的重点。公开号为CN108694801A的专利文献公开了一种火灾预警智能识别平台系统包括视频监控系统、视频图像识别分析处理系统、火灾警报系统、桥接通信系统和安全执行控制系统，视频监控系统与所述视频图像识别分析处理系统连接，视频图像识别分析处理系统分别与火灾警报系统和安全执行控制系统连接。本发明利用电厂原有视频监控设备进行火灾预警识别，利用视频图像识别分析处理系统的两套图像识别分析技术，但是仅通过图像识别技术进行火灾预警，适用于火灾发生后，并不能从根本上实现预警功能，而且图像识别技术的覆盖范围有限，无法对变电站内所有空间进行监测。
公开号为CN107009366A的专利文献公开了一种仓库消防安全自动巡视机器人，包括：感知模块：用于实现对所述仓库消防安全自动巡视机器人周围环境的感知；控制模块：用于实现对所述仓库消防安全自动巡视机器人的控制；电机及驱动模块：用于实现对所述仓库消防安全自动巡视机器人的驱动；摄像模块：用于实现对所述仓库消防安全自动巡视机器人周边出现的物体进行拍摄和录像；电源模块：用于为所述仓库消防安全自动巡视机器人提供电源。该结构虽然实现了现场巡视的功能，但是将其应用在变电站内时，由于室内外环境复杂多变，该结构的适应性不强，特别是无法对电缆沟等需要攀爬或者跨越的环境进行巡视。
综上所示，现有技术中的火灾预警装置在实际应用中，仅能实现火灾后预警，而且火灾预警功能薄弱，通过能力差，在户外设备、电缆沟、室内等多种设备巡检范围方面不能兼顾。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种变电站火灾预警巡检机器人，具有上下楼梯、进出电缆沟的功能，能够按照预定的时间、路线，自主巡检变电站的户内、户外、电缆沟等设备及环境，及时发现发热点、电火花、火焰点、烟感点等火灾隐患，实现无人变电站的火灾预警与报警功能，具有便于推广到仓库、油库等其它领域的应用前景。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种变电站火灾预警巡检机器人，包括机器人本体以及设置在机器人本体上的行走装置、监控装置、控制装置、通信装置和导航定位装置，所述行走装置包括位于机器人本体下端的前驱动组件和后驱动组件，所述前驱动组件包括通过转轴设置在机器人本体两侧的两个V形拐臂，所述后驱动组件包括固定设置在机器人本体两侧的两个斜向设置的支架，两个V形拐臂和两个支架的端部均设置驱动电机，驱动电机的输出轴均传动连接有滚轮；
所述监控装置包括热释红外感应模块、紫外线感应模块和烟雾感应模块，所述监控装置的输出端与控制装置的输入端相连接。
进一步的，还包括充电桩，所述充电桩上设置充电接口，所述机器人本体外侧设置与充电接口相匹配的充电接头，所述充电接头通过电缆与设置在机器人本体内的可充电电源相连接；所述可充电电源为驱动电机、监控装置、控制装置、通信装置和导航定位装置供电。
进一步的，所述监控装置还包括通过云台转动设置在机器人本体上的视频采集模块。
进一步的，所述视频采集装置包括左侧可见光镜头、右侧可见光镜头以及位于左侧可见光镜头和右侧可见光镜头之间的红外光镜头、紫外光镜头，所述左侧可见光镜头、右侧可见光镜头的后方均设置图像采集模块，所述图像采集模块的输出端与控制装置的输入端相连接，所述热释红外感应模块位于红外光镜头的后侧，所述紫外线感应模块位于紫外光镜头的后侧。
进一步的，所述导航定位装置包括超声波感应模块、激光感应模块、GPS定位模块和路径设定模块，所述导航定位装置的输出端与控制装置的输入端电连接，所述控制装置的输出端与驱动电机的输入端相连接。
进一步的，所述导航定位装置还包括设置在机器人本体上的RFID读码模块，所述RFID读码模块与变电站设备上安装的电子标签相匹配，所述RFID读码模块的输出端与控制装置的输入端电连接，所述控制装置的输出端通过无线通信模块与远程监控室内的服务器终端进行通信。
进一步的，所述机器人本体内设置风道，烟雾感应模块位于风道的进风口，风道的出风口设置风机。
本发明的有益效果是：
1.本发明对机器人本体上的行走装置进行改进，行走装置的前驱动组件包括通过转轴设置在机器人本体两侧的两个V形拐臂，V形拐臂为倒置布置，该结构设计可实现V形拐臂以转轴为中心的自由转动，后驱动组件包括固定设置在机器人本体两侧的两个支架，支架斜向后布置，该结构设计便于为机器人本体提供倾斜向前的推力；
具体组装时，在两个V形拐臂和两个支架的端部均固定安装驱动电机，驱动电机的输出轴均传动连接有滚轮，位于前侧的四个驱动电机为V形拐臂上的滚轮提供动力，位于后侧的两个驱动电机为支架上的滚轮提供动力，结合V形拐臂、支架的结构和布置位置，当需要跨越障碍物时，两个V形拐臂前侧的滚轮带动整个V形拐臂以转轴为中心做一定角度的旋转运动，该旋转角度小于等于90°，每一个V形拐臂上设置两个滚轮，前侧的滚轮攀爬、后侧的滚轮用于维持稳定和持续向前的推动力，特别是在爬台阶或者下台阶的过程中，机器人本体前端处于翘起或者斜爬状态时，V形拐臂和支架为机器人本体提供稳定的攀爬姿态；另外，本发明中的行走装置通过控制两侧滚轮的不同转速实现转弯，保证其安装固定的巡视路线行进。该结构设计有效提高机器人的巡逻能力，按照预定的时间、路线，自主巡检变电站的户内、户外、电缆沟等设备及环境。
2.常规的变电站火宅预警装置大多停留在火宅发生后发出报警信号的控制机制，对于电力公司的财产保全、用户用电来讲都属于亡羊补牢；本发明一改传统方案，对火宅发生前的环境状态进行监测，其中的热释红外感应模块用于检测变电站设备的表面温度，该温度设计值为对应设备的着火点以下的温度值，例如低于其着火点5-10℃，紫外线感应模块用于感应电火花、电弧等现象，烟雾感应模块用于感应烟感点，从而对户内、户外多个环境中的多种火灾隐患进行提前的全面的预警，相对现有技术中仅通过热释红外感应或者烟雾感应的机制，本申请通过多个相辅相成的感应模块，对各类火灾隐患提前进行预警。
3.本发明中增设充电桩，充电桩和多个电力设备均位于行走路径的设定点上，在机器人本体的动力能源消耗至预设值或者巡视一个周期后，自动行驶至充电桩处进行充电，为驱动电机、监控装置、控制装置和导航定位装置提供充足的电能，从而实现持续性的无人值守。
4.监控装置还包括视频采集模块，其中视频采集装置包括左侧可见光镜头、右侧可见光镜头以及位于左侧可见光镜头和右侧可见光镜头之间的红外光镜头、紫外光镜头；
本结构对视频采集模块的镜头进行分类，使用时，将热释红外线感应模块安装在红外线镜头的后侧，将紫外线感应模块安装在紫外线镜头的后侧，用于提高感应模块检测结果的准确性；特别是，采用两侧设置的可见光镜头，共同搭配一个图像采集模块，对变电站户内、户外的图像进行采集，控制装置对两组图像信息分析后建立立体视觉模型，为机器人本体的行进提供准确的现场图像反馈，特别是在有大型无法跨越的检修设备放置在地面上时，可以对其避让。
3.本申请的导航定位装置包括超声波感应模块、激光感应模块、GPS定位模块和路径设定模块，导航定位装置的输出端与控制装置的输入端电连接，控制装置控制与电机的转速使机器人本体在GPS定位模块的实时校正下沿设定好的路径进行巡视，超声波感应模块、激光感应模块用于行人避让和障碍物避让。
4.在机器人本体上设置RFID读码模块，RFID读码模块与变电站设备上安装的电子标签相匹配，RFID读码模块的输出端与控制装置的输入端电连接，控制装置的输出端通过无线通信模块与远程监控室内的服务器终端进行通信；
由于GPS信号受变电站内的电场影响大，室内信号也有所衰减，仅通过GPS信号对火灾的位置进行定位效果较差，本结构当监测到某设备存在火灾隐患时，通过RFID读码模块和该设备上的电子标签进行匹配，并将设备信息发送给控制装置，控制装置通过无线通信协议将该设备的位置发送至监控室内，服务器终端自带报警装置，用于提示监控人员达到指定的隐患区域，结合GPS定位模块，可有效提高火灾隐患位置的准确性。
5. 在机器人本体内设置风道，烟雾感应模块位于风道的进风口，风道的出风口设置风机，实际使用时，烟雾感应模块的数量为多个，进风口也对应设计为多个，通过风机的转动，在风道内形成气流，从而增加流经烟雾感应模块的空气量，提高烟雾检测效率。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为本发明实施例二充电桩的结构示意图；
图4为本发明实施例三的结构示意图；
图5为图4的右视图；
图6为本发明实施例四的结构示意图。
图中标号：1-机器人本体，2-控制装置，3-通信装置，4-转轴，5-V形拐臂，6-支架，7-驱动电机，8-滚轮，9-热释红外感应模块，10-紫外线感应模块，11-烟雾感应模块，12-视频采集模块，13-电动云台，14-超声波感应模块，15-激光感应模块，16-GPS定位模块，17-路径设定模块，18-可充电电源，19-充电桩，20-左侧可见光镜头，21-右侧可见光镜头，22-红外光镜头，23-紫外光镜头，24-图像采集模块，25-RFID读码模块，26-充电接口，27-风道，28-风机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例一
如图1和图2所示，本发明包括机器人本体1以及设置在机器人本体1上的行走装置、监控装置、控制装置2、通信装置3和导航定位装置。
行走装置包括位于机器人本体1下端的前驱动组件和后驱动组件，前驱动组件包括通过转轴4设置在机器人本体1两侧的两个V形拐臂5（图1示出一个），后驱动组件包括通过螺栓固定在机器人本体1两侧的两个斜向设置的支架6（图1示出一个），两个V形拐臂5和两个支架6的端部均设置驱动电机7，驱动电机7的输出轴均传动连接有滚轮8。
监控装置包括热释红外感应模块9、紫外线感应模块10、烟雾感应模块11、视频采集模块12，热释红外感应模块9、紫外线感应模块10和视频采集模块12通过电动云台13设置在机器人本体1的上部，烟雾感应模块11为四个分别设置在机器人本体1的前后左右四个面，监控装置的输出端与控制装置2的输入端相连接，具体制作时，在机器人本体1内设置风道27，烟雾感应模块11位于风道27的进风口，风道27的出风口设置风机28，出风口位于机器人本体1的下端面，风机28开启后，从而增加流经烟雾感应模块11的空气量，无论是在室外还是室内作业时，可有效提高烟雾感应模块11的检测效率。
导航定位装置包括超声波感应模块14、激光感应模块15、GPS定位模块16和路径设定模块17，超声波感应模块14、激光感应模块15均为多个，安装在机器人本体1的前后左右四个面上，导航定位装置的输出端与控制装置2的输入端电连接，控制装置的输出端与驱动电机7的输入端相连接。
机器人本体1内安装可充电电源18；可充电电源18为驱动电机7、监控装置、控制装置2、通信装置3和导航定位装置供电。
本发明在使用时，机器人本体1在导航定位装置的导航作用下，沿设定好的路径进行行走，控制装置2内设置PLC控制器，用于控制驱动电机7的转速，实现机器人本体1自动转弯、大范围无人行进，在行进过程中，监控模块用于对变电站户外、户内的设备进行实时监控，一旦发现存在火灾隐患，比如设备表面温度接近着火点、电弧、电火花、烟雾等现象，即传送信号给PLC控制器，PLC控制器通过通信模块3将现场实施坐标和实时图像发送至远程监控室内，远程监控室内的报警模块对工作人员进行警示。
本申请通过对行走装置的改进，实现户外无障碍跨越、户内户外穿越等功能，极大的提高了巡视机器人的机动性，确保了无人值守的范围，实用性极强。
实施例二
本实施例与实施例一的结构基本相同，不同的是：如图3所示，本发明还包括充电桩19，充电桩19上设置充电接口26，机器人本体外侧设置与充电接口相匹配的充电接头，充电接头通过电缆与可充电电源相连接。
实施例三
本实施例与实施例一的结构基本相同，不同的是：如图4和图5所示，视频采集装置包括左侧可见光镜头20、右侧可见光镜头21、红外光镜头22、紫外光镜头23，左侧可见光镜头20、右侧可见光镜头21的后方均设置图像采集模块24，图像采集模块24的输出端与控制装置2的输入端相连接，热释红外感应模块9位于红外光镜头22的后侧，紫外线感应模块10位于紫外光镜头23的后侧。
实施例四
本实施例与实施例一的结构基本相同，不同的是：如图6所示，导航定位装置还包括设置在机器人本体上的RFID读码模块25，RFID读码模块25与变电站设备上安装的电子标签相匹配，RFID读码模块25的输出端与控制装置2的输入端电连接，控制装置2的输出端通过无线通信模块3与远程监控室内的服务器终端进行通信。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种变电站火灾预警巡检机器人，包括机器人本体以及设置在机器人本体上的行走装置、监控装置、控制装置、通信装置和导航定位装置，其特征在于：
所述行走装置包括位于机器人本体下端的前驱动组件和后驱动组件，所述前驱动组件包括通过转轴设置在机器人本体两侧的两个V形拐臂，所述后驱动组件包括固定设置在机器人本体两侧的两个斜向设置的支架，两个V形拐臂和两个支架的端部均设置驱动电机，驱动电机的输出轴均传动连接有滚轮；
所述监控装置包括热释红外感应模块、紫外线感应模块和烟雾感应模块，所述监控装置的输出端与控制装置的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种变电站火灾预警巡检机器人，其特征在于：还包括充电桩，所述充电桩上设置充电接口，所述机器人本体外侧设置与充电接口相匹配的充电接头，所述充电接头通过电缆与设置在机器人本体内的可充电电源相连接；所述可充电电源为驱动电机、监控装置、控制装置、通信装置和导航定位装置供电。
3.根据权利要求1所述的一种变电站火灾预警巡检机器人，其特征在于：所述监控装置还包括通过云台转动设置在机器人本体上的视频采集模块。
4.根据权利要求3所述的一种变电站火灾预警巡检机器人，其特征在于：所述视频采集装置包括左侧可见光镜头、右侧可见光镜头以及位于左侧可见光镜头和右侧可见光镜头之间的红外光镜头、紫外光镜头，所述左侧可见光镜头、右侧可见光镜头的后方均设置图像采集模块，所述图像采集模块的输出端与控制装置的输入端相连接，所述热释红外感应模块位于红外光镜头的后侧，所述紫外线感应模块位于紫外光镜头的后侧。
5.根据权利要求1所述的一种变电站火灾预警巡检机器人，其特征在于：所述导航定位装置包括超声波感应模块、激光感应模块、GPS定位模块和路径设定模块，所述导航定位装置的输出端与控制装置的输入端电连接，所述控制装置的输出端与驱动电机的输入端相连接。
6.根据权利要求5所述的一种变电站火灾预警巡检机器人，其特征在于：所述导航定位装置还包括设置在机器人本体上的RFID读码模块，所述RFID读码模块与变电站设备上安装的电子标签相匹配，所述RFID读码模块的输出端与控制装置的输入端电连接，所述控制装置的输出端通过无线通信模块与远程监控室内的服务器终端进行通信。
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