CN109904926A - 适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于变电站室内设备异常状况巡视的智能机器人及其控制方法，智能机器人包括第一微处理器及与该第一微处理器连接的用于感知循迹路径的循迹传感器、用于获取变电站室内图像的摄像装置、用于与远程终端通信连接的无线通信模块；第二微处理器、第二电机、第一电机及连接第二微处理器的用于感知智能机器人周边的障碍物的避障感应器、第二电机控制电路、第一电机控制电路；及供电电源。该智能机器人可适用于狭小空间的巡视，可通过远程终端实时获取机器人的巡视情况和异常状况的报警信息，且造价成本低。

Description

适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人及其控制方法。

背景技术

随着科技进步、电网发展及机器人技术的推广，国家电网公司已经在变电站运行维护工作中采用了智能机器人巡检。智能机器人不仅可以代替电网运行人员进行变电站内一次二次设备的例行巡视、红外测温、安防消防检查还可以完成巡视大数据收集和整理，便于变电站管理人员和检修人员进行分析和总结。智能机器人的落地意味着常规变电站运维值守模式的更新换代，并且随着机器人应用经验和技术的进一步积累，机器人代替人类管理变电站将成为可能。

巡视机器人的研究始于80年代末，并且逐渐成为变电站巡视技术改进和推广的研究重点。加拿大、日本、美国在智能巡视机器人的研究中处于领先地位，如加拿大魁北克水电研究院在1998年开始进行输电线路巡视机器人的研究，所设计的“LineScout”机器人，经过多代改进之后，采用遥控方式，可沿735千伏的导线进行自动避障巡视；日本东京大学2008年研制了“Expriner”机器人，可在500千伏的四分裂导线上行走，其机身使用碳纤维结构，配置两对组轮具有两个维度的作业臂；2014年美国研制的TI机器人趋于完善，可完成756千伏线路的高速巡视和强力续航。

在国内，不少高校也在智能巡视机器人的研究中取得了不错的成就，如哈尔滨工业大学于2010年研制了高压线除冰机器人，能除掉8-15毫米直径导线上包裹的60毫米厚的冰柱；山东电力研究院于2012年研制出用于多分裂线路巡检机器人样机。

诚然智能机器人已经在输电线路、变电站户外设备巡视领域中成就颇丰，但关于变电站室内设备巡检机器人的设计和巡检技术研究方面，较为薄弱。因此本项目在深入研究变电站机器人巡检技术的同时，还着力于设计一款可适用于变电站室内设备巡视的智能机器人，填补变电站机器人巡视领域的空缺。

发明内容

本发明提供了一种适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，它包括：

第一微处理器及与该第一微处理器连接的循迹传感器、摄像装置、无线通信模块，该循迹传感器用于感知循迹路径，该摄像装置用于获取变电站室内图像，该无线通信模块用于与远程终端通信连接；

第二微处理器、避障感应器、第二电机控制电路、第二电机、第一电机控制电路、第一电机，该避障感应器、第二电机控制电路、第一电机控制电路与该第二微处理器连接，该第一电机控制电路连接第一电机，该第二电机控制电路连接第二电机，该避障感应器用于感知智能机器人周边的障碍物，该第一电机控制电路和第二电机控制电路分别用于控制第一电机和第二电机的运动速度，该第一电机用于控制该智能机器人的行走，该第二电机用于控制摄像装置的转动；及

供电电源，用于给该智能机器人提供电能。

一实施例之中：该智能机器人的机身采用合成树脂、铜柱、铜螺母为材料进行组装。

一实施例之中：该智能机器人采用轻金属履带底盘。

一实施例之中：还包括录音模块，该录音模块连接第一微控制器。

一实施例之中：该循迹传感器为视觉传感器，并通过机器视觉技术实现循迹。

一实施例之中：该循迹传感器为红外线传感器。

一实施例之中：该避障感应器为超声波传感器。

一实施例之中：该避障感应器为红外线传感器。

一实施例之中：还包括用于感应变电站室内的温湿度情况的温湿度传感器，该温湿度传感器连接第二微控制器或第一微控制器。

一实施例之中：还包括用于感应变电站室内火灾监测的烟雾传感器，该烟雾传感器连接第二微控制器或第一微控制器。

一实施例之中：安装有用于简易运维作业的机械手臂。

一实施例之中：该第一电机为伺服电机，该第二电机为减速电机。

一实施例之中，还包括姿态、倾角加速度传感器，该姿态、倾角加速度传感器按预设角度实现摄像装置拍照位置的定位，完成该智能机器人的信息采集，该姿态、倾角加速度传感器27连接第二微控制器20。

一实施例之中：该第一微控制器采用ARM Cortex-A53，该第二微控制器采用STM32F103C8T6。

上述智能机器人的控制方法包括：

远程终端控制方法：

包括两条控制进程：其一为通过监测人为操作，向智能机器人发送控制命令；其二为时刻等待接收智能机器人发送至的巡视图像并识别、保存、显示巡视图像，以及接收智能机器人发送至的其他信息。

智能机器人端控制方法：

包括三条控制进程：其一为启动摄像装置拍摄进程，在到达的指定地点拍摄图像并向远程终端发送拍摄图像；其二为自动循迹进程，通过接收循迹传感器的路线偏差来自动纠正循迹偏差量，实现循迹达指定地点，进而启动摄像装置拍摄进程；其三为命令侦听进程，接收来自远程终端发送至的命令并解析、执行命令。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

(1)该智能机器人可适用于狭小空间的巡视兼具代替运行人员第一时间进入事故现场的功能，运行人员可通过远程终端实时获取机器人的巡视情况(照片、视频)和部分异常状况的报警信息，并且可让机器人自动完成巡视任务，突破常规巡视机器人无法进行室内设备巡视的局限。

(2)本案所述的智能机器人开发、制造成本较低，使用效果较好；

(3)实现机器人巡视技术的突破，能完成排水沟、电缆层等狭小空间的巡视任务。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本实施例所述的适用于变电站室内设备异常状况巡视的智能机器人的电路框图。

图2为本实施例所述的智能机器人的控制方法中远程终端控制方法流程图。

图3为本实施例所述的智能机器人的控制方法中智能机器人端控制方法流程图。

具体实施方式

请查阅图1，适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，它包括第一微处理器10及与该第一微处理器10连接的循迹传感器11、摄像装置12(该摄像装置12的摄像角度可采用云台舵机进行控制)、无线通信模块13，该循迹传感器11用于感知循迹路径，实现机器人的自动巡航；该循迹路径可以是画在变电站室内地面或室内层板上的带颜色的标线路径，摄像装置12用于获取变电站室内图像，该无线通信模块13用于与远程终端通信连接；该无线通信模块13可以是WIFI模块、蓝牙模块、射频模块等，本实施例中，该摄像装置12通过一图像处理电路15与第一微处理器10连接；该循迹传感器11采用红外线传感器111，该红外线传感器111通过一滤波电路14与第一微处理器10连接，该循迹传感器11还可以采用视觉传感器，并通过机器视觉技术实现循迹，一般情况下，采用视觉技术实现循迹能够大大提高智能机器人在复杂场合的适应能力。

该智能机器人还包括第二微处理器20、避障感应器21、第二电机控制电路、第二电机22、第一电机控制电路及第一电机23，该避障感应器21、第二电机控制电路、第一电机控制电路与该第二微处理器20连接，该第一电机控制电路连接第一电机23，该第二电机控制电路连接第二电机22，该避障感应器21用于感知智能机器人周边的障碍物，实现机器人在前行过程中的自动避障；该第一电机控制电路和第二电机控制电路分别用于控制第一电机23和第二电机22的运动速度，该第一电机23用于控制该智能机器人的行走，该第二电机22用于控制摄像装置12的转动。该避障感应器21可采用超声波传感器、红外线传感器等。本实施例中，该第一电机为伺服电机，该第二电机为减速电机。

本实施例中，该第一电机控制电路包括第一电机控制系统241、电流传感器242、过流保护电路243、稳压电路及散热风扇，该第二微处理器20经连接第一电机控制系统241后连接第一电机23。该过流保护电路243实现第一电机控制系统241的过电流保护功能；稳压电路为第一电机控制系统提供稳定的12V直流电压；散热风扇实现第一电机控制系统的散热降温功能。本实施例中，该第二电机控制电路包括PWM控制器251、电机驱动电路252(如L298P)、滤波器253、霍尔传感器254及脉冲计数电路255，该第二微处理器20依次串接该PWM控制器251、电机驱动电路252、滤波器253后连接第二电机22，该霍尔传感器254用于获取第二电机22的转速并经连接脉冲计数电路255后连接第二微处理器20。

该智能机器人还包括供电电源30，用于给该智能机器人提供电能，包括给第一微处理10和第二微处理器20提供电能。本实施例中，该供电电源30采用12V、16AH的大容量锂电池，具有较长的续航能力。

该智能机器人的机身采用合成树脂、铜柱、铜螺母为材料进行组装，并采用轻金属履带底盘，采用合成树脂、及轻金属履带可大大减小智能机器人的整体重量，该智能机器人的结构外壳可采用合成树脂的3D打印形成。

优选地，该智能机器人还包括录音模块，该录音模块连接第一微控制器10或第二微控制器20，用于监听变电站内的异常声响。

优选地，该智能机器人还包括用于感应变电站室内的温湿度情况的温湿度传感器26，该温湿度传感器26连接第二微控制器10或第一微控制器20，用于监控变电站室内的温湿度。

优选地，该智能机器人还包括姿态、倾角加速度传感器27，该姿态、倾角加速度传感器按预设角度实现摄像装置拍照位置的定位，完成该智能机器人的信息采集，该姿态、倾角加速度传感器27连接第二微控制器20。

优选地，该智能机器人还包括用于感应变电站室内火灾监测的烟雾传感器，该烟雾传感器连接第二微控制器10或第一微控制器20。

优选地，还可在该智能机器人上安装有用于简易运维作业的机械手臂，如室内粘鼠板的跟换。

本实施例中，该第一微控制器10采用ARM Cortex-A53，该第二微控制器20采用STM32F103C8T6。除此以外，该第一微控制器10和第二微控制器20的组合还可以根据其组合性能的需求、性价比的要求等采用其他微控制器组合。

上述智能机器人的控制方法包括：

远程终端(包括手机、电脑、笔记本、PAD等等)控制方法，请查阅图2：

包括两条控制进程：其一为通过监测人为操作，向智能机器人发送控制命令；具体为，通过远程终端的操作界面向远程终端输入指令，远程终端进而向智能机器人发送相应的控制命令，以令智能机器人执行相应动作；其二为时刻等待接收智能机器人发送至的巡视图像并识别、保存、显示巡视图像，以及接收智能机器人发送至的其他信息(包括通过智能机器人测得的变电站内的温湿度信息、烟雾报警等信息)。

智能机器人端控制方法，请查阅图3：

包括三条控制进程：其一为启动摄像装置拍摄进程，在到达的指定地点拍摄图像并向远程终端发送拍摄图像(在到达指定地点过程中可启用避障感应器进行避障前行)；其二为自动循迹进程，通过接收循迹传感器的路线偏差来自动纠正循迹偏差量，实现循迹达指定地点，进而启动摄像装置拍摄进程；其三为命令侦听进程，接收来自远程终端发送至的命令并解析、执行命令。

本案所述的智能机器人能实现变电站室内设备的正常巡视，包括设备影像，音频传输、火灾报警检测、防小动物、防渗漏检查等功能；提高变电站值班人员的工作效率，平均缩短变电站巡视时间15分钟；提高变电站巡视质量，平均发现缺陷和异常状况较常规巡视数量多3个/站；事故发生时代替变电站检修人员进入现场(变电站室内)，降低变电站作业人员的工作危险系数。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (15)

1.适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：包括：

第一微处理器及与该第一微处理器连接的循迹传感器、摄像装置、无线通信模块，该循迹传感器用于感知循迹路径，该摄像装置用于获取变电站室内图像，该无线通信模块用于与远程终端通信连接；

第二微处理器、避障感应器、第二电机控制电路、第二电机、第一电机控制电路、第一电机，该避障感应器、第二电机控制电路、第一电机控制电路与该第二微处理器连接，该第一电机控制电路连接第一电机，该第二电机控制电路连接第二电机，该避障感应器用于感知智能机器人周边的障碍物，该第一电机控制电路和第二电机控制电路分别用于控制第一电机和第二电机的运动速度，该第一电机用于控制该智能机器人的行走，该第二电机用于控制摄像装置的转动；及

供电电源，用于给该智能机器人提供电能。

2.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：该智能机器人的机身采用合成树脂、铜柱、铜螺母为材料进行组装。

3.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：该智能机器人采用轻金属履带底盘。

4.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：还包括录音模块，该录音模块连接第一微控制器或第二微控制器。

5.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：该循迹传感器为视觉传感器，并通过机器视觉技术实现循迹。

6.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：该循迹传感器为红外线传感器。

7.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：该避障感应器为超声波传感器。

8.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：该避障感应器为红外线传感器。

9.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：还包括用于感应变电站室内的温湿度情况的温湿度传感器，该温湿度传感器连接第二微控制器或第一微控制器。

10.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：还包括用于感应变电站室内火灾监测的烟雾传感器，该烟雾传感器连接第二微控制器或第一微控制器。

11.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：安装有用于简易运维作业的机械手臂。

12.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：该第一电机为伺服电机，该第二电机为减速电机。

13.根据权利要求1所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：还包括姿态、倾角加速度传感器，该姿态、倾角加速度传感器按预设角度实现摄像装置拍照位置的定位，完成该智能机器人的信息采集，该姿态、倾角加速度传感器27连接第二微控制器20。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的适用于变电站室内异常状况巡视的智能机器人，其特征在于：该第一微控制器采用ARM Cortex-A53，该第二微控制器采用STM32F103C8T6。

15.如权利要求1至13中任一项所述的智能机器人的控制方法包括：

远程终端控制方法：

包括两条控制进程：其一为通过监测人为操作，向智能机器人发送控制命令；其二为时刻等待接收智能机器人发送至的巡视图像并识别、保存、显示巡视图像，以及接收智能机器人发送至的其他信息。

智能机器人端控制方法：

包括三条控制进程：其一为启动摄像装置拍摄进程，在到达的指定地点拍摄图像并向远程终端发送拍摄图像；其二为自动循迹进程，通过接收循迹传感器的路线偏差来自动纠正循迹偏差量，实现循迹达指定地点，进而启动摄像装置拍摄进程；其三为命令侦听进程，接收来自远程终端发送至的命令并解析、执行命令。