CN110329382A - 一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改进型电缆沟巡检机器人的行走机构，该行走机构包括底盘，底盘的底部安装有至少2n个驱动组件及用于驱动驱动组件转动的驱动电机，相对的一组驱动组件之间的内侧间隙小于被巡检电缆的直径，且不影响相对一组驱动组件彼此的转动；每一驱动组件包括主动轮和至少一个故障摆脱轮，故障摆脱轮的直径小于主动轮的直径，故障摆脱轮与主动轮同轴且通过一个驱动电机驱动；故障摆脱轮均位于底盘底部的内侧，主动轮均位于底盘底部的外侧，当遇到电缆及石头时，该行走机构的底盘不容易因为被顶起而导致车轮悬空，与之前的行走机构相比，该驱动组件的设计增大了驱动轮对底盘的覆盖面积，大幅度减小了被突起障碍物搁浅的可能性。
Description
技术领域
本发明属于电缆巡检机器人零部件领域，特别涉及一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构。
背景技术
随着城市和电力事业的快速发展，地下电缆沟道、隧道等内的电缆进行电能的供应，已经是电力系统输送电能的常规方式，但是电缆在使用过程中，容易出现因过热、电缆自身绝缘老化而造成电缆沟道内火灾等现象，这些现象严重影响电缆的正常供电，因此需要对电缆进行巡检，由于电缆沟道内空间狭小，环境恶劣，人工巡检存在较大不安全因素。为了解决上述技术问题，申请人研究一种电缆沟巡检机器人行走机构，其能够实现对电缆沟道内电缆情况的检查；该行走机构设置了辅助轮组件，虽然提高了行走机构的越障能力，但是其只是在行走机构底盘的前后设置了辅助轮机构，中间没有驱动轮，当遇到电缆及石头时，由于底盘容易被顶起而导致车轮悬空。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构，该行走机构包括底盘，所述底盘的底部安装有至少2n个驱动组件及用于驱动驱动组件转动的驱动电机，n≥2，相对的一组所述驱动组件之间的内侧间隙小于被巡检电缆的直径，且不影响相对一组所述驱动组件彼此的转动；每一所述驱动组件包括主动轮和至少一个故障摆脱轮，所述故障摆脱轮的直径小于主动轮的直径，所述故障摆脱轮与所述主动轮同轴且通过一个所述驱动电机驱动；所述故障摆脱轮均位于底盘底部的内侧，所述主动轮均位于底盘底部的外侧。
进一步的改进，所述故障摆脱轮与所述主动轮连接，所述驱动电机设置于所述故障摆脱轮内，且通过设置在所述主动轮内的联轴器驱动所述主动轮转动。
进一步的改进，所述驱动组件还包括用于将驱动组件固定安装于所述底盘底部的支架。
进一步的改进，所述支架包括伸入到所述故障摆脱轮内的圆筒，所述驱动电机设置于所述圆筒内；所述圆筒靠近所述主动轮的一端设有供驱动电机输出轴通过的通孔，所述圆筒远离所述主动轮的一端垂直设有连接臂及与所述连接臂垂直连接且与所述圆筒平行的固定板，所述固定板固定于所述底盘的底部。
进一步的改进，所述底盘由位于两侧的角铝和连接角铝的底板组成，所述角铝与底板垂直一侧边的高度等于故障摆脱轮的直径。
本发明的有益效果：
本发明提供一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构，该行走机构在底盘的底部设置了至少四个驱动组件，每一驱动组件均有主动轮和故障摆脱轮组成，当遇到电缆及石头时，底盘不容易因为被顶起而导致车轮悬空，与之前的行走机构相比，该驱动组件的设计显著提高了行走机构的越障能力，增大了驱动轮对底盘的覆盖面积，大幅度减小了被突起障碍物搁浅的可能性。
附图说明
图1为一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构的立体结构示意图；
图2为一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构的主视图；
图3为一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构的仰视图；
图4为驱动组件的剖面图；
图5为支架的主视图；
图6为支架的左视图；
图7为其中一个实施例的控制器的结构框图；
图8为第一越障单元的结构框图；
图9为第二越障单元的结构框图；
图10为另一个实施例的控制器的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明，需要说明书的是，本发明的附图的尺寸都是经过适当的缩放处理，目的是能够清楚展示所要保护的结构。
本发明其中一个实施例提供一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构，如图1至图4所示，该行走机构包括底盘1，在一些优选的实施例总，底盘1由位于两侧的角铝11和连接角铝11的底板12一体成型，在一些优选的实施例中，所述角铝11与底板12垂直一侧边的高度等于故障摆脱轮5的直径；所述底盘1的底部安装有4个驱动组件2及用于驱动驱动组件2转动的驱动电机3，其中，每两个驱动组件组成一组，且位于同一横轴线上；相对的一组所述驱动组件2之间的内侧间隙小于被巡检电缆的直径，且不影响相对一组所述驱动组件2彼此的转动；继续参考图4，每一所述驱动组件2包括主动轮4和一个故障摆脱轮5，所述故障摆脱轮5的直径小于主动轮4的直径，所述故障摆脱轮5与所述主动轮4同轴且通过一个所述驱动电机3驱动；所述故障摆脱轮5均位于底盘1底部的内侧，所述主动轮4均位于底盘1底部的外侧；在一些优选的实施例中，故障摆脱轮5与所述主动轮4连接，其中所述连接包括但不限于焊接，所述驱动电机3设置于所述故障摆脱轮5内，且通过设置在所述主动轮4内的联轴器7驱动所述主动轮4转动。联轴器与主动轮的设置方式包括但不限于粘接；在一些优选的实施例中，继续参考图4，所述驱动组件2还包括用于将驱动组件2固定安装于所述底盘1底部的支架6；在优选的实施例中，相对的一组所述支架之间的内侧没有间隙；参考图5和图6，所述支架6包括伸入到所述故障摆脱轮5内的圆筒61，所述驱动电机3设置于所述圆筒61内；所述圆筒61靠近所述主动轮4的一端设有供驱动电机3输出轴通过的通孔62，所述圆筒61远离所述主动轮4的一端垂直设有连接臂63及与所述连接臂63垂直连接且与所述圆筒61平行的固定板64，所述固定板64固定于所述底盘1的底部；圆筒、连接臂和固定板的连接方法包括但不限于一体成型，所述固定板通过螺钉、粘接等方式安装于底盘的底部。
该行走机构在底盘的底部设置了至少四个驱动组件，每一驱动组件均有主动轮和故障摆脱轮组成，当遇到电缆及石头时，底盘不容易因为被顶起而导致车轮悬空，与之前的行走机构相比，该驱动组件的设计显著提高了行走机构的越障能力，增大了驱动轮对底盘的覆盖面积，大幅度减小了被突起障碍物搁浅的可能性。
本发明另一个实施例提供一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构，该行走机构包括设于所述底盘1上且与驱动电机3电连接的控制器及与所述控制器连接的里程计、加速度计、第一超声测距传感器、第二超声测距传感器和第三超声测距传感器；所述驱动电机3内设置有编码器；所述第一超声测距传感器离地面的高度等于第一轮毂的直径，第二超声测距传感器离地面的高度等于第一轮毂的半径，且第一超声测距传感器和第二超声测距传感器用于测量行走机构与前方障碍物的距离，第三超声测距传感器设置于底盘的顶部，用于测量行走机构与电缆沟顶部的距离；
如图7所示，控制器包括：
数据接收单元71，用于接收里程计采集的里程数、加速度计采集的速度、编码器采集的驱动电机3的转数、第一超声测距传感器、第二超声测距传感器及第三超声测距传感器采集的距离；
信号发送单元72，用于向所有驱动电机3发送按照速度V行走的信号，每一驱动电机3均具有唯一的ID；
第一判断单元73，用于根据数据接收单元71接收的数据判断驱动轮是否发生堵转，如果发生堵转，向第二判断单元74发送指令；
在一些优选的实施例中，是否发生堵转的判断方法如下：
驱动电机的转数小于正常转数时，判断发生堵转，正常转数为速度V对应的转数；
或者当加速度计采集的速度持续一段时间降低，判断发生堵转；
第二判断单元74，用于判断是否接收到第一超声测距传感器和/或第二超声测距传感器采集的距离，如果均未接收到第一超声测距传感器和第二超声测距传感器采集的距离，向反转控制单元75和第一越障单元76发送指令；
反转控制单元75，用于向所有的驱动电机3发送反转信号；
第一越障单元76，用于向驱动电机3发送越障信号。
在一些优选的实施例中，继续参考图7，第一越障单元76包括：
第一控制模块761，当行走机构反转行走的里程为x时，用于向反转控制单元75和第二控制模块发生指令，x＞0；
第二控制模块762，用于向所有驱动电机3发送按照速度V1行走的控制信号。
在一些优选的实施例中，所述底盘1上还安装有摄像机，用于采集障碍物的图片，参考图8，所述第一越障单元76还包括：
障碍物高度获取模块763，用于根据采集的图片获取障碍物高度h；
数据采集模块764，用于采集越障时的速度及与其对应的轮毂直径a、障碍物的高度及与障碍物的距离组成第一训练集，采集越障时的速度、轮毂直径b、障碍物的高度及障碍物的距离组成第二训练集；a＞b；
速度模块建立模块765，分别利用第一训练集和第二训练集对卷积神经网络进行训练，建立第一速度模型和第二速度模型；
速度输出模块766，将第一轮毂的直径R1、里程x、障碍物高度h输入到第一速度模型中，输出速度Va，将第二轮毂的直径R2、里程x和障碍物高度h输入到第二速度模型中，输出速度Vb；
速度拟合模块767，用于对速度Va和速度Vb进行拟合，进而获得速度V1，
本发明提供的行走机构通过障碍物的高度、及与障碍物的距离、第一轮毂直径和第二轮毂直径控制越障时的越障速度，显著提高越障能力，并且保证了不会由于速度过快而产生的倒翻现象。
在一些优选的实施例中，所述控制器还包括：
第二越障单元77，当第二判断单元74判断出未接收到第一超声测距传感器采集的距离，但接收到第二超声测距传感器采集的距离，且向反转控制单元75发送指令时，用于向驱动电机3发送越障信号。
在一些优选的实施例中，第二越障单元77包括：
第三控制模块771，当行走机构反转行走的里程为y时，用于向反转控制单元75和第四控制模块发生指令，y＞x，且y-x<R1+R2；
第四控制模块772，用于向所有驱动电机3发送按照速度V1行走的控制信号；
第五控制模块773，当第四控制模块发送指令后，计算行走机构行走的里程，当里程为x时，用于向所有驱动电机3发送按照速度V2行走的控制信号，其中
当障碍物的高度高于第一轮毂的半径时，越障能力困难，当对越障的里程及对应的速度进行调整后，显著提高了行走机构的瞬间冲击力和越障能力。
在一些优选的实施例中，参考图10，控制器还包括：
反转驱动单元78，当第二判断单元74判断出接收到第一超声测距传感器采集的距离，且向反转控制单元75发送指令后，用于向所有驱动电机3发送按照速度V行走的信号，直至接收到第四判断单元发送的关闭驱动电机的信号后，用于向所有驱动电机3发送停止运动的信号；
第四判断单元79，用于实时接收第三超声测距传感器采集的距离S，并将相邻的两个距离的差值△S与差值阈值△S1进行比较，当△S≥△S1，向反转驱动单元发送关闭驱动电机的指令。
当行走机构遇到类似防火墙等障碍物无法越过时，行走机构就返回，当行走机构返回时，需要判断其返回的位置，第三超声测距光感器可以用于测量行走机构与电缆沟顶部的垂直距离，由于与电缆沟道的距离是在一定范围内的，当电缆沟道上方的盖被打开时，此时行走机构距离上方的距离就发生了巨大的变化，此时让行走机构停止行走，方便工作人员对行走机构的处理。
在一些优选的实施例中，控制器还包括：
第三判断单元80：用于判断越障是否成功，当越障成功，在t时刻后，向信号发送单元发送指令；当越障未成功，向反转控制单元75及第一越障单元76或第二越障单元77发送指令；
在一些优选的实施例中，越障成功的判断方法包括：
驱动电机的转数恢复到越障速度对应的转数，判断越障成功；
或者当加速度计采集的速度在t时间内均保持越障时的速度，判断越障成功；
计数单元81，当第三判断单元判断越障未成功时，用于统计越障的累计次数，并与次数阈值进行比较，当大于次数阈值时，向反转驱动单元78发送指令。
当尝试几次越障后，如果障碍物越不过去，行走机构返回到工作人员可以处理的位置，进而起到保护行走机构的目的。
Claims (5)
1.一种改进型电缆沟巡检机器人行走机构，其特征在于，所述行走机构包括底盘(1)，所述底盘(1)的底部安装有至少2n个驱动组件(2)及用于驱动驱动组件(2)转动的驱动电机(3)，n≥2，相对的一组所述驱动组件(2)之间的内侧间隙小于被巡检电缆的直径，且不影响相对一组所述驱动组件(2)彼此的转动；每一所述驱动组件(2)包括主动轮(4)和至少一个故障摆脱轮(5)，所述故障摆脱轮(5)的直径小于主动轮(4)的直径，所述故障摆脱轮(5)与所述主动轮(4)同轴且通过一个所述驱动电机(3)驱动；所述故障摆脱轮(5)均位于底盘(1)底部的内侧，所述主动轮(4)均位于底盘(1)底部的外侧。
2.如权利要求1所述的改进型电缆沟巡检机器人行走机构，其特征在于，所述故障摆脱轮(5)与所述主动轮(4)连接，所述驱动电机(3)设置于所述故障摆脱轮(5)内，且通过设置在所述主动轮(4)内的联轴器(7)驱动所述主动轮(4)转动。
3.如权利要求1所述的改进型电缆沟巡检机器人行走机构，其特征在于，所述驱动组件(2)还包括用于将驱动组件(2)固定安装于所述底盘(1)底部的支架(6)。
4.如权利要求3所述的改进型电缆沟巡检机器人行走机构，其特征在于，所述支架(6)包括伸入到所述故障摆脱轮(5)内的圆筒(61)，所述驱动电机(3)设置于所述圆筒(61)内；所述圆筒(61)靠近所述主动轮(4)的一端设有供驱动电机(3)输出轴通过的通孔(62)，所述圆筒(61)远离所述主动轮(4)的一端垂直设有连接臂(63)及与所述连接臂(63)垂直连接且与所述圆筒(61)平行的固定板(64)，所述固定板(64)固定于所述底盘(1)的底部。
5.如权利要求1所述的改进型电缆沟巡检机器人行走机构，其特征在于，所述底盘(1)由位于两侧的角铝(11)和连接角铝(11)的底板(12)组成。
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