CN110406932A - 一种基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，包括轨道、充电单元和巡检单元，巡检单元人沿轨道运动，轨道设置在运输皮带一侧，轨道的一端安装充电单元，轨道的沿线均布若干RFID标签和无线基站，巡检单元内部设有控制器、无线路由和标签定位电路，标签定位电路信号连接至RFID标签和控制器，控制器通过无线路由信号连接至无线基站，无线基站信号连接至监控中心。本发明所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，不但能够完成人工日常完成的巡检功能，而且能够检测到工人日常检测不到的物理量参数，实现了人工的完全替代。
Description
技术领域
本发明属于监控技术领域，尤其是涉及一种基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统。
背景技术
目前，煤矿井下生产出来的煤大多数采用皮带机运输到井上，由于煤矿生产规模很大，需要皮带输送机运输煤炭的量很大，现在的皮带机运行的速度很快，皮带在长期运行中容易出现皮带撕裂，托棍抱死，皮带跑偏等故障，现有巡检监控装置多为使用相对简单的某一种产品完成相对简单的任务，例如只能录制视频信息进行存储，而不具有分析功能。还需要人工后期对视频进行回放进行辨别。指示替代了人工日常行走巡查，只能进行有限功能的人工替代，后期的故障定位，故障类型分类，预警等功能，还是需要人工去识别、判断，而数据分析，视频回放、故障辨别等需要大量的人员工作，且没有合适的产品进行替代。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，以提供一种能够对煤矿井下皮带机沿线的视频、音频、对讲、温度、烟雾等信息进行采集、巡检，并将信息内容进行自动识别，归类、整理、记录的皮带机巡检监控系统。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，包括轨道、充电单元和巡检单元，巡检单元人沿轨道运动，轨道设置在运输皮带一侧，轨道的一端安装充电单元，轨道的沿线均布若干RFID标签和无线基站，巡检单元内部设有控制器、无线路由和标签定位电路，标签定位电路信号连接至RFID标签和控制器，控制器通过无线路由信号连接至无线基站，无线基站信号连接至监控中心。
进一步的，巡检单元包括驱动机构和控制箱，控制箱底部安装摄像机，内部设有控制器、超声探头电路、标签定位电路、无线路由、烟雾检测电路、声音采集电路和温度传感器，控制器分别信号连接至超声探头电路、温度传感器、烟雾检测电路、摄像机、声音采集电路和标签定位电路，标签定位电路信号连接至RFID标签，超声探头电路的两个探头分别安装在控制箱的两端，控制器通过无线路由信号连接至无线基站，无线基站信号连接至监控中心；控制箱上方固定安装驱动机构，驱动机构包括承重桥架和摩擦轮，承重桥架上固定安装负重轴承，负重轴承与轨道的下边缘里侧接触，承重桥架的两端分别通过连接件连接至承重支架两侧，承重支架内部安装速度传感器、摩擦轮、驱动电机和刹车装置，驱动电机通过齿轮驱动摩擦轮转动，驱动电机、速度传感器和刹车装置均信号连接至控制器，控制器控制刹车装置在承重支架内移动，使摩擦轮制动；摩擦轮与轨道的下边外侧相接触，承重桥架的负重轴承与摩擦轮形成杠杆效应。
进一步的，控制箱底部安装扬声器，扬声器信号连接至控制器。
进一步的，蓄电池为巡检单元提供电源，蓄电池电连接至控制器，蓄电池分别安装在两个电池盒内，两个电池盒均安装在控制箱上方，且分别位于驱动机构的两侧。
进一步的，刹车装置包括刹车电机和刹车胶皮，刹车电机信号连接至控制器，刹车电机通过连接杆固定连接至刹车胶皮，刹车胶皮与摩擦轮相邻设置，且两者之间设有间隙。
进一步的，承重桥架的一端通过连接轴连接至承重支架的一侧，另一端通过压紧装置连接至承重支架的另一侧，压紧装置与摩擦轮接触连接，用于调节摩擦轮的摩擦力。
进一步的，轨道沿线的无线基站信号使用WIFI网络进行覆盖。
进一步的，轨道为架设在现有皮带架上的C型轨道。
进一步的，轨道采用薄钢板冷挤压制造，轨道表面镀锌处理。
进一步的，巡检单元为中心对称结构。
相对于现有技术，本发明所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统具有以下优势：
(1)本发明所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，通过巡检单元，搭载视频采集设备、温度成像设备，音频采集、对讲设备，烟雾传感器，在自主行走过程当中，对需要采集，记录的信息自动进行采集；自动对信息进行识别，归类、整理、加载，自主决定是否需要采集、需要继续行走、是否需要故障处理。
(2)本发明所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，具有一键生成报表的功能，能够将皮带沿线的视频、音频信息进行录制；并且视频信息支持快速查找功能，对音频信息进行录音；并且支持语音对讲功能，可沿皮带及时发布信息，对于温度成像采集，能够达到人眼所达不到的可视温度成像功能；利用温度不同能够诊断出设备的潜在异常故障，综上此系统不但能够完成人工日常完成的巡检功能，而且能够检测到工人日常检测不到的物理量参数，实现人工的完全替代。
(3)本发明所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，巡检单元采用本安型结构，自重轻，运行灵活自如，控制简单，运行成本极低，巡检机器人采用模块化设计，维修简单、容易，造价低。
(4)本发明所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，巡检单元采用电机驱动摩擦轮作为动力源，驱动力可以根据实际情况自行调节，前进后退运行自如，动力消耗低，运行时间长，负载能力高，采用无线路由传输控制信号，可以远程遥控指挥小车运行，也可以人工直接控制小车，小车安装超声波传感器，可以自行控制换向操作。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的皮带机巡检监控系统的布局图；
图2为本发明实施例所述的声音采集电路的电路图一；
图3为本发明实施例所述的声音采集电路的电路图二；
图4为本发明实施例所述的控制器的电路图；
图5为本发明实施例所述的烟雾检测电路的电路图一；
图6为本发明实施例所述的烟雾检测电路的电路图二；
图7为本发明实施例所述的标签定位电路的电路图一；
图8为本发明实施例所述的标签定位电路的电路图二；
图9为本发明实施例所述的超声波发射电路；
图10为本发明实施例所述超声探头电路的辅助电路；
图11为本发明实施例所述的刹车电机电路；
图12为本发明实施例所述的超声波接收电路；
图13为本发明实施例所述的驱动电机电路；
图14为本发明实施例所述的温度采集电路；
图15为本发明实施例所述的指示灯电路；
图16为本发明实施例所述的扬声器电路；
图17为本发明实施例所述的巡检机器人前视图的结构示意；
图18为本发明实施例所述的驱动机构的示意图；
图19为本发明实施例所述的驱动机构的俯视图；
图20为图19的B-B向剖视图；
图21为本发明实施例所述的巡检机器人的控制原理框图。
附图标记说明：
1-承重支架；2-承重桥架；3-负重轴承；4-毛刷；5-水平导向轮；6-摩擦轮；7-压紧装置；8-刹车电机；9-刹车胶皮；10-轨道；11-主动轮；12-从动轮；13-连接轴；14-驱动电机；15-主轴；16-控制箱；17-电池盒。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
D3V3:代表3.3V电源网络；
F5V:代表5V电源网络；
DGND:代表数字接地。
一种基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，如图1至图21所示，包括轨道10、充电单元和巡检单元，巡检单元人沿轨道运动，轨道设置在运输皮带一侧，轨道的一端安装自动充电装置，轨道的沿线均布若干RFID标签和无线基站，巡检单元包括驱动机构和控制箱16，控制箱16底部安装摄像机，内部设有控制器、超声探头电路、标签定位电路、无线路由、烟雾检测电路、声音采集电路和温度传感器，控制器分别信号连接至超声探头电路、温度传感器、烟雾检测电路、摄像机、声音采集电路和标签定位电路，标签定位电路信号连接至RFID标签，超声探头电路的两个探头分别安装在控制箱16的两端，控制器通过无线路由信号连接至无线基站，无线基站信号连接至监控中心；控制箱16上方固定安装驱动机构，驱动机构包括承重支架1、承重桥架2、负重轴承3、摩擦轮6、刹车装置、驱动电机14，承重桥架2上固定安装若干负重轴承3，负重轴承3与轨道10的下边缘里侧接触，通过承重桥架2承担机器人的重量，承重桥架2的一端通过连接轴13连接至承重支架1，另一端通过压紧装置7连接至承重支架1，保证巡检机器人本体不会从轨道10中坠落，为使用者提供安全保障；承重支架1内部安装摩擦轮6、驱动电机14和刹车装置，刹车装置中的刹车电机和驱动电机14均信号连接至控制器，摩擦轮6和负重轴承3分别与轨道10的下边相接触，负重轴承3分别位于摩擦轮6的两侧，使得负重轴承3与摩擦轮6形成杠杆效应，驱动电机14通过齿轮驱动摩擦轮6转动，控制器控制刹车装置在承重支架1内移动，使摩擦轮6制动，压紧装置7与摩擦轮6接触连接，用于调节摩擦轮6的摩擦力大小。
轨道为架设在现有皮带架上的C型轨道。能够保证巡检单元在轨道上的行走平稳，轨道借用现有的皮带架进行架设，节省了材料，由于无需在地面行走，提高了巡检单元的行走稳定性，节省了地面的占地空间，降低了在地面行走时对地面上人员的碰撞几率，减少人员伤害几率。轨道由于采用薄钢板冷挤压制造，工艺简单，材料表面镀锌处理，防腐性能高，各个轨道采用连接件相互连接，利用吊点安装简单方便，成本低，煤矿容易接受。
充电单元为充电桩。轨道单元安装于需要巡检、监控的沿线。充电单元安装于轨道上。巡检单元沿着轨道行走。沿轨道单元架设若干无线基站，能够使无线信号完全覆盖轨道范围。使用线程无线网络覆盖、接入的方案能够将检测到的沿线信号实时的进行上传、存储、汇总、分析。能够及时快速的判断出故障所在位置以及故障类型。能够及时处理隐患，为防止事故扩大提供及时、有效的处理措施。RFID标签沿着轨道每隔固定距离进行安装。在经过一段固定的、已知的距离后进行位置校准，能够消除了在行走过程当中的累积误差。巡检单元沿着轨道单元行走的过程当中，对皮带进行巡检监控。巡检单元通过自身所携带天线，将巡检所得到的信息经过电磁波发射出去，由无线基站进行接收，通过无线基站与监控中心之间的光线、网线连线将信号传送至监控中心。监控中心对信号进行分类、汇总、统计、辨识、报警等处理。轨道沿线的无线基站信号使用WIFI网络进行覆盖。主要是因为本系统使用环境为煤矿井下巷道中的皮带沿线。由于巷道的结构特性。无线基站使用定向天线能够保证较大的覆盖面。再此环境下使用WIFI网络，能够保证时频、声音、控制信息的数据上传下载的稳定性欲可靠性。无线基站与监控中心之间的数据传输使用光纤进行传输。无线基站需要架设在固定的地方，监控中心位置相对集中。无线基站与监控中心之间使用无线会存在信号不稳定，传输距离近等缺点。故最优方案在无线基站与监控中心之间使用光纤进行数据传输。在轨道上安装RFID标签为13.56MHZ通用频率标签。相比较低频RFID和超高频RFID在处于13.56MHZ的标签产品能够兼顾读取速度与定位精度的两个方面。超高频RFID读取距离长在相对较远的距离内就能完成数据的读取，在此所谓标签定位的时候，其所提供的定位范围大，定位精度差。低频RFID其读取速度慢，读取距离太近，在巡检单元运行过程当中很容易造成读取失败，以及读取距离过近而造成的安装精度要求较高。
控制箱16的横截面为倒梯形结构。控制箱16底部安装紧急开关，紧急开关电连接至蓄电池，当遇到紧急情况时，工作人员可直接按下紧急开关，直接切断电源，使得巡检机器人停止工作。控制箱16的两端分别安装一个指示灯，指示灯电连接至蓄电池，当巡检机器人工作时，照明灯就开启，有利于工作人员发现巡检机器人的位置，同时防止误撞到机器人。蓄电池为巡检机器人提供电源，蓄电池电连接至控制器，蓄电池分别安装在两个电池盒17内，两个电池盒17均安装在控制箱16上方，且分别位于驱动机构的两侧，使得巡检机器人的整体结构对称，且受力均匀。控制箱16的长度等于驱动机构的长度和两个电池盒17的长度之和，充分利用空间，使得巡检机器人占用空间小。巡检机器人为对称结构，使得巡检机器人能在轨道10上做往复运动。控制箱16底部安装扬声器，扬声器信号连接至控制器。控制箱16内安装无线路由，无线路由信号连接至控制器和远处的监控中心。控制器将采集的数据通过无线路由实时传递给监控中心，同时可以接受监控中心的指令，方便工作人员对巡检机器人进行远程控制。
驱动机构采用摩擦轮驱动作为巡检机器人的动力装置，这种方式最大好处是驱动力可以调整。调整而且非常方便，不会因为摩擦轮的摩擦力不够导致机器人无法移动，只要电机的功率够大，机器人就可以上坡。这种自走系统非常适合在煤矿这种高粉尘，高湿度，高瓦斯恶劣工作环境，可以实现自行行走，机体小巧，运行自如，行走期间，不会打滑，根据轨道情况调节行走的摩擦力，可以实现上坡，水平转弯，完全满足煤矿巡检需要。
承重支架1内部通过主轴15安装摩擦轮6，摩擦轮6与主轴15固定连接，主轴15延伸至承重支架1外部后固定安装从动轮12，驱动电机14通过驱动杆固定连接至主动轮11，主动轮11与从动轮12啮合，当驱动电机14接收到控制器的运动信号时，驱动电机14带动主动轮11转动，主动轮11带动从动轮12，进而带动摩擦轮6转动。承重支架1的两侧分别安装一个水平导向轮5，可以保证机器人顺利转圈和上下坡，为保证巡检机器人安全运行提供保障。承重支架1前端设有毛刷4，毛刷4位于水平导向轮5的一侧，有效清洁导轨。负重轴承3的个数为4个，且分别均有安装在承重桥架2的两侧。杠杆式桥架结构不仅提供了机器人吊装结构，有效保证机器人整体负重均匀分到4个轴承中，同时为聚氨酯摩擦轮提供压力，是驱动力的来源。
刹车装置包括刹车电机8、刹车胶皮9，刹车电机8信号连接至控制器电机和控制器信号连接为现有技术，再次不再赘述，刹车电机8通过连接杆固定连接至刹车胶皮9，在正常运行状态，刹车胶皮9与摩擦轮6之间设有间隙，为了防止巡检机器人在下坡时惯性下降，需要减速时，控制器控制直线刹车电机8带动刹车胶皮9前后移动，刹车胶皮9与摩擦轮6外层聚氨酯橡胶相摩擦，使摩擦轮6制动，独立的刹车装置，可以使巡检机器人在任何位置停止移动，灵活性更强，有效防止巡检机器人在下坡时惯性下降，刹车电机8为直线刹车电机。承重支架1为壳体结构。摩擦轮6的外圈包裹一层聚氨酯橡胶。压紧装置7为锁紧螺母和螺栓的咬合装配，锁紧螺母与摩擦轮相邻设置，两者之间设有间隙，通过调整螺栓和锁紧螺母的咬合松紧度，来调节压紧装置7对摩擦轮6的压紧力，从而调节摩擦轮6摩擦力的大小，满足巡检机器人上坡需要摩擦力较大的要求。压紧装置7包括弹簧、支撑架和螺母，弹簧一端与摩擦轮6相邻，且两者之间设有间隙，另一端通过安装螺母连接至支撑架，通过调节螺母的位置来调节弹簧的预紧力，从而调节摩擦轮6的摩擦力。
控制器为单片机U1，单片机U1的型号为STM32F103VE。声音采集电路包括声音传感器U2，声音传感器U2安装在控制箱16一侧，声音传感器U2的型号为HC-SR04，声音传感器U2的引脚VCC经电容C22连接至引脚DGND，电容C22并联一个电容C23，声音传感器U2的引脚Echo连接至单片机U1的第二十一引脚。使用声音传感器U2实时对环境声音进行采集。将声波振动转化为声音传感器U2的振动，通过声音传感器U2振动产生电压信号振动，由声音传感器U2内部AD采集将电压模拟量信号转成数字信号。并最终通过无线路由送至监控中心。
烟雾检测电路包括烟雾传感器U3，烟雾传感器U3安装在控制箱16底部，烟雾传感器U3的型号为MAX30105，烟雾传感器U3的引脚INT连接至单片机U1的第九十一引脚，引脚SDA连接至单片机U1的第九十六引脚，引脚SCL连接至单片机U1的第九十五引脚，引脚GND经电容C19连接至引脚D5V，电容C19并联一个电容C20。无烟时由于遮光板的作用使红外光发射管发出的红外光不能到达接收管处。接收二极管没有信号输出。当有烟雾产生时，由于烟雾颗粒对光的散射作用，使红外光线到达接收二极管，从而产生信号。通过对信号放大输出至单片机U1的I2C通信口，双向数据线SDA接PB9，时钟线SCL接PB8进行数据采集。单片机U1采集此信号进行处理。烟雾传感器采用遮光式传感器。使用这种传感器是为了达到采集报警效果最优，并不排除使用气敏式等其他形式的传感器。
标签定位电路包括隔离器U4和RFID模块U5，隔离器U4的型号为ADuM1201，RFID模块U5的型号为RFID-RC522，RFID模块U5的引脚GND连接至DGND，引脚RXD经电阻R15连接至隔离器U4的第六引脚，引脚TXD经电阻R16连接至隔离器U4的第七引脚，引脚VCC连接至F5V电源，隔离器U4的第二引脚经电阻R19和电阻R18后连接至其第三引脚，隔离器U4的第三引脚连接至单片机U1的第九十二引脚，隔离器U4的第二引脚连接至单片机U1的第九十三引脚。在控制箱16内安装RFID卡的读写器。因为RFID读卡距离的限制，只能在卡片所在范围内才能够读取卡片中的数据。这个范围不超过60mm左右。RFID标签定位使用13.56MHz是为了达到较高的精度。主要是使用此种方式进行定位。
超声探头电路包括超声波发射电路和超声波接收电路，超声波发射电路包括共模滤波器TP1和三极管Q1，三极管Q1的型号为8050，共模滤波器TP1的型号为L-WE-CNSW_1，共模滤波器TP1的第一端和第三端之间连接电阻R25，第一端和第三端均向外部发射信号，共模滤波器TP1的第六端分别连接至A5V电源，经电容C26连接至DGND，共模滤波器TP1的第四端连接至三极管Q1的c极，三极管Q1的e极分别连接至DGND、经电阻R28连接至三极管Q1的b极，三极管Q1的b极经电阻R27连接至单片机U1的第六十九引脚；超声波接收电路包括三极管Q2、运算放大器U5A、运算放大器U5B、运算放大器U5C和运算放大器U5D,运算放大器U5A、运算放大器U5B、运算放大器U5C和运算放大器U5D的型号均为OPA4277UA，三极管Q2的型号为9013，运算放大器U5A的负向输入端经电容C30、电阻R33和电阻R40后接至DGND，运算放大器U5A的负向输入端经电容C30、电阻R33后用于采集信号，运算放大器U5A的正向输入端经电容C33后分别连接至DGND，运算放大器U5A的正向输入端连接至2.52V电源，2.52V电源经电阻R43后接至DGND、经电阻R38后连接至A5V电源，2.52V电源还分别连接至运算放大器U5B的正向输入端和运算放大器U5C的正向输入端，运算放大器U5A的负向输入端经电阻R29连接至其输出端，运算放大器U5A的输出端经电阻R34和电容C31后连接至运算放大器U5B的负向输入端，运算放大器U5B的负向输入端连接至电阻R31的第一端，电阻R31的第二端经电容C29连接至电阻R34和电容C31之间的电路，电阻R34和电容C31之间的电路经电阻R39连接至2.52V电源，电阻R31的第二端连接至运算放大器U5B的输出端，运算放大器U5B的输出端经电阻R35和电容C32后连接至运算放大器U5C的负向输入端，运算放大器U5C的负向输入端经电阻R30连接至其输出端，运算放大器U5C的输出端经电阻R36连接至运算放大器U5D的正向输入端，运算放大器U5D的负向输入端连接至1.75V电源，1.75V电源经电容C34和电阻R44组成的并联电路后接至DGND，1.75V电源经电阻R41后连接至A5V电源，运算放大器U5D的输出端经电阻R37后连接至三极管Q2的b极，三极管Q2的b极经电阻R42连接至DGND，三极管Q2的e极连接至DGND，三极管Q2的c极经电阻R32连接至A5V电源，三极管Q2的c极连接至单片机U1的第六十引脚；A5V电源经电容C28连接至DGND。超声探头电路即超声波雷达，巡检机器人的两端分别安装一个超声波雷达探头，来检测其在行走方向上有无物体。超声波雷达发射端(超声波发射电路中共模滤波器TP1的第一端和第三端均向外部发射信号)定时发出超声波脉冲群，当前方有障碍物时障碍物会将超声波反射，接收端(超声波接收电路中，运算放大器U5A的负向输入端经电容C30、电阻R33后用于采集信号)接收到超声波脉冲群后，将信号实时传递给单片机U1，单片机U1计算出发射和接收之间的时间间隔。利用所用的时间乘以声波在空气当中的声速，除以2后得出障碍物与巡检机器人之间的距离。虽然声波在空气中传播速度与空气的密度、粉尘、湿度等条件都有关系，但是在所谓cm级的距离测量中以上列举的因素可以忽略不计。当检测到在设定避让的距离内存在障碍物时，巡检机器人停止在原地。从而达到躲避障碍的功能。超声探头电路将检测到的数据实时传递给单片机U1，单片机U1根据内部设定的程序和接受到的数据进行计算，利用所用的时间乘以声波在空气当中的声速，除以2后得出障碍物与巡检机器人之间的距离，当计算的距离大于设定值时，单片机U1通过控制行走电机来控制巡检机器人继续行走，当计算的距离小于设定值时，单片机U1通过控制行走电机来控制巡检机器人停止在原地，从而达到躲避障碍物的功能。
刹车电机8的型号为L293DD，刹车电机的引脚ENABLA1连接至单片机U1的第六十六引脚，引脚INPUT1连接至单片机U1的第六十四引脚；刹车电机的引脚INPUT2连接至单片机U1的第六十三引脚；刹车电机的引脚ENABLA2连接至单片机U1的第六十五引脚。驱动电机14的型号为A4931，驱动电机的引脚FG1连接至单片机U1的第三十二引脚，使单片机U1对驱动电机进行测速；驱动电机的引脚DIR连接至单片机U1的第三十一引脚，单片机U1对驱动电机14进行方向控制；驱动电机的引脚ENABLE连接至单片机U1的第三十引脚，单片机U1对驱动电机进行调速；驱动电机的引脚BRAKEZ连接至单片机U1的第二十九引脚，用于单片机U1对驱动电机进行刹车控制。驱动电机14与摩擦轮6同时转动，经过36:1的减速器，即驱动电机14每转36周，摩擦轮6转1周。摩擦轮6直径为60mm，摩擦轮6一周为3.14*60＝188.4mm。驱动电机14每旋转一周，驱动电机14周上自带编码器会发出三个脉冲。即巡检机器人每行走188.4mm驱动电机14轴上会输出36*3＝108个脉冲。在轨道上每个已知距离安装上标签进行位置校准。在两个标签之间使用驱动电机14所带编码器进行距离测量。使用此方式对巡检单元在轨道上的位置进行定位计算。单片机U1对驱动电机14的行走控制分为加速控制、减速控制、匀速控制和刹车控制。速度控制是对电机驱动板以PWM作为速度控制信号控制驱动电机的转速。从而控制巡检机器人在轨道上的行进速度。通过调整PWM的占空比来控制驱动电机的转速。占空比越高驱动电机的转速越低。当占空比达到100％时。驱动电机停止转动。通过改变速度给定的占空比大小来改变巡检机器人的加速、减速和刹车控制。
蓄电池为常规蓄电池。指示灯分别安装在控制箱16的两端，指示灯LDE1的一端连接至单片机U1的第五十一引脚，另一端经电阻R1连接至电源D3V3。温度传感器为红外热成像传感器，其型号为FLIR80*60，温度传感器的引脚SPI_CS经电阻R6连接至单片机U1的第九十引脚；SPI_MOSI经电阻R7连接至单片机U1的第八十九引脚；SPI_MISO经电阻R8连接至单片机U1的第八十八引脚；SPI_CLK经电阻R9连接至单片机U1的第八十七引脚；红外热成像传感器能够提供每幅图80*60个像素点。每个像素点对应一个温度值。每个像素之间的温度分辨率能够达到0.05°。每个像素点的温度采集范围为-40～500°通过不同的温度所辐射出的红外线不同来对物体表面温度进行采集。通过查看所呈现的图像可以观测到被测目标物的表面温度分布。扬声器的第一根线经电感L1连接至音频功率放大器U6的引脚OUT+，音频功率放大器U6的型号为HT863，音频功率放大器U6的引脚OUT-连接至扬声器的第二根线，音频功率放大器U6的引脚IN+连接至单片机U1的第五引脚。摄像机为CCD工业摄像机。无线路由和单片机的连接电路，请补充。
一种基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统的工作原理为：
对皮带沿线需要巡检范围的路线规划，位置定位，巡检单元行走在轨道上。巡检单元行走在轨道上的同时接入沿线的无线信号网中，巡检单元从端头开始行走，沿线采集视频、声音、温度、烟雾的信息。经过接入的无线网络由无线基站通过管线接入监控中心，监控中心的计算机将采集到的数据、信号进行处理、存储、分析。之后进行分类汇总从监控画面中进行输出，声音信号从集控中心的扬声器进行输出。沿线轨道上经过一定的距离安装有RFID标签，在初始时对标签进行编号，记录标签与前后标签之间的地理、路程信息。当巡检单元每经过一个标签时会对标签数据进行读取，来识别自身所处的位置，以此来进行定位。在巡检单元行走至端头处时能够识别端头可自行进行返回。在回到充电单元时，能够进行自动对准充电接口，进行充电，至此完成一个周期的巡检任务。在端头处充满电时，会在原地等待，至事先规划好的时间、路程段再次进行巡检任务，开始下一个巡检周期。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：包括轨道、充电单元和巡检单元，巡检单元沿轨道运动，轨道设置在运输皮带一侧，轨道的一端安装充电单元，轨道的沿线均布若干RFID标签和无线基站，巡检单元内部设有控制器、无线路由和标签定位电路，标签定位电路信号连接至RFID标签和控制器，控制器通过无线路由信号连接至无线基站，无线基站信号连接至监控中心。
2.根据权利要求1所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：巡检单元包括驱动机构和控制箱，控制箱底部安装摄像机，内部设有控制器、超声探头电路、标签定位电路、无线路由、烟雾检测电路、声音采集电路和温度传感器，控制器分别信号连接至超声探头电路、温度传感器、烟雾检测电路、摄像机、声音采集电路和标签定位电路，标签定位电路信号连接至RFID标签，超声探头电路的两个探头分别安装在控制箱的两端，控制器通过无线路由信号连接至无线基站，无线基站信号连接至监控中心；控制箱上方固定安装驱动机构，驱动机构包括承重桥架和摩擦轮，承重桥架上固定安装负重轴承，负重轴承与轨道的下边缘里侧接触，承重桥架的两端分别通过连接件连接至承重支架两侧，承重支架内部安装速度传感器、摩擦轮、驱动电机和刹车装置，驱动电机通过齿轮驱动摩擦轮转动，驱动电机、速度传感器和刹车装置均信号连接至控制器，控制器控制刹车装置在承重支架内移动，使摩擦轮制动；摩擦轮与轨道的下边外侧相接触，承重桥架的负重轴承与摩擦轮形成杠杆效应。
3.根据权利要求2所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：控制箱底部安装扬声器，扬声器信号连接至控制器。
4.根据权利要求1所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：蓄电池为巡检单元提供电源，蓄电池电连接至控制器，蓄电池分别安装在两个电池盒内，两个电池盒均安装在控制箱上方，且分别位于驱动机构的两侧。
5.根据权利要求2所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：刹车装置包括刹车电机和刹车胶皮，刹车电机信号连接至控制器，刹车电机通过连接杆固定连接至刹车胶皮，刹车胶皮与摩擦轮相邻设置，且两者之间设有间隙。
6.根据权利要求2所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：承重桥架的一端通过连接轴连接至承重支架的一侧，另一端通过压紧装置连接至承重支架的另一侧，压紧装置与摩擦轮接触连接，用于调节摩擦轮的摩擦力。
7.根据权利要求1所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：轨道沿线的无线基站信号使用WIFI网络或移动通信进行覆盖。
8.根据权利要求1所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：轨道为架设在现有皮带架上的C型轨道。
9.根据权利要求1所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：轨道采用薄钢板冷挤压制造，轨道表面镀锌处理。
10.根据权利要求1所述的基于轨道式巡检机器人的皮带机巡检监控系统，其特征在于：巡检单元为中心对称结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |