CN111556171A - 一种智能巡检系统及机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种智能巡检系统及机器人，应用于变电站，所述系统包括集控中心、多个悬挂轨道式机器人以及路由器，所述路由器发出Internet无线网，多个所述悬挂轨道式机器人与集控中心通过无线网远距离信号连接，所述系统由一个集中监控系统和多个移动站嵌入式系统组成。本发明应用于巡检变电站室内开关柜，采用一对多的方式由集控中心对多台悬挂轨道式机器人进行控制，检测范围广，代替巡检人员进行周期巡视检查，且采用悬挂轨道式机器人巡检，安全性能高且不占用地面空间，巡检机器人24小时完成变电设备的巡检工作，准确提供变电设备事故隐患和故障预警诊断分析的有关数据，能够较大程度提高变电站安全运行的可靠性。

Description

一种智能巡检系统及机器人
技术领域
本发明涉及巡检技术领域，更具体地说，本发明涉及一种智能巡检系统及机器人。
背景技术
随着现代工业的快速发展，电力系统在人类社会中发挥着不可缺少的作用，安全稳定的电力供应，是人们日常生活、工业发展的根本保证，变电站直接暴露在外界环境中，需要长期经受太阳光、雨水、雷电等自然环境的侵袭，同时，加上电力设备运转本身带来的电力损耗和机械损坏，这都加快了电力设备的老化，如果不能及时发现并处理，极有可能造成设备的突发性故障，这样直接威胁着整个电力系统，对人们生活、工业生产造成巨大的损失，甚至威胁人身安全，因此，为防止故障的发生，就必须对变电站进行定期或不定期的巡检；
现有技术存在以下不足：现有巡检系统为一对一的方式由单台控制终端控制单台机器人，不便于控制，且检测范围小，且现有机器人为地面轨道移动或自主移动，其中，地面轨道移动以及自主移动的机器人占用地面空间，且自主移动机器人安全性能差，不能有效地保证变电站的安全运行。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种智能巡检系统及机器人，应用于巡检变电站室内开关柜，采用一对多的方式由集控中心对多台悬挂轨道式机器人进行控制，检测范围广，代替巡检人员进行周期巡视检查，且采用悬挂轨道式机器人巡检，安全性能高且不占用地面空间，巡检机器人24小时完成变电设备的巡检工作，准确提供变电设备事故隐患和故障预警诊断分析的有关数据，能够较大程度提高变电站安全运行的可靠性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种智能巡检系统，应用于变电站，所述系统包括集控中心、多个悬挂轨道式机器人以及路由器；
所述路由器发出Internet无线网，多个所述悬挂轨道式机器人与集控中心通过无线网远距离信号连接；
所述系统由一个集中监控系统和多个移动站嵌入式系统组成；
所述集控中心负责任务管理、人机交互、数据库数据管理和故障诊断等功能；
所述悬挂轨道式机器人的行走轨迹由变电站内部导轨确定；
所述悬挂轨道式机器人拍摄变电站内主变、断路器、刀闸、开关设备等主要一次设备和附属设备，对采集到的可见光图像及视频流、红外图像及视频流、实时传感器数据进行分析处理并记录，若发现设备异常则报警上传。
优选的，所述悬挂轨道式机器人上安装有MCU主控制器，所述MCU主控制器为STM32F429IGT芯片，对悬挂轨道式机器人的各个功能模块进行控制，为悬挂轨道式机器人的主控核心。
优选的，所述悬挂轨道式机器人上安装有执行器控制模块，且所述执行器控制模块与MCU主控制器电性连接，所述执行器控制模块由云台控制、升降机构以及水平驱动机构构成。
优选的，所述云台控制由可见光云台以及热成像云台构成，所述升降机构由升降电机以及补光装置构成，所述水平驱动机构由差数电机以及悬挂轨道式机器人的内置传动组件构成，所述执行器控制模块用于控制悬挂轨道式机器人的行走速度、行走时间、摄像头成像以及升降。
优选的，所述悬挂轨道式机器人的上安装有传感器模块，且所述传感器模块与MCU主控制器电性连接，所述传感器模块由热成像传感器、可见光成像传感器、距离传感器、有害气体传感器、烟雾传感器、氧气传感器、湿度传感器以及温度传感器构成。
优选的，所述热成像传感器实时检测变电站主变热成像模具，进行故障识别，所述可见光成像传感器对图像进行多种补偿操作，包括白平衡、饱和度、伽玛曲线和色度的处理，所述距离传感器实现悬挂轨道式机器人避障功能，所述有害气体传感器对变电站内SF6有害气体进行检测，所述烟雾传感器检测变电站内部烟雾浓度，所述氧气传感器检测变电站内部氧气浓度，所述湿度传感器以及温度传感器检测变电站内部温湿度状况。
优选的，所述悬挂轨道式机器人的上安装有无线通信模块以及电源模块，且所述无线通信模块以及电源模块均与MCU主控制器电性连接。
优选的，所述无线通信模块用于悬挂轨道式机器人与集控中心无线信号连接，所述电源模块由电池组和充放电控制器构成，实现对悬挂轨道式机器人的充放电处理。
一种机器人，包括悬挂轨道式机器人，其特征在于：所述悬挂轨道式机器人通过无线网与集控中心远距离信号连接；
所述悬挂轨道式机器人的行走轨迹由变电站内部导轨确定；
所述悬挂轨道式机器人拍摄变电站内主变、断路器、刀闸、开关设备等主要一次设备和附属设备，对采集到的可见光图像及视频流、红外图像及视频流、实时传感器数据进行分析处理并记录，若发现设备异常则报警上传。
本发明实施例具有如下优点：
本发明应用于巡检变电站室内开关柜，采用一对多的方式由集控中心对多台悬挂轨道式机器人进行控制，检测范围广，代替巡检人员进行周期巡视检查，且采用悬挂轨道式机器人巡检，不仅安全性能高，且不占用地面空间，巡检机器人以自主或遥控方式，24小时全天候地完成变电设备的巡检工作，准确提供变电设备事故隐患和故障预警诊断分析的有关数据，能够较大程度提高变电站安全运行的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的悬挂轨道式机器人结构示意图。
图3为本发明的工作框架图。
图中：1、集控中心；11、MCU主控制器；12、执行器控制模块；121、云台控制；1211、可见光云台；1212、热成像云台；122、升降机构；1221、升降电机；1222、补光装置；123、水平驱动机构；1231、差数电机；13、传感器模块；131、热成像传感器；132、可见光成像传感器；133、距离传感器；134、有害气体传感器；135、烟雾传感器；136、氧气传感器；137、湿度传感器；138、温度传感器；14、无线通信模块；15、电源模块；151、电池组；152、充放电控制器；2、悬挂轨道式机器人；3、路由器。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的示例实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
本发明提供了如图1-3所示的一种智能巡检系统，应用于变电站，所述系统包括集控中心1、多个悬挂轨道式机器人2以及路由器3；
所述路由器3发出Internet无线网，多个所述悬挂轨道式机器人2与集控中心1通过无线网远距离信号连接；
所述系统由一个集中监控系统和多个移动站嵌入式系统组成；
所述集控中心1负责任务管理、人机交互、数据库数据管理和故障诊断等功能；
所述悬挂轨道式机器人2的行走轨迹由变电站内部导轨确定；
所述悬挂轨道式机器人2拍摄变电站内主变、断路器、刀闸、开关设备等主要一次设备和附属设备，对采集到的可见光图像及视频流、红外图像及视频流、实时传感器数据进行分析处理并记录，若发现设备异常则报警上传；
进一步的，在上述技术方案中，所述悬挂轨道式机器人2上安装有MCU主控制器11，所述MCU主控制器11为STM32F429IGT芯片，对悬挂轨道式机器人2的各个功能模块进行控制，为悬挂轨道式机器人2的主控核心；
进一步的，在上述技术方案中，所述悬挂轨道式机器人2上安装有执行器控制模块12，且所述执行器控制模块12与MCU主控制器11电性连接，所述执行器控制模块12由云台控制121、升降机构122以及水平驱动机构123构成；
进一步的，在上述技术方案中，所述云台控制121由可见光云台1211以及热成像云台1212构成，所述升降机构122由升降电机1221以及补光装置1222构成，所述水平驱动机构123由差数电机1231以及悬挂轨道式机器人2的内置传动组件构成，所述执行器控制模块12用于控制悬挂轨道式机器人2的行走速度、行走时间、摄像头成像以及升降；
实施例1：
差数电机1231的型号为57BYGH7601，搭配TB6560驱动器使用，MCU主控制器11配合光耦将3.3V信号转换成SV电压信号可以适配TB6560接口电压，驱动器采用PWM(脉冲宽度调制)控制，利用MCU主控制器11自带定时器可以精确调整PWM频率，从而对差数电机1231无极调速。
进一步的，在上述技术方案中，所述悬挂轨道式机器人2的上安装有传感器模块13，且所述传感器模块13与MCU主控制器11电性连接，所述传感器模块13由热成像传感器131、可见光成像传感器132、距离传感器133、有害气体传感器134、烟雾传感器135、氧气传感器136、湿度传感器137以及温度传感器138构成；
实施例2：
热成像传感器131的型号为FLIRLepton3，可见光成像传感器132的型号为为OV2640，距离传感器133的型号为US-100，有害气体传感器134的型号为7X-SF6-1000，烟雾传感器135的型号为MQ-2，氧气传感器136的型号为KE-25，湿度传感器137的型号为RisymBME280，温度传感器138的型号为MLX90614，其中可见光成像传感器132为CMOS类数字传感器，最大支持200W像素图像输出(1920x1080)，输出帧数为15FPS，较低分辨率下(352x288)为60FPS，使用JPG格式输出图像可以在保证80％画质的情况下大大减少输出数据传输量，输出接口为DCMI，工作电压为3.3V，额定功率在125mW-I40mW之间，距离传感器133为超声波距离传感器，可实现2cm～4.5m的非挂触测距功能，宽电压输入范围2.4～5.5V，静态功耗低于2mA，自动对测距结果进行校正，分辨率0.5mm，测距精度1mm，当有害气体传感器134检测变电站内部SF6有害气体浓度过高时，预示着某个开关柜内部模块破损，有害气体传感器134最大工作电流30mA，采样精度±2％F.S，烟雾传感器135检测浓度为300～10000ppm，氧气传感器136的量程范围0％～100％，精度1％，响应时间为14±2秒，湿度传感器137测量范围0％～100％，测量误差±2％，工作电压3.3V，温度传感器138温度范围：-40～+125℃，精度0.5℃。
进一步的，在上述技术方案中，所述热成像传感器131实时检测变电站主变热成像模具，进行故障识别，所述可见光成像传感器132对图像进行多种补偿操作，包括白平衡、饱和度、伽玛曲线和色度的处理，所述距离传感器133实现悬挂轨道式机器人2避障功能，所述有害气体传感器134对变电站内SF6有害气体进行检测，所述烟雾传感器135检测变电站内部烟雾浓度，所述氧气传感器136检测变电站内部氧气浓度，所述湿度传感器137以及温度传感器138检测变电站内部温湿度状况；
进一步的，在上述技术方案中，所述悬挂轨道式机器人2的上安装有无线通信模块14以及电源模块15，且所述无线通信模块14以及电源模块15均与MCU主控制器11电性连接；
实施例3：
无线通信模块14的型号为USR-C322，该模块专为嵌入式系统无线网络通信设计，可以将嵌入式系统连接到无线网络上，从而实现对物联网的控制与管理，内部集成了MAC，射频收发单元、基频芯片以及功率放大器等，采用TI-CC3200芯片方案，内核为ARMCortex-M4内核，运行频率最高可到80MHz。
进一步的，在上述技术方案中，所述无线通信模块14用于悬挂轨道式机器人2与集控中心1无线信号连接，所述电源模块15由电池组151和充放电控制器152构成，实现对悬挂轨道式机器人2的充放电处理；
实施例4：
巡检系统由一个集中监控系统和多个移动站嵌入式系统组成，机器人移动站嵌入式系统负责数据采集和运动控制，能够与集中监控系统通信，并具备一定的安全监视功能，集中监控系统负责任务管理、融合定位、路径规划、故障诊断和数据库管理。
一种机器人，包括悬挂轨道式机器人2，其特征在于：所述悬挂轨道式机器人2通过无线网与集控中心1远距离信号连接；
所述悬挂轨道式机器人2的行走轨迹由变电站内部导轨确定；
所述悬挂轨道式机器人2拍摄变电站内主变、断路器、刀闸、开关设备等主要一次设备和附属设备，对采集到的可见光图像及视频流、红外图像及视频流、实时传感器数据进行分析处理并记录，若发现设备异常则报警上传。
实施例5：
悬挂轨道式机器人2运行任务：
(1)传感器数据采集及预处理，采集温度，湿度，氧气含量，烟雾含量，有害气体含量，障碍物距离，可见光图像和热成像图像，并对可见光和热成像图像数据进行预处理和编码压缩；
(2)运动控制，水平驱动机构123、升降机构122、电源模块15动作控制；
(3)网络通信，上传实时传感器模块13数据和悬挂轨道式机器人2状态数据，接收集控中心1指令；
(4)安全监视，悬挂轨道式机器人2动作安全性判断，负责监视悬挂轨道式机器人2的所有动作和状态，嵌入式系统在接收到控制报文后需经过安全监视模块的判断才会生效，电池组151电量低于一定阂值时会触发自主充电信号，此时会中断所有任务并保存任务信息，返回充电位置充电，待电池电量足够时恢复任务，监视变电站室内环境参数信息，当室内环境参数出现异常数据时给予报警或停机，监视上下位机间的网络通信状态，使用计时清零方式判断网络状态，网络不通时则重连，重连等待时间随次数不断增加。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种智能巡检系统，应用于变电站，其特征在于：所述系统包括集控中心(1)、多个悬挂轨道式机器人(2)以及路由器(3)；
所述路由器(3)发出Internet无线网，多个所述悬挂轨道式机器人(2)与集控中心(1)通过无线网远距离信号连接；
所述系统由一个集中监控系统和多个移动站嵌入式系统组成；
所述集控中心(1)负责任务管理、人机交互、数据库数据管理和故障诊断等功能；
所述悬挂轨道式机器人(2)的行走轨迹由变电站内部导轨确定；
所述悬挂轨道式机器人(2)拍摄变电站内主变、断路器、刀闸、开关设备等主要一次设备和附属设备，对采集到的可见光图像及视频流、红外图像及视频流、实时传感器数据进行分析处理并记录，若发现设备异常则报警上传。
2.根据权利要求1所述的一种智能巡检系统，其特征在于：所述悬挂轨道式机器人(2)上安装有MCU主控制器(11)，所述MCU主控制器(11)为STM32F429IGT芯片，对悬挂轨道式机器人(2)的各个功能模块进行控制，为悬挂轨道式机器人(2)的主控核心。
3.根据权利要求2所述的一种智能巡检系统，其特征在于：所述悬挂轨道式机器人(2)上安装有执行器控制模块(12)，且所述执行器控制模块(12)与MCU主控制器(11)电性连接，所述执行器控制模块(12)由云台控制(121)、升降机构(122)以及水平驱动机构(123)构成。
4.根据权利要求3所述的一种智能巡检系统，其特征在于：所述云台控制(121)由可见光云台(1211)以及热成像云台(1212)构成，所述升降机构(122)由升降电机(1221)以及补光装置(1222)构成，所述水平驱动机构(123)由差数电机(1231)以及悬挂轨道式机器人(2)的内置传动组件构成，所述执行器控制模块(12)用于控制悬挂轨道式机器人(2)的行走速度、行走时间、摄像头成像以及升降。
5.根据权利要求2所述的一种智能巡检系统，其特征在于：所述悬挂轨道式机器人(2)的上安装有传感器模块(13)，且所述传感器模块(13)与MCU主控制器(11)电性连接，所述传感器模块(13)由热成像传感器(131)、可见光成像传感器(132)、距离传感器(133)、有害气体传感器(134)、烟雾传感器(135)、氧气传感器(136)、湿度传感器(137)以及温度传感器(138)构成。
6.根据权利要求5所述的一种智能巡检系统，其特征在于：所述热成像传感器(131)实时检测变电站主变热成像模具，进行故障识别，所述可见光成像传感器(132)对图像进行多种补偿操作，包括白平衡、饱和度、伽玛曲线和色度的处理，所述距离传感器(133)实现悬挂轨道式机器人(2)避障功能，所述有害气体传感器(134)对变电站内SF6有害气体进行检测，所述烟雾传感器(135)检测变电站内部烟雾浓度，所述氧气传感器(136)检测变电站内部氧气浓度，所述湿度传感器(137)以及温度传感器(138)检测变电站内部温湿度状况。
7.根据权利要求2所述的一种智能巡检系统，其特征在于：所述悬挂轨道式机器人(2)的上安装有无线通信模块(14)以及电源模块(15)，且所述无线通信模块(14)以及电源模块(15)均与MCU主控制器(11)电性连接。
8.根据权利要求7所述的一种智能巡检系统，其特征在于：所述无线通信模块(14)用于悬挂轨道式机器人(2)与集控中心(1)无线信号连接，所述电源模块(15)由电池组(151)和充放电控制器(152)构成，实现对悬挂轨道式机器人(2)的充放电处理。
9.一种机器人，包括悬挂轨道式机器人(2)，其特征在于：所述悬挂轨道式机器人(2)通过无线网与集控中心(1)远距离信号连接；
所述悬挂轨道式机器人(2)的行走轨迹由变电站内部导轨确定；
所述悬挂轨道式机器人(2)拍摄变电站内主变、断路器、刀闸、开关设备等主要一次设备和附属设备，对采集到的可见光图像及视频流、红外图像及视频流、实时传感器数据进行分析处理并记录，若发现设备异常则报警上传。
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