CN111687825A - 一种应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，涉及特种潜油机器人技术领域，包括矩形外壳及密封于外壳内部的控制系统、无线通讯系统、推进系统、电源系统、视觉检测系统、传感系统。机器人推进系统采用空间矢量布置方案，8个推进器呈空间矢量布置，机器人具备空间全自由度运动能力。视觉传感系统采用双摄像头方案，基于双目视觉技术可实现机器人潜油空间距离感知、地图构建及辅助导航定位等功能。本发明一种矩形潜油机器人结构搭载智能运动控制系统可实现潜油环境灵活运动、辅助完成实时观测，数据实时反馈等功能，为特殊潜油环境内部检测提供了智能化解决方案。

Description

一种应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人

技术领域

本发明涉及特种潜油机器人技术领域，具体的说是一种应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人。

背景技术

机器人与人工智能技术的长足发展，为特种设备检测、检修提供了更智能的解决方案，其中包括电网检修领域的大型换流变压器内部检测。传统换流变压器传统内部检测方法主要依赖人工，检测工作强度大，危险性高，作业准备周期长，智能化程度较低。因此，利用机器人代替人工完成大型换流变压器内检任务，设计一款潜油式换流变压器内检机器人，为提升大型换流变压器内检智能化水平具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，为提升特种充油设备内部检测自动化、智能化水平，特别是代替人工完成大型换流变压器内检任务，进一步提升超高压电网运维自动化水平。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，包括上防护壳体、中部连接件、下防护壳体，所述上防护壳体和所述下防护壳体通过所述中部连接件闭合形成矩形体，所述矩形体内具有密封内腔，所述密封内腔设有控制系统、喷射推进器、电源系统、传感器系统、视觉检测系统；

所述电源系统用于给机器人各部分供给电力与管理电源；

所述传感器系统用于采集潜油环境的深度及温度信息并传送至所述控制系统；

所述视觉检测系统用于采集潜油环境并传送至所述控制系统以构建潜油环境地图；

所述控制系统设有无线通讯模块，所述控制系统通过所述无线通讯模块接收无线控制指令以驱动所述喷射推进器动作，其中，所述喷射推进器设置在所述矩形体的八个角上且所述喷射推进器的喷射口朝向矩形体的外侧，以实现潜油环境空间全自由度运动。

如上所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，进一步地，所述上防护壳体和所述下防护壳体均呈薄壁方壳型且所述上防护壳体和所述下防护壳体的外周四角均具有倒角结构，所述喷射推进器通过法兰结构安装于所述倒角结构的内侧平面上并使得所述喷射口与所述倒角结构的开孔对齐。

如上所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，进一步地，所述上防护壳体和所述下防护壳体采用耐油工程塑料制造，所述耐油工程塑料包括聚酰胺、聚氯乙烯、聚氨酯、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚体的任一种；所述中部连接件采用铝合金制造。

如上所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，进一步地，所述视觉检测系统包括摄像机和照明灯，所述摄像机在所述矩形体一侧面对称设置有两个，借助基于双目视觉技术获取机器人距离目标图像深度，所述照明灯设置在摄像机的外周。

如上所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，进一步地，所述摄像机设置在所述中部连接件的内侧，所述中部连接件安装有摄像头镜头盖并通过摄像头密封压紧片使所述安装摄像头镜头盖密封固定于所述中部连接件上。

如上所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，进一步地，还包括照明灯珠密封盖，照明灯珠密封盖安装在所述中部连接件上。

如上所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，所述传感器系统至少包括惯性导航系统、深度传感器和温度传感器，所述惯性导航系统用于获取在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息；所述深度传感器用于实时采集潜油环境的深度信息，所述温度传感器用于实时采集潜油环境的温度信息，所述深度传感器和所述温度传感器设置于所述中部连接件的同一侧面上。

如上所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，进一步地，所述中部连接件为框型，所述上防护壳体和所述下防护壳体与所述中部连接件的连接处设有凸缘，连接螺钉穿过凸缘分别将所述上防护壳体和所述下防护壳体与所述中部连接件紧密固定。

如上所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，进一步地，所述密封内腔设有设有底部配重，所述底部配重设置在靠近所述下防护壳体端。

如上所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，进一步地，还包括有调试充电接口，所述调试充电接口设置在所述中部连接件上。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1.本发明可代替人工进入如大型换流变压器等充油设备内部进行检查，提高设备检查效率，提升自动化水平；

2.本发明具有矩形外形结构，内部空间规整，空间利用率高，方便内部设元器件布置安装；

3.本发明具有空间矢量布置推进系统，可实现机器人在潜油环境空间全自由度运动，使机器人作业具备高机动性、灵活性，方便机器人完成检测任务；

4.本发明视觉检测系统采用双摄像头布置方案，基于双目视觉理论，可实现机器人对所拍摄图像、视频的距离感知，结合基于视觉的构图理论，能够进一步实现机器人在潜油环境下的实时地图构建与导航定位功能；

5.本发明上、下防护壳体采用耐油工程塑料制作，能够较大程度减轻壳体重量，提升机器人有效载体，同时保证机器人无线通讯不受屏蔽。机器人中部连接结构采用金属材料制作，提高机器人导热性能，可使内部高功率元件热量及时导出。

附图说明

图1为本发明实施例的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人的结构示意图；

图2为图1的矩形潜油机器人的主视图；

图3为图1的矩形潜油机器人的右视图；

图4为图1的矩形潜油机器人的后视图。

其中：1、摄像头密封压紧片；2、照明灯珠密封盖；3、摄像头镜头盖；4、中部连接件；5、连接螺钉；6、上防护壳体；7、喷射推进器；8、控制系统；9、深度传感器；10、电源系统；11、底部配重；12、下防护壳体；13、照明灯；14、摄像机；15、调试充电接口；16、温度传感器；17、深度传感器接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参见图1至图4，一种应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，包括上防护壳体6、中部连接件4、下防护壳体12，上防护壳体6和下防护壳体12通过中部连接件4闭合形成矩形体，矩形体内具有密封内腔，密封内腔设有控制系统8、喷射推进器7、电源系统10、传感器系统、视觉检测系统；电源系统10用于给机器人各部分供给电力与管理电源；传感器系统用于采集潜油环境的深度及温度信息并传送至控制系统8；视觉检测系统用于采集潜油环境并传送至控制系统8以构建潜油环境地图；控制系统8设有无线通讯模块，控制系统8通过无线通讯模块接收无线控制指令以驱动喷射推进器7动作，其中，喷射推进器7设置在矩形体的八个角上且喷射推进器7的喷射口朝向矩形体的外侧，以实现潜油环境空间全自由度运动。本实施例中，机器人的控制系统8、无线通讯模块由控制电路板、无线通讯模块、天线等组成，安装于中部连接件4内部上。其中控制电路板主要实现机器人运动、传感、视觉感知等功能；无线通讯模块主要实现机器人与远程控制端无线控制指令通讯、视频图像传输、机器人状态反馈等功能。机器人推进系统主要由喷射推进器7配合控制电路组成，喷射推进器7共安装8套，分别布置安装于上防护壳体6、下防护壳体124个顶点对应位置，整体构成机器人空间矢量推进系统，通过控制相应喷射推进器7动作，可实现机器人空点全自由度运动。喷射推进器7采用法兰结构，喷口、吸口无需导管连接，直接与上防护壳体6、下防护壳体12相应油口连接，压力损失小，密封可靠。电源系统10主要由电池、电源管理板组成。电池采用聚合物锂电池，电池充电端与调试充电接口15相连实现外部充电，电池输出端与机器人控制系统8相连，控制系统8将电能转化分配到各功能部件。电源管理板与电池相连，实时监测电池状态，并将电池状态发送到机器人控制系统8，保证电源系统10安全可靠运行。本发明可代替人工进入如大型换流变压器等充油设备内部进行检查，提高设备检查效率，提升自动化水平；本发明具有矩形外形结构，内部空间规整，空间利用率高，方便内部设元器件布置安装；本发明具有空间矢量布置推进系统，可实现机器人在潜油环境空间全自由度运动，使机器人作业具备高机动性、灵活性，方便机器人完成检测任务。

进一步地，上防护壳体6和下防护壳体12均呈薄壁方壳型且上防护壳体6和下防护壳体12的外周四角均具有倒角结构，喷射推进器7通过法兰结构安装于倒角结构的内侧平面上并使得喷射口与倒角结构的开孔对齐。本实施例中，机器人结构整体呈矩形，8个顶角有倒角结构。机器人外部结构由上防护壳体6、中部连接件4及下防护壳体12组成矩形外壳。外壳根据功能需求加工有各种必要开孔，整体密闭，各功能系统、部件均布置于机器人矩形结构内部。防护外壳如图1所示，主要由上防护壳体6、中部连接件4和下防护壳体12组成，防护壳体4顶点做倒角处理以安装喷射推进器7，倒角处内表面加工喷射推进器7固定结构、喷射推进器7喷口、吸口连接孔，通孔处做密封处理。中部连接件4为框型，上防护壳体6和下防护壳体12与中部连接件4的连接处设有凸缘，连接螺钉5穿过凸缘分别将上防护壳体6和下防护壳体12与中部连接件4紧密固定。密封内腔设有底部配重11，底部配重11设置在靠近下防护壳体12端。还包括有调试充电接口15，调试充电接口15设置在中部连接件4上。

进一步地，上防护壳体6和下防护壳体12采用耐油工程塑料制造，耐油工程塑料包括聚酰胺、聚氯乙烯、聚氨酯、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚体的任一种；中部连接件4采用铝合金制造。本实施例中，上防护壳体6和下防护壳体12结构对称，材料相同，均采用耐油工程塑料制造。中部连接件4采用铝合金材料制作，保证导热效率同时尽量减轻结构重量。本发明上、下防护壳体12采用耐油工程塑料制作，能够较大程度减轻壳体重量，提升机器人有效载体，同时保证机器人无线通讯不受屏蔽。机器人中部连接结构采用金属材料制作，提高机器人导热性能，可使内部高功率元件热量及时导出。

进一步地，视觉检测系统包括摄像机14和照明灯13，摄像机14在矩形体一侧面对称设置有两个，借助基于双目视觉技术获取机器人距离目标图像深度，照明灯13设置在摄像机14的外周。摄像机14设置在中部连接件4的内侧，中部连接件4安装有摄像头镜头盖3并通过摄像头密封压紧片1使安装摄像头镜头盖3密封固定于中部连接件4上。还包括照明灯珠密封盖2，照明灯珠密封盖2安装在中部连接件4上。本实施例中，中部连接件4前端面开有摄像头、照明灯13通光孔，相应位置做密封处理并于摄像头密封压紧片1、照明灯珠密封盖2、摄像头镜头盖3组装保证内部密封。其中，照明灯13采用LED灯珠制作，数量4颗；为保证散热，灯珠尾部安装有铝基板并固定于机器人中部连接件4上，摄像机14采用双目视觉模组，双目视觉模组集成双高清摄像头、6轴IMU惯性导航系统，实时采集潜油环境内部图像及机器人姿态信息，经数据处理后由8—机器人控制、通讯模块发送到机器人控制终端，控制终端基于双目图像处理算法、V-SLAM算法解算机器人距离图像目标深度信息并完成潜油环境地图构建，进而辅助实现机器人导航定位功能。本发明视觉检测系统采用双摄像头布置方案，基于双目视觉理论，可实现机器人对所拍摄图像、视频的距离感知，结合基于视觉的构图理论，能够进一步实现机器人在潜油环境下的实时地图构建与导航定位功能。

进一步地，传感器系统至少包括惯性导航系统、深度传感器9和温度传感器16，惯性导航系统用于获取在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息深度传感器9用于实时采集潜油环境的深度信息，温度传感器16用于实时采集潜油环境的温度信息，深度传感器9和温度传感器16设置于中部连接件4的同一侧面上。本实施例中，传感系统主要由深度传感器9和温度传感器16等组成。其中，深度传感器9采用数字式压力传感器搭配外围电路组成，通过机器人潜油环境压力值及油品密度解算机器人实时作业深度。温度传感器16为数字式温度传感器16，响应速度快，精度高；深度传感器9、温度传感器16做响应封装及密封处理后固定到中部连接件4后端面响应位置，如图4所示的深度传感器接口17。实现机器人实时作业深度、环境温度检测。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，包括上防护壳体、中部连接件、下防护壳体，其特征在于，所述上防护壳体和所述下防护壳体通过所述中部连接件闭合形成矩形体，所述矩形体内具有密封内腔，所述密封内腔设有控制系统、喷射推进器、电源系统、传感器系统、视觉检测系统；

所述电源系统用于给机器人各部分供给电力与管理电源；

所述传感器系统用于采集潜油环境的深度及温度信息并传送至所述控制系统；

所述视觉检测系统用于采集潜油环境并传送至所述控制系统以构建潜油环境地图；

所述控制系统设有无线通讯模块，所述控制系统通过所述无线通讯模块接收无线控制指令以驱动所述喷射推进器动作，其中，所述喷射推进器设置在所述矩形体的八个角上且所述喷射推进器的喷射口朝向矩形体的外侧，以实现潜油环境空间全自由度运动。

2.根据权利要求1所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，其特征在于，所述上防护壳体和所述下防护壳体均呈薄壁方壳型且所述上防护壳体和所述下防护壳体的外周四角均具有倒角结构，所述喷射推进器通过法兰结构安装于所述倒角结构的内侧平面上并使得所述喷射口与所述倒角结构的开孔对齐。

3.根据权利要求1所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，其特征在于，所述上防护壳体和所述下防护壳体采用耐油工程塑料制造，所述耐油工程塑料包括聚酰胺、聚氯乙烯、聚氨酯、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚体的任一种；所述中部连接件采用铝合金制造。

4.根据权利要求1所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，其特征在于，所述视觉检测系统包括摄像机和照明灯，所述摄像机在所述矩形体一侧面对称设置有两个，借助基于双目视觉技术获取机器人距离目标图像深度，所述照明灯设置在摄像机的外周。

5.根据权利要求4所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，其特征在于，所述摄像机设置在所述中部连接件的内侧，所述中部连接件安装有摄像头镜头盖并通过摄像头密封压紧片使所述安装摄像头镜头盖密封固定于所述中部连接件上。

6.根据权利要求4所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，其特征在于，还包括照明灯珠密封盖，照明灯珠密封盖安装在所述中部连接件上。

7.根据权利要求1所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，其特征在于，所述传感器系统至少包括惯性导航系统、深度传感器和温度传感器，所述惯性导航系统用于获取在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息；所述深度传感器用于实时采集潜油环境的深度信息，所述温度传感器用于实时采集潜油环境的温度信息，所述深度传感器和所述温度传感器设置于所述中部连接件的同一侧面上。

8.根据权利要求1所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，其特征在于，所述中部连接件为框型，所述上防护壳体和所述下防护壳体与所述中部连接件的连接处设有凸缘，连接螺钉穿过凸缘分别将所述上防护壳体和所述下防护壳体与所述中部连接件紧密固定。

9.根据权利要求1所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，其特征在于，所述密封内腔设有设有底部配重，所述底部配重设置在靠近所述下防护壳体端。

10.根据权利要求1所述的应用于大型换流变压器内检的矩形潜油机器人，其特征在于，还包括有调试充电接口，所述调试充电接口设置在所述中部连接件上。

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