CN111941385A - 一种配电房巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人领域，涉及一种配电房巡检机器人，为了解决目前市面上的巡检机器人因为挂载设备较多，重量大多比较沉，成本较高，因而重心偏高，底盘不稳定，各个模块并未完全独立安装，装配繁琐，花费时间较长的问题，本设计低重心的移动底盘利用激光无轨导航、超声波传感器避障技术，配合万向轮和驱动单元，使机器人在行走的过程中更加灵活与准确；到达任务点再配合伺服电机驱动完成升降机构的上、下移动到一定高度，高清摄像头对配电柜实时状态进行图像采集；利用伺服电机结合增量式编码器实现闭环控制，控制精度更高，并可以进行反馈调节，提高了图像采集高度的精确性；基于模块化思想，上层、中层、下层安装板通过螺柱连接，便于拆装。

Description

一种配电房巡检机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种配电房巡检机器人。

背景技术

随着对供电质量的提高，人们越发不能接受长时间停电，因而一旦出现故障，需要快速查找故障点并恢复故障区域。然而供电系统日趋复杂，一旦出现故障，工作人员需要在多个站房之间来回奔波排查，这需要大量的人力以及精力，并且配电房有辐射，对人的健康也有损害，这个时候配电房巡检机器人应运而生，每个机器人对应一个配电房，每日例行对设备进行各种巡视检查，达到代替人员进行巡视的功能，大大提升了设备的巡检效率。

目前市面上的巡检机器人因为挂载设备较多，重量大多比较沉，成本较高，因而重心偏高，底盘不稳定，各个模块并未完全独立安装，装配繁琐，花费时间较长。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前市面上的巡检机器人因为挂载设备较多，重量大多比较沉，成本较高，因而重心偏高，底盘不稳定，各个模块并未完全独立安装，装配繁琐，花费时间较长的问题，本发明提出了一种可升降监测装置。

为实现上述目的，一种配电房巡检机器人，它包括移动底盘、电池组件、升降机构、升降驱动机构、连接固定组件和图像采集组件；

所述电池组件、升降机构、升降驱动机构和连接固定组件均设置在移动底盘的上方，所述电池组件和升降机构相邻，且电池组件和升降机构均固定在移动底盘的上方，连接固定组件设置在电池组件上方，升降驱动机构设置在连接固定组件上，驱动机构的动力输出端与升降机构的动力输入端连接；图像采集组件设置在升降结构上。

进一步地，所述连接固定装置包括连接柱、支撑板、顶层板、支撑型材；

所述支撑板和顶层板均与移动底盘平行设置，支撑板的下端通过连接柱与移动底盘连接，支撑板的上端通过支撑型材和顶层板连接。

再进一步地，所述可升降监测装置还包括上位机控制板和显示屏幕；

所述上位机控制板设置在顶层板上，显示屏幕设置在支撑型材上。

进一步地，所述升降机构包括型材、方管、拖链、举升杆和牵引组件；

所述型材竖向设置在移动平台上，方管的一端通过牵引组件与型材滑动连接，方管的另一端与举升杆一侧的下部连接，举升杆的另一端与图像采集组件连接；

短拖链槽设置在方管的一侧，长拖链槽设置在型材的一侧，拖链的一端固定在短拖链槽上，另一端固定在长拖链槽的最上侧，拖链的两端均朝向上方设置。

再进一步地，所述牵引组件包括同步带、上带轮、下带轮、上轮架、下轮架和同步牵引块，上带轮通过上轮架设置在型材的上部，下带轮通过下轮架设置在型材的下部，同步带套设在上带轮和下带轮上，同步牵引块的一端与型材滑动连接，同步牵引块的另一端与方管的一端固定连接，同步牵引块中部穿过同步带，并与同步带同步运动。

进一步地，所述升降驱动机构包括电机、电机座、传动轮、从动轮、传动带；

所述电机座固定在支撑板上，电机设置在电机座上，电机的输出端与传动轮连接，传动轮通过传动带与从动轮连接，从动轮与下带轮同轴连接。

再进一步地，所述移动底盘包括下层安装板、主动轮、驱动机构、减震机构、从动轮、激光雷达、超声波传感器、电源控制板；

所述下层安装板中部的两端对称设有槽口，下层安装板的四角处均设有从动轮轮槽，

所述驱动机构的输出端与主动轮连接，驱动机构的壳体与减震机构连接，减震机构与下层安装板连接，两个所述主动轮对称设置在下层安装板的两端，每个从动轮均设置在下层安装板的一角，任意两个从动轮互相对称。

所述下层安装板中部的上方设有激光雷达，下层安装板的前端和两侧均设有超声波传感器，下层安装板上方的前端或后端设有电源控制板，激光雷达、超声波传感器、电源控制板均为电性连接。

进一步地，所述减震机构包括减震支架、摆臂、驱动机构支撑板、驱动机构支撑架和两套减震组件；

所述减震支架呈“几”字形，减震支架的开口端跨过驱动机构的顶部，减震支架的开口端内部对称设置两组减震组件，所述减震组件竖向设置，两套减震组件的顶端均与减震支架连接，两套减震组件的底端通过驱动机构支撑板连接，驱动机构设置在驱动机构支撑板上方，驱动机构支撑架呈L形，驱动机构支撑架一端设置在主动轮和驱动机构之间并与驱动机构连接，驱动机构支撑架的另一端设置在驱动机构上方，驱动机构支撑架的另一端与摆臂的一端连接，摆臂的另一端设置在下层安装板的中部。

再进一步地，所述下层安装板中部设有摆臂座，所述摆臂座包括摆臂座底板、两个转轴、两个轴承侧板和四个轴承；

所述每个转轴均与摆臂的另一端连接，两个转轴于同一高度平行并列设置，每个转轴的一端分别通过轴承与一个轴承侧板连接，每个转轴的另一端分别通过轴承与另一个轴承侧板连接，两个轴承侧板均固定在摆臂座底板上。

进一步地，所述移动底盘还包括激光雷达支撑架，所述激光雷达支撑架包括上层安装板、中层安装板、长螺柱、短螺柱、支撑件和雷达支撑架；

所述中层安装板通过长螺柱固定在下层安装板的上方，上层安装板通过短螺柱和支撑件固定在中层安装板的上方，所述支撑件的一端设置在上层安装板和中层安装板之间，支撑件的一端沿竖直方向设有通孔，且其另一端穿过上层安装板；

所述上层安装板中部上端开设槽口，激光雷达设置在槽口的下方，且激光雷达通过雷达支撑架固定，所述达雷达支撑架呈“几”字型，雷达支撑架的两端分别固定在一个减震支架上。

有益效果：

(1)移动底盘利用激光雷达无轨导航配合超声波传感器避障技术，与传统的磁轨移动底盘，行走更加灵活与快速；且本移动底盘重心较低，巡检机器人的重量偏大，通过降低移动底盘重心的方法来使巡检机器人行走时更加沉稳。

(2)本设计电池可抽拉更换，提高了机器人的工作效率。本发明采用模块化设计从下层移动底盘部分，到上层升降机构部分，可单独控制与组装，提高装配效率，便于维修，价格也更便宜。

(3)本设计结构简单，拆卸与组件方便，大大降低了成本，其型材与举升杆更是可以适应不同场地高度变化，可任意改变上、下升降行程。

(4)本发明监测高度可适应不同场地要求，可调节性较强，结构简单，安装方便，且本设计利用伺服电机结合增量式编码器实现闭环控制，控制精度更高，并可以进行反馈调节，提高了图像采集高度的精确性。

附图说明

图1是本发明实例中所用配电房巡检机器人的轴测视图；

图2是本发明实例中所用配电房巡检机器人的移动底盘的轴测视图；

图3是本发明实例中所用配电房巡检机器人的移动底盘的另一轴测视图；

图4是本发明实例中所用配电房巡检机器人的移动底盘的内部结构的剖视图；

图5是本发明实例中所用配电房巡检机器人的移动底盘的内部结构的轴测视图；

图6是本发明实例中所用配电房巡检机器人的升降机构的轴测视图；

图7是本发明实例中所用配电房巡检机器人的升降机构的局部放大视图；

图8是本发明实例中所用配电房巡检机器人的升降机构的升降组件中轴承座的局部放大视图。

具体实施方式

具体实施方式一：一种配电房巡检机器人，它包括移动底盘1、电池组件5、升降机构2、升降驱动机构、连接固定组件6和图像采集组件；

所述电池组件5、升降机构2、升降驱动机构和连接固定组件6均设置在移动底盘1的上方，所述电池组件5和升降机构2相邻，且电池组件5和升降机构2均固定在移动底盘1的上方，连接固定组件6设置在电池组件5上方，升降驱动机构设置在连接固定组件6上，驱动机构的动力输出端与升降机构2的动力输入端连接；图像采集组件设置在升降结构2上。

本实施方式中：电池组件5包括电池31、电池支架55、滑道47、门板59；

所述电池支架55呈拱形固定在工作台1上，电池支架55一端的开口处设有门板59，电池支架55内侧对称设有滑道47，电池31设置在滑道47的上方，且与滑道47滑动连接。

电池更换方便，可抽拉取出，使装置续航能力更强，可以持续工作，电池放在电池支架内的滑道上，可以前后滑动；所述门板安装在电池支架的前端，可以180°旋转开合。

具体实施方式二：所述连接固定装置6包括连接柱79、支撑板77、顶层板89、支撑型材88；

所述支撑板77和顶层板89均与移动底盘1平行设置，支撑板77的下端通过连接柱79与移动底盘77连接，支撑板77的上端通过支撑型材88和顶层板89连接。

其他实施方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：所述可升降监测装置还包括上位机控制板96和显示屏幕99；

所述上位机控制板96设置在顶层板89上，显示屏幕99设置在支撑型材88上。

本实施方式中：所述上位机控制板96通过连接固定装置安装在顶层板89上，于控制移动底盘(1)行走以及升降机构(2)升降高度；显示屏幕99设置在支撑型材88上，通过上位机控制板96管控移动底盘(1)行走与升降机构(2)竖直方向升降，来观察移动底盘(1)的移动轨迹以及升降机构(2)到达指定高度后通过图像采集组件所采集的图像。

其他实施方式与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：所述升降机构2包括型材78、方管45、拖链42、举升杆14和牵引组件；

所述型材78竖向设置在移动平台1上，方管45的一端通过牵引组件与型材78滑动连接，方管45的另一端与举升杆14一侧的下部连接，举升杆14的另一端与图像采集组件连接；

短拖链槽43设置在方管45的一侧，长拖链槽51设置在型材78的一侧，拖链42的一端固定在短拖链槽43上，另一端固定在长拖链槽51的最上侧，拖链42的两端均朝向上方设置。

本实施方式中：举升杆14上安装图像采集组件，图像采集组件包括两个摄像头34，一个摄像头34设置在举升杆14的最顶端，另一个摄像头34设置在举升杆14的最底端。可根据图像采集高度需求来调节举升杆14的长度和高清摄像头34的安装位置及数量。进一步地，拖链用于走线。

其他实施方式与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：所述牵引组件包括同步带、上带轮、下带轮、上轮架、下轮架和同步牵引块，上带轮通过上轮架设置在型材78的上部，下带轮通过下轮架设置在型材78的下部，同步带套设在上带轮和下带轮上，同步牵引块的一端与型材78滑动连接，同步牵引块的另一端与方管45的一端固定连接，同步牵引块中部穿过同步带，并与同步带同步运动。

本实施方式中：所述升降机构2还包括行程限制组件，所述行程限制组件包括斜楔49、限位开关47、防撞块50；

两个所述斜楔49上下对称的设置在方管45的另一侧，两个限位开关47设置在型材78的另一侧，两个限位开关47设置在上带轮和下带轮之间，每个限位开关47与一个防撞块50连接。

行程限制组件增加了升降组件的安全性；

其他实施方式与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：所述升降驱动机构包括电机17、电机座80、传动轮、从动轮、传动带；

所述电机座80固定在支撑板77上，电机17设置在电机座80上，电机17的输出端与传动轮连接，传动轮通过传动带与从动轮连接，从动轮与下带轮同轴连接。

其他实施方式与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：所述移动底盘1包括下层安装板16、主动轮7、驱动机构12、减震机构、从动轮40、激光雷达20、超声波传感器37、电源控制板15；

所述下层安装板16中部的两端对称设有槽口，下层安装板16的四角处均设有从动轮轮槽，

所述驱动机构12的输出端与主动轮7连接，驱动机构12的壳体与减震机构连接，减震机构与下层安装板16连接，两个所述主动轮7对称设置在下层安装板16的两端，每个从动轮40均设置在下层安装板16的一角，任意两个从动轮40互相对称。

所述下层安装板16中部的上方设有激光雷达20，下层安装板16的前端和两侧均设有超声波传感器37，下层安装板16上方的前端或后端设有电源控制板15，激光雷达20、超声波传感器37、电源控制板15均为电性连接。

本实施方式中：所述从动轮40为万向轮，从动轮40通过“几”字形的从动轮支架41设置在下层安装板16的角端。

激光雷达20安装在激光雷达支架22上，用于建立地图和路径规划，并具有测距与避障功能；超声波传感器37辅助激光雷达20避障，可以解决激光雷达20无法识别透明物体而造成误触发的问题；电源控制板15安装在从动轮支架41上，用于各个工作单元的电源供给。

其他实施方式与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：所述减震机构包括减震支架17、摆臂10、驱动机构支撑板4、驱动机构支撑架21和两套减震组件；

所述减震支架17呈“几”字形，减震支架17的开口端跨过驱动机构12的顶部，减震支架17的开口端内部对称设置两组减震组件，所述减震组件竖向设置，两套减震组件的顶端均与减震支架17连接，两套减震组件的底端通过驱动机构支撑板4连接，驱动机构12设置在驱动机构支撑板4上方，驱动机构支撑架21呈L形，驱动机构支撑架21一端设置在主动轮7和驱动机构12之间并与驱动机构12连接，驱动机构支撑架21的另一端设置在驱动机构12上方，驱动机构支撑架21的另一端与摆臂10的一端连接，摆臂10的另一端设置在下层安装板16的中部。

本实施方式中：所述减震组件包括减震器18和两个U型支架1，减震器18的顶端通过上端的U型支架1与减震支架17连接，减震器18的底端通过下端的U型支架1与驱动机构支撑板连接。

具体实施方式九：所述下层安装板16中部设有摆臂座，所述摆臂座包括摆臂座底板11、两个转轴3、两个轴承侧板36和四个轴承13；

所述每个转轴3均与摆臂10的另一端连接，两个转轴3于同一高度平行并列设置，每个转轴3的一端分别通过轴承13与一个轴承侧板36连接，每个转轴3的另一端分别通过轴承13与另一个轴承侧板36连接，两个轴承侧板36均固定在摆臂座底板11上。

本实施方式中：所述转轴3为“D”形轴，转轴3平面端向上设置，并与摆臂10的另一端连接。

其他实施方式与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：所述移动底盘1还包括激光雷达支撑架，所述激光雷达支撑架包括上层安装板19、中层安装板73、长螺柱48、短螺柱63、支撑件82和雷达支撑架22；

所述中层安装板73通过长螺柱48固定在下层安装板16的上方，上层安装板19通过短螺柱63和支撑件82固定在中层安装板73的上方，所述支撑件82的一端设置在上层安装板19和中层安装板73之间，支撑件82的一端沿竖直方向设有通孔，且其另一端穿过上层安装板19；

所述上层安装板19中部上端开设槽口，激光雷达20设置在槽口的下方，且激光雷达20通过雷达支撑架22固定，所述达雷达支撑架22呈“几”字型，雷达支撑架22的两端分别固定在一个减震支架17上。

其他实施方式与具体实施方式九相同。

工作原理：该发明设计低重心的移动底盘利用激光无轨导航、超声波传感器避障技术，配合万向轮和驱动单元，使机器人在行走的过程中更加灵活与准确；到达任务点再配合伺服电机驱动完成升降机构的上、下移动到一定高度，高清摄像头对配电柜实时状态进行图像采集；本设计利用伺服电机结合增量式编码器实现闭环控制，控制精度更高，并可以进行反馈调节，提高了图像采集高度的精确性；本发明基于模块化思想，上层、中层、下层安装板通过螺柱连接，便于安装与拆卸。

本发明的工作流程如下：

接通电源，激光雷达20开使高速旋转创建地图，建图需要工作人员推着机器人在机房来回走动并观察显示屏幕4直到地图创建完成；

地图创建好以后，需要在显示屏幕4上采集所要到达目标任务点；

任务点采集完毕机器人就可以开始工作了，首先机器人通过上位机控制通过移动底盘1利用激光雷达20无轨导航技术，在已建好的地图里通过计算与测距，配和激光雷达20以及超声波传感器37避障，由电机模组12驱动机器人移动底盘1选择最短路经到达机器人所要采集图像的任务点；

到达任务点后，伺服电机17转动，控制升降组件46上升到达一定高度，高清摄像头34开始对配电设备进行图像采集，并和上位机里已存储的设备预设图像进行对比，来判断配电设备状态是否异常；

若高清摄像头34采集的配电设备图像状态与上位机里已存储的预设图像状态一致，机器人则会控制升降组件46下降并自动前往下一个任务点继续工作；若是不一致，机器人则会停止前往下一个任务点，并通过上位机发送到云端服务器报警，通知工作人员进行手动处理。

Claims (10)

1.一种配电房巡检机器人，其特征在于：它包括移动底盘(1)、电池组件(5)、升降机构(2)、升降驱动机构、连接固定组件(6)和图像采集组件；

所述电池组件(5)、升降机构(2)、升降驱动机构和连接固定组件(6)均设置在移动底盘(1)的上方，所述电池组件(5)和升降机构(2)相邻，且电池组件(5)和升降机构(2)均固定在移动底盘(1)的上方，连接固定组件(6)设置在电池组件(5)上方，升降驱动机构设置在连接固定组件(6)上，驱动机构的动力输出端与升降机构(2)的动力输入端连接；图像采集组件设置在升降结构(2)上。

2.根据权利要求1所述的一种配电房巡检机器人，其特征在于：所述连接固定装置(6)包括连接柱(79)、支撑板(77)、顶层板(89)、支撑型材(88)；

所述支撑板(77)和顶层板(89)均与移动底盘(1)平行设置，支撑板(77)的下端通过连接柱(79)与移动底盘(1)连接，支撑板(77)的上端通过支撑型材(88)和顶层板(89)连接。

3.根据权利要求2所述的一种配电房巡检机器人，其特征在于：所述可升降监测装置还包括上位机控制板(96)和显示屏幕(99)；

所述上位机控制板(96)设置在顶层板(89)上，显示屏幕(99)设置在支撑型材(88)上。

4.根据权利要求1所述的一种配电房巡检机器人，其特征在于：所述升降机构(2)包括型材(78)、方管(45)、拖链(42)、举升杆(14)和牵引组件；

所述型材(78)竖向设置在移动平台(1)上，方管(45)的一端通过牵引组件与型材(78)滑动连接，方管(45)的另一端与举升杆(14)一侧的下部连接，举升杆(14)的另一端与图像采集组件连接；

短拖链槽(43)设置在方管(45)的一侧，长拖链槽(51)设置在型材(78)的一侧，拖链(42)的一端固定在短拖链槽(43)上，另一端固定在长拖链槽(51)的最上侧，拖链(42)的两端均朝向上方设置。

5.根据权利要求4所述的一种配电房巡检机器人，其特征在于：所述牵引组件包括同步带、上带轮、下带轮、上轮架、下轮架和同步牵引块，上带轮通过上轮架设置在型材(78)的上部，下带轮通过下轮架设置在型材(78)的下部，同步带套设在上带轮和下带轮上，同步牵引块的一端与型材(78)滑动连接，同步牵引块的另一端与方管(45)的一端固定连接，同步牵引块中部穿过同步带，并与同步带同步运动。

6.根据权利要求5所述的一种配电房巡检机器人，其特征在于：所述升降驱动机构包括电机(17)、电机座(80)、传动轮、从动轮、传动带；

所述电机座(80)固定在支撑板(77)上，电机(17)设置在电机座(80)上，电机(17)的输出端与传动轮连接，传动轮通过传动带与从动轮连接，从动轮与下带轮同轴连接。

7.根据权利要求1所述的一种配电房巡检机器人，其特征在于：所述移动底盘(1)包括下层安装板(16)、主动轮(7)、驱动机构(12)、减震机构、从动轮(40)、激光雷达(20)、超声波传感器(37)、电源控制板(15)；

所述下层安装板(16)中部的两端对称设有槽口，下层安装板(16)的四角处均设有从动轮轮槽，

所述驱动机构(12)的输出端与主动轮(7)连接，驱动机构(12)的壳体与减震机构连接，减震机构与下层安装板(16)连接，两个所述主动轮(7)对称设置在下层安装板(16)的两端，每个从动轮(40)均设置在下层安装板(16)的一角，任意两个从动轮(40)互相对称。

所述下层安装板(16)中部的上方设有激光雷达(20)，下层安装板(16)的前端和两侧均设有超声波传感器(37)，下层安装板(16)上方的前端或后端设有电源控制板(15)，激光雷达(20)、超声波传感器(37)、电源控制板(15)均为电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种配电房巡检机器人，其特征在于：所述减震机构包括减震支架(17)、摆臂(10)、驱动机构支撑板(4)、驱动机构支撑架(21)和两套减震组件；

所述减震支架(17)呈“几”字形，减震支架(17)的开口端跨过驱动机构(12)的顶部，减震支架(17)的开口端内部对称设置两组减震组件，所述减震组件竖向设置，两套减震组件的顶端均与减震支架(17)连接，两套减震组件的底端通过驱动机构支撑板(4)连接，驱动机构(12)设置在驱动机构支撑板(4)上方，驱动机构支撑架(21)呈L形，驱动机构支撑架(21)一端设置在主动轮(7)和驱动机构(12)之间并与驱动机构(12)连接，驱动机构支撑架(21)的另一端设置在驱动机构(12)上方，驱动机构支撑架(21)的另一端与摆臂(10)的一端连接，摆臂(10)的另一端设置在下层安装板(16)的中部。

9.根据权利要求1所述的一种配电房巡检机器人，其特征在于：所述下层安装板(16)中部设有摆臂座，所述摆臂座包括摆臂座底板(11)、两个转轴(3)、两个轴承侧板(36)和四个轴承(13)；

所述每个转轴(3)均与摆臂(10)的另一端连接，两个转轴(3)于同一高度平行并列设置，每个转轴(3)的一端分别通过轴承(13)与一个轴承侧板(36)连接，每个转轴(3)的另一端分别通过轴承(13)与另一个轴承侧板(36)连接，两个轴承侧板(36)均固定在摆臂座底板(11)上。

10.根据权利要求1所述的一种配电房巡检机器人，其特征在于：所述移动底盘(1)还包括激光雷达支撑架，所述激光雷达支撑架包括上层安装板(19)、中层安装板(73)、长螺柱(48)、短螺柱(63)、支撑件(82)和雷达支撑架(22)；

所述中层安装板(73)通过长螺柱(48)固定在下层安装板(16)的上方，上层安装板(19)通过短螺柱(63)和支撑件(82)固定在中层安装板(73)的上方，所述支撑件(82)的一端设置在上层安装板(19)和中层安装板(73)之间，支撑件(82)的一端沿竖直方向设有通孔，且其另一端穿过上层安装板(19)；

所述上层安装板(19)中部上端开设槽口，激光雷达(20)设置在槽口的下方，且激光雷达(20)通过雷达支撑架(22)固定，所述达雷达支撑架(22)呈“几”字型，雷达支撑架(22)的两端分别固定在一个减震支架(17)上。

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