CN111965259B - 基于声波的故障检测及巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于声波的故障检测及巡检系统，用于解决现有技术中电机诊断及维修困难的问题。包括：故障检测系统和巡检机器人；所述故障检测系统包括：声波采集终端，所述声波采集终端用于对电机群组内的电机单独进行声波采集；所述声波采集终端包括声波检测传感器和无线通信模块，所述声波检测传感器用于获取对应电机振动产生的声波数据，一个所述电机对应多个所述声波检测传感器；云服务器，所述云服务器能够接受无线通信模块传输的声波数据；所述巡检机器人包括控制机构，所述控制机构包括无线通信模块，所述无线通信模块用于接收云服务器的对应电机的故障信息并运动到故障电机位置放置定位装置。

Description

基于声波的故障检测及巡检系统

技术领域

本发明涉及电机故障检测领域，特别是涉及一种基于声波的故障检测及巡检系统。

背景技术

工厂里面目前采用的电机故障检测采用的是用听诊器进行诊断,其存在的问题为:1.采用人工检测故障，其存在误差，需要检测者拥有丰富的经验，且在工厂吵闹的环境中，通过听诊的方式进行检测故障难度极大。2.听诊故障往往诊断的是电机的微小故障而引起的异常，在普通工人眼里并不能察觉，但是又不能太频繁的对电机进行故障检测，其只能周期性进行检测，故其无法及时的发现电机故障。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于声波的故障检测及巡检系统，用于解决现有技术中电机诊断及维修困难的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于声波的故障检测及巡检系统，包括：故障检测系统和巡检机器人；

其中，所述故障检测系统包括：

声波采集终端，所述声波采集终端用于对电机群组内的电机单独进行声波采集；

所述声波采集终端包括声波检测传感器和无线通信模块，所述声波检测传感器用于获取对应电机振动产生的声波数据，一个所述电机对应多个所述声波检测传感器，多个所述声波检测传感器在所述电机上不同位置，所述无线发送模块用于发送对应电机的声波数据；

云服务器，所述云服务器能够接受无线通信模块传输的声波数据，并判断对应电机是否处于故障状态；

其中，所述巡检机器人包括控制机构，所述控制机构包括无线通信模块，所述无线通信模块用于接收云服务器的对应电机的故障信息并运动到故障电机位置放置定位装置。

可选的，各个所述声波检测传感器在所述电机周向上布置，各个所述声波检测传感器均电性连接于一个线下采集模块，所述线下采集模块用于接收单个电机的多个所述声波检测传感器的声波数据，并对所述声波数据进行异常数据剔除，当多个所述声波检测传感器的数据相近时，则拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器；当多个所述声波检测传感器的数据中小部分数据异常于大部分数据时，剔除其中的异常数据，并对剩余的数据拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器。

可选的，所述线下采集模块包括电源单元和处理单元，所述电源单元用于给所述处理单元提供电源，所述处理单元用于对单个所述电机的声波数据进行异常数据剔除处理，并对剩余的数据拟合平均值；

所述线下采集模块还包括储存单元，所述储存单元用于实时记录所述处理单元的拟合平均值，所述储存单元的拟合平均值周期性通过所述无线通信模块传输给所述云服务器。

可选的，各个所述声波检测传感器在所述电机周向上布置，所述云服务器用于接收各个所述电机的声波数据，所述云服务器对单个电机的多个所述声波检测传感器的声波数据进行异常数据剔除，当多个所述声波检测传感器的数据相近时，则拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器；当多个所述声波检测传感器的数据中小部分数据异常于大部分数据时，剔除其中的异常数据，并对剩余的数据拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器。

可选的，还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器用于采集电机的表面温度，所述第二传温度传感器用于采集电机所处环境的温度，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均通过无线通信模块将温度数据传输给云服务；

所述云服务器还用于将所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度数据和温度样本进行对比。

可选的，所述巡检机器人还包括：

底板，所述底板的底部安装有四组对称设置的行走机构，四组所述行走机构用于驱动所述巡检机器人行走；

中空底座，所述中空底座固定安装在所述底板的上部，且所述中空底座的内部安装所述控制机构，所述控制机构还用于控制四组所述行走机构运转；

支撑壳体，所述支撑壳体固定安装在所述中空底座的上部，且所述支撑壳体的上部安装有看路机构，所述看路机构用于所述巡检机器人查看行走路况，且所述看路机构与所述控制机构电性连接；

定位装置投放机构，所述定位装置投放机构与所述控制机构电性连接，且所述定位装置投放机构用于投放定位装置；

无线充电机构，所述无线充电机构与所述控制机构电性连接，且所述无线充电机构用于为所述控制机构通过无线方式进行充电。

可选的，每组所述行走机构均包括立板、连接轴、行走轮以及电机，所述立板竖直且固定地安装在所述底板的底部，所述连接轴通过轴承水平且固定地安装在所述立板的底端，所述行走轮固定安装在所述连接轴的一端端部，所述电机通过电机座固定安装在所述立板远离所述行走轮的一侧面上，且所述电机的转动轴与所述连接轴的另一端固定连接。

可选的，所述控制机构包括控制器、无线通信模块、喇叭、卡槽体、存储卡、蓄电池以及电压传感器，所述控制器、所述无线通信模块、所述喇叭、所述卡槽体、所述蓄电池以及所述电压传感器均固定安装在所述中空底座的内部，所述存储卡插接在所述卡槽体的内部，所述控制器分别与所述所述无线通信模块、所述喇叭、所述存储卡、所述电压传感器以及所述电机电性连接，所述蓄电池分别与所述控制器、所述无线通信模块、所述喇叭、所述电压传感器以及所述电机电性连接。

可选的，所述看路机构包括立杆、圆柱形配装块、若干摄像头以及若干照明灯，所述立杆竖直且固定地安装在所述支撑壳体的上部，所述圆柱形配装块固定安装在所述立杆的上端端部，若干所述摄像头呈环向等角度嵌装在所述圆柱形配装块的侧面上，若干所述照明灯呈环向等角度嵌装在所述圆柱形配装块的侧面上，若干所述照明灯和若干所述摄像头均与所述控制器电性连接，若干所述照明灯和若干所述摄像头均与所述蓄电池电性连接。

可选的，所述定位装置投放机构包括储放筒、导向套、投放通道、支撑板、连接板、驱动臂以及电动推杆，所述储放筒竖直且固定地安装在所述中空底座的上部，且所述储放筒的上端贯穿所述支撑壳体的顶壁设置，所述储放筒用于储放所述定位装置，所述导向套固定安装在所述储放筒的一侧，所述投放通道固定安装在所述储放筒的另一侧，且所述投放通道与所述导向套相对设置，所述支撑板固定安装在所述中空底座的一侧面上，且所述支撑板的上部与所述中空底座的上部对齐设置，所述连接板滑移放置在所述支撑板的上部，所述驱动臂滑移安装在所述导向套的内部，且所述驱动臂的一端与所述连接板固定连接，所述驱动臂的另一端活动伸入所述储放筒的内部底部，所述电动推杆通过配装座固定安装在所述中空底座上，且所述电动推杆的伸缩端与所述连接板固定连接，所述电动推杆还分别与所述控制器和所述蓄电池电性连接。

如上所述，本发明的基于声波的故障检测及巡检系统，至少具有以下有益效果：

一、本发明，设置的四组行走机构可实现该机器人前进后退以及转向，从而使得该机器人行走比较灵活，实用性较好，另外，每组行走机构均由立板、连接轴、行走轮以及电机构成，可利用电机驱动连接轴带动行走轮转动，从而实现该机器人行走的目的；

二、本发明，设置的看路机构用于巡检机器人查看行走路况，若干照明灯用于为该机器人照明，可保证在光线较暗的情况下摄像头能够清晰拍摄该机器人周边路况，从而使得该机器人在光线较暗的情况下依然能够行走自如；

三、本发明，将该机器人通过无线通信模块与云端电机故障判断系统建立连接，在该机器人接收到云端电机故障判断系统发送的寻找故障电机的指令时，控制器根据接收的故障电机的位置信息数据控制四组行走机构工作并去寻找故障电机，在找到目标故障电机时，控制器控制电动推杆工作，电动推杆通过连接板驱动驱动臂沿着导向套运动，将储放筒内部储放的定位装置推出一个放置在故障电机的一旁，这样维修人员可以根据定位装置的位置进行导航快速找到目标故障电机，尤其适用于配合超大型工厂的不太熟悉工厂环境的维修人员使用，可以帮助不太熟悉工厂环境的维修人员快速找到目标故障电机，可有效降低维修人员寻找目标故障电机的难度，同时能够有效提高维修人员的工作效率；

四、本发明，设置的电压传感器用于实时检测蓄电池的电压情况，设置的无线充电机构用于为控制机构通过无线方式进行充电，在蓄电池的电压过低时，控制器控制该机器人朝向为该机器人设置的无线充电器靠近直至无线充电机构与无线充电器建立连接，此时即可通过无线方式为蓄电池进行充电，当电压传感器检测到蓄电池的电压达到设定值时，控制器控制该机器人离开无线充电器，从而使得该机器人具备自动充电的功能。

五、本发明，设置的若干个毫米波雷达传感器配合控制器协同工作可防止该巡检机器人与周围物件发生碰撞现象，进而保证巡检该机器人的使用寿命。

六、通过声波的形式对电机进行故障检测，且采用云服务器的形式进行监控分析，其极大的节约了电机故障检测成本，实现了整个过程的无人监测，通过在电机周向上布置声波检测传感器，同时在处理过程中剔除异常数据，使得其能够避免因为单个声波检测传感器的测量误差或者电机局部的测量误差影响，从而能够保证数据采集的准确性；通过对声波样本的不同场景下的训练，使得能够通过声波判断其故障类型，判断更加精准，且具有针对性，在工人维修电机时能够直接进行故障维修。

附图说明

图1显示为本发明的基于声波的故障检测及巡检系统实施方式一的示意图。

图2显示为本发明的基于声波的故障检测及巡检系统实施方式二的示意图。

图3显示为本发明巡检机器人的立体图。

图4显示为本发明巡检机器人的另一视角的立体图之一。

图5显示为图4中局部视图A的放大结构示意图。

图6显示为本发明巡检机器人的行走机构的爆炸结构示意图。

图7显示为本发明巡检机器人的行走机构的局部结构示意图。

图8显示为图7改变视角后的结构示意图。

图9显示为本发明巡检机器人的定位装置投放机构的结构示意图。

图10显示为图9中局部视图B的放大结构示意图。

图11显示为中空底的内部结构示意图。

图12显示为图11中局部视图C的放大结构示意图。

图13显示为中空底的结构示意图。

图14显示为本发明巡检机器人的无线充电机构的半剖视结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图14须知，本说明书附图所示的结构、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能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

请参阅图1和图2，本发明提供基于声波的故障检测及巡检系统的实施例，包括：故障检测系统和巡检机器人；

其中，所述故障检测系统包括：

声波采集终端，所述声波采集终端用于对电机群组内的电机单独进行声波采集；

所述声波采集终端包括声波检测传感器和无线通信模块，所述声波检测传感器用于获取对应电机振动产生的声波数据，一个所述电机对应多个所述声波检测传感器，多个所述声波检测传感器在所述电机上不同位置，所述无线发送模块用于发送对应电机的声波数据；

云服务器，所述云服务器能够接受无线通信模块传输的声波数据，并判断对应电机是否处于故障状态；

其中，所述巡检机器人包括控制机构，所述控制机构包括无线通信模块，所述无线通信模块用于接收云服务器的对应电机的故障信息并运动到故障电机位置放置定位装置。

通过声波的形式对电机进行故障检测，且采用云服务器的形式进行监控分析，其极大的节约了电机故障检测成本，实现了整个过程的无人监测，通过在电机周向上布置声波检测传感器，同时在处理过程中剔除异常数据，使得其能够避免因为单个声波检测传感器的测量误差或者电机局部的测量误差影响，从而能够保证数据采集的准确性；通过对声波样本的不同场景下的训练，使得能够通过声波判断其故障类型，判断更加精准，且具有针对性，在工人维修电机时能够直接进行故障维修。同时通过巡检机器人的设置，使得多个区域的电机集群进行检测时，每个电机厂房单独配置一个巡检机器人，当检测系统将故障电机检测出来后，云服务器将故障电机的数据传输给巡检机器人，巡检机器人内部预设有对应厂房的电机位置信息，接受到故障电机的编号时，巡检机器人找到对应位置信息即可知道故障电机位置，然后运行到对应位置，放置定位芯片，维修人员可以通过定位芯片找到故障电机；也可以在云服务器上储存对应电机的位置信息，直接将对应故障电机的位置信息发送给对应厂房的巡检机器人。由于厂房较多，这样通过单独配置巡检机器人进行定位装置的放置，使得维修人员能够直接根据定位装置的无线信号进行手机定位，找到对应电机。由于各个电机之间需要较高的精度，通过巡检机器人进行线下放置定位装置，可以对单个厂房的进行室内定位组网，实现维修人员的精准追踪。

本实施例中，请参阅图2，各个所述声波检测传感器在所述电机周向上布置，各个所述声波检测传感器均电性连接于一个线下采集模块，所述线下采集模块用于接收单个电机的多个所述声波检测传感器的声波数据，并对所述声波数据进行异常数据剔除，当多个所述声波检测传感器的数据相近时，则拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器；当多个所述声波检测传感器的数据中小部分数据异常于大部分数据时，剔除其中的异常数据，并对剩余的数据拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器。

本实施例中，请参阅图2，所述线下采集模块包括电源单元和处理单元，所述电源单元用于给所述处理单元提供电源，所述处理单元用于对单个所述电机的声波数据进行异常数据剔除处理，并对剩余的数据拟合平均值。

本实施例中，本实施例中，请参阅图2，所述线下采集模块还包括储存单元，所述储存单元用于实时记录所述处理单元的拟合平均值。可选的，所述储存单元的拟合平均值周期性通过所述无线通信模块传输给所述云服务器。即每个电机的数据进行单独故障判断处理，同时储存记录数据，等待云服务器和处处单元的数据传输，云服务器收到数据后对其进行整理，如有电机故障数据记录，则发出对应电机的故障提示，这样做的目的在于不用实时进行通行，而采用周期性通信，能够实现离线处理，同时上线时又能够完整得知电机的工作状态。

本实施例中，请参阅图1，各个所述声波检测传感器在所述电机周向上布置，所述云服务器用于接收各个所述电机的声波数据，所述云服务器对单个电机的多个所述声波检测传感器的声波数据进行异常数据剔除，当多个所述声波检测传感器的数据相近时，则拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器；当多个所述声波检测传感器的数据中小部分数据异常于大部分数据时，剔除其中的异常数据，并对剩余的数据拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器。通过云服务器进行运算分析，能够提高运算能力，同时在电机处传感器和无线通信模块所需的电源较小，提高电池的续航能力，如果通过在线下进行处理运算，一是电量消耗变大，需要频繁更换电池，同时向下处理单元产生故障时维修不方便，通过云服务器运算，能够减少运维成本。

本实施例中，请参阅图1和图2，还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器用于采集电机的表面温度，所述第二传温度传感器用于采集电机所处环境的温度，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均通过无线通信模块将温度数据传输给云服务器。可选的，所述云服务器还用于将所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度数据和温度样本进行对比。由于电机故障时，特别是过载时，其温度会升高，如果是缺相时，热量相对正常运行又会降低，通过温度传感器进行辅助验证，能够提高判别的精准度，同时通过对环境温度的采集，能够实现对不同温度条件下的电机故障发生情况进行判别。

一种电机故障检测方法，包括如下步骤：

第一步，建立声波样本并对其进行不同场景训练，对电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值，训练过程如下：

建立正常电机声波样本，采集正常电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

建立缺相电机由正常状态变为故障状态过程的声波样本，采集缺相电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

建立过载电机由正常状态变为故障状态过程的声波样本，采集过载电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

建立匝间电机由正常状态变为故障状态过程的声波样本，采集匝间电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

建立相间电机由正常状态变为故障状态过程的声波样本，采集相间电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

建立地击电机声波样本，采集地击电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

第二步，对电机的周向上的多个实时声波数据剔除异常数据并拟合平均值，将对应电机的实时拟合平均值与声波样本进行对比，判断电机是否故障以及故障的类型。

通过对机器学习的方式对声波样本进行训练，使得其能够更准确的判断是否发生故障，通过对变位故障之前的声波变化进行记录训练，使得本系统能够在产生故障之前，即可预测判断即将可能发生某种或者某几种故障，从而提前预警。

本实施例中，在上一实施例的第一步基础上，还包括，建立温度样本并对其进行不同场景训练，训练过程如下：

建立正常电机温度样本，采集正常电机在不同环境温度下的持续工作的温度数据；

建立缺相电机由正常状态变为故障状态过程的温度样本，采集缺相电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

建立过载电机由正常状态变为故障状态过程的温度样本，采集过载电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

建立匝间电机由正常状态变为故障状态过程的温度样本，采集匝间电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

建立相间电机由正常状态变为故障状态过程的温度样本，采集相间电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

建立地击电机温度样本，采集地击电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

在第三步后，还包括第四步：

将对应电机的实时温度数据与温度样本进行对比，二次判断电机是否故障以及故障的类型；

当第二步和第四步的判断故障状态一致时，则发出对应电机的故障预警或者已经发生故障提示；

当第二步和第四步的判断故障状态不一致时，则提示发出对应电机待核查提示。

对温度条件的介入，使得能够对声波判断的结果进行二次验证，比如在某个温度变化范围内，对应一种故障状态或某几种故障状态，那么只要和温度样本对比的数据结果和声波样本的对比数据结果不矛盾，即表明声波样本的对比结果判断正确，即可发出故障提示。

电机故障可能有：

缺相，原因：一般是由于电源缺相(一相未供电或供电电压不足)或线路中接触器接触点未闭合，导线连接点断开，松动或接触位氧化等原因造成。特征：绕组中有一相或两相(4级)全部变黑，线圈损坏对称，有规则为缺相。

过载，原因：一般为电机长时间过电流运行，过热运行，频繁启动或制动，接线错误也导致(三角接成星接)。特征：绕组全部变黑色，端部扎带变色并且变脆甚至断裂。

匝间，原因：电机制造过程引起的漆包线破皮等。特征：绕组局部烧断，通常电机内腔干净的情况，只有一处炸点。

相间，原因：相间纸未有放到位，或者相间纸(套管)破损。特征：电机两相相邻之间烧毁。

地击，原因：线圈与端盖机座之间爬间距离不够。特征：线圈与端盖或端盖之间，两处均有烧黑的痕迹。

请参阅图3-图14，本发明提供一种巡检机器人，巡检机器人用于接收云服务器的故障电机的信息，然后运动到对应故障电机位置放置定位装置，巡检机器人包括：

如图1-图2所示，底板1，底板1的底部安装有四组对称设置的行走机构4，四组行走机构4用于驱动巡检机器人行走。其中，如图2和图4所示，每组行走机构4均包括立板401、连接轴402、行走轮403以及电机404，立板401竖直且固定地安装在底板1的底部，连接轴402通过轴承水平且固定地安装在立板401的底端，行走轮403固定安装在连接轴402的一端端部，电机404通过电机座405固定安装在立板401远离行走轮403的一侧面上，且电机404的转动轴与连接轴402的另一端固定连接。以上技术方案设置的四组行走机构4可实现该机器人前进后退以及转向，从而使得该机器人行走比较灵活，实用性较好，另外，每组行走机构4均由立板401、连接轴402、行走轮403以及电机404构成，可利用电机404驱动连接轴402带动行走轮403转动，从而实现该机器人行走的目的。

如图4和图11所示，中空底座2，中空底座2固定安装在底板1的上部，且中空底座2的内部设有控制机构7，控制机构7用于控制四组行走机构4运转；其中，如图6和图11-图13所示，控制机构7包括控制器701、无线通信模块702、喇叭707、卡槽体705、存储卡706、蓄电池703以及电压传感器704，控制器701、无线通信模块702、喇叭707、卡槽体705、蓄电池703以及电压传感器704均固定安装在中空底座2的内部，存储卡706插接在卡槽体705的内部，控制器701分别与无线通信模块702、喇叭707、存储卡706、电压传感器704以及电机404电性连接，蓄电池703分别与控制器701、无线通信模块702、喇叭707、电压传感器704以及电机404电性连接，中空底座2的侧壁上临近喇叭707的位置处还开设有若干通孔708，且中空底座2的侧壁上临近蓄电池703的位置处还嵌装有充电接口709，充电接口709与蓄电池703电性连接。以上技术方案设置的控制机构7还用于与云端电机故障判断系统相配合使用，所述云端电机故障判断系统是一个对电机进行声波采集然后进行故障判断的系统，在判断出故障电机时其将故障电机的位置信息发送给无线通信模块702，无线通信模块702将接收的故障电机的位置信息发送给控制器701，控制器701根据接收的故障电机的位置信息数据控制四组行走机构4工作并去寻找故障电机，喇叭707用于在该机器人自身发生故障时发出报警声提醒维护人员及时维护，卡槽体705用于安装存储卡706，使得存储卡706便于拆装更换，存储卡706用于存放工厂内所有电机的位置信息数据，便于该机器人以此数据准确找到故障电机的位置，蓄电池703用于为该机器人供电，电压传感器704用于实时检测蓄电池703的电压情况。

如图3-图5所示，支撑壳体3，支撑壳体3固定安装在中空底座2的上部，且支撑壳体3的上部安装有看路机构5，看路机构5用于巡检机器人查看行走路况，且看路机构5与控制机构7电性连接；其中，如图3-图5和图9所示，看路机构5包括立杆501、圆柱形配装块502、若干摄像头503以及若干照明灯504，立杆501竖直且固定地安装在支撑壳体3的上部，圆柱形配装块502固定安装在立杆501的上端端部，若干摄像头503呈环向等角度嵌装在圆柱形配装块502的侧面上，若干照明灯504呈环向等角度嵌装在圆柱形配装块502的侧面上，若干照明灯504和若干摄像头503均与控制器701电性连接，若干照明灯504和若干摄像头503均与蓄电池703电性连接，圆柱形配装块502的顶部还固定安装有LED状态指示灯9，LED状态指示灯9分别与蓄电池703和控制器701电性连接。以上技术方案设置的看路机构5用于巡检机器人查看行走路况，且看路机构5由立杆501、圆柱形配装块502、若干摄像头503以及若干照明灯504构成，若干摄像头503用于拍摄该机器人周边路况，为该机器人指引行走方向，另外，若干照明灯504用于为该机器人照明，可保证在光线较暗的情况下摄像头503能够清晰拍摄该机器人周边路况，从而使得该机器人在光线较暗的情况下依然能够行走自如。摄像头503的视频数据还可以传输到云服务器，实现对故障电机的现场数据记录，方便维修人员的在线初步核实故障。

如图3、图7-图11所示，定位装置投放机构6，定位装置投放机构6与控制机构7电性连接，且定位装置投放机构6用于投放定位装置11；其中，定位装置投放机构6包括储放筒601、导向套602、投放通道606、支撑板604、连接板605、驱动臂603以及电动推杆607，储放筒601竖直且固定地安装在中空底座2的上部，且储放筒601的上端贯穿支撑壳体3的顶壁设置，储放筒601用于储放定位装置11，导向套602固定安装在储放筒601的一侧，投放通道606固定安装在储放筒601的另一侧，且投放通道606与导向套602相对设置，支撑板604固定安装在中空底座2的一侧面上，且支撑板604的上部与中空底座2的上部对齐设置，连接板605滑移放置在支撑板604的上部，驱动臂603滑移安装在导向套602的内部，且驱动臂603的一端与连接板605固定连接，驱动臂603的另一端活动伸入储放筒601的内部底部，电动推杆607通过配装座608固定安装在中空底座2上，且电动推杆607的伸缩端与连接板605固定连接，电动推杆607还分别与控制器701和蓄电池703电性连接，储放筒601的底端靠其内侧壁上对称开设有两个缺口610，两个缺口610朝向储放筒601中心线的一侧均固定安装有弹性橡胶卡块609，弹性橡胶卡块609用于卡紧最底部的定位装置11。以上技术方案设置的定位装置投放机构6用于投放定位装置11，且定位装置投放机构6由储放筒601、导向套602、投放通道606、支撑板604、连接板605、驱动臂603以及电动推杆607构成，在使用时，储放筒601用于储放定位装置11，电动推杆607通过连接板605驱动驱动臂603沿着导向套602运动，驱动臂603的厚度和定位装置11的厚度一样厚，这样可保证驱动臂603在缩回时，只能落下一个定位装置11，也就是说可以保证电动推杆607推动驱动臂603每次只能推出一个定位装置11，定位装置11通过投放通道606放置在故障电机的一旁，这样维修人员可以根据定位装置11的位置进行导航快速找到目标故障电机，从而有效提高维修人员的工作效率，因此，该机器人，尤其适用于配合超大型工厂的不太熟悉工厂环境的维修人员使用，这是因为大型工厂电机分布范围广，数量多，对于不太熟悉工厂环境的维修人员来说想找到目标故障电机难度非常大，然而通过该巡检机器人获取云端电机故障判断系统下发的故障电机的位置信息，自动寻找目标故障电机的位置，并在目标故障电机的位置上投放一个定位装置11，这样维修人员可通过手机等设备进行导航快速准确找到目标故障电机的位置，因此，使用该机器人配合维修人员进行工作，可有效降低维修人员寻找目标故障电机的难度，同时能够有效提高维修人员的工作效率。

如图4、图11和图14所示，无线充电机构8，无线充电机构8与控制机构7电性连接，且无线充电机构8用于为控制机构7通过无线方式进行充电。其中，无线充电机构8包括圆柱形壳体801、感应线圈802以及整流器803，圆柱形壳体801固定安装在中空底座2背向投放通道606的一侧面上，感应线圈802固定安装在圆柱形壳体801的内部，整流器803通过固定座804固定安装在圆柱形壳体801的内部，整流器803的输入端通过导线与感应线圈802的接线端电性连接，整流器803的输出端通过导线与蓄电池703电性连接，底板1的侧部边缘固定安装若干个毫米波雷达传感器10，若干个毫米波雷达传感器10均与控制器701电性连接。以上技术方案设置的无线充电机构8用于为控制机构7通过无线方式进行充电，且无线充电机构8由圆柱形壳体801、感应线圈802以及整流器803构成，在使用时，由于设置的电压传感器704可以实时检测蓄电池703的电压情况，在蓄电池703的电压过低时，控制器701控制该机器人朝向为该机器人设置的无线充电器靠近直至无线充电机构8与无线充电器建立连接，此时即可通过无线方式为蓄电池703进行充电，当电压传感器704检测到蓄电池703的电压达到设定值时，控制器701控制该机器人离开无线充电器，当然在蓄电池703的电压没有低于设定的最小值时，一旦接收到云端电机故障判断系统发送的寻找故障电机的指令时，在机器人预估可以到达目标故障电机的位置并且能够返回到无线充电器的位置情况下，机器人立即执行寻找目标故障电机的任务，感应线圈802用于配合无线充电器使用用于接收交流电，整流器803用于将交流电转换成直流电为蓄电池703进行充电，若干个毫米波雷达传感器10配合控制器701协同工作可防止该巡检机器人与周围物件发生碰撞现象。

值得说明的是，所述无线通信模块702可为4G通信模块或者5G通信模块或者无线网卡，所述控制器701可选用西门子s7-300系列的PLC控制器，所述定位装置11为外部包覆有塑料层的GPS芯片，其外形优选用圆片形。

工作原理：该巡检机器人，使用时，将该机器人通过无线通信模块702与云端电机故障判断系统建立连接，在该机器人接收到云端电机故障判断系统发送的寻找故障电机的指令时，在机器人预估可以到达目标故障电机的位置并且能够返回到无线充电器的位置情况下，机器人立即执行寻找目标故障电机的任务，控制器701根据接收的故障电机的位置信息数据控制四组行走机构4工作并去寻找故障电机，看路机构5为该巡检机器人查看行走路况，在找到目标故障电机时，控制器701控制电动推杆607工作，电动推杆607通过连接板605驱动驱动臂603沿着导向套602运动，将储放筒601内部储放的定位装置11推出一个放置在故障电机的一旁，这样维修人员可以根据定位装置11的位置进行导航快速找到目标故障电机，尤其适用于配合超大型工厂的不太熟悉工厂环境的维修人员使用，可以帮助不太熟悉工厂环境的维修人员快速找到目标故障电机，可有效降低维修人员寻找目标故障电机的难度，同时能够有效提高维修人员的工作效率。

综上所述，

一、本发明，设置的四组行走机构4可实现该机器人前进后退以及转向，从而使得该机器人行走比较灵活，实用性较好，另外，每组行走机构4均由立板401、连接轴402、行走轮403以及电机404构成，可利用电机404驱动连接轴402带动行走轮403转动，从而实现该机器人行走的目的；

二、本发明，设置的看路机构5用于巡检机器人查看行走路况，若干照明灯504用于为该机器人照明，可保证在光线较暗的情况下摄像头503能够清晰拍摄该机器人周边路况，从而使得该机器人在光线较暗的情况下依然能够行走自如；

三、本发明，将该机器人通过无线通信模块702与云端电机故障判断系统建立连接，在该机器人接收到云端电机故障判断系统发送的寻找故障电机的指令时，控制器701根据接收的故障电机的位置信息数据控制四组行走机构4工作并去寻找故障电机，在找到目标故障电机时，控制器701控制电动推杆607工作，电动推杆607通过连接板605驱动驱动臂603沿着导向套602运动，将储放筒601内部储放的定位装置11推出一个放置在故障电机的一旁，这样维修人员可以根据定位装置11的位置进行导航快速找到目标故障电机，尤其适用于配合超大型工厂的不太熟悉工厂环境的维修人员使用，可以帮助不太熟悉工厂环境的维修人员快速找到目标故障电机，可有效降低维修人员寻找目标故障电机的难度，同时能够有效提高维修人员的工作效率；

四、本发明，设置的电压传感器704用于实时检测蓄电池703的电压情况，设置的无线充电机构8用于为控制机构7通过无线方式进行充电，在蓄电池703的电压过低时，控制器701控制该机器人朝向为该机器人设置的无线充电器靠近直至无线充电机构8与无线充电器建立连接，此时即可通过无线方式为蓄电池703进行充电，当电压传感器704检测到蓄电池703的电压达到设定值时，控制器701控制该机器人离开无线充电器，从而使得该机器人具备自动充电的功能。

五、本发明，设置的若干个毫米波雷达传感器10配合控制器701协同工作可防止该巡检机器人与周围物件发生碰撞现象，进而保证巡检该机器人的使用寿命。

六、通过声波的形式对电机进行故障检测，且采用云服务器的形式进行监控分析，其极大的节约了电机故障检测成本，实现了整个过程的无人监测，通过在电机周向上布置声波检测传感器，同时在处理过程中剔除异常数据，使得其能够避免因为单个声波检测传感器的测量误差或者电机局部的测量误差影响，从而能够保证数据采集的准确性；通过对声波样本的不同场景下的训练，使得能够通过声波判断其故障类型，判断更加精准，且具有针对性，在工人维修电机时能够直接进行故障维修。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种基于声波的故障检测及巡检系统，其特征在于，包括：故障检测系统和巡检机器人；

其中，所述故障检测系统包括：

声波采集终端，所述声波采集终端用于对电机群组内的电机单独进行声波采集；

所述声波采集终端包括声波检测传感器和无线通信模块，所述声波检测传感器用于获取对应电机振动产生的声波数据，一个所述电机对应多个所述声波检测传感器，多个所述声波检测传感器在所述电机上不同位置，所述无线通信模块用于发送对应电机的声波数据；

云服务器，所述云服务器能够接受无线通信模块传输的声波数据，并判断对应电机是否处于故障状态；

其中，所述巡检机器人包括控制机构，所述控制机构包括无线通信模块，所述无线通信模块用于接收云服务器的对应电机的故障信息，巡检机器人运动到故障电机位置放置定位装置；

各个所述声波检测传感器在所述电机周向上布置，所述云服务器用于接收各个所述电机的声波数据，所述云服务器对单个电机的多个所述声波检测传感器的声波数据进行异常数据剔除，当多个所述声波检测传感器的数据相近时，则拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器；当多个所述声波检测传感器的数据中小部分数据异常于大部分数据时，剔除其中的异常数据，并对剩余的数据拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器；

还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器用于采集电机的表面温度，所述第二温度传感器用于采集电机所处环境的温度，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均通过无线通信模块将温度数据传输给云服务；

云服务器用于建立声波样本并对其进行不同场景训练，对电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值，训练过程如下：

云服务器用于建立正常电机声波样本，采集正常电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

云服务器用于建立缺相电机由正常状态变为故障状态过程的声波样本，采集缺相电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

云服务器用于建立过载电机由正常状态变为故障状态过程的声波样本，采集过载电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

云服务器用于建立匝间电机由正常状态变为故障状态过程的声波样本，采集匝间电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

云服务器用于建立相间电机由正常状态变为故障状态过程的声波样本，采集相间电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

云服务器用于建立地击电机声波样本，采集地击电机的周向上的多个声波数据剔除异常数据并拟合平均值；

云服务器用于对电机的周向上的多个实时声波数据剔除异常数据并拟合平均值，将对应电机的实时拟合平均值与声波样本进行对比，判断电机是否故障以及故障的类型；

通过对机器学习的方式对声波样本进行训练，使得其能够更准确的判断是否发生故障，通过对变位故障之前的声波变化进行记录训练，使得本系统能够在产生故障之前，即可预测判断即将可能发生某种或者某几种故障，从而提前预警；

所述云服务器还用于建立正常电机温度样本，通过采集正常电机在不同环境温度下的持续工作的温度数据；

云服务器用于建立缺相电机由正常状态变为故障状态过程的温度样本，采集缺相电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

云服务器用于建立过载电机由正常状态变为故障状态过程的温度样本，采集过载电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

云服务器用于建立匝间电机由正常状态变为故障状态过程的温度样本，采集匝间电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

云服务器用于建立相间电机由正常状态变为故障状态过程的温度样本，采集相间电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

云服务器用于建立地击电机温度样本，采集地击电机的在不同环境温度下的由正常状态变为故障状态过程的温度数据；

云服务器用于将对应电机的实时温度数据与温度样本进行对比，二次判断电机是否故障以及故障的类型；

当声波对比步骤和温度对比步骤的判断故障状态一致时，则发出对应电机的故障预警或者已经发生故障提示；

当声波对比步骤和温度对比步骤的判断故障状态不一致时，则提示发出对应电机待核查提示；

所述云服务器还用于将所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度数据和温度样本进行对比；

所述巡检机器人还包括：

底板，所述底板的底部安装有四组对称设置的行走机构，四组所述行走机构用于驱动所述巡检机器人行走；

中空底座，所述中空底座固定安装在所述底板的上部，且所述中空底座的内部安装所述控制机构，所述控制机构还用于控制四组所述行走机构运转；

支撑壳体，所述支撑壳体固定安装在所述中空底座的上部，且所述支撑壳体的上部安装有看路机构，所述看路机构用于所述巡检机器人查看行走路况，且所述看路机构与所述控制机构电性连接；

定位装置投放机构，所述定位装置投放机构与所述控制机构电性连接，且所述定位装置投放机构用于投放定位装置；

无线充电机构，所述无线充电机构与所述控制机构电性连接，且所述无线充电机构用于为所述控制机构通过无线方式进行充电；

所述控制机构包括控制器、无线通信模块、喇叭、卡槽体、存储卡、蓄电池以及电压传感器，所述控制器、所述无线通信模块、所述喇叭、所述卡槽体、所述蓄电池以及所述电压传感器均固定安装在所述中空底座的内部，所述存储卡插接在所述卡槽体的内部，所述控制器分别与所述无线通信模块、所述喇叭、所述存储卡、所述电压传感器以及所述电机电性连接，所述蓄电池分别与所述控制器、所述无线通信模块、所述喇叭、所述电压传感器以及所述电机电性连接；

所述定位装置投放机构包括储放筒、导向套、投放通道、支撑板、连接板、驱动臂以及电动推杆，所述储放筒竖直且固定地安装在所述中空底座的上部，且所述储放筒的上端贯穿所述支撑壳体的顶壁设置，所述储放筒用于储放所述定位装置，所述导向套固定安装在所述储放筒的一侧，所述投放通道固定安装在所述储放筒的另一侧，且所述投放通道与所述导向套相对设置，所述支撑板固定安装在所述中空底座的一侧面上，且所述支撑板的上部与所述中空底座的上部对齐设置，所述连接板滑移放置在所述支撑板的上部，所述驱动臂滑移安装在所述导向套的内部，且所述驱动臂的一端与所述连接板固定连接，所述驱动臂的另一端活动伸入所述储放筒的内部底部，所述电动推杆通过配装座固定安装在所述中空底座上，且所述电动推杆的伸缩端与所述连接板固定连接，所述电动推杆还分别与所述控制器和所述蓄电池电性连接。

2.根据权利要求1所述的基于声波的故障检测及巡检系统，其特征在于：各个所述声波检测传感器在所述电机周向上布置，各个所述声波检测传感器均电性连接于一个线下采集模块，所述线下采集模块用于接收单个电机的多个所述声波检测传感器的声波数据，并对所述声波数据进行异常数据剔除，当多个所述声波检测传感器的数据相近时，则拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器；当多个所述声波检测传感器的数据中小部分数据异常于大部分数据时，剔除其中的异常数据，并对剩余的数据拟合平均值，将拟合的平均值通过无线通信模块传输给所述云服务器。

3.根据权利要求2所述的基于声波的故障检测及巡检系统，其特征在于：所述线下采集模块包括电源单元和处理单元，所述电源单元用于给所述处理单元提供电源，所述处理单元用于对单个所述电机的声波数据进行异常数据剔除处理，并对剩余的数据拟合平均值；

所述线下采集模块还包括储存单元，所述储存单元用于实时记录所述处理单元的拟合平均值，所述储存单元的拟合平均值周期性通过所述无线通信模块传输给所述云服务器。

4.根据权利要求1所述的基于声波的故障检测及巡检系统，其特征在于：每组所述行走机构均包括立板、连接轴、行走轮以及电机，所述立板竖直且固定地安装在所述底板的底部，所述连接轴通过轴承水平且固定地安装在所述立板的底端，所述行走轮固定安装在所述连接轴的一端端部，所述电机通过电机座固定安装在所述立板远离所述行走轮的一侧面上，且所述电机的转动轴与所述连接轴的另一端固定连接。

5.根据权利要求1所述的基于声波的故障检测及巡检系统，其特征在于：所述看路机构包括立杆、圆柱形配装块、若干摄像头以及若干照明灯，所述立杆竖直且固定地安装在所述支撑壳体的上部，所述圆柱形配装块固定安装在所述立杆的上端端部，若干所述摄像头呈环向等角度嵌装在所述圆柱形配装块的侧面上，若干所述照明灯呈环向等角度嵌装在所述圆柱形配装块的侧面上，若干所述照明灯和若干所述摄像头均与所述控制器电性连接，若干所述照明灯和若干所述摄像头均与所述蓄电池电性连接。

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