CN112583447A - 一种轨道巡检机器人微波通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道巡检机器人微波通信系统及方法，包括：巡检机器人，与所述巡检机器人连接的微波通信天线，以及沿着巡检机器人轨道方向设置的微波波导管；在巡检机器人移动过程中，所述微波通信天线能够在外力作用下始终压在微波波导管的导槽内进行滑触运动，以实现信号在设定的微波频段内沿着微波波导管传输。本发明克服了轨道巡检机器人通信无法加密，使数据传送具备保密特性。同时克服了轨道巡检机器人在无线信号庞杂的环境下工作，机器人通信信号受到干扰的问题，可大大提高数据传输的高保真。

Description

一种轨道巡检机器人微波通信系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道巡检机器人的微波通信技术领域，尤其涉及一种轨道巡检机器人微波通信系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在城市内，在重要的市政设施，或者具有保密性质的单位的设施内，市场会用到巡检机器人用来巡检场所内设备的运行情况，尤其是轨道式巡检机器人具备高视距，能耗低的优点被广泛采用。轨道式巡检机器人沿导轨进行巡检，除了对环境的视频监控，还进行气体监测，雷达探测，热源搜索等活动，并将探测数据实时上传到平台以供分析及处理，在智能化监测中起着不可或缺的作用。巡检机器人的数据上传，或者实时平台对机器人的指令下达都需要通过无线通讯进行传送，传统的通信是通过无线WIFI加交换机模式实现，通过无线AP进行发送，并且控制AP之间的间距来保证信号的连续或加强。较为先进的通信信号或视频传输是采用漏波电缆进行通信，但漏波电缆价格昂贵，且保密性不理想。传统的AP信号传输是开放型的，也无保密性可言。

对于需要无线传输数据的巡检机器人，即使不要求其信号的保密性，由于所处空间内各种无线信号庞杂，输出频段都有可能出现重叠，当数据传送中，对信号的干扰也时有发生，导致接收失灵，图像失真。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种轨道巡检机器人微波通信系统及方法，采用对信号封闭传输的方式，使信号在封闭的铝制波导轨道的内腔中传输，最大程度的保证了通信信号的高保真和无泄漏。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种轨道巡检机器人微波通信系统，包括：巡检机器人，与所述巡检机器人连接的微波通信天线，以及沿着巡检机器人轨道方向设置的微波波导管；在巡检机器人移动过程中，所述微波通信天线能够在外力作用下始终压在微波波导管的导槽内进行滑触运动，以实现信号在设定的微波频段内沿着微波波导管传输。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种轨道巡检机器人微波通信方法，包括：通过微波通信天线，能够使得巡检机器人通信信号在设定的微波频段内沿着微波波导管进行连续传输。

巡检机器人将采集到的数据处理成微波信号，通过天线传输进微波波导管，然后被地面工作站接收，还原为数据上传至平台进行处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明克服了轨道巡检机器人通信无法加密，使数据传送具备保密特性。同时克服了轨道巡检机器人在无线信号庞杂的环境下工作，机器人通信信号受到干扰的问题，可大大提高数据传输的高保真。

(2)本发明解决了机器人天线在跟随波导管随动情况下，以及过波导管接缝处时保证信号传输的稳定性及连续性的问题。

附图说明

图1是本发明实施例中微波通信天线结构侧视图；

图2是本发明实施例中微波通信天线结构正视图；

图3是本发明实施例中微波通信天线结构转动状态示意图；

图4是本发明实施例中微波通信天线结构与机器人连接示意图一；

图5是本发明实施例中微波通信天线结构与机器人连接示意图二；

图6是本发明实施例中微波通信天线结构与机器人连接示意图三；

其中，1.滑触式天线，2.天线支架，3.天线支架轴，4.天线摇臂，5.摇臂挂轴，6.摇臂转轴，7.转轴固定轴，8.轴承，9.摇臂固定座，10.底座，11.拉簧12.固定螺栓，13.挂轴固定轴，14.固定螺母，15.微波波导管，16.机器人，17.机器人轨道，18.机座密封台阶，19.机器人外壳，20.固定小螺栓，21.拉簧挂槽，22.天线触头，23.波导管导槽，24.摇臂限位块。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种轨道巡检机器人16微波通信系统，包括：巡检机器人16，与巡检机器人16连接的微波通信天线，以及沿着巡检机器人轨道17方向设置的微波波导管15；在巡检机器人移动过程中，微波通信天线能够在外力作用下始终压在微波波导管的导槽内进行滑触运动，以实现信号在设定的微波频段内沿着微波波导管传输。

如果使轨道巡检机器人实现保密信号传输，或者实现信号的高保真，就需要将传输信号封闭起来，做定向传输，由专用天线接收，并且在传输和接收中做到不受干扰，对外部屏蔽及无泄漏。

波导管是一种铝制挤出型型材，内有空腔，微波具备波长短，直线传输性好的特点，当微波通信信号在波导管空腔内部传输时，大部分微波信号可以沿管壁畅通无阻到达下一组天线，少部分信号碰到管壁被反射，由于波束角很小，依然反射进空腔内传输，类似与光线在光纤内的传输，这样就最大程度的保证了通信信号的高保真和无泄漏。

组合滑触式天线的特点是对角度、偏移的适应性很强，在正负30度范围内的角度变化，及正负两公分的偏移量都可以保证天线触头22依然贴近在波导管的滑槽内。

为了保证信号传输的连续性，可以将一对组合滑触式天线1按一定间距并排放置，并同时固定在一个支架上，这样当这对组合滑触式天线1经过波导管的接缝时，至少能够保证一个滑触天线处于波导管的滑槽内，从而使信号传输无断点，能够连续传播。

作为一种可选的实施方式，每隔150米还可以利用通信地面工作站进行信号接收与加强处理，从而可实现保密信号的远距离传输。

机器人16内部携带有移动通信站的设备，它与设定距离布置的地面工作站进行通信。

移动通信站将机器人16采集到的数据处理成微波信号，通过天线传输进微波波导管15，然后被地面工作站接收，还原为数据上传至平台进行处理。

因为微波波导管15内的信号在设定距离内发生衰减，所以地面工作站会对其进行加强处理再进行传输或上传，相当于中继站。

具体地，微波通信天线的结构参照图1-图6，包括：两组组合滑触式天线1，固定在天线支架2上，天线支架2与天线摇臂4固定，天线摇臂4的顶端平面对天线支架2进行平面定位，天线支架轴3穿过天线摇臂4的固定孔，天线支架轴3的两端切入天线支架2两端的尾部，两端用固定螺栓12紧固，这样天线支架2可以获得可靠的定位支撑，并只用两个固定螺栓12就可以限制住天线支架2的所有自由度，使组合滑触天线有一个稳定的支撑。

组合滑触天线在天线支架2的两端夹持，根部采用固定螺母14固定在天线支架2上，可以利用组合滑触天线的触头的自由浮动，在受力情况下，使组合滑触天线在天线支架2上进行旋转。在不受力的情况下，又由于组合滑触天线自带拉簧11的作用，进行复位。

一个天线支架2两端各自安装一组组合滑触天线，用来保障通过微波波导管15接缝处时，至少保证一组滑触天线在微波波导管15的波导管导槽23内，从而保证信号传输的连续。

本实施例中，天线摇臂4的上段固定组合滑触天线，下段以转轴形式固定在摇臂固定座9上，可以以摇臂转轴6为旋转轴在有限范围内转动。而在天线摇臂4两侧各有一根拉簧11，拉簧11一端伸入摇臂固定座9的拉簧挂槽21内，挂在通过拉簧挂槽21的固定小螺栓20上，拉簧11另一端挂在固定在摇臂转轴6上的固定小螺栓20上，而摇臂挂轴5从天线摇臂4的中段穿入，通过挂轴固定轴13固定在天线摇臂4上。挂轴固定轴长度与两个拉簧挂槽21间距相当，这样可使拉簧11的拉力均衡施加，挂轴固定轴13两端各采用固定小螺栓20将拉簧11另一端固定，这样天线摇臂4就可以在拉簧的作用力下，以摇臂转轴6为中心轴，向机器人16方向施加扭矩，这个扭力也就表现在组合滑触天线对于微波波导管15施加的压力上，使组合滑触天线的触头不易从微波波导管15的滑槽中脱落。

摇臂转轴6从天线摇臂4的下端孔穿入，并由转轴固定轴7在天线摇臂4上固定，摇臂转轴6的两端分别与轴承8连接，因为天线摇臂4经常转动，所以此处需要用到轴承8，轴承8镶嵌在摇臂固定座9两侧的开孔内，镶入轴承8后，在摇臂转轴6两端以开口挡圈固定轴承内圈防止轴承8脱落，天线摇臂4的尾端又设置摇臂限位块24，摇臂固定座9内部是一个空腔，但在天线摇臂尾部的运动方向上各有相对摇臂限位块24的限位平面，当天线摇臂4在拉簧11作用力下向机器人16转动到一定程度，摇臂限位块24就会被摇臂固定座9的限位平面限制住，天线摇臂4不再转动。这样可以使组合滑触天线位置不至于碰到来自机器人车身或其它物体的干涉。

当天线摇臂转向机器人车身反方向时，由于时克服拉簧拉力，松手的情况下天线摇臂会在拉簧拉力下自然转回，这就给调整天线或微波波导管操作带来不便，所以当天线摇臂推到另一端时，实现位置自锁是有必要的。本实施例的位置自锁就是当天线摇臂4转至另一端限位时，拉簧11两端的连线超过了天线摇臂底部的摇臂转轴6，形成的拉力又成为把天线摇臂4向机器人车身相反方向运动的趋势，当天线摇臂尾部碰到摇臂固定座9的限位平面时，又达到平衡位置，天线摇臂4可在此位置自然停留，方便调试工作的进行。

参照图4-6，底座10上设有摇臂固定座9，摇臂固定座9通过底部的4个固定螺栓12在底座10上固定，底座10的一端有面向巡检机器人16的固定平面，该固定位置与摇臂固定座9之间是机器人外壳，机座密封台阶18是机座与机器人外壳的结合处，在此结合处可以添加密封材料，这样为机器人壳体提供了防护。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种轨道巡检机器人微波通信方法，包括：通过微波通信天线，能够使得巡检机器人通信信号在设定的微波频段内沿着微波波导管进行连续传输。

每隔设定距离与地面工作站进行通信，以进行信号接收与加强处理。

机器人16内部携带有移动通信站的设备，它与设定距离布置的地面工作站进行通信。

移动通信站将机器人16采集到的数据处理成微波信号，通过天线传输进微波波导管15，然后被地面工作站接收，还原为数据上传至平台进行处理。

上述过程的具体实现方式在实施例一中进行了详细的说明，不再赘述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种轨道巡检机器人微波通信系统，其特征在于，包括：巡检机器人，与所述巡检机器人连接的微波通信天线，以及沿着巡检机器人轨道方向设置的微波波导管；在巡检机器人移动过程中，所述微波通信天线能够在外力作用下始终压在微波波导管的导槽内进行滑触运动，以实现信号在设定的微波频段内沿着微波波导管传输。

2.如权利要求1所述的一种轨道巡检机器人微波通信系统，其特征在于，巡检机器人巡检路线上，每个设定距离设置地面工作站，巡检机器人与地面工作站进行通信。

3.如权利要求1所述的一种轨道巡检机器人微波通信系统，其特征在于，所述微波通信天线包括：天线摇臂，所述天线摇臂一端固定在底座上，另一端与天线支架连接，所述天线支架的两端间隔设定距离并列设置滑触天线；所述滑触天线能够在外力作用下始终压在微波波导管的导槽内。

4.如权利要求3所述的一种轨道巡检机器人微波通信系统，其特征在于，所述天线摇臂与底座通过转轴形式连接，所述天线摇臂两侧分别设置拉簧，所述天线摇臂在拉簧的作用力下，以转轴为中心轴，向巡检机器人方向施加扭矩。

5.如权利要求4所述的一种轨道巡检机器人微波通信系统，其特征在于，所述天线摇臂中段设定位置设置挂轴，拉簧一端分别连接在挂轴上，另一端连接在底座的拉簧挂槽上。

6.如权利要求3所述的一种轨道巡检机器人微波通信系统，其特征在于，所述底座包括摇臂固定座，所述天线摇臂通过轴承与摇臂固定座连接，天线摇臂的尾端设置摇臂限位块，摇臂固定座内部是一个空腔，在天线摇臂尾部的运动方向上分别有相对摇臂限位块的限位平面，当天线摇臂转动到设定程度，摇臂限位块被摇臂固定座的限位平面限制住，天线摇臂不再转动。

7.如权利要求6所述的一种轨道巡检机器人微波通信系统，其特征在于，所述天线支架两端分别与天线摇臂固定连接，所述天线摇臂的顶端为平面用于实现对天线支架的平面定位。

8.如权利要求3所述的一种轨道巡检机器人微波通信系统，其特征在于，所述底座一端设有面向巡检机器人的固定平面，所述底座与巡检机器人连接的位置设置密封材料。

9.一种轨道巡检机器人微波通信方法，其特征在于，包括：通过微波通信天线，能够使得巡检机器人通信信号在设定的微波频段内沿着微波波导管进行连续传输。

10.如权利要求9所述的一种轨道巡检机器人微波通信方法，其特征在于，巡检机器人将采集到的数据处理成微波信号，通过天线传输进微波波导管，然后被地面工作站接收，还原为数据上传至平台进行处理。

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