CN113119061B - 一种巡检机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请适用于机器人技术领域，公开了一种巡检机器人及其控制方法，所述巡检机器人包括移动平台；机械臂，所述机械臂设置于所述移动平台上，且其远离移动平台的一端设置有第一水平转动机构，所述第一水平转动机构相对的两端分别设置第一竖直转动机构、第二竖直转动机构；设置于第一竖直转动机构的执行机构；设置于第二竖直转动机构的载物台，所述载物台包括第一板、第二板、铰链机构，所述第一板与第二板通过铰链机构活动连接；拾音器，所述拾音器固定设置于所述第一板上。采用本申请技术方案，通过将执行机构、拾音器分别设置在第一水平转动机构的相对两面，实现相对独立的转动，便于各自执行独立任务。

Description

一种巡检机器人及其控制方法

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种巡检机器人及其控制方法。

背景技术

随着我国电网系统的完善，变电站、电力线的覆盖面越来越广泛，为了保障电力的正常供应，通常需要定期对变电站以及电力线路进行巡检，以及时发现电网系统中出现的故障或隐患。

在传统的电厂巡检工作中，巡检人员需要定期做大量的巡检工作，以采集大量的设备运行数据。这样就给电厂巡检带来了一定困难，日常的维护工作也给巡检工作人员造成很大的工作负担。此种人工巡检作业方式，劳动强度大，并且巡检效率低下，检测质量分散。

为改善电厂巡检方式，利用机器人技术，开发电厂智能巡检机器人产品已经成为一个大的趋势。巡检机器人可以通过声音采集器采集获得的数据来分析确定设备的运行情况。但是由于设备型号大小不一，使得拾音器在工作时不能完全采集到设备的声音，因此干扰到工作人员对设备是否有故障的判断。

发明内容

本申请的目的在于提供一种巡检机器人及其控制方法，以解决背景技术中提到的至少一个技术问题。

具体的，本申请的第一方面，提供了一种巡检机器人，包括：

移动平台，

机械臂，所述机械臂设置于所述移动平台上，且其远离移动平台的一端设置有第一水平转动机构，所述第一水平转动机构相对的两端分别设置第一竖直转动机构、第二竖直转动机构；

设置于第一竖直转动机构的执行机构；

设置于第二竖直转动机构的载物台，所述载物台包括第一板、第二板、铰链机构，所述第一板与第二板通过铰链机构活动连接；

拾音器，所述拾音器固定设置于所述第一板上。

采用上述技术方案，通过将执行机构、拾音器分别设置在第一水平转动机构的相对两面，实现相对独立的转动，便于各自执行独立任务，同时能节省执行机构、拾音器占用空间，便于安装与拆卸。

优选地，所述移动平台包括驱动装置、控制装置，所述驱动装置用于驱动所述移动平台移动，所述控制装置用于控制所述移动平台移动的速度。

优选地，所述移动平台包括自动导引车、防撞凸缘，所述防撞凸缘设置于所述自动导引车四周。

优选地，所述自动导引车设置有防撞垫、限位连接件，所述限位连接件贯穿设置于防撞凸缘的两侧，所述防撞垫的至少一端与限位连接件固定连接。

优选地，所述机械臂包括设置在移动平台上端面的凸台、第一臂、第二臂，所述凸台远离移动平台的一端通过转动机构与第一臂转动连接，所述第一臂远离凸台的一端通过转动机构与第二臂转动连接。

优选地，所述第二板与所述第二竖直转动机构固定连接。

优选地，所述铰链机构包括弹性连接件、第一安装座、第二安装座，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆；所述第一连杆一端与第一安装座转动连接，另一端与第二连杆通过第一转轴转动连接，所述第二连杆另一端与第二安装座转动连接；所述第三连杆一端与第二安装座转动连接，另一端与第四连杆转动连接，所述第四连杆另一端与第一安装座转动连接；所述第三连杆与第四连杆连接处设置有延伸板，所述延伸板与弹性连接件一端通过第二转轴转动连接，所述弹性连接件另一端与第一转轴转动连接；所述第一连杆通过第三转轴与所述第三连杆转动连接。

优选地，所述弹性连接件为弹簧。

优选地，所述铰链机构包括第一安装板、第二安装板，所述第一安装座可以通过第一安装板设置在第二板上，所述第二安装座可以通过第二安装板设置在第一板上。

本申请的另一方面，提供了一种对巡检机器人的控制方法，包括步骤：

所述巡检机器人接收路径规划信息，基于激光雷达遍历巡检区域内所有可通行路径构建电子地图，确定最优路径信息，并根据所述最优路径信息移动；

到达工作点后，控制机械臂的姿态，使所述执行机构能够执行相应的工作任务；

判断所述执行机构是否完成工作任务；

若完成工作任务，则启动拾音器；

根据拾音器采集的声音信号，判断设备是否异常；

若设备异常，则控制第二竖直转动机构在竖直平面转动，并在转动第一预设角度后，停止第一预定时间；

判断所述第二竖直转动机构总转动角度是否达到或大于360°，若是，则第二竖直转动机构停止转动。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请所提供的巡检机器人，通过将执行机构、拾音器分别设置在第一水平转动机构的相对两面，并能实现相对独立的转动，便于在执行各自独立的任务，同时能够节省执行机构、拾音器占用的空间，便于安装与拆卸。

2、本申请所提供的巡检机器人控制方法，通过在执行机构完成任务后开启拾音器，可以避免机械臂调整姿态时，或执行机构执行任务时发出的声音，对判断设备异常状态的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本申请巡检机器人一种实施方式的立体装配示意图；

图2是图1中B处的局部放大示意图；

图3是图1中A处的局部放大示意图；；

图4是第一板处于第二位置时的示意图；

图5是图4另一视角的视图。

图6是本申请巡检机器人另一种实施方式的立体装配示意图；

图7是本申请巡检机器人控制方法的流程图。

附图标号说明：

1、移动平台；11、自动导引车；111、防撞凸缘；112、防撞垫；113、限位连接件；1131、竖直安装板；1132、水平限位板；114、活动间隙；12、集成机构；2、机械臂；201、第一水平转动机构；202、第一竖直转动机构；203、第二竖直转动机构；21、凸台；22、第一臂；23、第二臂；3、执行机构；4、载物台；41、第一板；42、第二板；43、铰链机构；431、弹性连接件；432、第一安装板；433、第二安装板；434、第一安装座；435、第二安装座；436、第一连杆；437、第二连杆；438、第三连杆；439、第四连杆；44、第一壳体；45、第二壳体；；5、拾音器；6、雷达承载台；7、激光雷达。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

在工厂、电厂等工作场景，往往需要机器人对现场环境进行巡检，并在发现异常情况时进行报警、甚至异常处理。机器人在巡检时，需要对现场的环境声音进行采集，以初步判断设备的运行状态。

因此如图1所示，本申请的一些实施例中，提供了一种巡检机器人，包括：移动平台1；机械臂2，该机械臂2设置于所述移动平台1上，且其远离移动平台1的一端设置有第一水平转动机构201，所述第一水平转动机构201相对的两端分别设置第一竖直转动机构202、第二竖直转动机构203；设置于第一竖直转动机构202的执行机构3；设置于第二竖直转动机构203的载物台4，所述载物台4包括第一板41、第二板42、铰链机构43，所述第一板41与第二板42通过铰链机构43活动连接；拾音器5，所述拾音器5固定设置于所述第一板41上。

在具体实施过程中，所述移动平台可包括一自动导引车11，接收外部的指令或行驶路径，带动巡检机器人按所述指令或行驶路径行驶，所述自动导引车内可以设置有可充电的电源，为行驶提供动力；当机器人需要执行复杂操作时，所述移动平台可包括一集成机构12，用于为执行机构提供动力、执行指令等，该集成机构可以为独立的机构，并设置于自动导引车上，也可以与自动导引车设置为一体机构。在一些实施例中，所述自动导引车四周设置有防撞凸缘111，所述防撞凸缘111的材质可以选用金属、塑料等材质。进一步地，在一些优选实施方式中，所述自动导引车11还设置有限位连接件113，所述限位连接件113贯穿设置于防撞凸缘111的两侧。所述限位连接件113包括分别设置在防撞凸缘111两侧的竖直安装板1131、水平限位板1132。优选地，自动导引车还包括防撞垫112，所述防撞垫112的至少一端与限位连接件113固定连接，所述防撞垫可以选用橡胶、硅胶等材质，防撞垫的设置，可以进一步保护防撞凸缘111以及自动导引车的安全性。更优选地，所述防撞垫的截面呈C型，并包括分为位于防撞凸缘111两侧的第一端、第二端，所述第一端与竖直安装板1131固定连接。在一些优选实施例中，所述第二端与水平限位板1132直接设置有活动间隙114，活动间隙114的设置，可以保证防撞垫112在撞击障碍物时有一定的活动空间，进一步减轻自动导引车受到的冲击力。在具体实施过程中，所述机械臂包括设置在移动平台1上端面的凸台21，所述凸台21远离移动平台1的一端通过转动机构与第一臂22转动连接，所述第一臂22远离凸台21的一端通过转动机构与第二臂23转动连接。多数转动机构可以包括相互连接的竖直转动机构、水平转动机构。所述第一臂22、第二臂22组成一个结构单元，且所述机械臂2可以包括一个或多个上述结构单元。当机械臂设置多个结构单元时，通过对机械臂的高度控制，可以使拾音器5采集到更高高度的设备声音。

在具体实施过程中，所述第一水平转动机构201相对的两端分别设置第一竖直转动机构202、第二竖直转动机构203。所述第一竖直转动机构202、第二竖直转动机构203可以进行各自独立的转动，且所述第一竖直转动机构202、第二竖直转动机构203可以通过转轴安装在第一水平转动机构相对的两个面上。其中，执行机构3设置在所述第一竖直转动机构202上，用于执行相应的工作任务，该执行机构可以为机械手、扫描仪、摄像机等，以执行不同的功能。拾音器5设置在第二竖直转动机构203上，用于采集设备运行中发出的声音。

采用上述技术方案，通过将执行机构3、拾音器5分别设置在第一水平转动机构的相对两面，并能实现相对独立的转动，便于在执行各自独立的任务，同时能够节省执行机构、拾音器占用的空间，便于安装与拆卸。

在一些优选的实施方式中，所述移动平台1包括驱动装置、控制装置，所述驱动装置用于驱动所述移动平台移动，所述控制装置用于控制所述移动平台移动的速度。

在具体实施过程中，所述驱动装置、控制装置设置于移动平台内部。

采用上述技术方案，通过所述驱动装置与所述控制装置控制所述移动平台移动的速度，从而使得拾音器可以更好的采集设备的声音。

在一些优选的实施方式中，如图2所示，所述第二板42与所述第二竖直转动机构203通过连接件固定连接。

在具体的实施过程中，所述连接件为螺栓或者螺钉。

在一些优选的实施方式中，如图3-5所示，所述铰链机构43包括弹性连接件431、第一安装座434、第二安装座435，第一连杆436、第二连杆437、第三连杆438、第四连杆439；所述第一连杆436一端与第一安装座434转动连接，另一端与第二连杆437通过第一转轴4371转动连接，所述第二连杆437另一端与第二安装座435转动连接；所述第三连杆438一端与第二安装座435转动连接，另一端与第四连杆439转动连接，所述第四连杆439另一端与第一安装座434转动连接；所述第三连杆438与第四连杆439连接处设置有延伸板4381，所述延伸板4381与弹性连接件431一端通过第二转轴4382转动连接，所述弹性连接件431另一端与第一转轴4371转动连接；所述第一连杆436通过第三转轴4361与所述第三连杆438转动连接。

在具体的实施过程中，所述第一安装座434可以通过第一安装板432设置在第二板42上，所述第二安装座435可以通过第二安装板433设置在第一板41上，所述第一安装板432、第二安装板433可以选用金属材质，第一安装板432、第二安装板433的设置，可以使铰链机构43安装的更稳固，且更易拆装。所述铰链机构43带动第一板41发生相对于第二板42的运动，使第一板41至少具有第一位置、第二位置，当第一板41处于第一位置时，所述第一板与第二板垂直，当第一板41处于第二位置时，所述第一板与第二板位于同一竖直平面；第一板相对于第二板42的运动，可以便于拾音器5在不同角度采集到设备的声音，利于对设备运行状态的监测。在一些实施例中，所述第一连杆436、第二连杆437、第三连杆438、第四连杆439可以由一根独立的连杆或两根相互平行的连杆组成，当由两根相互平行的连杆组成时，两根连杆直接可以通过转轴转动连接。在一些实施例中，所述第二安装板433、第一安装板432上可以分别设置第一壳体44、第二壳体45，所述铰链机构43设置在第一壳体44、第二壳体45形成的空间内，以保护铰链机构43的安全性。

在具体实施过程中，所述弹性连接件431可以在第一板41由第一位置向第二位置移动时，发生形变，从而保证铰链机构的功能实现，所述弹性连接件431可以为弹簧。

采用上述技术方案，所述铰链机构43相比于现有技术中的转轴或合页，能够对第一板起到更好的支撑作用，从而使拾音器5更为平稳。

在一些优选的实施方式中，所述第一板41在第一位置、第二位置间，还具有第三位置，当所述第一板41在第三位置时，第一板41、第二板42的夹角大于90°小于180°。

采用上述技术方案，通过铰链机构43的设置，可以使拾音器5停留在更多的角度上采集环境声音，使用者可以在使用前调整好相应的拾音器角度，以便于对环境声音的采集。

在一些优选的实施方式中，所述巡检机器人还包括动力输出机构，可以通过控制动力输出机构实现第一板41相对于第二板42的运动，所述动力输出机构可以为马达、电机，通过与马达、电机相连接的动力输出轴牵引第一板进行运动。

在一些优选的实施方式中，所述拾音器5设置在所述第一板的上表面。

在具体的实施方式中，所述拾音器5外部设置有防尘罩。

采用上述技术方案，可以防止灰尘堆积在拾音器表面甚至内部，以致影响拾音器的工作性能。

在一些优选的实施方式中，参照图6，所述巡检机器人包括雷达承载台6，所述雷达承载台6套设于所述凸台21上并与所述凸台21形成可转动连接；所述雷达承载台6上表面设置有激光雷达7，所述激光雷达7位于第一臂22下方。

在具体的实施过程中，将所述雷达承载台6套设于所述凸台2上，所述雷达承载台6可以围绕所述凸台21旋转。

采用上述技术方案，通过将激光雷达置于第一臂下方，可以减小激光雷达的占用空间，使整个设备的结构更为紧凑。

在本申请的另一些实施例中，提供了一种对上述实施例中巡检机器人的控制方法，如图7所示，包括步骤：

S101，所述巡检机器人接收路径规划信息，基于激光雷达遍历巡检区域内所有可通行路径构建电子地图，确定最优路径信息，并根据所述最优路径信息移动。

在具体实施过程中，所述巡检机器人在被安排巡检任务后，会接到相应的路径规划信息，在确定好最优路径信息后，所述移动平台的自动导引车驱动巡检机器人进行移动，并到各工作点执行工作任务。

S103，到达工作点后，控制机械臂的姿态，使所述执行机构能够执行相应的工作任务。

在具体实施过程中，巡检机器人到达工作点后，移动平台停止移动，机械臂在控制下调整姿态，使执行机构能够执行任务。若所述执行机构为摄像机，需要对电厂的相应设备如配电箱进行拍照分析，则控制机械臂调整到正对配电箱的位置，使摄像机进行拍照，以完成工作任务。

S105，判断所述执行机构是否完成工作任务。

S107，若完成工作任务，则启动拾音器。

在具体实施过程中，当执行机构完成任务后，会发送任务完成信号，该任务完成信号可以发送给后台服务器，或者可以同时发送至移动平台的数据处理器。收到任务完成信号后，后台服务器或移动平台的数据处理器向拾音器发送启动信号，使拾音器开始收音。

采用上述技术方案，通过在执行机构完成任务后开启拾音器，可以避免机械臂调整姿态时，或执行机构执行任务时发出的声音，对判断设备异常状态的影响。

在一些优选的实施方式中，所述巡检机器人的控制方法，还包括步骤：

S108，根据拾音器采集的声音信号，判断设备是否异常；

S109，若设备异常，则控制第二竖直转动机构在竖直平面转动，并在转动第一预设角度后，停止第一预定时间；

S110，判断所述第二竖直转动机构总转动角度是否达到或大于360°，若是，则第二竖直转动机构停止转动。

在具体实施过程中，当所述设备声音异常时，如运行声音过大超出预定值，或声音频率过高或过低，可能是设备某处的结构出现异常。控制第二竖直转动机构转动，使得拾音器处于不同角度，便于发现设备的异常位置，如当拾音器位于与水平线具有某一夹角并朝上方的位置时，采集的设备声音最大，则说明设备上部出现异常的几率更高，便于工作人员抵达现场前先做好技术准备。所述第一预设角度可以为5°、10°、15°、30°，可以根据实际工作场景及拾音器型号调整。所述第一预定时间可以为5s、10s、15s、30s，可以根据实际工作场景及拾音器型号调整，在第一预定时间内第二竖直转动机构203停止转动，但拾音器5依然工作，持续采集设备声音。

本申请提供的巡检机器人可以包括控制装置，驱动装置，图像采集设备，拾音器，传感器组件。在本实施例中，驱动装置基于激光雷达遍历巡检区域内所有可通行路径构建电子地图，确定最优路径信息，用于驱使巡检机器人沿最优路径移动。所述激光雷达可以实时扫描获取周围环境的数据信息，结合相应的同步定位信息，形成动态电子地图，感知妨碍其运动的静态或动态物体的尺寸、形状、位置。通过激光雷达完成室内的SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，即时定位与地图构建)建图，即机器人可以在感知室内环境的同时把自己的位置在环境中标识出来，从而可以得到室内的三维点云数据。该构建电子地图的方法是通过获取待检测设备的环境特征数据；获取与待检测设备对应的BIM模型的三维点云数据；然后将环境特征数据与三维点云数据进行融合，得到与待检测设备对应的目标地图。图像采集设备可以用于基于红外热成原理采集图像信息，使机器人可实现非接触式的温度测量，并图像化显示；拾音器可以用于采集音频信息。传感器组件可以用于采集巡检机器人的周围环境信息。控制装置可以用于根据图像采集设备声音采集设备和传感器组件采集的信息来控制巡检机器人。驱动装置可以采用直流减速电机和履带或轨道的结构，还可以采用步进电机和滑台或滚轮的结构，以实现巡检机器人的移动。通过控制装置对驱动装置进行控制，可以是驱动装置驱使巡检机器人沿最优路径移动。通过图像采集设备、拾音器和传感器组件，可以分别采集图像信息、音频信息以及巡检机器人的周围环境信息等。利用巡检机器人代替人工进行巡检，可以保障工作人员的人身安全。

所述拾音器可以分布在机器人各个方位，扩展机器人对不同方位声音的接收范围，便于机器人准确的接收不同位置的声音信息，拾音器采集外界环境声音信号，并将声音信号进行放大和滤波处理，将采集到的声音数据与预设异常阈值的声音数据进行比较，筛选声音数据，将超出预设异常阈值的声音数据，进一步进行处理以获取声源的方位。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，上述实施例中的技术特征可以进行自由组合，所形成的技术方案也属于本申请所公开的实施例。

进一步地，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种巡检机器人，其特征在于，

包括：

移动平台(1)，

机械臂(2)，所述机械臂(2)设置于所述移动平台(1)上，且其远离移动平台(1)的一端设置有第一水平转动机构，所述第一水平转动机构相对的两端分别设置第一竖直转动机构、第二竖直转动机构；

设置于第一竖直转动机构的执行机构(3)；

设置于第二竖直转动机构的载物台(4)，所述载物台包括第一板(41)、第二板(42)、铰链机构(43)，所述第一板(41)与第二板(42)通过铰链机构(43)活动连接；

拾音器(5)，所述拾音器(5)固定设置于所述第一板(41)上；

所述铰链机构(43)包括弹性连接件(431)、第一安装座(434)、第二安装座(435)，第一连杆(436)、第二连杆(437)、第三连杆(438)、第四连杆(439)；所述第一连杆(436)一端与第一安装座(434)转动连接，另一端与第二连杆(437)通过第一转轴转动连接，所述第二连杆(437)另一端与第二安装座(435)转动连接；所述第三连杆(438)一端与第二安装座(435)转动连接，另一端与第四连杆(439)转动连接，所述第四连杆(439)另一端与第一安装座(434)转动连接；所述第三连杆(438)与第四连杆(439)连接处设置有延伸板，所述延伸板与弹性连接件(431)一端通过第二转轴转动连接，所述弹性连接件(431)另一端与第一转轴转动连接；所述第一连杆(436)通过第三转轴与所述第三连杆(438)转动连接。

2.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，

所述移动平台(1)包括驱动装置、控制装置，所述驱动装置用于驱动所述移动平台移动，所述控制装置用于控制所述移动平台移动的速度。

3.根据权利要求2所述的巡检机器人，其特征在于，

所述移动平台(1)包括自动导引车(11)、防撞凸缘(111)，所述防撞凸缘(111)设置于所述自动导引车(11)四周。

4.根据权利要求3所述的巡检机器人，其特征在于，

所述自动导引车(11)设置有防撞垫(112)、限位连接件(113)，所述限位连接件(113)贯穿设置于防撞凸缘(111)的两侧，所述防撞垫(112)的至少一端与限位连接件(113)固定连接。

5.根据权利要求4所述的巡检机器人，其特征在于，

所述机械臂(2)包括设置在移动平台上端面的凸台(21)、第一臂(22)、第二臂(23)，所述凸台(21)远离移动平台(1)的一端通过转动机构与第一臂(22)转动连接，所述第一臂(22)远离凸台(21)的一端通过转动机构与第二臂(23)转动连接。

6.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，

所述弹性连接件(431)为弹簧。

7.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，

所述铰链机构(43)包括第一安装板(432)、第二安装板(433)，所述第一安装座(434)可以通过第一安装板(432)设置在第二板(42)上，所述第二安装座(435)可以通过第二安装板(433)设置在第一板(41)上。

8.一种对如权利要求1-7任一项所述巡检机器人的控制方法，其特征在于，

包括步骤：

所述巡检机器人接收路径规划信息，基于激光雷达遍历巡检区域内所有可通行路径构建电子地图，确定最优路径信息，并根据所述最优路径信息移动；

到达工作点后，控制机械臂的姿态，使所述执行机构能够执行相应的工作任务；

判断所述执行机构是否完成工作任务；

若完成工作任务，则启动拾音器。

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