CN113561199A - 一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，包括巡检机器人壳体、驱动轮、升降式云台、机械臂；升降式云台安装在巡检机器人壳体顶部前端；机械臂通过安装底盘安装在巡检机器人壳体顶部后端；通过无刷伺服电机的旋转，带动一改进的丝杠螺母结构上下移动来调整云台的高度，以使高清摄像机以最佳的拍摄角度获取目标巡检设备图像；通过电机的旋转，带动机械臂转动和机械手手指的夹与松，再配合连接架360°旋转，机械手指可实现定位抓取等，完成对设备或仪表的检修；本发明带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，能够在一次的巡检任务中通过升降式云台和机械手分别自行完成巡检和简单的检修，提高机器人的作业效率和多功能化。

Description

一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人

技术领域

本发明涉及变电站巡检机器人检测技术领域，具体涉及一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人。

背景技术

随着智能电网系统的发展，变电站和电力线的覆盖范围越来越广，其中电力设备的安全运行至关重要，对电力设备的有效巡检是保证变电站良好运行以及对广大用户供电的重要保证；在给人们带来便利的同时，也给电力设备的检修维护带来了新的问题；在日常的维护中，相对于传统人工巡检方式的人力消耗大、覆盖面小、工作效率低、巡检的准确性低的缺点，具备高准确性和高效率特点的变电站巡检机器人已经在高电压等级变电站普遍应用，极大地减轻了变电站工作人员的工作强度，提高了高危环境下的运维的质量和效率，促进了变电站智能化水平的提升；目前变电站巡检项目较多，需要对变电站内各个设备例行检查，以确保设备安全运行，传统的变电站巡检机器人多是借助搭载的检测设备，对电力设备和仪表的信息进行采集，借助图像处理识别等技术实现对电力设备的巡视检查；传统的巡检机器人首先按照规定的巡检路线行进，当行进至需要巡检的电力设备附近时停下；之后调整机器人云台姿势，使云台带动高清摄像机、红外热像仪等传感器对准需要巡检的各个设备；然后将采集到的信息及分析结果传回监控后台，并在出现问题后对监控后台发出警告，通知后台监控人员问题所在处，以便技术人员及时进行维修，重复以上过程，以完成对巡检任务重包含所有需要检测的设备；但是在现场作业方面，对于诸如灰尘、异物遮挡、仪表重启等可以简单处理的问题，传统的巡检机器人不能自行维修和异物处理；由于变电站内设备众多而且所在的空间方位各不相同，人工设置检测点的工作量大而且主观性强，巡检机器人在一个固定监测点停靠，之后对周边不同方位设备进行巡检数据采集时，因受到传感器观测角度和光照影响，较难获取每个设备的高质量巡检数据，不利于后续设备状态识别和故障诊断及维修；另外对于一些危险性较高，受检测设备安装位置结构复杂，不利于人工进入巡检和维修的场合，传统的巡检机器人也不能取代人工进入完成对电力设备的检测和维修。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有升降云台和机械臂的变电站巡检机器人，不仅能够解决现有巡检机器人摄像检测装置存在检测范围有限的问题，还能进行一些设备简单维修处理的问题；一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，包括电源系统、支撑系统、控制系统、巡检机器人壳体、升降式云台、高清摄像机、安装底盘、机械臂和机械手，其特征在于：所述的升降式云台安装在巡检机器人壳体顶部的前端，所述的机械臂和机械手通过安装底盘安装在巡检机器人壳体顶部的后端；所述支撑机构包括固定底盘，在固定底盘前端和后端的两侧分别固定有无刷伺服电机支架，无刷伺服电机支架上固定有无刷伺服电机29，无刷伺服电机29与机器人前、后轮轮毂相连；底盘中部安装一工控机；底盘前端中部安装有一无刷伺服电机26，此无刷伺服电机26通过一联轴器与丝杠相连，丝杠与一六边形丝杠螺母配合，六边形丝杠螺母与六角形升降筒配合，丝杠螺母无刷伺服电机15置于六边形丝杠螺母上，所述无刷伺服电机18输出轴固定摄像装置；所述摄像装置包括旋转云台，无刷伺服电机18，摄像机支架，摄像机；所述旋转云台安装在无刷伺服电机15上，所述旋转云台内部两侧分别固定一无刷伺服电机15，无刷伺服电机15输出轴固定摄像机支架，所述摄像机支架上固定高清摄像机；电源系统包括七块铅蓄电池；控制系统包括工控机，所述工控机还与PC机相连；所述的机械臂包括依次连接的第一电机、机架、旋转底座、第一大臂、第二电机、第二节臂、第三电机、连接臂、第四电机、活动臂；所述机械手包括第五电机、连接架、安装架、第六电机、齿轮1、齿轮2、第一手指、第一拉杆、第二手指和第二拉杆，所述联轴器4和第五电机将连接架与活动臂连接起来，并实现机械手在所在平面内360°旋转；1、优选的，所述无刷伺服电机26带动其输出轴所固定的丝杠做旋转运动，置于丝杠上的六边形丝杠螺母受到六角形升降筒的限位作用，使得六边形丝杠螺母沿丝杠作轴向的往返运动，进而使得旋转云台上下升降；2、优选的，所述固定底盘与无刷伺服电机26通过焊接固定；3、优选的，所述无刷伺服电机26与联轴器通过螺钉连接；4、优选的，所述联轴器与丝杠通过焊接相连；5、优选的，所述六角形升降筒和六边形丝杠螺母材质均为聚四氟乙烯；6、优选的，所述机架与旋转底座相连，所述的第一大臂与第二电机连接，第二电机通过联轴器2和电池2连接，电池2和电池机架2安装在机架上；所述的第二节臂与第三电机通过联轴器3与电池3与第一大臂连接，所述的活动臂通过第四电机和联轴器4与第二节臂连接；所述的活动臂末端安装有机械手，所述的第一、第二、第三、第四电机分别与工控机相连接；7、优选的，所述安装底盘包括固定底座、机架和旋转底座；所述固定底座安装在巡检机器人壳体顶部后端，所述旋转底座实现水平方向上的360°旋转，所述机架安装在旋转底座上，用于固定第一大臂；8、优选的，所述第一手指和第一拉杆、第二手指和第二拉杆通过安装架安装固定，第一拉杆末端和第二拉杆末端分别连接到第一手指和第二手指中部；第六电机对齿轮1驱动，通过啮合带动齿轮2的转动，实现机械手夹紧与松开的操作；9、优选的，所述工控机对巡检机器人的各个运动部件进行集中控制，与巡检机器人行进机构进行配合以完成机器人行走控制，与升降机构进行配合以完成云台摄像机的升降控制；与现有技术相比，本发明获得了如下有益效果：1、本发明通过丝杠上六边形丝杠螺母受到六角形升降筒的限位作用，使得六边形丝杠螺母沿丝杠作轴向的往返运动，进而可以实现摄像检测机构装置上下移动功能，省去了常规丝杠螺母机构所需要的直线轴承等部件，提高了升降机构的鲁棒性，从而扩大了摄像机检测范围；2、本发明采用的六角形升降筒和六边形丝杠螺母材质均为聚四氟乙烯，该材质摩擦系数极低，具有自润滑作用，有效地减轻了材质干摩擦带来的磨损程度；3、本发明通过安装机械臂和机械手，通过工控机对机械臂和机械手的各个运动部件的动作进行集中控制，以完成对变电站设备或仪表等的一些简单维修工作。

附图说明

图1是本发明带升降式云台和机械臂的巡检机器人整体结构的示意图；

图2是本发明六边形丝杠螺母与六角形升降筒配合的结构示意图；

图3是本发明部分结构的示意图；

图4是本发明机械臂和机械手的整体结构示意图；

图5是本发明机械臂的正视图；

图6是本发明机械臂的侧视图。

图中：1-激光雷达，2-圆柱，3-活动臂，4-固定底座，5-壳体；6-轮胎，7-轮毂，8-固定底盘，9-旋转底座，10-四棱台，11-机架，12-六角形升降筒，13-电池机架2，14-旋转云台底座，15-无刷伺服电机1，16-升降式云台，17-高清摄像机，18-无刷伺服电机3，19-高清相机支架，20-第三电机，21-第二节臂，22-丝杠，23-六边形丝杠螺母，24-铅蓄电池，25-工控机，26-无刷伺服电机2，27-联轴器，28-无刷伺服电机支架，29-无刷伺服电机4，30-联轴器3，31-联轴器2，32-第二电机，33-连接臂，34-联轴器5，35-安装架，36-齿轮1，37-第一拉杆，38-第一手指，39-第二手指，40-第二拉杆，41-齿轮2，42-连接架，43-第五电机，44-电池5，45-电池3，46-电池2，47-安装底盘，48-第一大臂，49-第一电机，50-第四电机，51-联轴器4，52-第六电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“中”、“左”、“右”、“顶”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；参照图1-6所示，一种带升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，包括电源系统，支撑系统，控制系统，巡检机器人壳体(5)、升降式云台(16)、云台摄像机(17)、安装底盘(47)、机械臂(48)和机械手(42)，其特征在于：所述的升降式云台(16)安装在巡检机器人壳体(5)顶部的前端，所述的机械臂(48)通过固定底座(4)安装在巡检机器人壳体(5)顶部的后端；巡检机器人巡检时，铅蓄电池(24)为整个结构提供动力，整个巡检机器人在工控机(25)与顶盖(5)后端中部固定一圆柱(2)上的激光雷达(1)共同控制下进行移动；在固定底盘(8)前端和后端的两侧分别固定有无刷伺服电机支架(28)，无刷伺服电机支架(28)上固定有无刷伺服电机(29)，在无刷伺服电机(29)转动下带动机器人前后轮轮毂(7)转动；轮毂(7)安装在轮胎(6)内，从而带动轮胎(6)转动；固定底盘(8)前端中部安装一无刷伺服电机(26)，所述无刷伺服电机(26)带动联轴器(27)与丝杠(22)旋转，置于丝杠(22)上的六边形丝杠螺母(23)受到六角形升降筒(12)的限位作用下，使得六边形丝杠螺母(23)沿丝杠(22)作轴向的上下运动，丝杠(22)旋转使得六边形丝杠螺母(23)上升或下降进而来实现云台的上升或下降，在云台的上升或下降的过程中，通过采用六角形升降筒(12)来防止自旋，使得云台的升降过程稳定；在进行上升(下降)的时候，无刷伺服电机(26)正向(反向)转动带动联轴器(27)与丝杠(22)正向(反向)旋转，使得置于丝杠(22)上的六边形丝杠螺母(23)受到六角形升降筒(12)的限位作用下，使得六边形丝杠螺母(23)沿丝杠(22)作轴向的上升(下降)运动，六边形丝杠螺母(23)沿丝杠(22)的移动，当六边形丝杠螺母移动至紧于丝杠上方(下方)的触动器与限位开关接触，则表明丝杠上升(下降)高度已经达到极限位置，不可再进行上升(下降)或者当高清摄像机上升或下降到摄像机获取图像最佳的拍摄角度来获取目标巡检设备图像时，此时则通过工控机(25)对无刷伺服电机(26)进行断电处理，进而实现无刷伺服电机(26)的停止工作，实现丝杠在上升(下降)过程中对六角形丝杠螺母上升(下降)的高度进行限定；故而旋转云台(16)实现上下升降功能；六边形丝杠螺母(23)上表面固定有一旋转云台底座(14)，无刷伺服电机(15)置于旋转云台底座(14)上，所述无刷伺服电机(15)输出轴带动摄像装置旋转；所述摄像装置包括旋转云台(16)，摄像机(17)，摄像机支架(19)；无刷伺服电机(15)带动旋转云台(16)可实现360°旋转，无刷伺服电机(18)带动摄像机支架(19)转动，摄像机(17)在摄像机支架(19)旋转的带动下实现拍摄；电源系统包括两块铅蓄电池(24)；控制系统包括工控机(25)，工控机(25)还与PC机相连；本发明中，使用者使用该装置时，可以通过工控机(25)来控制无刷伺服电机(26)，无刷伺服电机(26)带动其输出轴所固定的丝杠(22)做旋转运动，置于丝杠(22)上的六边形丝杠螺母(23)受到六角形升降筒(12)的限位作用，使得六边形丝杠螺母(23)沿丝杠(22)作轴向的往返运动，当六边形丝杠螺母移动至紧于丝杠上方(下方)的触动器与限位开关接触，则表明丝杠上升(下降)高度已经达到极限位置，不可再进行上升(下降)或者当高清摄像机上升或下降到最佳的拍摄角度来获取目标巡检设备图像时，此时则通过工控机(25)对无刷伺服电机(26)进行断电处理，进而实现无刷伺服电机(26)的停止工作，实现丝杠在上升(下降)过程中对六角形丝杠螺母上升(下降)的高度进行限定；故而旋转云台(16)实现上下升降功能，六边形丝杠螺母(23)上表面固定有一无刷伺服电机(15)，所述无刷伺服电机(15)输出轴固定摄像装置；通过巡检机器人的升降式云台(16)和摄像机(17)所组成的摄像装置的不断升降和旋转对变电站中的设备与异物进行换位摄拍，然后将图像或视频上传至PC机；在巡检机器人进行巡检时，当遇到障碍物或设备和仪表需要检修时，通过控制工控机(25)对机械臂(42)位姿进行调整以使机械臂末端搭载的机械手(42)以最佳的位置来进行检修；工作人员可通过控制工控机(25)来分别驱动第一电机(49)、第二电机(32)、第三电机(20)、第四电机(50)、第五电机(43)、第六电机(52)转动；第一电机(49)驱动旋转底座(9)旋转，从而带动固定在旋转底座(9)上的机架(11)一起旋转，可以使机械臂(48)在水平面内实现360°的旋转；进一步地，电池机架2(13)固定于机架(11)上，电池2(46)固定于电池机架2(13)上，第二电机(32)通过联轴器2(31)与电池2(46)相连，通过控制第二电机(32)的转动可以驱动第一大臂(48)在所处平面内实现180°的转动；第三电机(20)固定于第一大臂(48)的顶部，第二节臂(21)通过第三电机(20)和联轴器3(30)与第一大臂(48)相连，第三电机(20)旋转可以驱动第二节臂(21)在所处平面内实现360°转动；第四电机(50)固定于第二节臂(21)的顶端，连接臂(33)通过第四电机(50)和联轴器4(51)与第二节臂相连，第四电机(50)旋转可以驱动连接臂(33)转动，进而驱动活动臂(33)在所处平面内实现360°转动。进一步地，第五电机(43)通过联轴器5(34)与电池5(44)连接，电池5(44)固定于活动臂(3)中部，第五电机(43)旋转可驱动连接架(42)在所处空间位置里360°旋转；第六电机(52)安装于安装架(35)上；齿轮1(36)与第六电机(52)连接，安装架(35)上方和下方分别安装有第一手指(38)和第一拉杆(37)相连，第二手指(39)和第二拉杆(40)相连，通过第六电机(52)的转动带动齿轮1(36)的转动，通过啮合带动齿轮2(41)，可实现第一手指(38)与第二手指(39)之间的夹紧与松开，再配合连接架(42)的360°的旋转，可实现机械手的抓取、按压及旋转等功能，完成对电力设备或仪表的检修等操作；综上所述，本发明装配有升降式云台可用于变电站中仪表、设备缺陷、异物悬挂等异常现象的检测，可解决现有巡检机器人云台在实际操作中因云台不能升降而导致拍摄范围有限的问题，因检测机构可上下移动，故摄像机检测范围扩大；除此之外，本发明还装配有机械臂和机械手，通过工控机对机械臂和机械手的各个运动部件的动作进行集中控制可以使变电站巡检机器人自行完成一些简单的维修工作；这不仅提高了升降机构的鲁棒性，还使得巡检机器人实现一机多用，提高机器人对变电站的设备的作业效率和和多功能化；以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内；需要说明的是，在本文中术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (6)

1.一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，其特征在于：包括巡检机器人壳体(5)，升降式云台(16)，高清摄像机(17)，安装底盘(47)，机械臂(48)，所述升降式云台(16)通过固定四棱台(10)安装在巡检机器人壳体(5)顶部前端，所述机械臂(48)通过安装底盘(47)安装在巡检机器人壳体(5)顶部后端，所述的升降式云台通过工控机(25)控制无刷伺服电机(26)，无刷伺服电机(26)带动其输出轴所固定的丝杠(22)做旋转运动，置于丝杠(22)上的六边形丝杠螺母(23)受到六角形升降筒(12)的限位作用，使得六边形丝杠螺母(23)沿丝杠(22)作轴向的往返运动，进而使得旋转云台(16)上下升降，六边形丝杠螺母(23)上表面固定有一无刷伺服电机(15)，无刷伺服电机(15)输出轴固定一高清摄像机(17)，所述的机械臂(48)包括依次连接的第一电机(49)，旋转底座(9)，机架(11)，第一大臂(48)，第二电机(32)，第二节臂(21)，第三电机(20)，连接臂(33)，第四电机(50)，活动臂(3)，所述机械手(42)包括第五电机(43)，第六电机(52)，安装架(35)，连接架(42)，齿轮1(36)，齿轮2(41)，第一手指(38)，第一拉杆(37)，第二手指(39)，第二拉杆(40)。

2.根据权利要求1所述的一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，其特征在于：所述的六角形升降筒(12)和六边形丝杠螺母(23)的材质均为聚四氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，其特征在于：所述的安装底盘包括机架(11)，固定底座(4)和旋转底座(9)，所述固定底座(4)固定于机器人壳体(5)顶部后端，所述旋转底座(9)设置在固定底座(4)中间以实现水平方向360°的连续旋转，所述机架(11)设置在旋转机座(9)上，用于固定机械臂。

4.根据权利要求1所述的一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，其特征在于：所述的机架(11)与旋转底座(9)相连，所述的第一大臂(48)与第二电机(32)连接，第二电机(32)通过联轴器2(31)和电池2(46)连接，电池2(46)和电池机架2(13)安装在机架(11)上，所述的第二节臂(21)与第三电机(20)通过联轴器3(30)与电池3(45)与第一大臂(48)连接，所述的活动臂(3)通过第四电机(50)和联轴器4(51)与第二节臂(21)连接，所述的活动臂(3)末端安装有机械手(42)。

5.根据权利要求1所述的一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，其特征在于：所述的机械手(42)包括第五电机(43)通过联轴器5(34)与电池5(44)连接，电池5(44)固定于活动臂(3)中部，第五电机(43)旋转可驱动连接架(42)在所处空间位置里360°旋转，第六电机(52)安装于安装架(35)上，齿轮1(36)与第六电机(52)连接，安装架(35)上方和下方分别安装有第一手指(38)和第一拉杆(37)相连，第二手指(39)和第二拉杆(40)相连，通过第六电机(52)的转动带动齿轮1(36)的转动，通过啮合带动齿轮2(41)，可实现第一手指(38)与第二手指(39)之间的夹紧与松开。

6.根据权利要求1所述的一种带有升降式云台和机械臂的变电站巡检机器人，其特征在于：根据机器人与需要检修的设备或者仪表之间的位置关系，驱动机器人机械臂(48)根据位置进行调整，以使机械臂末端的机械手(42)能够以最佳的位置来实现简单的维修或者清除障碍物。

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