CN114236357A - 一种设备故障排查车及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种设备故障排查车及工作方法，本发明包括下层运动底盘与上层主控电路两个部分；所述的下层运动底盘上下方设有三个轮胎，包括一个前轮和两个后轮，前轮通前轮转轴与舵机连接，两个后轮分别一个后轮转轴连接，每个后轮转轴接一个步进电机；本发明以差速控制的方式完成转弯，从而提高了转向的实时性。此外，设置激光雷达用于扫描周围障碍物，建立静态二维地图，配合路径规划算法完成自主导航到达目标点，设置摄像头用于在目标点拍摄故障设备并且在前往目标点的过程中执行人员搜救任务，由此可以大大提高了故障排查和人员搜救的时效性。
Description
技术领域
本发明涉及设备故障排查车领域，尤其涉及一种设备故障排查车及工作方法。
背景技术
随着社会生活的日益发展，国家对石油、石化、能源、医疗和军工等资源的使用量与日俱增，因此需要化工产业对这些资源的提炼和开发，但每年因为化工厂设备故障或工作人员疏忽等问题产生的安全事故层出不穷，这不仅对国家资源造成了巨大的浪费，同时对工作人员产生了极大的安全隐患，所以对化工厂设备的定时排查就显得至关重要。本发明针对该现象，提出一种设备故障排查车及其工作方法，把对化工厂设备的定时排查，提高故障设备处理的时效性作为设计目的。一种设备故障排查车及其工作方法采用激光雷达探测环境进行有效避障、采用摄像头完成故障设备的拍摄与人员搜救、采用jetson nano作为主要控制器、STM32f407单片机作为信号处理中心以及继电器等元件的辅助控制器，各硬件设备配合软件控制作为故障排查的解决方法。由于化工厂原料多为有毒有害或易燃易爆，当发生设备故障时，多数情况下工作人员不便进入现场故障排查，所以本发明不仅能够有效解决化工厂设备故障所带来的安全隐患，以设备故障排查车代替人工执行故障排查工作，避免了工作人员在现场受到人生伤害，同时还满足了故障排查的时效性和人员搜救的高效性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种设备故障排查车及工作方法。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种设备故障排查车，包括下层运动底盘与上层主控电路两个部分；所述的下层运动底盘上下方设有三个轮胎，包括一个前轮和两个后轮，前轮通前轮转轴与舵机连接，两个后轮分别一个后轮转轴连接，每个后轮转轴接一个步进电机；
上层主控电路的两个传感器支架均固定在下层运动底盘上方，jetson nano工控机和STM32f407单片机均固定在下层运动底盘上方，所述jetson nano工控机通过电池组供电，并且和STM32f407单片机通过USB线连接，摄像头设置在一个传感器支架上方，并且和jetson nano工控机通过USB线连接，激光雷达固定在另一个传感器支架上方，并且和jetson nano工控机通过USB线连接，5V电源给STM32f407单片机供电；STM32f407单片机前轮输出信号连接舵机，后轮输出信号分别给两个步进电机。
作为优选，所述的下层运动底盘设置启停按键、通信接口和前进后退按键，电池组均放置在电池组支架上，电池组支架固定在底层支架上，所述电池组给故障排查车下层运动底盘的所有元器件和上层主控电路的jetson nano工控机供电。
作为优选，所述启停按键通过导线与电池组连接，为了防止设备故障排查车出现失控情况，设置启停按键用于手动控制设备故障排查车的启动与停止。
作为优选，所述前进后退按键通过导线与下层运动底盘控制器连接，为了便于操作设备故障排查车，设置前进后退按键用于手动切换设备故障排查车的前进与后退的方式。
作为优选，所述的所述jetson nano工控机搭载Ubuntu18.04系统，用于接收上位机PC端发送的目标点坐标，同时将位置信息和速度信息通过串口方式传送至所述STM32f407单片机。
作为优选，所述STM32f407单片机将接收到的位置信息和速度信息处理之后通过通信接口的can通信协议传送至下层运动底盘的控制机器，控制器通过PID控制将速度信息和位置信息处理后传送给步进电机和舵机，从而带动前轮转轴和后轮转轴转动，进而带动三个轮胎转动，完成差速控制。
作为优选，所述激光雷达用于在未知环境下建立二维地图，同时感知障碍物位置。
作为优选，所述摄像头用于对故障设别进行拍摄并且执行人员搜救任务。
作为优选，所述jetson nano工控机通过无线串口与控制终端连接，所述控制终端为笔记本电脑或主机电脑。
一种设备故障排查车的工作方法，具体为：在控制终端上下达运动指令，设备故障排查车的jetson nano工控机通过无线网络接收到指令并经过数据处理，将输出角速度和线速度传送至STM32f407单片机，从而通过STM32f407单片机控制步进电机和舵机的转动，通过舵机转动带动前轮转轴转动，进而前轮转轴带动前轮转动，给设备故障排查车提供转向角度，通过步进电机旋转后轮转轴转动，进而后轮转轴带动后轮转动，给设备故障排查车提供驱动力，通过步进电机和舵机配合使用，让设备故障排查车实现前进、后退和差速转弯的功能；在控制终端上下达人员搜救指令，设备故障排查车的jetson nano工控机通过无线网络接收到指令并经过数据处理，打开摄像头执行人员搜救任务，然后摄像头将识别结果通过USB线串口传送到jetson nano工控机，jetson nano工控机再通过无线网络传送到PC端；在控制终端上下达故障设备拍摄指令，设备故障排查车的jetson nano工控机通过无线网络接收到指令并经过数据处理，打开摄像头执行故障设备拍摄任务，然后摄像头将拍摄的图片或者视频通过USB线串口传送到jetson nano工控机，jetson nano工控机再通过无线网络传送到PC端；在控制终端上下达激光雷达启动指令，设备故障排查车的jetson nano工控机通过无线网络接收到指令并经过数据处理，打开激光雷达，激光雷达开始正常工作，并扫描周围障碍物，使设备故障排查车在上位机建立二维地图，同时轻松避开障碍物；在需要的时候手动按下启停按键，防止设备故障排查车出现失控情况；在需要的时候手动按下前进后退按键，为了便于操作和调试设备故障排查车。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过设置三个轮胎、jetson nano工控机和STM32f407单片机，由PC端向设备故障排查车发送运动指令，控制设备故障排查车的前进、后退和差速转弯。jetson nano工控机搭载Ubuntu18.04系统，用于接收上位机发送的目标点坐标，同时将位置信息和速度信息通过串口方式传送至所述STM32f407单片机，所述STM32f407单片机将接收到的位置信息和速度信息处理之后通过通信接口的can通信协议传送至下层运动底盘的控制机器，控制器通过PID控制将速度信息和位置信息处理后传送给前轮转轴和后轮转轴，从而带动三个轮胎转动，以差速控制的方式完成转弯，从而提高了转向的实时性。此外，设置激光雷达用于扫描周围障碍物，建立静态二维地图，配合路径规划算法完成自主导航到达目标点，设置摄像头用于在目标点拍摄故障设备并且在前往目标点的过程中执行人员搜救任务，由此可以大大提高了故障排查和人员搜救的时效性。
附图说明
图1为本发明的一种设备故障排查车的轴测图；
图2为本发明的一种设备故障排查车的控制机构的系统框图。
图中：轮胎1、电池组支架2、底层支架3、挡泥板4、电池组5、前进后退按键6、通信接口7、启停按键8、中层支架9、传感器支架10、激光雷达11、STM32f407单片机12、摄像头13、5V电源14、jetson nano工控机15、前轮转轴16、后轮转轴17。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
如图1所示的一种设备故障排查车，包括三个轮胎1，三个所述轮胎1通过前轮转轴16、后轮转轴17与底层支架3连接，挡泥板4与中层支架9通过螺钉连接，电池组5固定在电池组支架2上，所述电池组支架2与底层支架3之间通过螺钉连接，两个传感器支架10与中层支架9通过螺钉连接，5V电池14与中层支架9通过螺钉连接，jetson nano工控机15和STM32f407单片机12均与中层支架9通过螺钉连接，摄像头13与传感器支架10通过螺钉连接，激光雷达11与传感器支架10通过螺钉连接，STM32f407单片机12与下层运动底盘的通信接口7通过导线连接，启停按键8用于开启设备故障排查车的供电系统，前进后退按键6用与手动切换前进后退方式，其特征在于，所述上层主控电路设有激光雷达11和摄像头13，激光雷达11和摄像头13均通过5V电池14供电。由于一种设备故障排查车装有激光雷达11可以在SLAM建图算法配合下完成未知环境下二维地图的建立，同时可以感知障碍物位置并且在路径规划算法配合下完成避障功能。另外，由于一种设备故障排查车装有三个轮胎1，可以在左右轮胎差速驱动下完成差速控制，大大提高转向的实时性。
所述一种设备故障排查车内设的电池组放置在下层运动底盘的电池组支架上，用于给设备故障排查车下层运动底盘的所有元器件和上层主控电路的jetson nano工控机供电；所述设备故障排查车通过步进电机旋转带动后轮转轴转动，在后轮转轴的转动下带动后轮转动，给设备故障排查车提供驱动力；设备故障排查车通过舵机转动带动前轮转轴转动，在前轮转轴的转动下带动前轮转动，给设备故障排查车提供转向角度，通过步进电机和舵机配合使用，可以让设备故障排查车实现前进、后退、左转和右转功能；所述设备故障排查上层主控电路内设的jetson nano工控机和STM32f407单片机均与中层支架通过螺钉连接，其中jetson nano工控机和下层运动底盘的电池组通过导线连接，由下层运动底盘的电池组供电，用于接收上位机PC端发送的控制指令和速度信息，STM32f407单片机放置在Jetson nano工控机右边，和Jetson nano工控机通过USB线连接，用于接收Jetson nano工控机发送的控制指令和速度信息，并且STM32f407单片机与下层运动底盘的通信接口通过6芯航空接口导线连接，将接收到的位置信息和速度信息处理之后通过通信接口传送至下层运动底盘的控制机器，控制器通过PID控制将速度信息和位置信息处理后传送给步进电机舵机，从而带动前轮转轴和后轮转轴转动，进而带动三个轮胎转动；所述设备故障排查车的激光雷达与在右侧传感器支架通过螺钉连接，并且通过导线与Jetson nano工控机连接，用于扫描周围障碍物信息，建立静态二维地图；所述设备故障排查车内设的摄像头与在左侧传感器支架通过螺钉连接，并且通过USB线连接Jetson nano工控机，为摄像头提供电源，摄像头可以完成故障设备拍摄以及人员搜救任务，提高了故障设备排查和人员搜救的效率，保障了人员安全。所述启停按键通过导线与电池组连接，为了防止设备故障排查车出现失控情况，设置启停按键用于手动控制设备故障排查车的启动与停止。所述前进后退按键通过导线与下层运动底盘控制器连接，为了便于操作设备故障排查车，设置前进后退按键用于手动切换设备故障排查车的前进与后退的方式。
控制原理：一种设备故障排查车的工作方法，具体为：在控制终端上下达运动指令，设备故障排查车的jetson nano工控机15通过无线网络接收到指令并经过数据处理，将输出角速度和线速度传送至STM32f407单片机12，从而通过STM32f407单片机控制步进电机和舵机的转动，通过舵机转动带动前轮转轴转动，进而前轮转轴带动前轮转动，给设备故障排查车提供转向角度，通过步进电机旋转后轮转轴转动，进而后轮转轴带动后轮转动，给设备故障排查车提供驱动力，通过步进电机和舵机配合使用，可以让设备故障排查车实现前进、后退和差速转弯的功能；在控制终端上下达人员搜救指令，设备故障排查车的jetsonnano工控机15通过无线网络接收到指令并经过数据处理，打开摄像头13执行人员搜救任务，然后摄像头13将识别结果通过USB线串口传送到jetson nano工控机15，jetson nano工控机15再通过无线网络传送到PC端；在控制终端上下达故障设备拍摄指令，设备故障排查车的jetson nano工控机15通过无线网络接收到指令并经过数据处理，打开摄像头13执行故障设备拍摄任务，然后摄像头13将拍摄的图片或者视频通过USB线串口传送到jetsonnano工控机15，jetson nano工控机15再通过无线网络传送到PC端；在控制终端上下达激光雷达启动指令，设备故障排查车的jetson nano工控机15通过无线网络接收到指令并经过数据处理，打开激光雷达11，激光雷达11开始正常工作，并扫描周围障碍物，使设备故障排查车可以在上位机建立二维地图，同时轻松避开障碍物；在需要的时候可以手动按下启停按键，为了防止设备故障排查车出现失控情况；在需要的时候可以手动按下前进后退按键，为了便于操作和调试设备故障排查车。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种设备故障排查车，其特征在于：包括下层运动底盘与上层主控电路两个部分；所述的下层运动底盘上下方设有三个轮胎，包括一个前轮和两个后轮，前轮通前轮转轴与舵机连接，两个后轮分别一个后轮转轴连接，每个后轮转轴接一个步进电机；
上层主控电路的两个传感器支架均固定在下层运动底盘上方，jetson nano工控机和STM32f407单片机均固定在下层运动底盘上方，所述jetson nano工控机通过电池组供电，并且和STM32f407单片机通过USB线连接，摄像头设置在一个传感器支架上方，并且和jetson nano工控机通过USB线连接，激光雷达固定在另一个传感器支架上方，并且和jetson nano工控机通过USB线连接，5V电源给STM32f407单片机供电；STM32f407单片机前轮输出信号连接舵机，后轮输出信号分别给两个步进电机。
2.根据权利要求1所述的一种设备故障排查车，其特征在于：所述的下层运动底盘设置启停按键、通信接口和前进后退按键，电池组均放置在电池组支架上，电池组支架固定在底层支架上，所述电池组给故障排查车下层运动底盘的所有元器件和上层主控电路的jetsonnano工控机供电。
3.根据权利要求1所述的一种设备故障排查车，其特征在于：所述启停按键通过导线与电池组连接，为了防止设备故障排查车出现失控情况，设置启停按键用于手动控制设备故障排查车的启动与停止。
4.根据权利要求1所述的一种设备故障排查车，其特征在于：所述前进后退按键通过导线与下层运动底盘控制器连接，为了便于操作设备故障排查车，设置前进后退按键用于手动切换设备故障排查车的前进与后退的方式。
5.根据权利要求1所述的一种设备故障排查车，其特征在于：所述的所述jetson nano工控机搭载Ubuntu18.04系统，用于接收上位机PC端发送的目标点坐标，同时将位置信息和速度信息通过串口方式传送至所述STM32f407单片机。
6.根据权利要求1所述的一种设备故障排查车，其特征在于：所述STM32f407单片机将接收到的位置信息和速度信息处理之后通过通信接口的can通信协议传送至下层运动底盘的控制机器，控制器通过PID控制将速度信息和位置信息处理后传送给步进电机和舵机，从而带动前轮转轴和后轮转轴转动，进而带动三个轮胎转动，完成差速控制。
7.根据权利要求1所述的一种设备故障排查车，其特征在于：所述激光雷达用于在未知环境下建立二维地图，同时感知障碍物位置。
8.根据权利要求1所述的一种设备故障排查车，其特征在于：所述摄像头用于对故障设别进行拍摄并且执行人员搜救任务。
9.根据权利要求1所述的一种设备故障排查车，其特征在于：所述jetson nano工控机通过无线串口与控制终端连接，所述控制终端为笔记本电脑或主机电脑。
10.根据权利要求1所述的一种设备故障排查车的工作方法，其特征在于，具体为：在控制终端上下达运动指令，设备故障排查车的jetson nano工控机通过无线网络接收到指令并经过数据处理，将输出角速度和线速度传送至STM32f407单片机，从而通过STM32f407单片机控制步进电机和舵机的转动，通过舵机转动带动前轮转轴转动，进而前轮转轴带动前轮转动，给设备故障排查车提供转向角度，通过步进电机旋转后轮转轴转动，进而后轮转轴带动后轮转动，给设备故障排查车提供驱动力，通过步进电机和舵机配合使用，让设备故障排查车实现前进、后退和差速转弯的功能；在控制终端上下达人员搜救指令，设备故障排查车的jetson nano工控机通过无线网络接收到指令并经过数据处理，打开摄像头执行人员搜救任务，然后摄像头将识别结果通过USB线串口传送到jetson nano工控机，jetson nano工控机再通过无线网络传送到PC端；在控制终端上下达故障设备拍摄指令，设备故障排查车的jetson nano工控机通过无线网络接收到指令并经过数据处理，打开摄像头执行故障设备拍摄任务，然后摄像头将拍摄的图片或者视频通过USB线串口传送到jetson nano工控机，jetson nano工控机再通过无线网络传送到PC端；在控制终端上下达激光雷达启动指令，设备故障排查车的jetson nano工控机通过无线网络接收到指令并经过数据处理，打开激光雷达，激光雷达开始正常工作，并扫描周围障碍物，使设备故障排查车在上位机建立二维地图，同时轻松避开障碍物；在需要的时候手动按下启停按键，防止设备故障排查车出现失控情况；在需要的时候手动按下前进后退按键，为了便于操作和调试设备故障排查车。
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