CN115635486A - 地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，涉及电力站自动机器人技术领域，包括中央控制单元、底盘移动单元、机械臂单元、云台相机单元，该机器人自动化程度较高，具备一定自主能力与恶劣环境防护能力，在电力地下式无人场所发生事故，远程监控中心失去对设备的控制能力时，替代工作人员进行损害管制和应急响应，能替代工作人员操控电力运行设备和灭火、排水、排气等辅控设备，并替代运行人员在六氟化硫剧毒气体等泄露时替代人员进入事故现场抢修。

Description

地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统

技术领域

本发明涉及电力站自动机器人技术领域，特别是涉及地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统。

背景技术

电力地下式变电站、开关站等电力无人值守场所与地表场所环境不同，面临着火灾、排水、通风等众多环境问题。为了保证地下变电站、开关站内部设备能够运行可靠，地下式无人值守场所通常需具有自动消防灭火、自动排气、自动排水等环境辅助控制系统，以保障设备的恒温、恒湿环境和运行人员进入场所所需的新鲜空气。但是，上述自动环境辅助系统，在长时间运行下，会因为各种原因导致发生跳闸停机故障，导致功能失去作用，严重时还会导致设备环境温度上升、设备浸水、有毒气体无法排出等危害设备和运行人员安全的故障。

现有技术中，电力地下式变电站、开关站等地下无人场所一般都装有摄像头和传感器，对场所内的温度、湿度、烟雾等工况进行实时监控，并将信息传输至远端监控中心。在灾害发生时，现场的传感器会监测到异常信号并实时自动上传至远程监控中心，远程监控中心发现报警信号后，立即派出运行人员到达现场控制故障的发展，并进行抢修。

但是，此种传统的人工操作做法由于缺少远程控制技术手段，故障的事态发展速度往往非常迅猛，而当运行人员一段时间后到达现场时，火灾、进水已经蔓延，且现场泄露的剧毒气体可能因排气扇停运而弥漫到地下各层房间，运行人员只能身穿防护服，配戴呼吸器进入故障区域，人工进行抢修，会严重威胁工作人员的身体健康和生命安全。

综上，现有地下式无人电力站监控技术存在以下缺陷：

1、只有监测功能，被动式发现故障信息，没有主动式识别故障前兆的能力，一旦发现告警，事故已经形成；

2、没有全面的现场快速干预技术手段，在自动灭火、排水泵、排气机等环境辅助控制系统空气开关跳闸后，必须由人工进行合闸，而工作人员到达现场需要时间，在没有其他干预技术的情况下，易造成事故蔓延；

3、摄像头和传感器等监测设备存在监测死角，且由于安装位置关系，距离摄像头和传感器较远的部位，拍摄和检测的精度无法保证。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，解决了上述现有技术中的技术问题，整体功能性强，自动化程度较高，具备一定自主能力与恶劣环境防护能力，在电力地下式无人场所发生事故，远程监控中心失去对设备的控制能力时，可替代工作人员进行有效地损害管制和应急响应，能够实现替代工作人员操控电力运行设备和灭火、排水、排气等辅控设备，并在六氟化硫剧毒气体等泄露时替代人员进入事故现场抢修，提升了功能实用性。

为实现上述目的，本发明提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，包括：机器人主体、中央控制单元以及分别与所述中央控制单元之间通过电路通讯连接的底盘移动单元和机械臂单元；所述中央控制单元设置于所述机器人主体的内部，且所述中央控制单元与上位机之间远程通讯连接；所述底盘移动单元设置于所述机器人主体的底部，所述机械臂单元设置于所述机器人主体的顶部；

所述底盘移动单元包括分别与所述中央控制单元之间通过电路通讯连接的激光导航单元和驱动单元，所述激光导航单元用于接收所述上位机通过所述中央控制单元发送的控制指令并根据所述控制指令规划所述机器人主体的行进路径，所述驱动单元用于驱动所述机器人主体按照所述激光导航单元规划的行进路径移动到目标区域，且所述驱动单元将所述机器人主体的行进情况反馈至所述激光导航单元；

所述机械臂单元包括机械臂主体以及分别装配于所述机械臂主体的视觉识别定位相机、控制机构和执行机构，所述视觉识别定位相机用于根据所述控制指令对操控部位进行定位，得到所述操控部位的定位信息，所述控制机构用于根据所述操控部位的定位信息，控制所述机械臂主体移动至对正所述操控部位的操控面板，所述执行机构用于对所述操控面板进行操作；

所述机器人主体通过电磁吸可分离式牵引设有两组协同定位底轮座，两组所述协同定位底轮座包括第一侧底轮座和第二侧底轮座；所述第一侧底轮座及其装配结构与第二侧底轮座及其装配结构的结构完全相同且相对称设置；两组所述协同定位底轮座分别具有独立的协同控制模块，且所述协同控制模块与所述中央控制单元之间通过网络通讯连接，用于通过两组所述协同定位底轮座及其装配结构能够协同自动封堵通道口。

作为本发明的进一步方案，所述激光导航单元包括激光雷达和里程计单元；

所述激光雷达采用半固态式扫描方式且通过MEMS振镜成像，所述激光雷达用于在所述机器人行进过程中在所述机器人主体前方180°范围内进行雷达扫描，并将扫描信息传输给所述驱动单元，所述里程计单元用于接收所述驱动单元反馈的所述机器人主体的行进情况；并将所述行进情况进一步通过所述中央控制单元反馈至所述上位机。

作为本发明的进一步方案，所述执行机构包括分别装配设于所述机械臂主体前端的断路器拨杆、工装夹爪和旋转电机；所述断路器拨杆用于打开所述操控部位的屏柜门，并拨动空气断路器或空气开关进行断电重启；所述工装夹爪用于从所述屏柜内拔下继电器，并从所述屏柜内放置备用继电器处夹起所述备用继电器，并将所述备用继电器按压进继电器槽；所述旋转电机用于拉出所述操控部位的手车。

作为本发明的进一步方案，所述机械臂单元还包括力感传感器，所述力感传感器分别装配于所述断路器拨杆、所述工装夹爪及所述旋转电机与所述机械臂主体的前端之间，所述力感传感器用于检测所述机械臂主体的压力，并将检测数据发送至所述中央控制单元，所述中央控制单元用于在所述检测数据超过预设值时，控制所述机械臂主体停止运行。

作为本发明的进一步方案，所述视觉识别定位相机包括CCD相机，所述CCD相机用于获取所述操控部位的二维坐标，所述控制机构用于控制所述机械臂主体端部移动至目标点坐标，所述目标点坐标与所述操控部位的二维坐标相同；

所述机械臂单元还包括测距机构，所述测距机构装配设于所述机械臂主体的前端，且所述测距机构用于获取所述机械臂主体端部与所述目标点坐标之间的距离，所述控制机构控制所述机械臂主体移动所述距离。

作为本发明的进一步方案，还包括：

与所述中央控制单元之间通过电路通讯连接的云台相机单元；

所述云台相机单元装配设于所述机器人主体，且所述云台相机单元的相机输入端对应朝向所述机械臂单元，所述云台相机单元用于对所述机械臂单元进行跟踪，并在所述底盘移动单元移动至所述目标区域后，对所述机械臂单元进行图像识别，并将识别结果反馈给所述上位机。

作为本发明的进一步方案，所述云台相机单元包括云台相机和云台相机驱动单元；

所述云台相机驱动单元控制所述云台相机升降、转向，以跟踪和确认所述机械臂单元的操作，并对所述操控部位进行监护；

所述云台相机包括光学相机和红外相机，所述光学相机用于摄像，所述红外相机用于测量设备表面发热状况。

作为本发明的进一步方案，所述第一侧底轮座和所述第二侧底轮座的相对外侧均固接设有至少两组调位红外头；所述第一侧底轮座和所述第二侧底轮座的相对内侧均固接设有至少两组直线对向红外头；所述调位红外头和所述直线对向红外头分别与所述协同控制模块的控制输入端之间通过电路相连。

作为本发明的进一步方案，所述第一侧底轮座的顶端固接有一条自适应定位滑轨，所述自适应定位滑轨滑动装配有一组沿竖向伸缩的电动剪叉升降架；所述电动剪叉升降架具有若干组折叠交叉轴，每组所述折叠交叉轴的一端部均固接有一条侧延伸连杆，所述侧延伸连杆沿垂直于所述折叠交叉轴的延伸方向侧向延伸，且所述侧延伸连杆在远离所述折叠交叉轴的一端部还固接有自适应弹簧撑杆；若干组所述自适应弹簧撑杆之间还共同装配有一条限位伸缩架，所述限位伸缩架用于限制或解除限制所述自适应弹簧撑杆的弹性伸展作用。

作为本发明的进一步方案，所述自适应弹簧撑杆包括装配框、挡块、阻断屏装配块、弹簧和装配杆；所述装配框与所述侧延伸连杆之间相固接设置，且所述装配框滑动设有一条与所述侧延伸连杆同向延伸的装配杆，所述装配杆在对应所述装配框的内部固接有一个所述挡块，所述装配杆在对应所述装配框的外部固接有所述阻断屏装配块，所述阻断屏装配块对应固接有阻断折叠屏的边沿；

所述限位伸缩架具有若干组依次相套接设置的滑杆，每组所述滑杆的上端外侧均固接有止动调节座，所述止动调节座包括止动部和通道部，所述止动部位于所述通道部的上方；

所述第一侧底轮座在对应所述限位伸缩架的位置还开设有容置通道；

所述电动剪叉升降架的顶部固接有起升平台，所述起升平台竖向滑动设有起动连杆，所述起动连杆的底端与所述限位伸缩架的顶端之间固接相连，且所述起动连杆的顶端固接有限位起动块，且所述限位起动块位于所述起升平台的顶端面。

本发明相较于现有技术的优势在于：

本发明的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，采用激光导航单元进行路径规划，对机器人进行导航，驱动单元沿着激光导航规划好的地图路线移动至定点，行进过程中，激光导航沿着机器人前方180°进行雷达扫描，为驱动单元提供导航信息，中央控制单元用于机器人的各种信息、各单元的协调。机械臂单元用于操控机器人，根据控制指令，先通过视觉识别定位相机进行精确定位，使机械臂主体移动到操控部位附近，并通过视觉识别快速纠正机械臂主体末端对正操控部位，定位精度高。进一步地，本发明还通过云台相机单元自动跟踪机械臂主体的动作，并对机械臂主体的操作结果进行确认。通过将精确导航与视觉识别相结合，实现了在浸水、毒气等恶劣环境下，对各种设备进行按压，旋转，拨动，触摸等操控，并通过设置全封闭的3D打印外壳，对整个设备起到防浸水、抗腐蚀、抗爆的作用。

本发明的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统解决了以下技术问题：

1、实现对地下式无人场所设备的远程操控能力，在设备发生故障时，可进行远程应急响应，控制事故蔓延，并进行紧急消缺，为人工介入赢得时间；

2、对现有的视频监控系统、环境监测系统监测范围和精度进行增强，弥补这些辅助控制系统监测死角和监测精度不足的问题；

3、事故时，替代运行人员进入危险区域进行设备操控，保障工作人员安全；

4、在不对现有地下式变电站、开关站进行设备大规模改造的情况下，增加现场损害管制能力，以少量投资实现设备远程操控和损害管制能力。

本发明的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统具有以下有益效果：

1、机器人的整体设计理念：采用轻量化、紧凑化、模块化设计，具有较轻的重量和较小的体积，方便在狭隘环境下运动；

2、精准操控设计理念：采用激光导航+机械臂主体坐标预设+视觉识别的定位方式，通过机械臂主体坐标事先设定，使机械臂主体移动到操控部位附近，通过视觉识别快速纠正机械臂主体末端对正微小的操控部位，具有毫米级的定位精度；

3、精准的功能设计理念：具备地下升降电梯控制、设备屏柜门开启、液晶面板轻微触控、电子按钮触控、微型空气开关分合闸等功能；

4、恶劣环境防护能力：具有一定的防水、防爆、防腐蚀性气体能力，适合在火灾、浸水、有毒气体环境下替代人工进行操作。

本发明的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的创新点在于：

1、针对地下式变电站、开关站内部空间狭隘等环境，通过合理的模块化设计和机械设计，形成一个内部空间紧凑、外部体积较小的灵活机器人产品，可以在空间狭隘的区域活动和转向；

2、针对环境辅助控制系统和电力运行设备数量众多，操控面板形状复杂多样、按钮触控范围微小等特点，采用SLAM激光导航+机械臂主体坐标预设+视觉识别的定位方式，通过精准定点导航、精准识别视觉来完成定位操控区域，并通过视觉识别+激光测距+力感传感器来防止机械臂主体用力过大损坏设备面板；

3、具有较强的通用性，可操控液晶面板、电子按钮、微型空气开关等操作对象，无论是电力二次设备还是环境辅控系统，均可以操作。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、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，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得能涵盖的范围内。

图1为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的系统架构示意图。

图2为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的中央控制单元的原理示意图。

图3为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的行进过程流程图。

图4为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的整体轴测结构示意图。

图5为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统在一个方向的轴测内部结构示意图。

图6为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统在另一个方向的轴测内部结构示意图。

图7为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的内部结构主视图。

图8为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的内部结构左视图。

图9为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的内部结构右视图。

图10为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的抗灾组件在静态下的整体结构示意图。

图11为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的抗灾组件在启用时的一侧结构示意图。

图12为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统在图11中A处的结构放大示意图。

图13为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统中自适应弹簧撑杆的整体结构示意图。

图14为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统在静态下的限位伸缩架的结构示意图。

图15为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统在启用时的限位伸缩架的结构示意图。

图16为根据本发明实施例提供的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统中阻断折叠屏的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-断路器拨杆；2-工装夹爪；3-云台相机；4-驱动轮；5-万向轮；6-机械臂单元；7-急停按钮；8-旋转电机；9-视觉识别定位相机；10-迪文DGUS屏；11-电源开关；12-氛围灯；13-调试串口；14-自定义功能按钮；15-手动充电口；16-自动充电控制单元；17-安全避障单元；18-车载路由器；19-语音播报器；20-激光雷达；21-温湿度检测传感器；22-蓄电池；23-陀螺仪；24-车载无线接收系统；25-电控柜；26-电机驱动器；27-遥控器接收器；28-安全触边；29-协同定位底轮座；291-第一侧底轮座；292-第二侧底轮座；30-调位红外头；31-直线对向红外头；32-自适应定位滑轨；33-电动剪叉升降架；34-侧延伸连杆；35-自适应弹簧撑杆；351-装配框；352-挡块；353-阻断屏装配块；354-弹簧；355-装配杆；36-限位伸缩架；37-止动调节座；371-止动部；372-通道部；38-容置通道；39-起升平台；40-起动连杆；41-限位起动块；42-风机；43-阻断折叠屏；431-装配扣。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为根据本发明实施例的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的系统架构示意图，如图1所示，地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统包括机器人主体、中央控制单元以及分别与所述中央控制单元之间通过电路通讯连接的底盘移动单元、机械臂单元6、云台相机单元和功能单元；其中，所述中央控制单元设置于所述机器人主体的内部，且所述中央控制单元与上位机之间远程通讯连接；所述底盘移动单元设置于所述机器人主体的底部，所述机械臂单元6设置于所述机器人主体的顶部，所述云台相机单元设置于所述机器人主体的侧部，且所述云台相机单元的相机输入端对应朝向所述机械臂单元6。具体设置如下：

在本发明的实施例中，上位机用于远程监控人员进行机器人状态监视、视频传输、移动控制、动作控制，由一套人机平台系统组成，具有各种监测数据显示和机器人各控制功能显示。控制指令通过上位机获取得到，上位机通过网络通讯（例如路由器、交换机）与中央控制单元通讯，用于显示机器人状态数据和环境监测数据、显示机器人控制功能，向中央控制单元发送指令并接收反馈的指令执行结果。机器人从上位机接收各种指令，并将指令执行结果反馈给上位机。

在本发明的实施例中，中央控制单元通过网络通讯（例如路由器、交换机）与上位机、底盘移动单元、机械臂单元6、云台相机单元和功能单元通讯，用于指令和信息处理、各单元协调。具体地，中央控制单元用于机器人各种信息处理、各模块协调，由3块MCU（微控制单元）芯片及辅助部件组成，通过I/O接口与各模块单元进行通讯。其中，3块MCU芯片包括机器人控制系统MCU、机械臂主体控制系统MCU、视觉识别MCU，机器人控制系统MCU用于处理底盘移动单元中的激光导航单元、驱动单元和主控制电路，机械臂主体控制系统MCU用于控制机械臂单元6，视觉识别MCU用于视觉识别；辅助部件包括I/O控制单元、驱动控制单元、复合控制单元，其中，I/O控制单元，用于机器人多任务输入输出控制。

如图2所示，机器人控制系统MCU通过TCP/IP或者RS485与机械臂主体控制系统MCU通讯、通过TCP/IP与视觉识别MCU通讯。

所述底盘移动单元包括分别与所述中央控制单元之间通过电路通讯连接的激光导航单元和驱动单元，其中，所述激光导航单元用于接收上位机通过中央控制单元发送的控制指令并根据所述控制指令规划所述机器人主体的行进路径，所述驱动单元用于驱动所述机器人主体按照所述激光导航单元规划的行进路径移动到目标区域，同时，所述驱动单元将行进情况实时反馈至所述激光导航单元。

具体地，所述激光导航单元包括激光雷达20和里程计单元，其中，所述激光雷达20采用半固态式扫描方式且通过MEMS振镜成像，所述激光雷达20用于在所述机器人行进过程中在所述机器人主体前方180°范围内进行雷达扫描，并将扫描信息通过所述中央控制单元传输给所述驱动单元；所述里程计单元用于接收所述驱动单元反馈的所述机器人主体的行进情况，并将行进情况进一步通过中央控制单元反馈至上位机。

在一个实施例中，底盘移动单元包括分别装配于所述机器人主体底部的驱动轮4、万向轮5、驱动单元、蓄电池22和激光导航单元，所述驱动单元与所述驱动轮4之间相传动装配，用于接收指令并根据指令规划行进路径、移动到目标区域，在行进的过程中反馈行进情况。

其中，激光导航单元包括激光雷达20、里程计单元。其中，激光雷达20是导航和避障一体式激光雷达，具有避障和自然导航功能，采用半固态式扫描方式，MEMS振镜成像。本发明的机器人采用半固态、MEMS振镜的激光导航产品，相对精确移动到目标区域后，依靠视觉定位进行微调进行精确定位，还可以沿行进方向进行雷达扫描，使用自建地图通过A*算法进行定点精确移动，避免地下式场所地面无法敷设磁轨导航的弊端。

在本发明的实施例中，底盘移动单元用于机器人的移动，由驱动轮4、万向轮5、驱动单元、蓄电池22和激光导航单元组成。从上位机接收到指令后，驱动单元沿着激光导航单元规划好的地图路线移动到目标区域。在行进过程中，激光导航单元沿着车身前方180度进行雷达扫描，为驱动单元提供导航信息。

底盘移动单元的具体操作过程如下：上位机下达行进指令后，机器人控制系统MCU处理指令，激光导航单元加载地图规划路径，并向驱动单元下达行进指令，驱动单元沿着规划路径行进，并将行进情况（主要包括前进了多少路程）反馈给激光导航单元内的里程计单元，到达目标区域后，驱动单元将已行驶完规划的路径的信息反馈给激光导航单元，再由激光导航单元将已到达目标区域的信息通过中央控制单元反馈给上位机，上位机再根据反馈信息下达下一个指令。整个过程中，驱动单元由激光导航单元控制，驱动单元反馈行驶信息给激光导航单元的里程计单元。

所述机械臂单元6包括机械臂主体以及分别装配于所述机械臂主体的视觉识别定位相机9、控制机构和执行机构，所述视觉识别定位相机9用于根据所述控制指令对操控部位进行定位，得到所述操控部位的定位信息，所述控制机构用于根据所述操控部位的定位信息，控制所述机械臂主体移动至对正所述操控部位的操控面板，所述执行机构用于对所述操控面板进行操作。

在一个实施例中，所述视觉识别定位相机9包括CCD相机，所述CCD相机用于获取所述操控部位的二维坐标，所述控制机构用于控制所述机械臂主体端部移动至目标点坐标，所述目标点坐标与所述操控部位的二维坐标相同。

所述机械臂单元6还包括测距机构，所述测距机构装配设于所述机械臂主体的前端，且所述测距机构用于获取所述机械臂主体端部与所述目标点坐标之间的距离，所述控制机构控制所述机械臂主体移动所述距离，由此使得机械臂主体达到目标点，再通过执行机构对操控部位进行处理。

机械臂单元6通过网络通讯（例如路由器、交换机）与中央控制单元通讯，接收上位机下达的指令，并根据指令进行操作和损害管控；并在底盘移动单元移动到目标区域后，移动到预设坐标部位，并根据云台相机单元反馈的图像差异进行位置对正，精准定位对正设备操控面板按钮。

所述机械臂单元6包括机械臂主体、视觉识别定位相机9、控制机构和执行机构，所述视觉识别定位相机9用于根据所述控制指令对操控部位进行定位，得到所述操控部位的定位信息，所述控制机构用于根据所述操控部位的定位信息，控制所述机械臂主体移动至对正所述操控部位的操控面板，所述执行机构包括分别装配设于所述机械臂主体前端的断路器拨杆1、工装夹爪2、旋转电机8，用于对所述操控面板进行操作。

所述机械臂单元6还包括力感传感器，所述力感传感器分别装配于所述断路器拨杆1、所述工装夹爪2及所述旋转电机8与所述机械臂主体的前端之间，在检测到超过一定压力时自行停止，防止机器人损坏设备面板。

在本发明的实施例中，机械臂单元6用于机器人操控设备，机械臂主体（例如，JAKA® Zu 5协作机器人）通过I/O接口与中央控制单元连接，接收上位机下达的各种操作指令，可实现拨动、抓取、旋转、按压、触控等机械臂主体基本动作。

所述云台相机单元包括云台相机3和云台相机驱动单元。云台相机驱动单元控制云台相机3升降、转向，用于跟踪和确认机械臂单元6的操作，对操控地点、部位进行监护，使远方监控中心工作人员对机器人动作和操作效果进行评估和紧急制动。其中，云台相机3包括光学相机和红外相机，其中光学相机用于摄像、红外相机用于测量设备表面发热状况，以便及早发现设备发热缺陷。在机器人移动到目标区域后，云台相机3对机械臂单元6进行图像识别，并将图像差异反馈给上位机，以便机械臂单元6进行微调直至对准操作部位。

其中，图3示出了根据本发明的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统的行进过程流程图。具体步骤如下：

步骤1）收到上位机指令；

步骤2）机器人控制系统MCU处理指令；其中，包括激光导航单元加载地图规划行进路径；

步骤3）底盘移动单元根据导航信息行进；其中，驱动单元根据导航信息调整万向轮方向，驱动行进轮行进至目标区域，在行进过程中不停向激光导航单元的里程计单元反馈行进情况；

步骤4）移动到目标区域；到达目标区域后，激光导航单元将已到达目标区域的信息反馈给上位机，上位机向机械臂单元6下达移动到预设的空间坐标位置的指令；

步骤5）云台相机3进行图像识别；上位机向视觉识别相机（即云台相机3）下达进行图像识别的指令，云台相机3将识别到的图像与预设图像进行比较，并将差异反馈给上位机；

步骤6）对机械臂单元6进行微调，直至对准操作部位；上位机向机械臂单元6下达进行微调的指令，直至机械臂单元6对准操作部位，随后上位机向机械臂单元6下达进行操作的指令；

步骤7）指令结束。

在本发明的实施例中，云台相机驱动单元用于驱动云台相机3升降、转向等控制，搭载的云台相机3用于对机械臂单元6操作进行监护、效果评估和紧急制动。通过电机驱动器26驱动云台相机3升降和转向，使云台相机3跟随机械臂主体操作对准操作部位，拍摄操作设备情况，并在操作错误时由远程人工紧急制动，在操作完毕时对操作的情况进行确认，如图4至图6所示。

云台相机3也可以接受空间坐标控制，机械臂主体操控部位坐标会发送给云台相机3，使云台相机3升降到适合拍摄的角度。工作过程：机器人移动到操控部位，机械臂主体移动到预设坐标部位，同时云台相机3根据预设坐标升降至机械臂主体操控对象的适合拍摄的高度，开启云台相机3拍摄。

在本发明的另一实施例中，红外相机可以根据工作需要更换为开关站夜间探照灯、局部放电探测仪、SF6剧毒气体探测仪等小型仪器或设备。

如图7至图9所示，所述功能单元包括装配设于所述机器人主体且与所述中央控制单元之间通过电路相连的自动充电控制单元16、安全避障单元17、电源管理单元、以及温度控制单元、温度传感器、湿度传感器、烟感传感器和有毒气体检测仪等仪器。其中，自动充电控制单元16使得机器人具有自身状态监测功能，且所述自动充电控制单元16在电量不足时自行返航充电点充电；安全避障单元17包括红外摄像头、超声波测控仪、激光测距传感器，使得机器人具有完善的避障能力，实现机器人避障；电源管理单元用于监控机载蓄电池22电量和管理蓄电池22充放电，等同于UPS电源的管理系统，在电池电量下降至底线时，中断机器人操作，执行自动返航至充电桩指令；温度传感器、湿度传感器、烟感传感器和有毒气体检测仪，对周围环境进行检测，例如温湿度检测传感器21、六氟化硫温湿度变送器。因此，功能单元包括了机器人运行所需的安全避障、充电控制、电源管理、I/O控制及各种传感器等部件。

请继续参考图5至图9，本发明的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统还包括装配于机器人主体且与所述中央控制单元之间通过电路相连的陀螺仪23、安全触边28、迪文DGUS屏10（即用于机器人调试和参数配置的触摸式串口屏）、电源开关11（用于开关内部控制电路的电源，包括：内部控制电源开关11和总开关，内部控制电源开关11用于控制机械臂主体电源，关闭后，机械臂主体失电，但激光导航和驱动仍可以运行，总开关装在仪表板上，用于控制整个机器人电源）、调试串口13（网络、驱动器、备用）、电控柜25、氛围灯12、自定义功能按钮14（启动、复位、停止）（装在机器人主体仪表面板上，用于控制机器人启动、暂停、复位功能）、急停按钮7（与自定义功能按钮14不同，按这个按钮，包括机械臂主体和机器人本体全部停止，指令清空）、手动充电口15、语音播报器19（用于变电站有人工作时，挡住机器人行进路线时进行语音播报让开路径）、车载无线接收系统24（为单独的车载路由器18模块，采购的成品5G工业级路由器，例如宏电5G模块）、遥控器接收器27（用于接收上位机向机器人本体发送的无线遥控指令）。

下面以带3轴机械臂主体的移动机器人为例，具体说明本发明的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统：

一款带3轴机械臂主体的移动机器人，可在故障发生时根据生产指挥系统的故障指示，自动应激启动，前往故障区域探查，协助故障判定与消除，并根据远程指令进行设备操作和损害管控；其中，协助故障判定与消除包括：到达故障区域后，通过机械臂主体末端拨杆打开故障设备所在的屏柜门，通过云台相机3拍摄故障设备面板灯，把故障信息通过视频传输给远方控制中心供工作人员判别，也可以根据预设的故障症状，通过面板灯自动识别出故障信息，并启动预设的故障消除程序；根据远方控制中心指令，通过视觉识别定位相机9准确定位操控部位后，通过机械臂主体按压触控杆触摸装置面板按钮，查看装置面板上的故障报警详细记录信息和故障发生时间，帮助远方控制人员判断故障；根据远方控制中心指令，移动到屏柜上微型空气断路器位置，通过视觉识别对准位置，使用机械臂主体拨杆拨动空气断路器进行断电重启，也可根据预设的故障消缺程序，在机器人判断出装置面板上故障灯后，自动移动到屏柜空气开关位置，通过视觉识别对准位置，使用机械臂主体拨杆进行断电重启，重启后再通过云台相机3观察故障设备面板灯，观察设备是否恢复正常；除重启装置外，也可根据排水泵、排气扇、SF6气体检测仪、消防装置的指示信息，通过视觉识别对准位置，使用机械臂主体按压触控杆，操控排水泵、排气扇的启动按钮，启动排水、排气等消缺工作；也可以根据远方控制中心的指令，机器人移动到开关站，通过视觉识别对准部位，使用机械臂主体按压触控杆按压装置面板上开关分合闸按钮，并使用机械臂主体的旋转电机8拉出手车，防止事故蔓延；对于装置遥控继电器损坏等故障，可根据远方控制中心指令，使用工装夹爪2拔下屏柜内继电器，从柜内备用继电器处夹起备用继电器按压进继电器槽，从而更换继电器。

本发明实施例的机器人控制系统还设置有全封闭的3D打印外壳，如图11所示，图11为图9中添加了外壳之后的整体结构示意图，该3D打印外壳可以对对整个设备起到防浸水、抗腐蚀、抗爆的作用，适用于在浸水、毒气等恶劣环境下，对各种设备进行按压、旋转、拨动、触摸等操控。

该移动机器人导航采用SLAM激光导航，使用自建地图通过A*算法进行目标区域精确移动，避免地下式场所地面无法敷设磁轨导航的弊端；

该移动机器人的机械臂主体定位采用CCD相机进行视觉识别定位，通过算法进行快速位置对正，定位方式采用坐标预设+视觉识别纠正方式，可以精准定位对正设备操控面板按钮；

该机器人采用模块化设计，通过中控芯片进行各模块整合，模块通过I/O接口通讯，任一模块变更不影响整体性能；

为适应承载力有限的环境使用，机器人总重不超过150kg，外壳采用轻质材料3D打印制作；

该移动机器人具有机器人自身状态监测功能，在电量不足时自行返航充电点充电；

该移动机器人还具有完善的避障能力，设计有红外、超声、激光测距传感器，实现机器人避障，机械臂主体装有力感传感器，在超过一定压力时自行停止，防止机器人损坏设备面板；

该移动机器人设计有操控监视摄像头（即云台相机3），可升降、360度转动跟踪机械臂主体动作对操控地点、部位进行监护，使远方监控中心工作人员对机器人动作和操作效果进行评估和紧急制动；

该移动机器人搭载温度传感器、湿度传感器、烟感传感器和有毒气体检测仪等仪器，可对地下式无人场所环境进行检测。

作为本实施例的一种优选方案，如图10至图16所示，所述机器人主体还通过电磁吸作用可分离式牵引设有两组协同定位底轮座29，两组所述协同定位底轮座29包括第一侧底轮座291和第二侧底轮座292；所述第一侧底轮座291及其装配结构与第二侧底轮座292及其装配结构的结构完全相同且相对称设置；所述协同定位底轮座29具有独立的协同控制模块，且所述协同控制模块与所述中央控制单元之间通过网络通讯连接，用以在完成既定信息协同处理的基础上，还可以实现协同定位底轮座29独立工作，在特定火情、烟雾或是漏水情形下有效自动封堵通道口，以尽可能降低不利状况的发展速度，实现监测抗灾功能。

如图10所示，所述第一侧底轮座291和所述第二侧底轮座292的相对外侧均固接设有至少两组调位红外头30，用以通过调位红外头30识别预设特定通道口的位置；所述第一侧底轮座291和所述第二侧底轮座292的相对内侧均固接设有至少两组直线对向红外头31，用以通过直线对向红外头31实现第一侧底轮座291与第二侧底轮座292之间始终处于一条直线，进而在到达特定通道口后，使第一侧底轮座291与第二侧底轮座292能够精准分别移动至通道口的两侧下方；所述调位红外头30和所述直线对向红外头31分别与所述协同控制模块的控制输入端之间通过电路相连。

如图11所示，以所述第一侧底轮座291及其装配结构为例，所述第一侧底轮座291的顶端固接有一条自适应定位滑轨32，所述自适应定位滑轨32滑动装配有一组沿竖向伸缩的电动剪叉升降架33，所述电动剪叉升降架33与所述协同控制模块的控制输出端之间电连接，用以通过电动剪叉升降架33作为阻断折叠屏43的挂置架构基础；具体的是，所述电动剪叉升降架33具有若干组折叠交叉轴，每组所述折叠交叉轴的一端部均固接有一条侧延伸连杆34，所述侧延伸连杆34沿垂直于所述折叠交叉轴的延伸方向侧向延伸，且所述侧延伸连杆34在远离所述折叠交叉轴的一端部还固接有自适应弹簧撑杆35，用以通过自适应弹簧撑杆35有效挂置阻断折叠屏43的侧沿，并基于自适应弹簧撑杆35的自身弹性伸展作用带动阻断折叠屏43的侧沿向外有效支撑，以此有效适配地下通道口的不规则侧沿，尽可能实现阻断折叠屏43的吻合安装，提升阻断面积；若干组所述自适应弹簧撑杆35之间还共同装配有一条限位伸缩架36，用以借助限位伸缩架36实现限制自适应弹簧撑杆35的弹性伸展作用，并可在特定情况下解除限制。

更为具体地，请参考图11至图15，所述自适应弹簧撑杆35包括装配框351、挡块352、阻断屏装配块353、弹簧354和装配杆355；其中，所述装配框351与所述侧延伸连杆34之间相固接设置，且所述装配框351滑动设有一条与所述侧延伸连杆34同向延伸的装配杆355，所述装配杆355在对应所述装配框351的内部固接有一个所述挡块352，所述装配杆355在对应所述装配框351的外部固接有所述阻断屏装配块353，用以通过阻断屏装配块353装配阻断折叠屏43，所述装配杆355在对应所述阻断屏装配块353与所述装配框351外侧之间套接有所述弹簧354，用以通过限位伸缩架36限制挡块352位置，使得弹簧354处于压缩状态。

请参考图16，所述阻断折叠屏43的边沿固接有若干组装配扣431，所述阻断屏装配块353分别与若干组所述装配扣431之间相对应固接，用以通过阻断屏装配块353实现对于阻断折叠屏43边沿的有效安装。

请参考图10、图11及图13至图15，所述限位伸缩架36具有若干组依次相套接设置的滑杆，每组所述滑杆的上端外侧均固接有止动调节座37，所述止动调节座37包括止动部371和通道部372，其中，所述止动部371位于所述通道部372的上方，用以限位伸缩架36能够有效随电动剪叉升降架33的折叠作用进行同步伸缩，进而使止动调节座37能够同步收合或展开，同时止动部371可有效限制挡块352位置，通道部372可使挡块352有效穿过，以此实现对于自适应弹簧撑杆35的弹性限制作用。

所述第一侧底轮座291在对应所述限位伸缩架36的位置还开设有容置通道38，用以在限位伸缩架36收缩时，收缩后下降的限位伸缩架36可部分容置于容置通道38内部，以此保证功能的正常运行。

请参考图12、图14至图15，所述电动剪叉升降架33的顶部固接有起升平台39，所述起升平台39竖向滑动设有起动连杆40，所述起动连杆40的底端与所述限位伸缩架36的顶端之间固接相连，且所述起动连杆40的顶端固接有限位起动块41，且所述限位起动块41位于所述起升平台39的顶端面，用以使得起升平台39能够随电动剪叉升降架33同步上升，同时起升平台39上升后可依次带动限位起动块41及起动连杆40同步上升，上升后的起动连杆40能够带动展开后的限位伸缩架36进一步上升，并最终使得止动调节座37上升，止动调节座37与自适应弹簧撑杆35中挡块352的对应关系由止动部371切换为通道部372，以此解除对挡块352限制，使弹簧354回弹伸展，在阻断折叠屏43竖向展开之后完成侧向自适应展开。

所述起升平台39的顶部还固接有若干组风机42，用以借助风机42吹风对烟雾等不利于空气质量或是有毒气体等实现吹挡。

需要说明的是，所述阻断折叠屏43采用阻燃绝缘材料制成。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，包括：机器人主体、中央控制单元以及分别与所述中央控制单元之间通过电路通讯连接的底盘移动单元和机械臂单元（6）；所述中央控制单元设置于所述机器人主体的内部，且所述中央控制单元与上位机之间远程通讯连接；所述底盘移动单元设置于所述机器人主体的底部，所述机械臂单元（6）设置于所述机器人主体的顶部；

所述底盘移动单元包括分别与所述中央控制单元之间通过电路通讯连接的激光导航单元和驱动单元，所述激光导航单元用于接收所述上位机通过所述中央控制单元发送的控制指令并根据所述控制指令规划所述机器人主体的行进路径，所述驱动单元用于驱动所述机器人主体按照所述激光导航单元规划的行进路径移动到目标区域，且所述驱动单元将所述机器人主体的行进情况反馈至所述激光导航单元；

所述机械臂单元（6）包括机械臂主体以及分别装配于所述机械臂主体的视觉识别定位相机（9）、控制机构和执行机构，所述视觉识别定位相机（9）用于根据所述控制指令对操控部位进行定位，得到所述操控部位的定位信息，所述控制机构用于根据所述操控部位的定位信息，控制所述机械臂主体移动至对正所述操控部位的操控面板，所述执行机构用于对所述操控面板进行操作；

所述机器人主体通过电磁吸可分离式牵引设有两组协同定位底轮座（29），两组所述协同定位底轮座（29）包括第一侧底轮座（291）和第二侧底轮座（292）；所述第一侧底轮座（291）及其装配结构与第二侧底轮座（292）及其装配结构的结构完全相同且相对称设置；两组所述协同定位底轮座（29）分别具有独立的协同控制模块，且所述协同控制模块与所述中央控制单元之间通过网络通讯连接，用于通过两组所述协同定位底轮座及其装配结构能够协同自动封堵通道口。

2.根据权利要求1所述的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，

所述激光导航单元包括激光雷达（20）和里程计单元；

所述激光雷达（20）采用半固态式扫描方式且通过MEMS振镜成像，所述激光雷达（20）用于在所述机器人行进过程中在所述机器人主体前方180°范围内进行雷达扫描，并将扫描信息传输给所述驱动单元，所述里程计单元用于接收所述驱动单元反馈的所述机器人主体的行进情况；并将所述行进情况进一步通过所述中央控制单元反馈至所述上位机。

3.根据权利要求1所述的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，

所述执行机构包括分别装配设于所述机械臂主体前端的断路器拨杆（1）、工装夹爪（2）和旋转电机（8）；所述断路器拨杆（1）用于打开所述操控部位的屏柜门，并拨动空气断路器或空气开关进行断电重启；所述工装夹爪（2）用于从所述屏柜内拔下继电器，并从所述屏柜内放置备用继电器处夹起所述备用继电器，并将所述备用继电器按压进继电器槽；所述旋转电机（8）用于拉出所述操控部位的手车。

4.根据权利要求3所述的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，

所述机械臂单元（6）还包括力感传感器，所述力感传感器分别装配于所述断路器拨杆（1）、所述工装夹爪（2）及所述旋转电机（8）与所述机械臂主体的前端之间，所述力感传感器用于检测所述机械臂主体的压力，并将检测数据发送至所述中央控制单元，所述中央控制单元用于在所述检测数据超过预设值时，控制所述机械臂主体停止运行。

5.根据权利要求1所述的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，

所述视觉识别定位相机（9）包括CCD相机，所述CCD相机用于获取所述操控部位的二维坐标，所述控制机构用于控制所述机械臂主体端部移动至目标点坐标，所述目标点坐标与所述操控部位的二维坐标相同；

所述机械臂单元（6）还包括测距机构，所述测距机构装配设于所述机械臂主体的前端，且所述测距机构用于获取所述机械臂主体端部与所述目标点坐标之间的距离，所述控制机构控制所述机械臂主体移动所述距离。

6.根据权利要求1所述的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，还包括：

与所述中央控制单元之间通过电路通讯连接的云台相机单元；

所述云台相机单元装配设于所述机器人主体，且所述云台相机单元的相机输入端对应朝向所述机械臂单元（6），所述云台相机单元用于对所述机械臂单元（6）进行跟踪，并在所述底盘移动单元移动至所述目标区域后，对所述机械臂单元（6）进行图像识别，并将识别结果反馈给所述上位机。

7.根据权利要求6所述的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，

所述云台相机单元包括云台相机（3）和云台相机驱动单元；

所述云台相机驱动单元控制所述云台相机（3）升降、转向，以跟踪和确认所述机械臂单元（6）的操作，并对所述操控部位进行监护；

所述云台相机（3）包括光学相机和红外相机，所述光学相机用于摄像，所述红外相机用于测量设备表面发热状况。

8.根据权利要求1所述的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，

所述第一侧底轮座（291）和所述第二侧底轮座（292）的相对外侧均固接设有至少两组调位红外头（30）；所述第一侧底轮座（291）和所述第二侧底轮座（292）的相对内侧均固接设有至少两组直线对向红外头（31）；所述调位红外头（30）和所述直线对向红外头（31）分别与所述协同控制模块的控制输入端之间通过电路相连。

9.根据权利要求8所述的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，

所述第一侧底轮座（291）的顶端固接有一条自适应定位滑轨（32），所述自适应定位滑轨（32）滑动装配有一组沿竖向伸缩的电动剪叉升降架（33）；所述电动剪叉升降架（33）具有若干组折叠交叉轴，每组所述折叠交叉轴的一端部均固接有一条侧延伸连杆（34），所述侧延伸连杆（34）沿垂直于所述折叠交叉轴的延伸方向侧向延伸，且所述侧延伸连杆（34）在远离所述折叠交叉轴的一端部还固接有自适应弹簧撑杆（35）；若干组所述自适应弹簧撑杆（35）之间还共同装配有一条限位伸缩架（36），所述限位伸缩架（36）用于限制或解除限制所述自适应弹簧撑杆（35）的弹性伸展作用。

10.根据权利要求9所述的地下式无人电力站自动化监测、检修及抗灾机器人系统，其特征在于，

所述自适应弹簧撑杆（35）包括装配框（351）、挡块（352）、阻断屏装配块（353）、弹簧（354）和装配杆（355）；所述装配框（351）与所述侧延伸连杆（34）之间相固接设置，且所述装配框（351）滑动设有一条与所述侧延伸连杆（34）同向延伸的装配杆（355），所述装配杆（355）在对应所述装配框（351）的内部固接有一个所述挡块（352），所述装配杆（355）在对应所述装配框（351）的外部固接有所述阻断屏装配块（353），所述阻断屏装配块（353）对应固接有阻断折叠屏（43）的边沿；

所述限位伸缩架（36）具有若干组依次相套接设置的滑杆，每组所述滑杆的上端外侧均固接有止动调节座（37），所述止动调节座（37）包括止动部（371）和通道部（372），所述止动部（371）位于所述通道部（372）的上方；

所述第一侧底轮座（291）在对应所述限位伸缩架（36）的位置还开设有容置通道（38）；

所述电动剪叉升降架（33）的顶部固接有起升平台（39），所述起升平台（39）竖向滑动设有起动连杆（40），所述起动连杆（40）的底端与所述限位伸缩架（36）的顶端之间固接相连，且所述起动连杆（40）的顶端固接有限位起动块（41），且所述限位起动块（41）位于所述起升平台（39）的顶端面。

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