CN1706601A - 电站设备智能自主巡检机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工业用移动机器人，包括一台电机驱动的四轮机器人运载小车及小车上安装的计算机和车载电源，一套适合于室外各种天气情况下的由供电端和移动受电端组成的电池充电器，一个由全球定位系统和激光测距传感器组成的导航信息传递单元，一个变配电设备检测单元，包括针对电气设备、设备连接点和电力线路的温度检测器，电气设备、仪器仪表的图像系统采集器，电气设备噪声的声音采集器。本发明具有机械结构紧凑合理，通用性好的特点，能够代替人自主完成对于各类电气设备和线路的巡检工作，可以广泛应用于电厂、变电站及其他工业领域。

Description

电站设备智能自主巡检机器人
                                技术领域
本发明涉及一种工业用移动机器人，特别用于电站设备巡检工作的电站设备智能自主巡检机器人。
                                背景技术
在电力系统中，由于电能生产、输送、分配和使用的连续性，对系统中各设备的安全可靠运行提出很高的要求。传统的变电站安防工作，采用人工巡检的方式，劳动强度大、效率低、检测质量分散，如1999年12月22日国家知识产权局专利局公开的王陆一申请的专利“一种巡检到位装置及方法”，专利申请号“98112851.3”，涉及一种具有大电流检测能力的巡检到位装置及方法，它仍然是一种人工巡检的方式。在无人值班变电站中，传统的值班员设备巡视和安防工作，仅由少数固定检测设备替代，设备巡视功能基本无法实现，不能及时发现设备缺陷，造成了很多故障和故障隐患。
                                发明内容
本发明的目的是提供一种可以在室外工作，替代电站场所值班人员，能完成电站设备巡检工作的智能移动机器人。
本发明解决其技术问题的方案是：电站智能自主巡检机器人包括一个电机驱动的四轮机器人运载小车及小车上安装的计算机和车载电源，小车的驱动器与计算机相连，接收计算机的指令，车载电源的蓄电池向小车、计算机及其他设备供电，其特点还包括：一个适合于室外各种天气情况下的由供电端和移动受电端组成的电池充电器；一个由全球定位系统和激光测距传感器组成的导航信息传递单元装在小车的前部，全球定位系统和激光测距传感器通过串口与计算机相连，全球定位系统包括GPS接收机、串口网关、宽带无线网桥和交换机，宽带无线网桥采用TCP/IP协议，以2.4～2.5吉赫的频率传输系统数据，避免了变电站的强电磁干扰对信息传输的干扰，全球定位系统通过天线将机器人巡检得到的信息通过计算机处理后发回指挥中心，并接收机器人指挥中心的指令；小车上还有一个电站设备检测单元，包括电气设备、设备连接点和电力线路的温度检测器，电气设备、仪器仪表的图像采集器和电气设备噪声的声音采集器，温度检测器、图像采集器和声音采集器与计算机相连接，将采集到的信息送入计算机处理，并接收计算机的指令。
四轮机器人运载小车包括车架和车轮，四个车轮呈矩形对称布置在车架两侧，其特征是四个车轮分别由四套电机减速机组驱动，两前轮和两后轮之间分别通过一梯形连杆机构连接。四个车轮和电机减速机组之间通过电磁离合器相连，通过电磁离合器的吸合、分离动作实现主动轮与从动轮的切换，以适应路况的需要。四个车轮的两个前轮和两个后轮各有一步进电机驱动的转向机构，步进电机控制完成前进和后退过程中的转弯动作。
车载电源的蓄电池可由电池充电器自动充电，电池充电器包括降压变压器，整流器，直流输出电压电流调节器，其特点是所说降压变压器的铁芯由两个可以组成环形回路的U型铁芯组成，初级线圈绕在一个U型铁芯上，并与其组成一个单独的单元——供电端，次级线圈绕在另一个U型铁芯上，并与整流器、直流输出电压电流调节器组成另一个独立的单元——移动受电端。两个U型铁芯对接可形成磁通回路，形成变压器形式，整个装置无裸漏连接电极，对接方便。
次级线圈所绕铁芯与初级线圈所绕铁芯接触的端面装有接触传感器，用米检测两个U型铁芯的对接情况。
次级线圈有输出电压的检测变送器，直流输出电压电流调节器输出端装有电池电压、充电电流检测变送器，变送器的电压、电流信号通过A/D采集卡，输入机器人的计算机，分别采集次级线圈输出电压、充电电压、充电电流三路数据，监测充电整个过程。
移动受电端单元装在一个弹簧支座上，弹性支撑装置为双弹簧支撑结构，两端连接在次级线圈铁芯和机器人本体上，可以在机器人姿态、位置控制产生偏差时保证与供电端的无缝连接。
温度检测器、图像采集器和声音采集器通过云台安装在机器人运载小车上，云台通过解码器和分配器与计算机相连接，计算机程序指挥云台的驱动电机，精确控制器水平旋转和俯仰。
温度检测器为红外热像仪，通过视频服务器与计算机相连接，图像采集器为可见光摄像机，其输出直接与计算机相连接，声音采集器为一定向麦克风，其输出直接与计算机相连接。
本发明与已有技术比较，其优点和有益效果有：能够自主完成对于各类电气设备和线路的巡检工作；机械结构紧凑合理，通用性好，可广泛用于发电厂和变电站电站设备的自动巡检。
                               附图说明
附图1为本发明的总体结构示意图。各标注号表示为：声音采集器1，解码器2，分配器3，图像采集器4，温度检测器5，视频服务器6，天线7，全球定位系统8，激光测距传感器9，小车驱动器10，计算机11，车载电源12，运载小车13，云台14。
附图2是本发明的四轮机器人运载小车机械结构示意图。各标注号表示为：车轮15，电磁离合器16，电机减速机组17，步进电机18，梯形连杆机构19，同步带传动机构20，车架21。
附图3为发明的电池充电器结构示意图。各标注号表示为：供电端I，移动受电端II，供电端U型铁芯22，初级线圈23，次级线圈24，移动受电端U型铁芯25，整流器26，直流输出电压电流调节器27，充电电流传感器28，充电电压传感器29，次级线圈输出电压传感器30，接触传感器31。
                          具体实施例
计算机(11)和车载电源(12)安装在小车(13)上，小车驱动器(10)和计算机(11)相连。车载电源(12)的三块12V/75Ah铅酸蓄电池向小车(13)、计算机(11)及其他设备供电。全球定位系统(8)和激光测距传感器(9)组成的导航信息传递单元装在小车(13)的前部；定位系统(8)是北斗星通公司的双频RTK差分的GPS定位系统，它通过串口网关接入宽带无线网桥NW2710(NW6110)，接收指挥中心发送的数据，同时通过串口将处理后的数据送入计算机(11)；激光测距传感器(9)选用的是德国SICK公司的LMS200型，也通过串口接入计算机(11)。变配电设备检测单元中，温度检测器(5)是武汉高德IR230红外热像仪，图像采集器(4)是三星SDZ-160R可见光摄像机，两个摄像机同时安装在一个防护罩内，声音采集器(1)选用的是定向麦克风。红外视频输出到AXIS 2400+的视频服务器(6)，然后接到计算机(11)；可见光视频和麦克风音频直接输出到计算机(11)。红外热像仪(5)、可见光摄像机(4)和麦克风(1)通过云台(14)安装在机器人运载小车(13)上，云台(14)可以水平旋转和上下俯仰，它通过解码器(2)和曼码分配器(3)和计算机(11)相连。
如图2所示整个四轮机器人运载小车车体是对称结构的。连接整个车体中心部件是刚性车架(21)，车架(21)由50×50×4的矩管焊接而成。车体的各驱动部件均连接在车架(21)上。由于焊接工艺存在着变形问题，因此车架(21)与车轮(15)连接处采用焊后加工，在镗床上一次加工成型，然后以此为基准安装车轮(15)、电磁离合器(16)、电机减速机组(17)，保证了驱动部分的同轴度。四个车轮(15)呈矩形对称布置，共有四套电机减速机组。两前轮和两后轮之间通过梯形连杆机构(19)相连，在车体的前后各装有一个步进电机(18)，步进电机(18)通过同步带传动机构(20)，驱动两前轮或两后轮的其中一轮。
电池充电器如图3所示，包括降压变压器，整流器(26)，直流输出电压电流调节器(27)，降压变压器的铁芯由两个可以组成环形回路的U型铁芯(22、25)组成，初级线圈(23)绕在U型铁芯(22)上，并与其组成一个单独的单元——供电端(I)，次级线圈(24)绕在U型铁芯(25)上，并与整流器(26)、直流输出电压电流调节器(27)组成另一个独立的单元——移动受电端(II)。两个U型铁芯对接可形成磁通回路，形成变压器形式，整个装置无裸漏连接电极，对接方便。
TSW6(防水型)接触传感器(31)安装在次级线圈所绕铁芯与初级线圈所绕铁芯接触的端面，监控磁通回路的连接状态。
采用四川维博电子有限责任公司的WBV412S型交流电压传感器(29、30)和WBI412S型交流电流传感器(28)将充电电压、电池电压和充电电流转化为5V信号，接入研华工控的PCI-1713AD采集卡采集，便于上位机程序智能控制。
移动受电端铁芯线圈的外壳固定在两个弹簧上，对接时可以起到缓冲、柔性连接等作用，在移动机器人的姿态、位置控制精度不高的情况下，使设备连接比较紧密。
初级线圈(23)输入电压220V；供电端I和移动受电端II对接后，次级线圈(24)输出电压为38V。电流经过整流器(26)整流和直流输出电压电流调节器(27)调压后，电流电压达到规定值，供给机器人电池充电。

Claims (9)

1、一种电站设备智能自主巡检机器人，包括：
一台电机驱动的四轮机器人运载小车及小车上安装的计算机和车载电源，小车的驱动器与计算机相连，车载电源的蓄电池向小车、计算机及其他设备供电，其特征是：包括一个适合于室外各种天气情况下的由供电端和移动受电端组成的电池充电器，一个由全球定位系统和激光测距传感器组成的导航信息传递单元装在小车的前部，全球定位系统和激光测距传感器通过串口与计算机相连，全球定位系统包括GPS接收机、串口网关、宽带无线网桥和交换机，宽带无线网桥采用TCP/IP协议，以2.4～2.5吉赫的频率传输系统数据，全球定位系统通过天线将机器人巡检得到的信息通过计算机处理后发回指挥中心，并接收机器人指挥中心的指令；小车上还有一个变配电设备检测单元，包括电气设备、设备连接点和电力线路的温度检测器，电气设备、仪器仪表的图像采集器，电气设备噪声的声音采集器，温度检测器、图像采集器和声音采集器与计算机相连接，将采集到的信息送入计算机处理，并接收计算机的指令，车载电源的蓄电池可由电池充电器自动充电。
2、根据权利要求1所述的电站设备智能自主巡检机器人，其特征是：所说的温度检测器、图像采集器和声音采集器，通过云台安装在机器人运载小车上，云台通过解码器和分配器与计算机相连接，计算机程序指挥云台的驱动电机，精确控制云台的水平旋转和俯仰。
3、据权利要求1或2所述的电站设备智能自主巡检机器人，其特征是：所说的温度检测器为红外热像仪，通过视频服务器与计算机相连接，所说的图像采集器为可见光摄像机，所说的声音采集器为一定向麦克风。
4、根据权利要求1所述的电站设备智能自主巡检机器人，其特征是：所说的四轮机器人运载小车包括车架和车轮，四个车轮呈矩形对称布置在车架两侧，分别由四套电机减速机组驱动，前两轮、后两轮之间分别通过一梯形连杆机构相连。
5、根据权利要求1所述的电站设备智能自主巡检机器人，其特征是：所说的四轮机器人运载小车的四个车轮与电机减速机组之间通过电磁离合器相连，前轮和后轮各有一步进电机驱动的转向机构。
6、根据权利要求1所述的电站设备智能自主巡检机器人，其特征是：所说的种移动机器人电池充电器，包括降压变压器，整流器，直流输出电压电流调节器，其特征是：所说降压变压器的铁芯由两个可以组成环形回路的U型铁芯组成，初级线圈绕在一个U型铁芯上，并与其组成一个单独的单元——供电端，次级线圈绕在另一个U型铁芯上，并与整流器、直流输出电压电流调节器组成另一个独立的单元——移动受电端。两个U型铁芯对接可形成磁通回路。
7、据权利要求6所述的电站设备智能自主巡检机器人，其特征是：所述的电池充电器的次级线圈所绕铁芯与初级线圈所绕铁芯接触的端面装有接触传感器。
8、据权利要求7所述的移动机器人电池充电器，其特征是：所说的次级线圈有输出电压的检测变送器，直流输出电压电流调节器输出端装有充电电压、充电电流检测变送器，变送器的电压、电流信号通过A/D采集卡，输入机器人的计算机。
9、据权利要求8所述的移动机器人电池充电器，其特征是：所说的次级线圈单元装在一个弹簧支座上。
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