CN202167774U - 一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统，它包括上位机和下位机，上位机通过交换机和POE供电模块与无线通信模块I连接；下位机通过交换机和POE供电模块与无线通信模块II连接，下位机还分别与导航定位模块、云台控制模块、显示模块、移动平台、信息采集模块、安全防护模块和电源管理模块连接；所述无线通信模块I和无线通信模块II均为基于智能天线技术的无线网桥。基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统，对变电站内的建筑物或障碍物的绕射能力强、抗干扰性好，提高了变电站巡检机器人无线通信的安全性和可靠性。

Description

一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统

技术领域

本实用新型涉及一种变电站巡检机器人系统，具体是一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统。

背景技术

在电力系统中，巡检机器人已经越来越广泛地应用于变电站设备的安防巡检工作中。变电站巡检机器人取代运行人员自动完成变电站日常设备巡视、红外测温、操作前后设备状态检查等工作，从而切实提高设备巡视的工作效率和质量，降低劳动强度和工作风险，提升变电站智能化水平，为变电站无人值守提供支撑。变电站巡检机器人已经成为变电站设备巡检的重要辅助手段。

但随着巡检机器人检测范围的扩大，传输的数据量也相应增加，不仅需要上传设备运行缺陷信息，还需要传送设备图像信息、视频信息、各类红外检测信息、可见光检测信息等环境数据信息。在本领域中，申请号为200410024231中国实用新型专利采用了基于TCP/IP协议的无线传输方式，但其环境适应性较差，通讯距离短，传输效果受地理环境影响较大；申请号为201010508300的中国发明专利中的巡检机器人所使用的无线网桥的通讯方式，抗干扰性差，对建筑物或障碍物地绕射能力差，无法满足巡检机器人对无线通信装置实时可靠的通信需求。

现有的机器人无线通信装置主要存在以下问题：

1、采用建设大量高发射功率的中继站的方式增加数据传输距离，保证变电站覆盖无线通信信号，这不仅增加了生产成本，而且对无线通信维护都非常不便。

2、通讯距离短，对建筑物或障碍物地绕射能力差，无法满足巡检机器人对无线通信装置实时可靠的通信需求。

发明内容

因此，本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，而提供了一种基于智能天线技术的变电站智能巡检机器人系统。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统，它包括基站和机器人，基站包括上位机、交换机I、POE供电模块I和无线通信模块I；机器人包括设置在移动平台上的下位机、导航定位模块、云台控制模块、显示模块、移动平台、信息采集模块、安全防护模块、电源管理模块、交换机II、POE供电模块II和无线通信模块II；所述无线通信模块I和无线通信模块II均为基于智能天线技术的无线网桥。

所述上位机与交换机I双向通信连接，交换机I与POE供电模块I双向通信连接，POE供电模块I与无线通信模块I双向通信连接；所述下位机与交换机II双向通信连接，交换机II与POE供电模块II双向通信连接，POE供电模块II与无线通信模块II双向通信连接。

所述无线通信模块I与POE供电模块I之间以及无线通信模块II与POE供电模块II之间均采用RJ45方式双向通讯连接。

所述POE供电模块I与交换机I间采用RJ45方式双向通讯连接，所述交换机I与上位机间采用RJ45方式双向通讯连接；所述POE供电模块II与交换机II间采用RJ45方式双向通讯连接，所述交换机II与下位机间采用RJ45方式双向通讯连接。

上述导航定位模块包括两个RFID阅读器、一个GPS单元、一个磁导航单元与一个激光测距单元，所述GPS单元接收GPS定位信息，通过RFID阅读器读取RFID导航信息，通过磁导航单元读取磁导航标识，通过激光测距单元读取目标/障碍物距离信息，信息采集后传送至下位机。

上述信息采集模块包括视频信息采集单元、图像信息采集单元、声音信息采集单元、温/湿度信息采集单元，能够采集变电站中的视频信息、图像信息、声音信息、温/湿度信息、配电设备运行信息，并可根据现场需要进行配置添加其它信息采集设备，信息采集后传送至下位机。

上述显示模块包括LCD显示器、触摸屏、指示灯中的至少一种以及按键，用于显示下位机的输出数据，并提供操作命令输入功能，并且该显示模块通过IO接口、VGA接口或RS232方式与下位机进行通信连接。

上述电源管理模块设有自动充电装置。机器人通过导航定位模块进入充电站并运行至充电站中充电位实现主动充电。

上述安全防护模块包括超声障碍检测单位、倒车后视单位、坑洼检测系单位和安全触边，超声障碍检测单位用于检测机器人行进方向的障碍物，防止自动运行时的意外碰撞，倒车后视单位提供机器人后方实时视频，辅助遥控机器人后退，坑洼检测单位检测机器人行进方向地面的坑洞，防止机器人意外跌落。安全触边最后一关防护机器人意外碰撞。

上述下位机采用基于RISC架构的工业级智能通讯服务器，内建嵌入式Linux操作系统，宽温产品适用于恶劣的工作环境。下位机是整个巡检机器人的核心处理部分。

上述移动平台基于中国第200920029428号实用新型专利，它主要包括车轮、驱动装置、机械臂、舱室与移动小车，下位机能够控制移动平台的车轮行进、控制机械臂运动。

上述下位机通过无线通信模块II传送到上位机的数据类型包括由信息采集模块采集到的视频数据、图像数据、声音数据、温/湿度数据，由导航定位模块采集到的RFID数据、GPS数据、目标/障碍物距离数据、磁导航数据，由电源管理模块采集到的机器人电池数据(包括电流、电压、温/湿度数据)与机器人运行参数，并接收上位机发送的遥控命令与其它指令信息。

上述上位机通过无线通信模块I接收到的数据类型包括视频数据、图像数据、声音数据、温/湿度数据、RFID数据、GPS数据、目标/障碍物距离数据、磁导航数据、机器人电池数据(包括电流、电压、温/湿度数据)与机器人运行参数，上位机通过无线通信模块I发送遥控命令与其它指令信息，包括电子地图信息、路径规划信息，并且上位机具有数据存储功能。

上述云台控制模块能够调节云台支架的俯仰角度和转动，以获取精确位置达到信息采集模块中各设备所需的采集角度，本云台支架技术基于本公司已发表的申请号为200920029359.6中国实用新型专利。

无线通信模块I和无线通信模块II为基于智能天线的无线网桥，，它能够根据基站发射方向调整天线的主波束方向，根据基站距离调节天线增益，使主波束方向对准基站方向、零陷对准干扰信息的到达方向，发送无线信号并有效抑制干扰信号，在使用中能够根据现场需求添加天线阵数量，具有较高的接收灵敏度和较强的抗干扰性，尤其适用于移动中的巡检机器人传输数据，为本实用新型的创新点之一。

本实用新型的有益效果是：

1、减少了无线通信中继站数量，减少了电磁信号辐射，维护更加方便；

2、对变电站内的建筑物或障碍物的绕射能力强、抗干扰性好，提高了变电站巡检机器人无线通信的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统的结构框图；

其中：1.基站，2.机器人，11.上位机，12.交换机I，13.POE供电模块I，14.无线通信模块I，21.下位机，22.无线通信模块II，23.POE供电模块II，24.交换机II，25.导航定位模块，26.云台控制模块，27.显示模块，28.移动平台，29.信息采集模块，30.安全防护模块，31.电源管理模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1中，一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统，它包括基站1与机器人2。基站1包括上位机11、交换机I12、POE供电模块I13和无线通信模块I14；机器人2包括设置在移动平台28上的下位机21、交换机II24、POE供电模块II23和无线通信模块II22、导航定位模块25、云台控制模块26、显示模块27、移动平台28、信息采集模块29、安全防护模块30、电源管理模块31；所述无线通信模块I14和无线通信模块II22均为基于智能天线技术的无线网桥。

所述上位机11与交换机I12双向通信连接，交换机I12与POE供电模块I13双向通信连接，POE供电模块I13与无线通信模块I14双向通信连接；所述下位机21分别与导航定位模块25、云台控制模块26、显示模块27、移动平台28、信息采集模块29、安全防护模块30、电源管理模块31连接；所述下位机21与交换机II24双向通信连接，交换机II24与POE供电模块II23双向通信连接，POE供电模块II23与无线通信模块II22双向通信连接。

工作流程：由导航定位模块25读取GPS数据、RFID数据、激光测距数据，由信息采集模块29取变电站内视频数据、图像数据、声音数据、温/湿度数据，由电源管理模块31读取机器人的电池数据、温/湿度数据、运行参数数据，由云台控制模块26读取云台位置数据、角度数据后传送至下位机21，通过交换机II24传送至无线通信模块II22，由无线通信模块II22发送至服务中心的无线通信模块I14，由无线通信模块I14接收后经交换机I12解码后发送至上位机11进行处理，数据处理完毕后再发回至下位机21。

在上述一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统中，上位机11与交换机I12、交换机I12与POE供电模块I13、POE供电模块I13与无线通信模块I14之间均采用RJ45方式连接；下位机21与交换机II24、交换机II24与POE供电模块II23、POE供电模块II23与无线通信模块II22之间均采用RJ45方式连接。

上位机11通过无线通信模块I14接收到的数据类型包括视频数据、图像数据、声音数据、温/湿度数据、RFID数据、GPS数据、目标/障碍物距离数据、磁导航数据、机器人电池数据(包括电流、电压、温/湿度数据)与机器人运行参数，并发送遥控命令与其它指令信息。

提供定位信息与导航信息的导航定位模块25，提供数据采集信息的信息采集模块29，控制云台运行的云台控制模块26，提供安全防护功能的安全防护模块30，提供电源的电源管理模块31，提供显示功能的显示模块27，为整个下位机提供支撑作用的移动平台28，提供数据传输功能的无线通信模块II22、提供数据封装转发数据包功能交换机II24、提供电源的POE供电模块II23，下位机21连接各单元之间。

移动平台28基于中国专利申请号为200920029428的实用新型专利中的载具，它主要包括车轮、驱动装置、机械臂、舱室与移动小车，下位机1能够控制移动平台的车轮行进、控制机械臂运动。

云台控制模块26能够接收下位机21的控制命令，调节云台支架的俯仰角度和转动，以获取精确位置达到信息采集模块29中各设备所需的采集角度。

导航定位模块25包括两个RFID阅读器、一个GPS单元、一个磁导航单元与一个激光测距单元。它通过GPS单元接收GPS定位信息，通过RFID阅读器读取RFID导航信息，通过激光测距单元读取目标/障碍物距离信息，信息采集后传送至下位机21。

信息采集模块29包括视频信息采集单元、图像信息采集单元、声音信息采集单元、温/湿度信息采集单元，能够采集变电站中的视频信息、图像信息、声音信息、温/湿度信息、配电设备运行信息，并可根据现场需要进行配置添加其它信息采集设备，信息采集后传送至下位机21。

显示模块27包括LCD显示器、触摸屏、指示灯中的至少一种以及按键，用于显示下位机21的输出数据，并提供操作命令输入功能，该显示模块27通过IO接口、VGA接口、RS232方式与下位机21进行通信连接。

电源管理模块31为整个装置提供电力，并采集机器人电池的电流信息、电压信息和温/湿度信息，通过CAN总线与下位机21进行通信连接，它设有自动充电装置，机器人通过导航定位模块25进入充电站并运行至充电站中充电位实现主动充电。

安全防护模块30包括超声障碍检测单位、倒车后视单位、坑洼检测系单位和安全触边，超声障碍检测单位用于检测机器人行进方向的障碍物，防止自动运行时的意外碰撞，倒车后视单位提供机器人后方实时视频，辅助遥控机器人后退，坑洼检测单位检测机器人行进方向地面的坑洞，防止机器人意外跌落。安全触边最后一关防护机器人意外碰撞。

无线通信模块I14和无线通信模块II22为基于智能天线技术的无线网桥，它能够根据基站发射方向调整天线的主波束方向，根据基站距离调节天线增益，使主波束方向对准基站方向、零陷对准干扰信息的到达方向，发送无线信号并有效抑制干扰信号，在使用中能够根据现场需求添加天线阵数量，具有较高的接收灵敏度和较强的抗干扰性，尤其适用于移动中的巡检机器人传输数据，为本实用新型的创新点之一。

尽管上文对本实用新型进行了详细说明，但是本实用新型不限于此，本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种形式上的修改。因此，凡按照本实用新型原理所作的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统，其特征在于，它包括基站和机器人，基站包括上位机、交换机I、POE供电模块I和无线通信模块I；机器人包括设置在移动平台上的下位机、导航定位模块、云台控制模块、显示模块、移动平台、信息采集模块、安全防护模块、电源管理模块、交换机II、POE供电模块II和无线通信模块II，；所述无线通信模块I和无线通信模块II均为基于智能天线技术的无线网桥。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统，其特征在于，所述上位机与交换机I双向通信连接，交换机I与POE供电模块I双向通信连接，POE供电模块I与无线通信模块I双向通信连接；所述下位机与交换机II双向通信连接，交换机II与POE供电模块II双向通信连接，POE供电模块II与无线通信模块II双向通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统，其特征在于，所述无线通信模块I与POE供电模块I之间以及无线通信模块II与POE供电模块II之间均采用RJ45方式双向通讯连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于智能天线技术的变电站巡检机器人系统，其特征在于，所述POE供电模块I与交换机I间采用RJ45方式双向通讯连接，所述交换机I与上位机间采用RJ45方式双向通讯连接；所述POE供电模块II与交换机II间采用RJ45方式双向通讯连接，所述交换机II与下位机间采用RJ45方式双向通讯连接。

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