CN202564812U - 磁导航巡检机器人智能控制系统 - Google Patents

Abstract

磁导航巡检机器人智能控制系统，涉及一种用于变电站巡检作业的机器人。该系统由数据库存储系统、人机交互系统和机器人运动控制系统组合构成控制中心，控制中心通过无线通讯系统控制机器人进行巡检和检测，最终智能采集系统将检测的数据信息再经过无线通讯系统回传给控制中心，其中数据库存储系统、机器人运动控制系统、无线通讯系统和智能采集系统组合实现机器人智能控制系统。巡检机器人可代替人工完成变电站高压变电设备的巡检作业，该机器人采用磁导航，导航精度在5mm以内。该系统采用履带式行走结构，具有强大的对地粘附力，在雪面上行走和在地面行走一样平稳。

Description

磁导航巡检机器人智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于变电站环巡检作业的机器人，特别是一种磁导航巡检机器人智能控制系统。

背景技术

目前，电力行业对变电站室外设备一般是采用人工巡检作业方式。当在高压、超高压及雨、雪、雾等恶劣气象条件下，不仅对巡检人员的自身安全没有保障，同时对电网安全运行也带来一定隐患，经常是因无法及时了解出现问题的设备情况，而不能及时的检修或失去优先安排检修的机会。当前有采用GPS导航的机器人，但行走定位精度低，大雾天气无法正常运行，不能满足变电站安全性的要求；也有使用轮式行走结构的，这种机器人遇到雪天不能行走。

发明内容

为解决已有技术存在的问题，本实用新型提出一种该机器人使用磁性导航的巡检机器人智能控制系统。

本实用新型解决已有技术问题采用的技术方案是：磁导航巡检机器人智能控制系统，包括：数据库存储系统，人机交互系统，机器人运动控制系统，无线通讯系统，机器人移动系统和智能采集系统组成。该系统由数据库存储系统、人机交互系统和机器人运动控制系统构成控制中心，控制中心通过无线通讯系统控制机器人进行巡检和检测，最终智能采集系统将检测的数据信息再经过无线通讯系统回传给控制中心，其中数据库存储系统、机器人运动控制系统、无线通信系统和智能采集系统的组成均由相应的软件模块的组合实现机器人智能控制系统。

本实用新型的有益效果是：巡检机器人可代替人工完成变电站高压变电设备的巡检作业，该机器人使用磁性导航，导航精度在5mm以内，不会对变电站设备造成威胁，使用履带式行走结构，具有强大的对地粘附力，在雪面上行走和在地面行走一样平稳，适用于南北方复杂气候，达到了无人值守变电站的工作需求。

附图说明

图1是本实用新型磁导航巡检机器人智能控制系统的结构框图；

图2是机器人的人机交互系统结构框图；

图3是机器人的数据库存储系统框图；

    图4是机器人的运动控制系统结构框图；

图5是机器人移动系统结构框图；

图6是机器人智能采集系统结构框图；

图7是机器人行走流程图。

具体实施方式

本实用新型包括：数据库存储系统1，人机交互系统2，机器人运动控制系统3，无线通讯系统4，车体（机器人）移动系统5和智能采集系统6组成；其中能够直接显示出的是人机交互系统2和车体（机器人）移动系统5，其余均是由相应的软件模块的组合实现数据处理过程。人机交互系统2、数据库存储系统1和机器人运动控制系统3结合起来构成控制中心，控制中心通过无线通信系统4控制机器人进行巡检和检测，最终智能采集系统6的数据信息再经过无线通讯系统4回传给控制中心，达到无人值守变电站的目的。

人机交互系统

如图2所示，人机交互系统2用于实现信息的录入，巡检计划的制作等，通过此系统能够将用户需要机器人执行的所有操作告诉给计算机，也能够通过此系统将机器人反馈给用户的信息显示给用户，同时数据存储系统将所有的操作和反馈信息进行存储，为用户查看厂区情况提供数据依据。

人机交互系统软件包括初始配置界面显示、监控界面显示、告警界面显示、数据查询管理以及远程控制界面；用户初始化配置201指用户用来进行对设备配置和管理用户配置的图形界面；厂区环境显示202是将厂区环境检测模块601检测到的厂区环境值在此界面中显示的模块；检测设备图形显示203是可见光摄像机将拍摄到的仪表或设备的图像显示给用户；声音检测显示204是设备声音检测模块604采集设备声音信息与数据库中声音文件进行对比后的结果显示界面；红外热成像检测显示205是设备红外检测模块603对设备进行红外拍摄的图像显示；告警信息显示界面206是所有传感器对采集到的设备信息进行比对处理后的不正常结果对用户进行提醒的显示窗口；远程控制操作界面207是用来在控制中心控制云台旋转和机器人行走的软件界面。 

数据库存储系统

如图3所示，数据存储系统1用于将机器人检测信息和用户操作信息进行分类存储。它包含用户信息存储301，检测信息存储302，告警信息存储303，用户操作日志存储304，机器人运行信息存储305，巡检计划信息存储306。 

机器人运动控制系统

如图4所示，机器人运动控制系统3是连接监控系统和机器人移动系统的纽带，它将需要机器人进行的动作以指令的方式发送给移动机器人，机器人解析命令并作出相应动作，并向机器人运动控制系统发送反馈信息，比如动作完成，动作执行中遇到障碍等；同时根据机器人反馈信息来决定对机器人的下一步操作，比如停止运行，继续行走等；该系统在接收到控制中心的操作指令后会根据路况选择到达目的地的最优路径，能够智能选择通过交叉路口，在检测到电量低时能够自动回到充电位置进行充电。

行走路线模拟地图401是一个机器人在厂区运行的仿真图像，图中按实际比例显示厂区的所有设备和路径，机器人在厂区中位置随机器人的移动而移动，为用户客观的观察机器人的位置提供了便利条件；机器人运行状态显示402时时显示机器人的运行状态，包括行走，停止等待，挂起，与障碍物等；机器人动作处理模块403用来将机器人的行为进行下一步的行为规划；机器人反馈信息处理模块404用来对机器人发回的信息作出响应。

无线通讯系统

如图所示，无线通讯系统4包括控制中心交换机、控制中心信号发射器、移动机器人无线接收器、移动机器人交换机，该系统提供从控制中心到机器人运行厂区的无线覆盖，建立控制中心到机器人的无线通道，给控制中心和机器人之间提供稳定的数据传输，遇到信号弱的路段自动增加信号增益，具有自动重连机制，满足全自动化需求。

    机器人移动系统

如图5所示，移动机器人系统5是本地执行系统，是整个智能巡检系统的执行体，它接收控制系统发送的移动命令，作出相应的响应，完成巡检工作，机器人上安装微处理器MCU，用来处理控制中心的指令，并将命令下达给行走机构和检测机构。移动机器人系统包含以下部分：

导航模块501，本实用新型导航方式为磁导航，采用的导航传感器是磁导航传感器，事先在机器人运行的道路上铺设特殊规格的磁条，导航传感器上设有若干个监测点，由于磁性有方向性，离磁条越近检测到的磁性越强，因此当传感器置于磁条正上方时，就能够检测到一系列的磁性值，通过该值判断小车的位置，并对跑偏的情况进行及时矫正，时刻保持机器人行走在磁条的中心上方，当遇到意外移动机器人脱离磁道时，机器人检测不到磁条会自动停车，直到人工将车开回磁道才能继续自动行驶。

行走模块502包括伺服驱动器、电机、主动轮、从动轮和履带，微处理器MCU将行走或转弯命令发送给伺服，伺服驱动器进行响应，例如当直行时，伺服驱动器控制左右电机以同样的速度行驶，转弯时伺服驱动器控制左右电机差速旋转完成转弯动作；电机直接连接主动轮，主动轮通过履带拖动从动轮转动，机器人移动。

壁障模块503用于移动机器人在自动巡检过程中遇到道路上有人或者其它障碍物时，能够提前检测到，及时停车，并通知用户遇到障碍进行处理，保证人员安全、车辆安全和厂区设备的安全。该模块由8个超声波探测器，前后各4个，探测器不断向外发出超声波信号，当遇到物体时，会将超声波信号反射回来，探测器接收到反射波信号时，经过处理，计算出与物体之间的距离，通过此距离微处理器MCU就能够判断出障碍物的位置，提前控制机器人停止行走。

无线接收模块504由一个无线接收器、一个360°全向接收天线共同组成，所用无线设备为5.8G无线设备，穿透能力强，传输距离远，能够提供5公里无障碍覆盖。

远程命令处理模块505是一个微型处理器MCU，采用WINCE操作系统，用于对接收到的控制中心的命令进行翻译和分解，控制机器人相应的结构执行动作，同时将检测到的信息整理后封装回传给控制中心。

    显示模块506包括液晶显示和键盘按键两部分，显示机器人的运动状态、导航检测状态和网络通信状态，主要用于现场人员能够观察到对机器人的操作，遇到特殊情况能根据显示提醒进行处理。

现场手动控制模块507是一个控制手柄，用于现场人员手动控制机器人的前进后退转弯等，该手柄与远程控制之间采用互锁机制，现场手工的优先级最高，现场控制时，其它控制方式均无效，当释放现场控制后，又能自动回到远程控制状态。

智能充电模块508是由充电保护控制器和充电端子组成，配合导航传感器，在不充电时，充电端子与电源分离，处于不带电状态，当机器人运行到充电位置且需要充电时，微处理器MCU控制充电保护控制器将充电端子与电源连通，准备充电，提供安全可靠的充电功能；在充电上还有另一项保护机制，在充电机与充电端子之间接触后，充电机会检测充电端子两端电压，如果存在电压，充电机开始充电，反之则充电机不充电，这样的好处在于在小车离开后，充电机即使给电，充电机的输出端也没有电压，这就避免了在人无意接触到充电机后被电击的危险。

机器人智能采集系统

如图6所示，智能检测模块用于检测厂区的环境和设备，同时也可检测自身的故障。

厂区环境检测模块601采用温湿度传感器采集现场温湿度值，由于传感器采集到的是模拟信号，需要将模拟信号转换为数字信号，由转换模块执行，最后的数值通过无线通讯系统按TCP/IP协议发给控制中心，控制中心的监控界面会对该数值显示，并在后台通过分析该数值是安全值，如果不在安全的数值范围内，控制中心会发出告警，提醒用户现场温湿度异常请及时处理，同时向维修人员发送短信，保证问题及时处理。

厂区设备检测分别由厂区设备拍照模块602、设备红外检测模块603和设备声音检测模块604三部分组成，拍照功能由带云台的可见光摄像机实现，红外成像为一台安装在云台上的红外热像仪，用来拍摄设备触点的温度值，形成热成像图片传送给控制中心，控制中心可以实时通过图像分析设备是否正常，同时当设备温度超过设定的正常值时控制中心的监控系统会提醒用户设备温度异常请及时维修，短信模块给用户发维修通知。声音采集模块采集现场变电站的工作声音，对采集到的声音进行压缩后传送给控制中心，控制中心调用正常的声音，将两种声音进行傅里叶变换后，比对波形，从而分析出声音是否正常，最后将不正常现象提醒给用户。

车内环境检测模块605用来检测车内部环境信息和烟雾信息，避免因自身问题引起厂区事故，车内故障检测模块606包括自身电压检测、电机检测、伺服检测、通信检测和车内烟感检测，智能充电检测模块608每隔5秒对电压进行一次测量，机器人微处理器MCU对电压进行分析，判断是否低于低电压零界值，如果不低于零界值，无操作，反之控制机器人回库充电，此时即使有任务也不执行；同时未处理也将检测到的电压值发回控制中心，控制中心对电压分析看是否回库充电，正常情况下控制中心控制回库的电压值高于车体自身的零界值，这样保证车连续行驶；伺服检测、电机检测同电压检测，无故障则无操作，如果有故障则向控制中心发送故障内容，控制中心通知用户处理；通信检测不同于其它检测，通讯故障时，由于不能向控制中心发送数据因此没有通知，同时移动机器人停止移动，原地等待维修人员处理，当通讯正常后，机器人又自动执行巡检任务。

道路状况检测模块607由一台安装在车前的摄像机完成，实时将前方道路情况传输给控制中心，方便用户远程控制。

Claims (6)

1.磁导航巡检机器人智能控制系统，包括：数据库存储系统，人机交互系统，机器人运动控制系统，无线通讯系统，机器人移动系统和智能采集系统组成；其特征在于：数据库存储系统（1）、人机交互系统（2）和机器人运动控制系统（3）组成构成控制中心，控制中心通过无线通信系统（4）控制机器人进行巡检和检测，最终智能采集系统（6）将检测的数据信息再经过无线通讯系统（4）回传给控制中心，其中数据库存储系统（1）、机器人运动控制系统（3）、无线通信系统（4）和智能采集系统的组成（6）均由相应的软件模块的组合实现机器人智能控制系统。

2.根据权利要求1所述的磁导航巡检机器人智能控制系统，其特征在于：所述的人机交互系统（2）中的用户初始化配置（201）用于进行对设备配置和管理用户配置的图形界面；厂区环境显示模块（202）用于将厂区环境监测模块（601）检测到的厂区环境值在此界面中显示的模块；检测设备图形显示（203）用于可见光摄像机将拍摄到的仪表或设备的图像显示给用户；声音检测显示（204）用于设备声音检测模块（604）采集设备声音信息与数据库中声音文件进行对比后的结果显示界面；红外热成像检测显示（205）用于设备红外检测模块（603）对设备进行红外拍摄的图像显示；告警信息显示模块（206）用于所有传感器对采集到的设备信息进行比对处理后的不正常结果对用户进行提醒的显示窗口；远程控制操作界面（207）用于控制中心控制云台旋转和机器人行走。

3.根据权利要求1所述的磁导航巡检机器人智能控制系统，其特征在于：所述的数据库存储系统（1），它通过用户信息存储（301）、监测信息存储（302）、告警信息存储（303）、用户操作日志存储（304）、机器人运行信息存储（305）及巡检计划信息存储（306），将机器人检测信息和用户操作信息进行分类存储。

4.根据权利要求1所述的磁导航巡检机器人智能控制系统，其特征在于：所述的机器人运动控制系统（3），机器人动作处理模块（403）用于将机器人进行下一步行为规划；机器人反馈信息模块（404）用于对机器人发回的信息作出响应，机器人运行状态显示（402）时时显示机器人的运行状态，包括行走、停止等待、挂起与障碍物。

5.根据权利要求1所述的磁导航巡检机器人智能控制系统，其特征在于：

所述的机器人移动系统（5）中的导航模块（501）采用磁导航传感器；行走模块（502）包括伺服驱动器、电机、主动轮、从动轮和履带，微处理器将行走或转弯命令发送给伺服，伺服驱动器进行相应；避障模块（503）由八个超声波探测器，前后各四个，探测器发出超声波信号，经过处理，计算出与物体之间的距离，通过此距离微处理器够判断障碍物的位置，控制机器人减速和停止行走。

6.根据权利要求1所述的磁导航巡检机器人智能控制系统，其特征在于：所述的机器人智能采集系统（6），厂区环境检测模块（601）采用温湿度传感器采集现场温湿度值，厂区设备检测分别由厂区设备拍照模块（602）、设备红外检测模块（603）和设备声音检测模块（604）三部分组成；车内环境检测模块（605）用于检测车内部环境信息和烟雾信息；车内故障检测模块（606）包括自身电压检测、电机检测、伺服检测、通信检测和车内烟感检测，由机器人微处理器对电压等进行分析。

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