CN203245872U - 两轮自平衡变电站巡检机器人 - Google Patents

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王海鹏
王同斌
李丽
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Abstract

本实用新型公开了一种两轮自平衡变电站巡检机器人，包括运动执行机构，所述运动执行机构上方安装有电源装置、运动控制装置和设备支架，所述设备支架上方安装数据通信装置，所述设备支架顶端通过云台连接电力设备检测装置，所述运动执行机构包括巡检机器人的底盘，所述底盘左右两侧对称安装车轮及与每个车轮对应的驱动电机，所述底盘上方安装有设备支架，所述电源装置包括安装于运动执行机构上方的充电电池和电源管理模块；所述充电电池与电源管理模块连接。本实用新型具有结构简单紧凑、控制灵活的有益效果，可以广泛应用于发电厂和变电站设备的巡检。

Description

两轮自平衡变电站巡检机器人
技术领域
本实用新型涉及一种变电站巡检机器人，具体是一种两轮自平衡变电站巡检机器人。
背景技术
变电站巡检机器人可以代替人对变电站现场设备进行全自主检测，有效的解决了变电站无人或少人值守时因现场巡视不及时所带来的一系列问题。自中国国家知识产权局公布的专利号ZL200410024231.2，名称为“电站设备智能自主巡检机器人”的专利以来，各种不同的变电站巡检机器人改进方案相继出现，但以上方案大多集中于对巡检方法、系统组成和新功能新设备的添加等方面，对机器人运动执行机构的改进则较少涉及。
对于两轮自平衡机器人，最早提出该构想的是日本Electro-Communications大学的Kazuo Yamafuji教授，其在1987年申请的一项“平行双轮机器人”的专利中，使用了该技术。近几年，随着两轮自平衡机器人的研究不断开展，该项技术开始成为全球机器人控制技术的研究热点之一。2001年美国发明家Dean Kamen发明了一种新型的方便快捷的两轮交通工具“Segway”，体现出了两轮自平衡机器人的巨大应用潜力。
目前已有的变电站巡检机器人运动执行机构方案主要有轮式方案、履带方案和轨道式方案，其中：
轮式方案中，巡检机器人运动执行机构一般采用“两驱动轮前置+两从动轮后置”的形式，这样机器人底盘结构较为简单，但当机器人转向时由于整个机器人绕两驱动轮中心连线中点旋转，机器人或多或少的会产生“甩尾”现象，不利于机器人控制。
履带方案中，巡检机器人在运行稳定性及越障能力上有较大提高，但由于履带与地面接触面积大，同时正常巡检时机器人大都在平整的路面运行，因此采用该方案的巡检机器人运动时功率消耗较轮式方案的机器人大为增加，从而导致机器人有效巡检运行时间的减少。
轨道式方案中，巡检机器人运行的可靠性大为提高，但由于巡检机器人只能沿固定轨道运行且很难解决机器人轨道切换问题，因此机器人大都只能沿某一闭环轨道运行，这样就使机器人在巡检作业中产生较多的检测“死角”，降低了机器人的可用性。
实用新型内容
本实用新型的目的就是通过改进现有巡检机器人运动执行机构，提供一种两轮自平衡变电站巡检机器人，该机器人具有结构简单紧凑、控制灵活等优点。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种两轮自平衡变电站巡检机器人，包括运动执行机构，所述运动执行机构上方安装有电源装置、运动控制装置和设备支架，所述设备支架上方安装数据通信装置，所述设备支架顶端通过云台连接电力设备检测装置。
所述运动执行机构包括巡检机器人的底盘，所述底盘左右两侧对称安装车轮及与每个车轮对应的驱动电机，所述底盘上方安装有设备支架。
所述电源装置包括安装于运动执行机构上方的充电电池和电源管理模块。
所述运动控制装置包括安装于运动执行机构上方的运动控制器和设备支架上方的两个障碍物检测模块。
所述数据通信装置包括红外视频服务器、可见光视频服务器、工控机、网络集线器、无线网桥及其通讯天线。
所述充电电池与电源管理模块连接。
所述电源管理模块用于为巡检机器人的其他模块供电，同时通过控制电缆与工控机连接。
所述工控机又通过控制电缆与运动控制器连接。
所述运动控制器通过控制电缆分别连接机器人两侧车轮的驱动电机。
所述运动控制器还通过控制电缆分别与两个障碍物检测模块连接。
所述两个障碍物检测模块包括第一障碍物检测模块和第二障碍物检测模块，所述第一障碍物检测模块和第二障碍物检测模块分别安装于设备支架的两端。
所述工控机通过以太网口与网络集线器连接。
所述网络集线器还分别与红外视频服务器、可见光视频服务器和无线网桥连接，无线网桥上安装有通讯天线。
所述电力设备检测装置安装于云台顶端，包括防护外壳、温度采集器和图像采集器，所述温度采集器与图像采集器分别安装在防护外壳内部。
所述温度采集器是红外热成像仪，所述红外热成像仪与红外视频服务器连接。
所述图像采集器是可见光摄像机，所述可见光摄像机与可见光视频服务器连接。
所述红外热成像仪和可见光摄像机输出的模拟视频分别通过红外视频服务器和可见光视频服务器压缩后接入网络集线器，红外热成像仪测到的红外测温数据则通过自身附带的以太网接口与网络集线器连接。
本实用新型的工作原理：
两轮自平衡变电站巡检机器人通电后，运动控制器根据机器人姿态输出控制信号至驱动电机，整个机器人由安装于底盘两侧驱动电机输出力矩保持平衡；机器人运行时，障碍物检测模块实时检测机器人运行方向上是否存在障碍，如果检测到障碍物，机器人将停止运行直到障碍物离开机器人运行路线。当需要进行设备检测时，云台带动电力设备检测装置对准待检设备，采集其可见光图像、红外测温图像和红外测温数据，图像数据通过红外视频服务器、可见光视频服务器压缩后接入网络集线器，而红外测温数据则直接接入网络集线器，最后以上数据由无线网桥发送给监控后台。在整个机器人运行过程中，工控机负责监控和协调机器人各个模块的运行，同时将机器人运行情况上报至监控后台。
本实用新型的有益效果：
本实用新型所述两轮自平衡机器人运动时，由于只有两个轮子与地面接触，与现有方案相比减小了机器人底盘尺寸，并改进了现有轮式方案转向时可能存在的“甩尾”问题，具有结构简单紧凑、控制灵活的有益效果，可以广泛应用于发电厂和变电站设备的巡检。
附图说明
图1是本实用新型两轮自平衡变电站巡检机器人结构示意图；
图中：1、底盘，2、运动控制器，3、第一障碍物检测模块，4、红外视频服务器，5、可见光视频服务器，6、云台，7、防护外壳，8、红外热成像仪，9、可见光摄像机，10、设备支架，11、通讯天线，12、工控机，13、网络集线器，14、无线网桥，15、第二障碍物检测模块，16、充电电池，17、电源管理模块，18、车轮。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，一种两轮自平衡变电站巡检机器人，包括运动执行机构，所述运动执行机构上方安装有电源装置、运动控制装置和设备支架10。所述设备支架10上方安装数据通信装置，所述设备支架10顶端通过云台6连接电力设备检测装置。
所述运动执行机构包括巡检机器人的底盘1，所述底盘1左右两侧对称安装车轮18及与每个车轮18对应的驱动电机，所述底盘1上方安装有设备支架10。
所述电源装置包括安装于运动执行机构上方的充电电池16和电源管理模块17。
所述运动控制装置包括安装于运动执行机构上方的运动控制器2和设备支架10上方的两个障碍物检测模块。
所述数据通信装置包括红外视频服务器8、可见光视频服务器9、工控机12、网络集线器13、无线网桥14及其通讯天线11。
所述充电电池16与电源管理模块17连接。
所述电源管理模块17用于为巡检机器人的其他模块供电，同时通过控制电缆与工控机12连接。
所述工控机12又通过控制电缆与运动控制器2连接。
所述运动控制器2通过控制电缆分别连接机器人两侧车轮的驱动电机。
所述运动控制器2还通过控制电缆分别与两个障碍物检测模块连接。
所述两个障碍物检测模块包括第一障碍物检测模块3和第二障碍物检测模块15，所述第一障碍物检测模块3和第二障碍物检测模块15安装于设备支架的两端。
所述工控机12通过以太网口与网络集线器13连接。
所述网络集线器13还分别与红外视频服务器4、可见光视频服务器5和无线网桥14连接，无线网桥14上安装有通讯天线11。
所述电力设备检测装置安装于云台6顶端，包括防护外壳7、温度采集器和图像采集器，所述温度采集器与图像采集器分别安装在防护外壳7内部。
所述温度采集器是红外热成像仪8，所述红外热成像仪8与红外视频服务器4连接。
所述图像采集器是可见光摄像机9，所述可见光摄像机9与可见光视频服务器5连接。
所述红外热成像仪8和可见光摄像机9输出的模拟视频分别通过红外视频服务器4和可见光视频服务器5压缩后接入网络集线器13，红外热成像仪8测到的红外测温数据则通过自身附带的以太网接口与网络集线器13连接。

Claims (10)

1.一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，包括运动执行机构，所述运动执行机构上方安装有电源装置、运动控制装置和设备支架，所述设备支架上方安装数据通信装置，所述设备支架顶端通过云台连接电力设备检测装置。
2.如权利要求1所述的一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，所述运动执行机构包括巡检机器人的底盘，所述底盘左右两侧对称安装车轮及与每个车轮对应的驱动电机，所述底盘上方安装有设备支架。
3.如权利要求1所述的一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，所述电源装置包括安装于运动执行机构上方的充电电池和电源管理模块；所述充电电池与电源管理模块连接。
4.如权利要求1所述的一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，所述运动控制装置包括安装于运动执行机构上方的运动控制器和设备支架上方的两个障碍物检测模块。
5.如权利要求1所述的一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，所述数据通信装置包括红外视频服务器、可见光视频服务器、工控机、网络集线器、无线网桥及其通讯天线；所述工控机通过以太网口与网络集线器连接；所述网络集线器还分别与红外视频服务器、可见光视频服务器和无线网桥连接，无线网桥上安装有通讯天线。
6.如权利要求3或5所述的一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，所述电源管理模块通过控制电缆与工控机连接。
7.如权利要求4或5所述的一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，所述工控机又通过控制电缆与运动控制器连接。
8.如权利要求2或4所述的一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，所述运动控制器通过控制电缆分别连接机器人两侧车轮的驱动电机；
所述运动控制器还通过控制电缆分别与两个障碍物检测模块连接；
所述两个障碍物检测模块包括第一障碍物检测模块和第二障碍物检测模块，所述第一障碍物检测模块和第二障碍物检测模块分别安装于设备支架的两端。
9.如权利要求1所述的一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，
所述电力设备检测装置安装于云台顶端，包括防护外壳、温度采集器和图像采集器，所述温度采集器与图像采集器分别安装在防护外壳内部。
10.如权利要求5或9所述的一种两轮自平衡变电站巡检机器人，其特征是，
所述温度采集器是红外热成像仪，所述红外热成像仪与红外视频服务器连接；
所述图像采集器是可见光摄像机，所述可见光摄像机与可见光视频服务器连接；
所述红外热成像仪和可见光摄像机输出的模拟视频分别通过红外视频服务器和可见光视频服务器压缩后接入网络集线器，红外热成像仪测到的红外测温数据则通过自身附带的以太网接口与网络集线器连接。
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