CN205915329U

CN205915329U - 一种高自由度变电巡检机器人

Info

Publication number: CN205915329U
Application number: CN201620833663.6U
Authority: CN
Inventors: 徐启峰; 项宇锴; 陈霖扬; 黄奕钒
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2026-08-04

Abstract

本实用新型涉及一种高自由度变电巡检机器人，包括：底盘、履带式行走机构、主控制板、第一连接件、第一机械臂、第二连接件、第二机械臂、第三连接件、高清摄像头、第一至第七舵机；主控制板包括第一微控制器以及第二微控制器；第一微控制器分别经第一至第七驱动电路连接至第一舵机至第七舵机；第二微控制器与高清摄像头相连；第一微控制器通过串行通信电路与第二微控制器相连，且均连接至一wifi模块；wifi模块与PC单元以及移动单元中的wifi模块匹配。本实用新型通过将高自由度的机械臂与履带机构及高清摄像头结合，通过对高自由度机械臂控制策略的改进优化，合理调整姿态，实现远程实时对变电设备的监控。

Description

一种高自由度变电巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及机电一体化及通信领域，特别是一种高自由度变电巡检机器人。

背景技术

近年来，电力系统自动化程度的提高以及超高压、特高压电网规模日益增大，原有的变电站有人值守模式及其人力资源利用率低、运维成本高等弊端日益凸显。

变电站设备的电气信号通过监控与数据采集（SCADA）系统、高压设备绝缘检测装置、继电保护装置获得，使变电站重要设备实现远程监控，但是“四遥”系统在一定程度上会影响事故判断的准确性，使事故快速处理的能力下降，可能会影响排除故障的时间，影响用户使用及供电局的售电量和服务承诺。

目前，巡检机器人已在多个领域应用，它的应用领域市场前景越来越广，尤其是在电力行业，发挥着重要的作用，但国内电网大多数巡检机器人自由度低，仅能执行简单巡检任务。因此，需要提出一种新型的巡检机器人设计，能够更有效和可靠的进行变电巡检，减少工作量，特别是在恶劣天气及严重故障的情况下，降低工作人员安全风险。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高自由度变电巡检机器人，以克服现有技术存在的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种高自由度变电巡检机器人，包括：一底盘、固定于所述底盘两侧的履带式行走机构、固定于所述底盘上的主控制板、一第一连接件、一第一机械臂、一第二连接件、一第二机械臂、一第三连接件以及一高清摄像头；所述第一连接件与设置于所述底盘上的第一舵机的输出轴固定连接；所述第一机械臂的一端通过第二舵机以及第三舵机与所述第一连接件相连；所述第一机械臂的另一端与所述第二连接件相连，且所述第二连接件由第四舵机驱动；所述第二机械臂一端通过第五舵机与所述第二连接件相连；所述第二机械臂另一端通过第六舵机与所述第三连接件相连；所述高清摄像头通过第七舵机设置于所述第三连接件上；所述履带式行走机构通过设置所述底盘上的驱动电机驱动；所述主控制板包括第一微控制器以及第二微控制器；所述第一微控制器分别经第一至第七驱动电路连接至所述第一舵机至所述第七舵机；所述第一微控制器经第八驱动电路连接至所述驱动电机；所述第二微控制器与所述高清摄像头相连；所述第一微控制器通过串行通信电路与所述第二微控制器相连，且均连接至一wifi模块；所述wifi模块与一PC单元或一移动单元中的wifi模块匹配。

在本实用新型一实施例中，所述第一舵机固定设置于安装于所述底盘上的支撑台上；所述第二舵机以及所述第三舵机分别固定设置于所述第一连接件的两侧板上；所述第二舵机以及所述第三舵机的输出轴分别与所述第一机械臂的一端固定连接；所述第二连接件的一侧板铰接于所述第一机械臂的另一端；所述第四舵机设置于所述第一机械臂的另一端，且输出轴所述第二连接件相连；所述第五舵机设置于所述第二连接件的另一侧板上，且输出轴与所述第二机械臂一端固定连接；所述第六舵机固定设置于所述第二机械臂的另一端；所述第六舵机的输出轴与所述第三连接件固定连接；所述第七舵机固定设置于所述第三连接件上，且输出轴与所述高清摄像头固定相连。

在本实用新型一实施例中，所述第一至第七驱动电路均包括一脉宽调制电路；所述第八驱动电路包括依次相连的另一脉宽调制电路以及全桥驱动电路，该脉宽调制电路与所述第一微控处理器相连，所述全桥驱动电路与所述驱动电机相连。

在本实用新型一实施例中，所述履带式行走机构包括通过支架设置于所述底盘上且用于支撑履带的支撑轮以及与所述驱动电机输出轴相连且用于驱动所述履带的驱动轮。

在本实用新型一实施例中，所述第一微控制器为HT1765；所述第二微控制器为S3C2440AL。

在本实用新型一实施例中，所述主控制板还包括一12V铝电池；所述12V铝电池分别经第一LM2596至第七LM2596对应连接至所述第一舵机至所述第七舵机；所述12V铝电池依次经AMS1117-5以及AMS1117-3.3连接至所述第一微控制器；所述12V铝电池经TPS54231分别连接至所述第二微控制器以及所述高清摄像头；所述12V铝电池还与所述驱动电机相连。

在本实用新型一实施例中，所述主控制板还包括一位置传感器；所述位置传感器一端与所述AMS1117-5相连，另一端与所述第一微控制器相连。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供了一种高自由度的变电巡检机器人，该系统微控制器采用HT32F1765和S3C2440AL，通过将高自由度的机械臂与履带机构及高请CCD摄像头结合，通过对高自由度机械臂控制策略的改进优化，合理调整姿态，实现远程实时对变电设备的监控。该设计的突出优点是：（1）采用高自由度机械臂设计。通过一级舵机定位，二级舵机弥补误差，提高姿态定位的精确度。（2）采用基于高自由度机械臂的新型的解析算法，可提高系统响应速度和弥补定位误差。（3）通过将微两块控制器分别用于控制策略和信号传输，大大提高通信效率和减少功率损耗。（4）系统可拓展性强，运行稳定。

附图说明

图1是本实用新型中高自由度的变电巡检机器人的结构图。

图2是本实用新型中第一舵机以及第一连接件的仰视图。

图3是本实用新型中第二舵机以及第一机械臂的连接示意图。

图4是本实用新型中第三舵机以及第一机械臂的连接示意图。

图5是本实用新型中第四舵机、第五舵机以及第二连接件的连接示意图。

图6是本实用新型中第六舵机、第七舵机以及第三连接件的连接示意图。

图7是本实用新型中高自由度的变电巡检机器人的电路原理图。

【标号说明】：1-底盘；2-履带式行走机构；3-第一连接件；4-第一机械臂；41-第一机械臂的一驱动臂；42-第一机械臂的另一驱动臂；5-第二连接件；6-第二机械臂；7-第三连接件；8-高清摄像头；9-第一舵机；10-第二舵机；11-第三舵机；12-第四舵机；13-第五舵机；14-第六舵机；15-第七舵机。

具体实施方式

下面结合附图以及现有软件，对本实用新型的技术方案进行具体说明。在该说明过程中所涉及的现有软件均不是本实用新型保护的客体，本实用新型仅保护该装置的结构以及连接关系。

本实用新型提供一种高自由度变电巡检机器人，如图1所示，包括：一底盘1、固定于底盘两侧的履带式行走机构2、固定于底盘上的主控制板、一第一连接件3、一第一机械臂4、一第二连接件5、一第二机械臂6、一第三连接件7以及一高清摄像头8。

如图2所示，第一连接件3与设置于底盘上的第一舵机9的输出轴固定连接，第一舵机固定设置于安装于底盘上的支撑台上；第一舵机可驱动该机器人的上半部分机械装置旋转。

第一机械臂4的一端通过第二舵机10以及第三舵机11与第一连接件相连，第二舵机10以及第三舵机11分别固定设置于第一连接件3的两侧板上；第二舵机10以及第三舵机11的输出轴分别与第一机械臂4的一端固定连接；第二舵机10以及第三舵机11驱动第一机械臂转动。进一步的，如图3所示，第二舵机10的输出轴与第一机械臂中的一驱动臂41的一端相连，如图4所示，第三舵机11的输出轴与第一机械臂中的另一驱动臂42的一端相连。

第一机械臂4的另一端与第二连接件5相连，且第二连接件5由第四舵机12驱动；进一步的，如图1所示，第二连接件5的一侧板铰接于第一机械臂4的另一端；如图5所示，第四舵机12固定设置于第一机械臂4的另一端，且输出轴与第二连接件5相连；第二机械臂6一端通过第五舵机13与第二连接件5相连，第五舵机13设置于第二连接件的另一侧板上，且输出轴与第二机械臂6一端固定连接；通过第四舵机12驱动第二连接件5，进而驱动第二机械臂6。

如图6所示，第二机械臂6另一端通过第六舵机14与第三连接件7相连；高清摄像头8通过第七舵机15设置于第三连接件7上；第六舵机14固定设置于第二机械臂6的另一端；第六舵机14的输出轴与第三连接件7固定连接；第七舵机15固定设置于第三连接件7上，且输出轴与高清摄像头8固定相连。通过该第六舵机14驱动第三连接件7，进而驱动第七舵机15以及高清摄像头8转动。

履带式行走机构通过设置底盘上的驱动电机驱动；如图7所示，主控制板包括第一微控制器以及第二微控制器；第一微控制器分别经第一至第七驱动电路连接至第一舵机至第七舵机；第一微控制器经第八驱动电路连接至驱动电机；第二微控制器与高清摄像头相连；第一微控制器通过串行通信电路与第二微控制器相连，且均连接至一wifi模块；wifi模块与一PC单元或一移动单元中的wifi模块匹配。

进一步的，在本实施例中，进一步的，在本实施例中，如图7所示，第一至第七驱动电路均包括一脉宽调制电路；第八驱动电路包括依次相连的另一脉宽调制电路以及全桥驱动电路，该脉宽调制电路与第一微控处理器相连，全桥驱动电路与驱动电机相连。

进一步的，在本实施例中，履带式行走机构包括通过支架设置于底盘上且用于支撑履带的支撑轮以及与驱动电机输出轴相连且用于驱动履带的驱动轮。

进一步的，在本实施例中，第一微控制器为HT1765；第二微控制器为S3C2440AL。

进一步的，在本实施例中，主控制板还包括一12V铝电池；12V铝电池分别经第一LM2596至第七LM2596对应连接至第一舵机至第七舵机；12V铝电池依次经AMS1117-5以及AMS1117-3.3连接至第一微控制器；12V铝电池经TPS54231分别连接至第二微控制器以及高清摄像头；12V铝电池还与驱动电机相连。

进一步的，在本实施例中，主控制板还包括一位置传感器；位置传感器一端与AMS1117-5相连，另一端与第一微控制器相连。

进一步的，在本实施例中，该巡检机器人系统由多自由度机械臂、履带式机械底盘、高清CCD摄像头、采集显示电路以及远程数据传输模块构成，采用移动底盘结合高自由度的机械臂，可从各个角度实现对变电设备的监控，通过Wifi无线网络实现远程控制和图像采集。在机械臂纵轴上通过一级舵机定位、二级舵机修正误差，在横轴上通过最下端舵机进行旋转来定位。采用更换参考坐标轴的思路，以转轴为参考坐标轴，建立DQ0平面的解析方式，简化了一般机械臂空间解析步骤，提高了微控制器的效率，同时采用修正了误差。通过无线信号传输，可远程在PC端和手机端上控制巡检机器人工作。同时，采用HT32F1765和S3C2440AL微处理器，其中HT32F1765用于处理传感器信号及控制算法，S3C2440AL微处理器用于传输图像和控制信息，两单片机之间通过串口通信，协同工作，提高了系统整体的稳定性。通过独立的开关电源带隔离设计给每个单元供电，使得整个系统在发生局部故障时，能够不影响到其他功能，降低了维修成本和运行的可靠性。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种高自由度变电巡检机器人，其特征在于：一底盘、固定于所述底盘两侧的履带式行走机构、固定于所述底盘上的主控制板、一第一连接件、一第一机械臂、一第二连接件、一第二机械臂、一第三连接件以及一高清摄像头；所述第一连接件与设置于所述底盘上的第一舵机的输出轴固定连接；所述第一机械臂的一端通过第二舵机以及第三舵机与所述第一连接件相连；所述第一机械臂的另一端与所述第二连接件相连，且所述第二连接件由第四舵机驱动；所述第二机械臂一端通过第五舵机与所述第二连接件相连；所述第二机械臂另一端通过第六舵机与所述第三连接件相连；所述高清摄像头通过第七舵机设置于所述第三连接件上；所述履带式行走机构通过设置所述底盘上的驱动电机驱动；所述主控制板包括第一微控制器以及第二微控制器；所述第一微控制器分别经第一至第七驱动电路连接至所述第一舵机至所述第七舵机；所述第一微控制器经第八驱动电路连接至所述驱动电机；所述第二微控制器与所述高清摄像头相连；所述第一微控制器通过串行通信电路与所述第二微控制器相连，且均连接至一wifi模块；所述wifi模块与一PC单元或一移动单元中的wifi模块匹配。

2.根据权利要求1所述的一种高自由度变电巡检机器人，其特征在于：所述第一舵机固定设置于安装于所述底盘上的支撑台上；所述第二舵机以及所述第三舵机分别固定设置于所述第一连接件的两侧板上；所述第二舵机以及所述第三舵机的输出轴分别与所述第一机械臂的一端固定连接；所述第二连接件的一侧板铰接于所述第一机械臂的另一端；所述第四舵机设置于所述第一机械臂的另一端，且输出轴所述第二连接件相连；所述第五舵机设置于所述第二连接件的另一侧板上，且输出轴与所述第二机械臂一端固定连接；所述第六舵机固定设置于所述第二机械臂的另一端；所述第六舵机的输出轴与所述第三连接件固定连接；所述第七舵机固定设置于所述第三连接件上，且输出轴与所述高清摄像头固定相连。

3.根据权利要求1所述的一种高自由度变电巡检机器人，其特征在于：所述第一至第七驱动电路均包括一脉宽调制电路；所述第八驱动电路包括依次相连的另一脉宽调制电路以及全桥驱动电路，该脉宽调制电路与所述第一微控处理器相连，所述全桥驱动电路与所述驱动电机相连。

4.根据权利要求1所述的一种高自由度变电巡检机器人，其特征在于：所述履带式行走机构包括通过支架设置于所述底盘上且用于支撑履带的支撑轮以及与所述驱动电机输出轴相连且用于驱动所述履带的驱动轮。

5.根据权利要求1所述的一种高自由度变电巡检机器人，其特征在于：所述第一微控制器为HT1765；所述第二微控制器为S3C2440AL。

6.根据权利要求1所述的一种高自由度变电巡检机器人，其特征在于：所述主控制板还包括一12V铝电池；所述12V铝电池分别经第一LM2596至第七LM2596对应连接至所述第一舵机至所述第七舵机；所述12V铝电池依次经AMS1117-5以及AMS1117-3.3连接至所述第一微控制器；所述12V铝电池经TPS54231分别连接至所述第二微控制器以及所述高清摄像头；所述12V铝电池还与所述驱动电机相连。

7.根据权利要求6所述的一种高自由度变电巡检机器人，其特征在于：所述主控制板还包括一位置传感器；所述位置传感器一端与所述AMS1117-5相连，另一端与所述第一微控制器相连。