CN210266515U - 一种变电站巡检机器人云台系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变电站巡检机器人云台系统，包括云台以及用以调节所述云台的水平角度的可调节支架，所述云台在所述可调节支架的中部安装固定，所述云台下侧设有控制箱，所述控制箱与所述可调节支架通过用以调节所述可调节支架的竖直高度的升降装置相连，所述云台、所述可调节支架以及所述控制箱设有多个用以供传感器连接的接口。上述变电站巡检机器人云台系统能够适配多种传感器，通过可调节支架以及升降装置实现水平角度与竖直高度的运动控制，易于获取准确的观测信息，精确诊断设备故障，真正实现代替人工的智能巡检，增大变电站巡检机器人在电力行业的应用。

Description

一种变电站巡检机器人云台系统

技术领域

本实用新型涉及变电站巡检机器人技术领域，特别涉及一种变电站巡检机器人云台系统。

背景技术

近年来，变电站智能化的步伐也不断加快，系统也不断的升级，与此同时变电站日常安全维护的要求也越来越高。智能巡检机器人的出现为降低工作人员劳动强度、保障其人身安全提供了新的途径。

变电站中智能巡检机器人大部分工作于室外变电站，替代值班人员进行变电站设备巡视检查。智能机器人一般配备有红外热像仪接口、可见光摄像机接口、距离传感器等装置，通过自主工作或者人工遥控方式，实现每一时刻对高压变电设备进行巡测，实时发现异物、损坏、发热、漏油等内部、外部机械以及电气故障，精确的上传变电设备故障隐患和故障预警等诊断分析的相关信息，全面提升变电站安全运行可靠性。但是，现有的变电站巡检机器人主要存在两个问题：第一，云台系统的结构比较简单，信息采集装置电气接口较少，适配传感器的种类单一，造成采集的信息误差度较高；第二，云台系统不能够升降，测量点较低，观测不便，容易造成测量误差，降低了变电站巡检机器人在电力行业的可用性。

因此，如何能够提供一种适配多种传感器、运动控制精度高且可升降的变电站巡检机器人云台系统是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种变电站巡检机器人云台系统，能够适配多种传感器，通过可调节支架以及升降装置实现水平角度与竖直高度的运动控制，易于获取准确的观测信息，精确诊断设备故障，真正实现代替人工的智能巡检，增大变电站巡检机器人在电力行业的应用。

为实现上述目的，本实用新型提供一种变电站巡检机器人云台系统，包括云台以及用以调节所述云台的水平角度的可调节支架，所述云台在所述可调节支架的中部安装固定，所述可调节支架与用以调节所述可调节支架的竖直高度的升降装置相连，所述升降装置在用以控制所述可调节支架与所述升降装置的运动的控制箱安装固定，所述云台、所述可调节支架以及所述控制箱设有多个用以供传感器连接的接口。

优选地，所述可调节支架包括竖杆、伸缩杆以及用以安装固定所述云台的承重杆，所述伸缩杆的内端与所述承重杆相连且可相对所述承重杆水平运动，所述竖杆设于所述伸缩杆的外端且竖直向上延伸，所述竖杆的上侧设有所述接口。

优选地，所述竖杆的数量为两个，所述伸缩杆的数量为两个，两个所述伸缩杆分别设于所述承重杆的水平两端，两个所述竖杆分别设于所述伸缩杆的外端，两个所述竖杆的上侧分别设有可见光摄像机接口和红外热像仪接口。

优选地，所述承重杆与所述升降装置通过用以带动所述承重杆在水平方向360°旋转的第一转向装置相连，所述竖杆与所述伸缩杆通过用以带动所述竖杆在水平方向360°旋转的第二转向装置相连。

优选地，所述竖杆上侧设有用以调节所述可见光摄像机接口以及所述红外热像仪接口的俯仰角度的第三转向装置，所述可见光摄像机接口以及所述红外热像仪接口分别在所述第三转向装置安装固定。

优选地，所述升降装置包括在所述控制箱上侧安装固定的支座以及用以相对所述支座竖直运动的伸缩臂，驱动电机通过齿轮机构带动所述伸缩臂运动。

优选地，所述伸缩杆上侧设有与所述伸缩杆连接的支撑杆，所述支撑杆设有用以减震的弹簧，所述弹簧外侧设有外壳。

优选地，所述云台前侧设有视觉传感器接口，所述控制箱上侧设有声音采集器接口、温度传感器接口、风力测量仪接口、湿度传感器接口以及烟雾传感器接口，所述控制箱前侧设有多个指示灯、激光传感器接口以及超声波传感器接口。

优选地，所述控制箱内部设有用以控制所述可调节支架与所述升降装置的运动的控制单元以及分别与所述控制单元相连的通信单元以及供电单元，所述控制箱外部设有与所述通信单元连接的天线。

优选地，所述控制单元与所述通信单元通过RS-总线双向连接，所述控制单元与所述供电单元、所述可调节支架以及所述升降装置通过所述RS-总线相连，所述控制单元与所述接口通过CAN总线相连。

相对于上述背景技术，本实用新型所提供的变电站巡检机器人云台系统包括云台以及用以调节云台的水平角度的可调节支架，云台在可调节支架的中部安装固定，可调节支架与用以调节可调节支架的竖直高度的升降装置相连，升降装置在用以控制可调节支架与升降装置的运动的控制箱安装固定，在云台、可调节支架以及控制箱均设有多个用以供传感器连接的接口，上述变电站巡检机器人云台系统通过可调节支架以实现云台的安装固定与水平角度的调节，通过升降装置以实现可调节支架与云台的竖直高度的调节，通过控制箱以实现可调节支架与升降装置的运动的控制，通过设于云台、可调节支架以及控制箱的接口以实现多个传感器的连接，该变电站巡检机器人云台系统运动控制精度高且适配多种传感器，在进行检测时，调整可调节支架的竖直高度与水平角度，使得传感器尽可能准确的靠近并观察被测量的设备，能够准确获取设备的观测信息并精确诊断故障，真正实现代替人工的智能巡检，增大变电站巡检机器人在电力行业的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的变电站巡检机器人云台系统的结构示意图；

图2为图1中可调节支架的结构示意图。

其中：

1-可见光摄像机接口、2-竖杆、3-云台、4-视觉传感器接口、5-承重杆、6-红外热像仪接口、7-第二转向装置、8-伸缩杆、9-第一转向装置、10-缓震装置、11-升降装置、12-支座、13-声音采集器接口、14-天线、15-辅助装置、16-指示灯、17-控制箱、18-激光传感器接口、19-超声波传感器接口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，其中，图1为本实用新型实施例提供的变电站巡检机器人云台系统的结构示意图，图2为图1中可调节支架的结构示意图。

在第一种具体的实施方式中，本实用新型提供的变电站巡检机器人云台系统包括云台3以及可调节支架，云台3安装固定在可调节支架的中部，可调节支架调节云台3的水平角度，可调节支架与升降装置11相连，升降装置11调节可调节支架以及可调节支架上的云台3的竖直高度，升降装置11安装固定在控制箱17上，控制箱17控制可调节支架与升降装置11的运动，云台3、可调节支架以及控制箱17设有多个用以供传感器连接的接口。

在本实施例中，通过多个接口的设置以实现多种传感器的适配，利用可调节支架与升降装置11以实现该变电站巡检机器人云台系统的精确运动控制以及升降功能。在进行检测时，控制箱17控制可调节支架运动调节水平角度、控制升降装置11调节竖直高度，综合调节以改变与接口连接的传感器的位置与姿态，使得传感器尽可能准确的靠近并观察被测量的设备，能够准确获取设备的观测信息并精确诊断故障，真正实现代替人工的智能巡检，增大变电站巡检机器人在电力行业的应用。

在另一种具体的实施方式中，可调节支架还具有水平伸长的功能。具体而言，可调节支架包括承重杆5、相对承重杆5水平运动的伸缩杆8以及竖直向上延伸并用以设置接口的竖杆2。其中，云台3安装固定在承重杆5上侧，伸缩杆8的内端与承重杆5相连并相对承重杆5水平运动也即水平伸缩，竖杆2设于伸缩杆8的外端并竖直向上延伸，在竖杆2的上侧设有用以供传感器连接的接口。

示例性的，伸缩杆8可选择性的与承重杆5以套接的形式连接在一起，承重杆5为空心套筒并套接可相对滑动的伸缩杆8，以满足伸缩杆8相对承重杆5水平运动的需要；同样的，伸缩杆8可选择性的与承重杆5以轨道连接的形式连接在一起，伸缩杆8的侧壁设置滑轨，承重杆5的侧壁设置用以供滑轨滑动的滑槽，滑轨相对滑槽滑动方向的周向在滑槽中限位固定，以满足伸缩杆8相对承重杆5水平运动的需要。

在本实施例中，通过可调节支架以及升降装置11的运动以调节水平角度与竖直高度，进一步通过可调节支架的伸缩杆8相对承重杆5向外伸缩的运动以调节与接口连接的传感器与被测设备的靠近距离，确保能够得到准确的观测信息，降低测量误差，提高测量精度。

为了更好的技术效果，竖杆2的数量为两个，伸缩杆8的数量为两个，两个伸缩杆8分别设于承重杆5的水平两端，两个竖杆2分别设于两个伸缩杆8的外端，两个竖杆2的上侧分别设有可见光摄像机接口1和红外热像仪接口6。在测量时，可根据实际测量需要调节可调节支架的水平角度，并调节伸缩杆8的向外伸缩量，以满足与可见光摄像机接口1或红外热像仪接口6连接的传感器的观测任务，确保准确有效。

示例性的，承重杆5与升降装置11通过第一转向装置9相连，竖杆2与伸缩杆8通过第二转向装置7相连。在本实施例中，利用第一转向装置9使得承重杆5在水平方向360°旋转，利用第二转向装置7使得竖杆2在水平方向360°旋转。

为了更好的技术效果，竖杆2上侧设有用以调节可见光摄像机接口1以及红外热像仪接口6的俯仰角度的第三转向装置，可见光摄像机接口1以及红外热像仪接口6分别在对应位置的第三转向装置处安装固定。

在本实施例中，通过调节升降装置11以满足对不同高度位置的多点测量，通过承重杆5在水平方向的转动以及伸缩杆8相对承重杆5的向外伸缩以满足尽量靠近被测量设备，进一步通过竖杆2在水平方向的转动以及可见光摄像机接口1和红外热像仪接口6的俯仰角度的调节以满足可见光摄像机接口1和红外热像仪接口6对被测设备的准确观测。

具体而言，变电站巡检机器人由于到受运动控制精度、导航停靠精度的影响，停靠在设定位置对设备进行检测时，机器人每次面向目标时都略有不同，需要调整可调节支架的型态，使各个传感器尽可能准确地观测到被测量的设备，当观测距离较远时，伸缩杆8动作，靠近被测设备，第二转向装置7动作，调整到合适的观测角度，使传感器的检测结果更加准确。

需要说明的是，诸如第一转向装置9、第二转向装置7以及第三转向装置不属于本实用新型的核心改进点，其具体结构请参照现有技术，这里不再赘述。

除此以外，升降装置11包括在控制箱17上侧安装固定的支座12以及用以相对支座12竖直运动的伸缩臂，驱动电机通过齿轮机构带动伸缩臂运动；伸缩杆8上侧设有用以减弱振动幅度的缓震装置10，缓震装置10包括与伸缩杆8连接的支撑杆，支撑杆设有弹簧，弹簧外侧设有外壳，外壳为金属环形外壳。

在另一种具体的实施方式中，云台3前侧设有视觉传感器接口4，控制箱17上侧设有声音采集器接口13以及辅助装置15，辅助装置15包括温度传感器接口、风力测量仪接口、湿度传感器接口以及烟雾传感器接口等，控制箱17前侧设有多个指示灯16、激光传感器接口18以及超声波传感器接口19。

在本实施例中，控制箱17内部设有用以控制可调节支架与升降装置11的运动的控制单元、通信单元以及供电单元，控制单元分别与通信单元和供电单元相连，控制箱17外部设有与通信单元连接的天线14。

示例性的，控制单元与通信单元通过RS-485总线双向连接，控制单元与供电单元、可调节支架以及升降装置11通过RS-485总线相连，控制单元与接口通过CAN总线相连。通信单元加入无线信号中断保护功能，采用握手信号方式设置中断超时功能，若中断超时则立即执行返航，直到检测到通信信号恢复，原地停止等待下一步操作指令，从而极大程度提高了系统的可靠性。

具体而言，温度传感器接口、风力测量仪接口、湿度传感器接口以及烟雾传感器接口作为测量环境信息的辅助装置15与控制单元通过CAN总线相连，可见光摄像机接口1、红外热像仪接口6、超声波传感器接口19、视觉传感器接口4、激光传感器接口18以及声音采集器接口13作为测量设备信息的信息采集装置与控制单元通过CAN总线相连。

CAN总线具有数据通信实时性强，各个节点通信自由，结构简单，传输距离远，传输速度快的特点，可以较好地把数据传输给控制单元进行处理。可调节支架以及升降装置11等运动执行机构通过RS-485总线与控制单元连接，RS-485总线具有屏蔽层，抗干扰能力强，数据传输快，控制单元可以快速控制各运动执行机构，实现更好的巡检效果。

其中，视觉传感器接口4连接立体视觉传感器，用于前方故障的位置、形状、尺寸进行定位，同时对变电站内部环境进扫描分析，回传控制单元。

可见光摄像机接口1连接可见光摄像机，能直接对变电站设备外观、刀闸分合状态及仪表指示等进行辨识检测，通过CAN总线实时回传控制单元，通过通信单元使得视频能够及时上传到远方控制主站。

红外热像仪接口6连接红外热像仪，对变电站设备的主体及其各个开关触头、母线连接头等设施的温度进行准确地观测和监控，通过CAN总线实时回传控制单元，同时控制单元采用设备温升分析、设备间三相温升对比分析、设备温度历史数据变化趋势分析等手段，实现变电站巡检机器人对设备温度智能分析和梳理，当设备的温升达到警戒时，控制单元进行自主判断和自动报警。

声音采集器接口13连接声音采集传感器可以收集变电站环境噪声，当环境噪声大于70分贝时，控制单元的声音采集程序启动，声音采集器开始记录下环境噪声，储存在变电站巡检机器人本地数据库中，同时上传控制单元，控制单元进行全面的分析处理，再与之前记录到的故障声波进行比对，根据对比的结果，判断是环境噪声还是变电站故障，以及变电站具体的故障位置。声音采集启动程序的参数可以通过控制单元或远方控制主站进行设定，根据需要设置合理的参数。

辅助装置15中，连接温度传感器接口的温度传感器和连接风力测量仪接口的风力传感器主要测量无人变电站的当地的环境温度和风力大小，连接湿度传感器接口的湿度传感器测量环境空气中的湿度信息，烟雾传感器接口连接烟雾传感器，检测变电站是否有火情的风险，当检测到烟雾信息后，上传控制单元，控制单元发出警报。控制单元接收到辅助装置15回传的信息，综合处理选择合适的工作模式。

在本实施例中，通过控制单元与通信单元通过RS-485总线双向连接，实时接收来自远方控制主站的信息，并发送当前的运行状态。除此以外，控制单元根据信息采集装置回传的各种数据及影像信息以及变电站巡检机器人精确的位置信息，将数据进行分析和处理，同时根据来自远方控制主站的巡检命令以及变电站巡检机器人远程遥控操作的控制指令，控制伸缩杆8的水平伸缩，以及第一转向装置9、第二转向装置7和第三转向装置的转动，调节升降装置11中驱动电机的转向和转速以实现升降控制。控制单元还可以将采集的巡检数据(视频、传感器数据)、状态信息(变电站巡检机器人运行状态、变电站设备运行状态)、各种任务信息(任务指令、遥操作指令、运行操作日志)备份到本地数据库，或者回传远方控制主站。

为了进一步说明该变电站巡检机器人云台系统的工作过程，现给出采用该变电站巡检机器人云台系统的变电站巡检机器人的工作步骤，如下：

第一步，变电站巡检机器人云台系统接受到远方控制主站的巡检命令，控制单元启动，主巡检程序对云台系统进行自检，同时信息采集装置的各传感器进行各自系统的自检，当出现报错时，控制单元发出警报，并上报远方控制主站。

第二步，变电站巡检机器人自检正常，导航定位系统启动，确定变电站巡检机器人当前所在的位置，上报控制单元，同时可见光摄像机接口1、超声波传感器接口19和视觉传感器接口4优先启动连接，与接口连接的各传感器对变电站巡检机器人周边的环境进行探测，信息上传至控制单元。

第三步，控制单元确定环境正常后，变电站巡检机器人按照预定的线路进行巡检，到达巡检区域后，红外热像仪接口6、声音采集器接口13和激光传感器接口18启动连接，控制单元实时接收与接口连接的各传感器回传的信息，进行自动识别分析处理储存，并通过通信单元无线传输给方控制主站。

第四步，各子系统按照设定的程序工作，控制单元将接收到的信息与程序中的阈值或历史记录进行比较，当某项数据超出正常的范围后，控制单元进行报警操作，记录下异常数据，并传送给远方控制主站。

第五步，变电站巡检机器人巡检结束后，控制单元自主充电程序启动，充电结束后，变电站巡检机器人返回到起始的位置，处于待机状态，等待下一次巡检。

综上，该变电站巡检机器人云台系统运用多种传感器实现变电站巡检机器人高精度的导航定位和路径规划等功能，精确诊断设备故障，实时上报远方控制主站，高效的执行变电站巡检计划，实现在全时段、多角度的使用。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型所提供的变电站巡检机器人云台系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，包括云台(3)以及用以调节所述云台(3)的水平角度的可调节支架，所述云台(3)在所述可调节支架的中部安装固定，所述可调节支架与用以调节所述可调节支架的竖直高度的升降装置(11)相连，所述升降装置(11)在用以控制所述可调节支架与所述升降装置(11)的运动的控制箱(17)安装固定，所述云台(3)、所述可调节支架以及所述控制箱(17)设有多个用以供传感器连接的接口。

2.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，所述可调节支架包括竖杆(2)、伸缩杆(8)以及用以安装固定所述云台(3)的承重杆(5)，所述伸缩杆(8)的内端与所述承重杆(5)相连且可相对所述承重杆(5)水平运动，所述竖杆(2)设于所述伸缩杆(8)的外端且竖直向上延伸，所述竖杆(2)的上侧设有所述接口。

3.根据权利要求2所述的变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，所述竖杆(2)的数量为两个，所述伸缩杆(8)的数量为两个，两个所述伸缩杆(8)分别设于所述承重杆(5)的水平两端，两个所述竖杆(2)分别设于所述伸缩杆(8)的外端，两个所述竖杆(2)的上侧分别设有可见光摄像机接口(1)和红外热像仪接口(6)。

4.根据权利要求3所述的变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，所述承重杆(5)与所述升降装置(11)通过用以带动所述承重杆(5)在水平方向360°旋转的第一转向装置(9)相连，所述竖杆(2)与所述伸缩杆(8)通过用以带动所述竖杆(2)在水平方向360°旋转的第二转向装置(7)相连。

5.根据权利要求4所述的变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，所述竖杆(2)上侧设有用以调节所述可见光摄像机接口(1)以及所述红外热像仪接口(6)的俯仰角度的第三转向装置，所述可见光摄像机接口(1)以及所述红外热像仪接口(6)分别在所述第三转向装置安装固定。

6.根据权利要求2所述的变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，所述升降装置(11)包括在所述控制箱(17)上侧安装固定的支座(12)以及用以相对所述支座(12)竖直运动的伸缩臂，驱动电机通过齿轮机构带动所述伸缩臂运动。

7.根据权利要求6所述的变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，所述伸缩杆(8)上侧设有与所述伸缩杆(8)连接的支撑杆，所述支撑杆设有用以减震的弹簧，所述弹簧外侧设有外壳。

8.根据权利要求1至7任一项所述的变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，所述云台(3)前侧设有视觉传感器接口(4)，所述控制箱(17)上侧设有声音采集器接口(13)、温度传感器接口、风力测量仪接口、湿度传感器接口以及烟雾传感器接口，所述控制箱(17)前侧设有多个指示灯(16)、激光传感器接口(18)以及超声波传感器接口(19)。

9.根据权利要求1至7任一项所述的变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，所述控制箱(17)内部设有用以控制所述可调节支架与所述升降装置(11)的运动的控制单元以及分别与所述控制单元相连的通信单元以及供电单元，所述控制箱(17)外部设有与所述通信单元连接的天线(14)。

10.根据权利要求9所述的变电站巡检机器人云台系统，其特征在于，所述控制单元与所述通信单元通过RS-485总线双向连接，所述控制单元与所述供电单元、所述可调节支架以及所述升降装置(11)通过所述RS-485总线相连，所述控制单元与所述接口通过CAN总线相连。

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