CN220481726U - 一种悬挂式轨道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种悬挂式轨道巡检机器人，包括机器人本体和轨道系统，机器人本体包括机身、横向行走机构、升降运动机构、位置监测模块、检测组件和控制模块，横向行走机构包括驱动轮、导向轮组和横行电机，驱动轮紧贴导轨，导向轮组支撑在轨道上，横行电机与驱动轮连接；升降运动机构包括伸缩臂和升降电机，检测组件包括摄像机和云台，云台与伸缩臂的下端连接，摄像机装于云台上；横向行走机构、升降运动机构、位置监测模块和检测组件均与控制模块连接。本申请将机器人本体挂在轨道上，可实现无障碍行走，从而定点对变电设备的元件进行功能巡检，其可代替人工巡检，大幅降低了运行人员的劳动强度，提升了巡检效率和巡检质量。

Description

一种悬挂式轨道巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种悬挂式轨道巡检机器人。

背景技术

变电站是电力系统的重要组成部分，变电设备可靠运行对保障电力系统安全稳定运行有着重要意义。对变电设备进行巡检、及时发现设备缺陷隐患并消缺是保障电网安全稳定运行、提高供电可靠性的常规基础工作。目前电网企业普遍采用人工方式，通过运检人员对变电设备进行定期巡检或特殊巡检。人工巡检作业需要运行人员近距离看、听、闻、嗅，作业时需携带大量的检测仪器，存在劳动强度大、工作效率低、人身安全无保障、人机工效差等问题，同时受运行人员素质、恶劣气候条件影响，巡检质量不稳定，管理成本高，容易产生漏判、误判。

实用新型内容

本申请为了解决上述技术问题提供一种悬挂式轨道巡检机器人。

本申请通过下述技术方案实现：

一种悬挂式轨道巡检机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括机身、横向行走机构、升降运动机构、位置监测模块、检测组件和控制模块，横向行走机构包括驱动轮、导向轮组和横行电机，驱动轮用于紧贴导轨，导向轮组用于支撑在轨道上，横行电机与驱动轮连接用于带动驱动轮旋转；升降运动机构包括伸缩臂和升降电机，伸缩臂上端与机身连接，升降电机与伸缩臂连接用于带动伸缩臂进行伸缩运动；位置监测模块用于监测机器人本体的位置，检测组件包括摄像机和云台，云台与伸缩臂的下端连接，摄像机装于云台上；所述横向行走机构、升降运动机构、位置监测模块和检测组件均与控制模块连接。

可选的，所述检测组件还包括红外热像仪、烟雾报警传感器、场强检测仪、紫外检测仪中的至少一个。

其中，一种悬挂式轨道巡检机器人还包括轨道系统，轨道系统包括轨道，所述驱动轮紧贴轨道的外侧面，导向轮组支承在轨道上。

可选的，所述轨道为开口朝下的C型轨道，C型轨道内部两侧有与导向轮适配的轮槽，导向轮组安装在轨道内侧的轮槽中。

可选的，一种悬挂式轨道巡检机器人还包括集电装置，所述集电装置包括滑触线和一组电刷头，所述滑触线安装在轨道的外侧面，所述一组电刷头与机器人本体连接；所述一组电刷头可操作地与滑触线接触。

可选的，所述位置监测模块包括前激光测距传感器、侧面激光测距传感器和升降激光测距传感器。

可选的，所述摄像机为高清工业级红外双目摄像机。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

通过安装吊顶轨道，将机器人本体挂在轨道上，可实现无障碍行走，从而定点对变电设备的元件进行功能巡检，其可代替人工巡检，大幅降低了运行人员的劳动强度，提升了巡检效率和巡检质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请实施方式的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施方式的限定。

图1是实施例中机器人本体的三维图；

图2是实施例中机器人本体的内部示意图；

图3是实施例中悬挂式轨道巡检机器人的三维图；

图4是实施例中悬挂式轨道巡检机器人的侧视图；

图5是实施例中悬挂式轨道巡检机器人的横向行走机构与轨道系统配合处的示意图；

图6是实施例中悬挂式轨道巡检机器人的轨道系统与吊装组件连接处的示意图；

图7是实施例中升降运动控制的原理图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-图4所示，本实施例公开的悬挂式轨道巡检机器人，包括机器人本体、轨道系统和集电装置3。

机器人本体包括机身、横向行走机构1、升降运动机构2、位置监测模块、检测组件和控制模块，横向行走机构1、升降运动机构2、集电装置3、位置监测模块和检测组件均与控制模块连接。

横向行走机构1包括驱动轮11、导向轮组12和横行电机13。驱动轮11用于紧贴导轨，导向轮组12用于支撑在轨道上，以支撑整个机器人在轨道上的平滑行驶，横行电机13与驱动轮11连接，用于拖动驱动轮11行驶。

值得说明的是，导向轮组12的数量根据需要合理设置。优选地，导向轮组12沿纵向设有4个，每组有左右两个导向轮。

本实施例采用摩擦轮传动副，相较于齿轮齿条传动，具有良好的的防过载性能，同时可提高设备的运行稳定性。

在一种可能的设计中，横行电机13采用直流电机，具有良好的起动和调速性能，调速范围广且平滑，过载能力较强，受电磁干扰影响小。

可选的，升降运动机构2包括伸缩臂21和升降电机22，升降电机22装于机身上，伸缩臂21上端与机身连接，下端为自由端。

检测组件可根据实际业务需求设置，例如红外热像仪、可见光摄像机、烟雾报警传感器、场强检测仪和紫外检测仪等中的一个或多个。

在一种可能的设计中，检测组件包括摄像机51和云台52，云台52与伸缩臂21的下端连接，摄像机51装于云台52上，可360°连续转动，实现全方位巡检监控；横向行走机构1和升降运动机构2可实现摄像机51的垂直移动、水平移动，增加了的监视的范围和精度。

优选地，摄像机51选用200万高清1080P高清工业级红外双目摄像机，可实现配电房、开关室内实时移动视频监控；红外测温功能，实时监测设备温度状态。机器人可同时搭载的高亮红外探照灯补光，以实现有效照明，采集可见光视频。

可选的，位置监测模块包括前激光测距传感器41、侧面激光测距传感器42和升降激光测距传感器43，通过前激光测距传感器41、侧面激光测距传感器42可实时获取轨道巡检机器人横向、纵向实时位置，通过升降激光测距传感器43可获取摄像机的高度位置。

在一种可能的设计中，伸缩臂21包括多个套管以及相应的连接套，连接套安装在套管的下端外壁上；连接套上具有台阶，或者套管的内壁设置有台阶；套管的外壁设置有凸块；各套管逐层嵌套，内层套管可沿外层套管移动；伸长时，内层套管的凸块接触外层套管的连接套上的台阶后，或者接触外层套管内壁上的台阶后，带动外层套管移动；收缩时，内层套管的连接套接触外层套管的连接套后，带动外层套管移动。升降电机22通过传动带将转动力传递给伸缩臂21的伸缩部分.当升降电机22启动时，电动马达通过减速器将旋转力传递给传动带，使伸缩臂的伸缩部分相应地伸展或收缩。控制系统可以监测和调节伸缩长度，使伸缩臂达到所需的位置，如图7所示。

本实施例升降运动机构2采用多级套管升降，能够在有限空间内伸长到需求的长度，实现了有序垂直升降移动、加减速控制及预置位、自动巡航及报警等功能。

可选的，升降电机22采用滚筒式电机。本实施例的升降运动机构2采用滚筒式电机+竹节式结构，可大幅度降低设备尺寸和重量。

如图3、图4所示，集电装置3包括滑触线32和并排安装的一组电刷头31，悬挂式轨道巡检机器人直行时两电刷平面同时与滑触线32接触，实现了不间断供电。

其中，轨道系统包括轨道61，驱动轮11紧贴轨道61的左外侧面，导向轮组12支承在轨道61上，以支撑整个机器人在轨道上的平滑行驶；滑触线32安装在轨道61的右外侧面。

在一种可能的设计中，如图5所示，轨道61为开口朝下的C型轨道，C型轨道内部两侧有与导向轮适配的轮槽，导向轮组12安装在轨道61内侧的轮槽中，轨道61的导向轮接触面形成半封闭空间，不易堆积灰尘，同时驱动轮摩擦面设置在轨道61侧面的垂直面上，同样稳定可靠。

在一种可能的设计中，轨道61采用高强度铝合金材料制作的直轨拼接吊顶安装而成。

在一种可能的设计中，该轨道61通过可调节的吊装组件来固定安装，从而保证轨道安装高度适宜且水平。

如图6所示，吊装组件主要包括吊顶固定构件62和可调节高度构件63，吊顶固定构件62通过拉爆螺丝将其固定在室内天花板上，通过调整可调节高度构件63可使轨道安装高度满足挂轨机器人运行要求，通过调整水平调节底座的调节螺杆两端螺母可调节轨道水平。机器人轨道两端还安装由限位机构，限位机构包括限位开关，限位开关安装在轨道的两端，与轨道接触的机器人控制箱的后表面装有限位开关挡块，限位开关挡块与限位开关配合使用防止异常断电所带来的碰撞。

在一种可能的设计中，控制模块采用可编程逻辑控制器，能适应配电室较为恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种控制形式；系统构成灵活，扩展容易，可实现轨道巡检机器人开关量、模拟量的控制和连续过程的PID回路控制，同时能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化，另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。优选地，采用国产艾莫迅CPU224晶体管型PLC，具备以太网通讯、串口通讯功能，同时集成模拟量输入输出接口。

当然，悬挂式轨道巡检机器人还包括通讯组件和电源系统。

在一种可能的设计中，通讯组件主要包括载波终端机、传输线路和耦合设备，其中耦合装置包括线路阻波器、耦合电容器、结合滤波器和高频电缆HFC，与传输线路一起组成电力线高频通道。传输线路既传输电能又传输高频信号，载波终端机是通信系统的主要组成部分，主要实现调制和解调，即在发端将音频搬迁到高频段传输线载波通信频率，完成频率迁移，载波机性能好坏直接影响传输线载波通信系统的质量。耦合电容器和结合滤波器组成了一个带通滤波器，其作用是通过高频载波信号，并阻止电力线上的工频高压和工频电流进入载波设备，确保人身、设备安全。结合滤波器与耦合电容器一起组成的结合设备，在电力线和高频电缆之间传输载波信号，可以实现线路侧和载波侧的阻抗匹配。线路阻波器串接在电力线路和母线之间，是对电力系统一次设备的“加工”，其作用是通过电力电流、阻止高频载波信号漏到变压器和电力线分支线路等电力设备，以减小变电站和分支线路对高频信号的介入损耗及同一母线不同电力线路上高频通道。

本实施例通讯采用基于电力电缆的网络通讯方式，在导轨电缆上实现500兆带宽的网络通讯，轨道巡检机器人系统的监测数据经通过电力专网将数据传输至站内远程监控平台。

横向行走机构1、升降运动机构2、集电装置3、位置监测模块、检测组件和控制模块均装于机身上，机身利用轮式结构在轨道系统上行驶，利用激光传感器测距，以实现精确定点停靠功能；机器人根据巡检任务自动定点停靠在巡检目标前，伸缩臂21自动伸缩控制云台52高度，云台52自动调整角度后对焦进行可见光图片、红外测温图片拍摄及局部信息采集。

使用时，通过在变电站设备室内安装吊顶轨道，将机器人挂轨在该轨道61上实现无障碍行走，从而定点对变电设备的空气开关、压板指示灯把手、表计、端子排、套管﹑接线掌﹑高压柜等设备元件进行图像识别、红外测温﹑局部信息采集等功能巡检。该室内悬挂式轨道巡检机器人可代替人工巡检，大幅降低了运行人员的劳动强度，提升了巡检效率和巡检质量，可智能诊断设备隐患并预警变电运行人员进行消缺，确保变电设备安全可靠运行。

本实施例的轨道巡检机器人采用轨道移动方式，搭载高清+红外双目摄像机，实现实时监控与红外热成像诊断。

实际应用时，还有配套的软件，通过搭载变电站智能巡检系统开关状态识别、表计读数、温度识别、异常状态识别等算法，使用户实时掌控电力环境，并通过智能巡检系统实现对巡检机器人的控制，数据接入、存储、统计、周期性任务、以及巡检报告生成等功能。软件算法的实现是本领域的常规技术，此处不再赘述。

本申请可最大限度的提供可移动视频监控的智能化模式，通过对接变电站智能巡检系统，可与摄像机同步实现预置位、巡航线功能，实现视频监控系统集中管理控制的模式。轨道巡检机器人具有定路径巡检、指定点巡检、遥控巡检、高清可见光实时视频监控、红外测温、巡检报表等功能，以自主或遥控的方式，在无人值守的环境中替代人工执行巡检任务，使用方便。

以上的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种悬挂式轨道巡检机器人，包括机器人本体，其特征在于：所述机器人本体包括：

机身；

横向行走机构(1)，包括驱动轮(11)、导向轮组(12)和横行电机(13)，驱动轮(11)用于紧贴导轨，导向轮组(12)用于支撑在轨道上，横行电机(13)与驱动轮(11)连接用于带动驱动轮(11)旋转；

升降运动机构(2)，包括伸缩臂(21)和升降电机(22)，伸缩臂(21)上端与机身连接，升降电机(22)与伸缩臂(21)连接用于带动伸缩臂(21)进行伸缩运动；

位置监测模块，用于监测机器人本体的位置；

检测组件，包括摄像机(51)和云台(52)，云台(52)与伸缩臂(21)的下端连接，摄像机(51)装于云台(52)上；

控制模块，所述横向行走机构(1)、升降运动机构(2)、位置监测模块和检测组件均与控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种悬挂式轨道巡检机器人，其特征在于：所述检测组件还包括红外热像仪、烟雾报警传感器、场强检测仪、紫外检测仪中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的一种悬挂式轨道巡检机器人，其特征在于：还包括轨道系统，轨道系统包括轨道(61)，所述驱动轮(11)紧贴轨道(61)的外侧面，导向轮组(12)支承在轨道(61)上。

4.根据权利要求1所述的一种悬挂式轨道巡检机器人，其特征在于：所述轨道(61)为开口朝下的C型轨道，C型轨道内部两侧有与导向轮适配的轮槽，导向轮组(12)安装在轨道(61)内侧的轮槽中。

5.根据权利要求3或4所述的一种悬挂式轨道巡检机器人，其特征在于：还包括集电装置(3)，所述集电装置(3)包括滑触线(32)和一组电刷头(31)，所述滑触线(32)安装在轨道(61)的外侧面，所述一组电刷头(31)与机器人本体连接；

所述一组电刷头(31)可操作地与滑触线(32)接触。

6.根据权利要求1所述的一种悬挂式轨道巡检机器人，其特征在于：所述控制模块采用可编程逻辑控制器。

7.根据权利要求1所述的一种悬挂式轨道巡检机器人，其特征在于：所述位置监测模块包括前激光测距传感器(41)、侧面激光测距传感器(42)和升降激光测距传感器(43)。

8.根据权利要求1所述的一种悬挂式轨道巡检机器人，其特征在于：所述摄像机(51)为高清工业级红外双目摄像机。

9.根据权利要求1所述的一种悬挂式轨道巡检机器人，其特征在于：导向轮组(12)沿纵向设有4个，每组有左右两个导向轮。

10.根据权利要求1所述的一种悬挂式轨道巡检机器人，其特征在于：横行电机(13)为直流电机。