專利名稱：電纜隧道巡檢機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特種機器人領(lǐng)域，具體的說是一種電纜隧道巡檢機器人。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)許多城市、大型電廠及工礦企業(yè)相繼采用地下電纜隧道供應(yīng)電能，在緩解了地面架設(shè)所形成的與道路交通以及建筑空間的矛盾的同時，也形成了新的安全隱患。 電纜隧道中存在的危險因素包括設(shè)備損壞、火災(zāi)、水浸、有害氣體以及人為破壞等。而如果對現(xiàn)有隧道內(nèi)的溫度、煙霧、有毒氣體以及積水等環(huán)境信息建立完整的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，投資成本高，效益不明顯。目前基本以人工檢查為主，但危險性大、效率低。電纜隧道巡檢機器人系統(tǒng)，以機器人的方式綜合實現(xiàn)隧道的防火、有害氣體監(jiān)測工作的自動化，改變以往人工監(jiān)測的落后方式，減少勞動強度和工作危險性，提高工作效率并能有效的降低成本。目前應(yīng)用于電纜隧道巡檢的機器人很少，而且都是采用輪式或履帶式結(jié)構(gòu)在地面上運動，具有以下缺點1.受地面條件限制，活動范圍有限。隧道內(nèi)有些地段是樓梯，而且很多地方的地面上放置著電纜，機器人無法通過。另外下雨后隧道內(nèi)積水可能使機器人無法正常工作。2.無法做到對電纜設(shè)備的全方位觀測。由于機器人在地上，攝像頭只能仰視電纜設(shè)備，而且不能近距離觀測。3.需要人工充電，還是不能做到全自主工作。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的活動范圍有限、不能近距離觀測以及需要人工充電等不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種功能實用的電纜隧道巡檢機器人，可實現(xiàn)對隧道內(nèi)的設(shè)備檢測、環(huán)境監(jiān)測工作。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明電纜隧道巡檢機器人包括機器人本體、自主移動裝置以及機械臂，其中機器人本體上安裝有自主移動裝置，該自主移動裝置懸掛安裝在軌道上，沿軌道移動；機械臂安裝在機器人本體上，機械臂的末端設(shè)有云臺；機器人本體設(shè)有控制裝置及供電裝置，供電裝置與外部供電柜連接的電纜進行感應(yīng)式電連接。所述自主移動裝置包括一個主動輪及一個從動輪，主動輪及從動輪設(shè)于軌道軌面上，通過連接件將機器人本體懸掛安裝在軌道與軌面相對的一側(cè)。所述機械臂具有兩個自由度，包括上臂及下臂，在下臂末端的云臺上設(shè)有用于安裝各類傳感器的傳感器箱，云臺具有俯仰及側(cè)擺兩個自由度。所述控制裝置包括主計算機、總線通訊擴展卡、無線通訊模塊、多個電機控制驅(qū)動器以及視頻服務(wù)器，其中視頻服務(wù)器通過攝像頭接受視頻信號通過無線通訊模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機；各電機控制驅(qū)動器與各自電機的控制線或信號線相連，通過總線通訊擴展卡與主計算機進行通信連接；主計算機的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機。所述視頻服務(wù)器還連接有紅外熱成像裝置，視頻服務(wù)器將紅外熱成像裝置的紅外熱成像信號通過無線通訊模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機。還具有用于檢測障礙物的傳感器、用于檢測溫度的傳感器、用于檢測易燃?xì)怏w的傳感器以及用于檢測是否與其它物體發(fā)生碰撞的傳感器，上述各類傳感器信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡送至主計算機。軌道設(shè)有自定位裝置，即在軌道上設(shè)有多個定位孔，在機器人本體設(shè)有感應(yīng)定位孔的光電傳感器，光電傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡將信號送至主計算機。軌道設(shè)有自定位裝置，即在軌道上設(shè)有多個RFID標(biāo)簽，在機器人本體中設(shè)有RFID 讀寫器，RFID讀寫器與主計算機相連。所述供電裝置采用非接觸供電方式，包括拾電器與變壓器，其中拾電器以電磁感應(yīng)方式接受電纜的電能，經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓等級為機器人本體內(nèi)的用電器件供 H1^ ο本發(fā)明具有以下的有益效果及優(yōu)點1.本發(fā)明機器人架設(shè)在隧道頂部的軌道上，自主滑動，活動范圍有不受限制；通過可靈活伸縮的機械臂與云臺搭載的攝像頭、紅外熱成像儀等觀測設(shè)備實現(xiàn)了對隧道內(nèi)設(shè)備的近距離、全方位觀測；2.本發(fā)明由于供電系統(tǒng)的動力輸入電源線路與負(fù)載線路沒有電氣連接和物理接觸，電源通過磁場耦合進行電能傳輸，具有可靠性、安全性高，無需電路連接，可維護性、氣密性、防水性好，適于無人操作等特點，從而解決了人工充電的問題。3.本發(fā)明能夠檢測并定位設(shè)備破損、熱缺陷位置以及實現(xiàn)對隧道的整體環(huán)境的監(jiān)控，可廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境復(fù)雜的電力電纜隧道、燃?xì)?、供暖管線隧道的設(shè)備巡檢。


圖1本發(fā)明的立面結(jié)構(gòu)主視圖；圖2為本發(fā)明的電氣系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的電纜隧道巡檢機器人，如圖1所示，包括機器人本體5、自主移動裝置2以及機械臂6，其中機器人本體5上安裝有自主移動裝置2，該自主移動裝置2懸掛安裝在軌道4上，沿軌道4移動；機械臂6安裝在機器人本體5上，機械臂6的末端設(shè)有云臺8 ；機器人本體5內(nèi)設(shè)有控制裝置及供電裝置，供電裝置與外部供電柜連接的電纜3進行感應(yīng)式電連接。自主移動裝置2包括一個主動輪及一個從動輪，主動輪及從動輪設(shè)于軌道4軌面上，通過連接件將機器人本體5懸掛安裝在軌道4與軌面相對的一側(cè)。自主移動裝置2的控制部分包括1個直流無刷電機(具有減速箱)，其中直流無刷電機與控制裝置中的控制驅(qū)動器相連接，減速箱與主動輪連接。主動輪安裝在機器人本體 5的頂部，通過相應(yīng)機械部件固定在架設(shè)在隧道頂部的軌道4上，這樣機器人就可以在軌道 4上移動。
所述機械臂6具有兩個自由度，包括上臂及下臂，在下臂末端的云臺8上設(shè)有用于安裝各類傳感器的傳感器箱7，云臺8具有俯仰及側(cè)擺兩個自由度，可以進行俯仰與側(cè)擺的運動。云臺與機器人本體5通過2自由度機械臂6相連，機器人本體5通過控制機械臂6 與云臺8的運動，可以使各環(huán)境感知用傳感器到達(dá)處于不同高度的電纜及其它設(shè)備的各個位置，從不同角度進行無死角觀測。所述控制裝置包括主計算機、總線通訊擴展卡、無線通訊模塊、多個電機控制驅(qū)動器以及視頻服務(wù)器，其中視頻服務(wù)器通過攝像頭接受視頻信號通過無線通訊模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機；各電機控制驅(qū)動器與各自電機的控制線或信號線相連，通過總線通訊擴展卡與主計算機進行通信連接；主計算機的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機。機器人的控制裝置安裝在機器人本體5內(nèi)，主計算機集成了 CPU、片內(nèi)存儲器、顯示系統(tǒng)、定時器系統(tǒng)、串行口、中斷和復(fù)位系統(tǒng)，主計算機對接收的控制命令和所述感知裝置感知到的信息進行綜合分析處理，發(fā)出指令控制所述執(zhí)行裝置完成相應(yīng)工作。執(zhí)行裝置包括自主移動裝置2、機械臂6和云臺8的執(zhí)行機構(gòu)，自主移動裝置2的行走電機通過行走電機控制驅(qū)動器驅(qū)動，機械臂6的第1、2擺臂電機通過第1、2擺臂電機控制驅(qū)動器驅(qū)動，云臺8的云臺電機控制執(zhí)行器驅(qū)動俯仰電機和側(cè)擺電機。軌道4上設(shè)有自定位裝置，即在軌道4上設(shè)有多個定位孔，在機器人本體5設(shè)有感應(yīng)定位孔的光電傳感器，光電傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡將信號送至主計算機?；蛘咴谲壍?上設(shè)有自定位裝置，即在軌道4上設(shè)有多個RFID標(biāo)簽，在機器人本體5設(shè)有RFID讀寫器，RFID讀寫器與主計算機相連。機器人本體5上搭載小型光電傳感器以及RFID讀寫器，通過檢測安裝在軌道4上機械定位孔和/或RFID標(biāo)簽實現(xiàn)自定位功能，使機器人可以判定自身初始位置以及故障點位置。視頻服務(wù)器還連接有紅外熱成像裝置，視頻服務(wù)器將紅外熱成像裝置的紅外熱成像信號通過無線通訊模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機。機器人通過搭載可見光攝像頭拍攝圖像和紅外熱成像儀檢測設(shè)備熱缺陷。本發(fā)明云臺8的傳感器箱7中安裝有能夠感應(yīng)檢測障礙物的傳感器(超聲傳感器)、用于檢測溫度的傳感器(溫度傳感器)、用于檢測易燃?xì)怏w的傳感器(可燃?xì)怏w傳感器)以及檢測是否碰撞其它物品碰撞的傳感器(光電傳感器)，上述各類傳感器信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡送至主計算機。供電裝置采用非接觸供電方式，包括拾電器與變壓器，其中拾電器以電磁感應(yīng)方式接受電纜3的電能，經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓等級為機器人本體5內(nèi)的用電器件供 H1^ ο供電柜安裝在隧道內(nèi)，將交流電連接到安裝在軌道上的兩根平行供電電纜3上。 在機器人本體5內(nèi)安裝拾電器與變壓器，可以與供電電纜發(fā)生電磁感應(yīng)作用，從電纜上拾取電能供機器人使用。由于供電系統(tǒng)的動力輸入電源線路與負(fù)載線路沒有電氣連接和物理接觸，電源通過磁場耦合進行電能傳輸，具有可靠性、安全性高、無需電路連接維護、氣密性、防水性好，適于無人操作等特點，從而解決了人工充電的問題。本發(fā)明通過機器人本體5中內(nèi)置的無線通訊模塊以及架設(shè)在隧道中的通訊網(wǎng)絡(luò)， 可以與隧道外的遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機實時通訊。通過與主計算機連接的無線通訊模塊，可以將傳感器信息上傳并接收遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機的控制指令。通過與視頻服務(wù)器相連的無線通訊模塊，將可見光攝像頭拍攝的普通視頻、紅外熱成像儀檢拍攝的熱圖譜視頻上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機，供工作人員查看。本實施例中，采用軌道將機器人的運動路徑設(shè)定在隧道頂部，擺脫了復(fù)雜地面環(huán)境的限制，并采用非接觸供電系統(tǒng)解決了機器人的M小時全時供電問題。通過可靈活伸縮的機械臂搭載著攝像頭、紅外熱成像儀等觀測設(shè)備實現(xiàn)了對隧道內(nèi)設(shè)備的無死角圖像監(jiān)控，檢測并能定位設(shè)備破損、熱缺陷位置以及對隧道的整體環(huán)境的監(jiān)控。由上述發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的電纜隧道巡檢機器人具有較高的防水與抗電磁干擾等級，安全的供電方式，可靠的通訊方式，可廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境復(fù)雜的電力電纜隧道、燃?xì)狻⒐┡芫€隧道的設(shè)備巡檢。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電纜隧道巡檢機器人，其特征在于包括機器人本體(5)、自主移動裝置O)以及機械臂(6)，其中機器人本體(5)上安裝有自主移動裝置0)，該自主移動裝置(2)懸掛安裝在軌道(4)上，沿軌道(4)移動；機械臂(6)安裝在機器人本體(5)上，機械臂(6)的末端設(shè)有云臺(8)；機器人本體(6)設(shè)有控制裝置及供電裝置，供電裝置與外部供電柜(1) 連接的電纜C3)進行感應(yīng)式電連接。
2.按權(quán)利要求1所述的電纜隧道巡檢機器人，其特征在于所述自主移動裝置(2)包括一個主動輪及一個從動輪，主動輪及從動輪設(shè)于軌道(4)軌面上，通過連接件將機器人本體( 懸掛安裝在軌道(4)與軌面相對的一側(cè)。
3.按權(quán)利要求1所述的電纜隧道巡檢機器人，其特征在于所述機械臂(6)具有兩個自由度，包括上臂及下臂，在下臂末端的云臺(8)上設(shè)有用于安裝各類傳感器的傳感器箱 (7)，云臺(8)具有俯仰及側(cè)擺兩個自由度。
4.按權(quán)利要求1所述的電纜隧道巡檢機器人，其特征在于所述控制裝置包括主計算機、總線通訊擴展卡、無線通訊模塊、多個電機控制驅(qū)動器以及視頻服務(wù)器，其中視頻服務(wù)器通過攝像頭接受視頻信號通過無線通訊模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機；各電機控制驅(qū)動器與各自電機的控制線或信號線相連，通過總線通訊擴展卡與主計算機進行通信連接；主計算機的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機。
5.按權(quán)利要求4所述的電纜隧道巡檢機器人，其特征在于所述視頻服務(wù)器還連接有紅外熱成像裝置，視頻服務(wù)器將紅外熱成像裝置的紅外熱成像信號通過無線通訊模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機。
6.按權(quán)利要求4所述的電纜隧道巡檢機器人，其特征在于還具有用于檢測障礙物的傳感器、用于檢測溫度的傳感器、用于檢測易燃?xì)怏w的傳感器以及用于檢測是否與其它物體發(fā)生碰撞的傳感器，上述各類傳感器信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡送至主計算機。
7.按權(quán)利要求1所述的電纜隧道巡檢機器人，其特征在于軌道(4)設(shè)有自定位裝置， 即在軌道(4)上設(shè)有多個定位孔，在機器人本體( 中設(shè)有感應(yīng)定位孔的光電傳感器，光電傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡將信號送至主計算機。
8.按權(quán)利要求1所述的電纜隧道巡檢機器人，其特征在于軌道(4)設(shè)有自定位裝置， 即在軌道(4)上設(shè)有多個RFID標(biāo)簽，在機器人本體(5)設(shè)有RFID讀寫器，RFID讀寫器與主計算機相連。
9.按權(quán)利要求1所述的電纜隧道巡檢機器人，其特征在于所述供電裝置采用非接觸供電方式，包括拾電器與變壓器，其中拾電器以電磁感應(yīng)方式接受電纜(3)的電能，經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓等級為機器人本體(5)內(nèi)的用電器件供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電纜隧道巡檢機器人，包括機器人本體、自主移動裝置以及機械臂，其中機器人本體上安裝有自主移動裝置，該自主移動裝置懸掛安裝在軌道上，沿軌道移動；機械臂安裝在機器人本體上，機械臂的末端設(shè)有云臺；機器人本體設(shè)有控制裝置及供電裝置，供電裝置與外部供電柜連接的電纜進行感應(yīng)式電連接。本發(fā)明具有較高的防水與抗電磁干擾等級，安全的供電方式，可靠的通訊方式，能克服復(fù)雜地面環(huán)境對機器人運動能力的限制，實現(xiàn)對隧道內(nèi)設(shè)備的無死角圖像監(jiān)控，檢測并定位設(shè)備破損、熱缺陷位置以及對隧道的整體環(huán)境的監(jiān)控。
文檔編號E21F17/00GK102562154SQ20101061129
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者徐方, 李燊, 杜振軍, 譚波悅, 鄭春暉 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司