CN104020768B - 一种红外测温轨道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业用机器人领域，具体地说是一种红外测温轨道巡检机器人，包括机器人控制系统，该系统包括云台、机器人控制箱、轨道、滑线、集电器、红外光电传感器和转向架，所述转向架的纵梁上表面安装机器人控制箱，所述机器人控制箱的上表面安装有云台；所述轨道呈T型，其中凸出的一侧上表面设有红外检测刻度，所述转向架在轨道上运行，在轨道的一侧面设有连接外接电源的滑线，所述集电器的一端在滑线上滑行，另一端与机器人控制箱电连接；所述红外光电传感器呈U型，安装在机器人控制箱侧挡板内侧的立柱上，横置并悬空在具有红外检测刻度的轨道上。本发明可实现在既定的轨道上精确行走、定位等控制，进行红外测温巡检，提高巡检质量。

Description

一种红外测温轨道巡检机器人

技术领域

本发明涉及工业用机器人领域领域，应用于变电站巡检，尤其是涉及一种红外测温轨道巡检机器人。

背景技术

变电站轨道巡检机器人系统是集机电一体化技术、多传感器融合技术、电磁兼容技术、导航及行为规划技术、机器人视觉技术、安防技术、稳定的无线传输技术于一体的复杂系统，采用完全自主或遥控方式，代替巡检人员对变电站内室外一次设备的部分项目进行巡检，并对图像进行分析和判断，及时发现电力设备存在的问题，为无人值班变电站的推广应用提供了创新型的技术检测手段，提高了电网的可靠稳定运行水平。

传统的变电站巡视主要是通过人工方式，综合运用感官以及一些配套的检测仪器对变电设备进行以简单定性判断为主的检查。目前国内关于变电站巡视机器人研究主要以地面巡视机器人为主，地面巡检机器人是指移动由轮子驱动，在地面移动完成巡视的机器人，该种方式机器人导航主要依靠埋设地磁线、激光测距并配合RFID进行位置识别。机器人主要依靠自身携带蓄电池提供电源，需要定时进行充电。该方式机器人主要缺点在于机器人对路面平整度要求较高；机器人需充电才能运行，不能实现全天候监测；移动速度相对较慢；依靠地埋磁线进行导航，前期安装投入较大；移动范围不受限制，容易误碰带电设备；可靠性较低。当前移动机器人的行走机构有轮式、履带式或是轮履结合式等多种形式，它们移动灵活，越障能力强，但在既定轨道上行走和定位误差大，很难实现多目标定点观察，且一般轮式巡视机器人不具备红外测温功能。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种红外测温轨道巡检机器人，解决目前电力系统中设备主要依靠人工巡视，部分市场已有巡视机器人定位精度低、移动范围不受限制、容易误碰带电设备、不能实现全天候监测等问题，实现在既定轨道上精确行走和定位等控制，通过红外测温对设备巡检，逐步实现无人值守化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

该红外测温轨道巡检机器人，包括机器人控制系统，该系统包括云台、机器人控制箱、轨道、滑线、集电器、红外光电传感器和转向架，所述转向架的纵梁上表面安装机器人控制箱，所述机器人控制箱的上表面安装有云台；所述轨道呈T型，其中凸出的一侧上表面设有红外检测刻度，所述转向架在轨道上运行，在轨道的一侧面设有连接外接电源的滑线，所述集电器的一端在滑线上滑行，另一端与机器人控制箱电连接；所述红外光电传感器呈U型，安装在机器人控制箱侧挡板内侧的立柱上，横置并悬空在具有红外检测刻度的轨道上。

由于采用上述结构，通过滑线和集电器实现滑线取电，为机器人供电；在轨道上设置红外检测刻度，机器人带动红外光电传感器在刻度上移动，实现对电流致热型、电压致热型设备的红外测温巡检。

进一步地，该机器人还包括后台监控系统，机器人控制系统与后台监控系统以无线设备进行连接。实现后台监控系统能接收图像信息，以及给机器人下发巡检指令。

进一步地，所述机器人控制箱内部设有机器人控制器和视频解码器，均与电源连接，当机器人控制器接收后台监控系统指令，并完成移动和定位后将机器人位置以及状态信息依次通过视频解码器和无线设备传输至后台监控系统。

进一步地，所述云台上设有红外补光灯、可见光摄像头和红外摄像头，其中红外补光灯有两个，设置在云台俯仰控制架的左右两侧，中间设有一防护罩，该防护罩分别设有可见光摄像头和红外摄像头，通过机器人控制器定位后，由云台控制摄像头的俯仰和转向采集图像信息，通过无线设备将采集的图像信息传输至后台监控系统。

机器人通过后台监控系统进行巡检路径规划，机器人按照后台监控系统下发的巡检指令移动至预先设置的预置点并旋转至预置角度，通过搭载的红外成像仪将采集到的红外图像传输至后台监控系统，监控系统经过红外识别算法计算测量温度并将测量结果事件及红外图像存储至历史数据库；或通过可见光摄像头采集到的图像传输至后台监控系统，监控系统经过图像识别算法判断设备状态并将结果存储至历史数据库。

作为本发明的优选方案，所述机器人控制箱内部设有驱动电机，所述转向架包括轴承座、转动轴、主动齿轮、从动齿轮、驱动轮和行走轮，所述转向架纵梁下表面横向布置有两个转动轴，每一转动轴套有两个轴承座，并对应固定在转向架两纵梁的下表面，所述驱动电机的输出轴连接主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，所述从动齿轮连接其中一个转动轴的一外端，有两个驱动轮分别连接在该转动轴的左右两侧，另一转动轴的左右两侧连接两个行走轮，所述驱动轮和行走轮均与轨道滚动接触。

驱动电机通电后，其输出轴带动齿轮转动，从而带动驱动轮转动，进而带动行走轮转动，实现机器人的移动。转向架的设置不仅起到实现机器人移动的功能，而且对转向架上的机器人控制箱和云台起到支撑固定的作用。

作为本发明的优选方案，所述机器人控制箱有两个侧挡板，每一侧挡板的内侧下表面分别前后设有两个稳定轮，所述稳定轮与轨道滚动接触，并与转向架呈跨座形式在轨道上运行。确保机器人移动的稳定性，防止机器人偏离轨道。

进一步地，所述滑线通过滑线安装架固定在轨道的一侧，所述滑线由铜芯和绝缘护套组成，所述集电器的一端与铜芯接触，另一端与机器人控制箱电连接。实现为机器人供电。

进一步地，在机器人控制箱后侧开有一扇后门，在后门的横梁上安装有两个散热风扇。对机器人控制箱内部产生的热量进行散热，防止机器人控制箱内部的元器件过热而导致损坏。

进一步地，所述轨道下表面设有若干个轨道立柱。根据变电站的需要，由轨道长度确定采用多少个轨道立柱，起到固定支撑轨道的作用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、采用高精度红外光电传感器进行变电站巡检机器人定位，轨道上按一定距离设置用于红外光电感应的标记，即红外检测刻度，当机器人经过该点时即可识别出机器人当前所处位置，定位精度可达2毫米，实现机器人在既定轨道上精确行走和定位，能够实现多目标的连续定点观察。

2、机器人通过后台监控系统进行巡检路径规划。机器人按照后台监控系统下发的巡检指令移动至预先设置的预置点并旋转至预置角度，通过搭载的红外成像仪将采集到的红外图像传输至后台监控系统，监控系统经过红外识别算法计算测量温度并将测量结果事件及红外图像存储至历史数据库。实现对电流制热型、电压制热型设备的红外线测温巡视。

3、本发明采用滑线取电方式，可使移动机器人连续长时间工作，不受时间因素的制约，无需考虑电池充电以及电池的寿命问题，解决了移动机器人能量的来源，连续工作时间任意，稳定可靠，进而实现24小时不间断巡检，实现无人值守化。

4、本发明机器人采用单排轨道式方式，移动机构采用跨座方式，系统能够适应多种恶劣天气状况，同时具有移动速度快、定位准确、稳定性好、可靠性高等特点。本发明的转向架由驱动轮、行走轮及机器人控制箱上的稳定轮，组成的移动机构重心稳定，在轨道上的运行平稳。

5、本发明利用高精度云台进行图像采集系统角度方位控制机器人，高精度云台主要用于摄像头的旋转及俯仰角度控制，云台可实现水平360°连续旋转，俯仰角度+60°～-60°旋转，以确保获得精确的位置信息。

6、机器人按照定期巡视计划对变电站设备进行外观检查，将机器人拍摄的可见光图像与预先设置的样图进行比对，发现外观异常的设备后将结果及图像存储至历史数据库同时产生预警事件。

7、后台监控系统和机器人之间通过无线网桥建立一个无线局域网。通过后台工控机，工作人员可以方便的实现机器人的远程管理和维护，同时可以获取机器人发送的数据。监控系统可以完成显示分析机器人位置、速度，显示可见光图像和红外热成图像、仪表识别情况、设备故障情况；实现手动控制机器人的运动、机器人云台的状态；巡检任务规划及任务下达；存储图像、报警数据等功能。

8、本发明为无人值班变电站的推广应用提供了创新型的技术检测手段，提高了电网的可靠稳定运行水平。

附图说明

图1是本发明红外测温轨道巡检机器人的立体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是图1的局部后视图；

图4是图1的俯视图(去除云台和机器人控制箱顶盖后)。

图中：1—红外补光灯、2—可见光摄像头、3—红外摄像头、4—云台、5—机器人控制箱、6—红外检测刻度、7—轨道、8—轨道支柱、9—滑线、10—稳定轮、11—行走轮、12—集电器、13—红外光电传感器、14—转向架、15—转动轴、16—驱动电机、17—主动齿轮、18—从动齿轮、19—驱动轮、20—轴承座、21—机器人控制器、22—电源、23—视频解码器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中所有附图中相同的标号代表相同或类似的部件，说明书中的附图为简化形式，仅供理解本发明的具体结构。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能限制本发明的保护范围。

如图1至图4所示，红外测温轨道巡检机器人，包括机器人控制系统，该系统包括云台4、机器人控制箱5、轨道7、滑线9、集电器12、红外光电传感器13和转向架14，转向架14的纵梁上表面安装机器人控制箱5，机器人控制箱5的上表面安装有云台4；轨道7呈T型，其中凸出的一侧上表面设有红外检测刻度6，转向架14在轨道7上运行，在轨道7的一侧面设有连接外接电源的滑线9，滑线9通过滑线安装架固定在轨道7的一侧，集电器12的一端在滑线9上滑行，滑线9由铜芯和绝缘护套组成，集电器12的一端与铜芯接触，另一端与机器人控制箱5电连接；红外光电传感器13呈U型，安装在机器人控制箱5侧挡板内侧的立柱上，横置并悬空在具有红外检测刻度6的轨道7上。

采用高精度红外光电传感器13进行变电站巡检机器人定位，轨道上按一定距离设置用于红外光电感应的标记，即红外检测刻度6，当机器人经过该点时即可识别出机器人当前所处位置，定位精度可达2毫米，实现机器人在既定轨道7上精确行走和定位，能够实现多目标的连续定点观察。采用滑线取电方式，可使移动机器人连续长时间工作，不受时间因素的制约，无需考虑电池充电以及电池的寿命问题，解决了移动机器人能量的来源，连续工作时间任意，稳定可靠，进而实现24小时不间断巡检，实现无人值守化。

该红外测温轨道巡检机器人还包括后台监控系统，机器人控制系统与后台监控系统以无线设备进行连接。监控系统可以完成显示分析机器人位置、速度，显示可见光图像和红外热成图像、仪表识别情况、设备故障情况；实现手动控制机器人的运动、机器人云台的状态；巡检任务规划及任务下达；存储图像、报警数据等功能。

在机器人控制箱5内部设有机器人控制器21和视频解码器23，均与电源22连接，当机器人控制器21接收后台监控系统指令，并完成移动和定位后将机器人位置以及状态信息依次通过视频解码器23和无线设备传输至后台监控系统。机器人控制器21主要负责采集机器人的定位信息，根据后台控制命令，控制机器人运动，并通过TCP/IP协议上报机器人位置及状态信息。

云台4上设有红外补光灯1、可见光摄像头2和红外摄像头3，其中红外补光灯1有两个，设置在云台俯仰控制架的左右两侧，中间设有一防护罩，该防护罩分别设有可见光摄像头2和红外摄像头3，通过机器人控制器21定位后，由云台4控制摄像头的俯仰和转向采集图像信息，采集的图像信息在视频解码器的作用下得到处理后的信息，通过无线设备将处理的信息传输至后台监控系统，以便图像数据存储至历史数据库。

所述机器人控制箱内部设有驱动电机16，所述转向架14包括轴承座20、转动轴15、主动齿轮17、从动齿轮18、驱动轮19和行走轮11，所述转向架14纵梁下表面横向布置有两个转动轴15，每一转动轴15套有两个轴承座20，并对应固定在转向架15两纵梁的下表面，所述驱动电机16的输出轴连接主动齿轮17，主动齿轮17与从动齿轮18啮合，所述从动齿轮18连接其中一个转动轴15的一外端，有两个驱动轮19分别连接在该转动轴15的左右两侧，另一转动轴15的左右两侧连接两个行走轮11，所述驱动轮19和行走轮11均与轨道7滚动接触。所述机器人控制箱5有两个侧挡板，每一侧挡板的内侧下表面分别前后设有两个稳定轮10，所述稳定轮10与轨道7滚动接触，并与转向架14呈跨座形式在轨道7上运行。

本发明采用单排轨道式方式，移动机构采用跨座方式，系统能够适应多种恶劣天气状况，同时具有移动速度快、定位准确、稳定性好、可靠性高等特点。本发明的转向架由驱动轮、行走轮及机器人控制箱上的稳定轮，组成的移动机构重心稳定，在轨道上的运行平稳。

在机器人控制箱5后侧开有一扇后门，在后门的横梁上安装有两个散热风扇。对机器人控制箱5内部产生的热量进行散热，防止机器人控制箱5内部的元器件过热而导致损坏。

在轨道7下表面设有若干个轨道立柱8。根据变电站的需要，由轨道7长度确定采用多少个轨道立柱8，起到固定支撑轨道的作用。

本发明机器人自动巡视工作原理：机器人后台监控软件下发控制指令给机器人，机器人按照指令要求向前或向后移动至指令要求的位置，机器人云台按照指令要求旋转至预定角度；机器人完成运动控制及云台角度调整后，分别拍摄一张红外图片及可见光图片，图片通过通信网络传输至后台监控软件，监控软件分析红外图片计算所拍摄物体的温度，可见光图片主要用于参考对比。

机器人手动控制器原理：机器人后台监控软件下发控制指令给机器人，机器人按照指令要求向前或向后移动，在机器人移动过程中通过后台监控软件调整云台角度；机器人在移动过程中可将实时红外图像及可见光图像通过通信网络传输至后台监控软件，此时即可实现手动控制巡视。

本发明采用高精度红外光电传感器进行变电站巡检机器人定位，轨道上按一定距离设置用于红外光电感应的标记，即红外检测刻度，当机器人经过该点时即可识别出机器人当前所处位置，定位精度可达2毫米，实现机器人在既定轨道上精确行走和定位，本发明采用滑线取电方式，可使移动机器人连续长时间工作，不受时间因素的制约，无需考虑电池充电以及电池的寿命问题，解决了移动机器人能量的来源，连续工作时间任意，稳定可靠，进而实现24小时不间断巡检，实现无人值守化。该机器人可配合变电站程序化控制，完成对开关、闸刀等设备操作前后现场设备状态核对工作；通过智能视频系统，自动检查开关、闸刀现场实际位置等；能够对现场运行设备进行外观检查。本发明为无人值班变电站的推广应用提供了创新型的技术检测手段，提高了电网的可靠稳定运行水平。

Claims (7)

1.一种红外测温轨道巡检机器人，包括机器人控制系统，其特征在于：所述机器人控制系统包括云台(4)、机器人控制箱(5)、轨道(7)、滑线(9)、集电器(12)、红外光电传感器(13)和转向架(14)，所述转向架(14)的纵梁上表面安装机器人控制箱(5)，所述机器人控制箱(15)的上表面安装有云台(4)；所述轨道(7)呈T型，其中凸出的一侧上表面设有红外检测刻度(6)，所述转向架(14)在轨道(7)上运行，在轨道(7)的一侧面设有连接外接电源的滑线(9)，所述集电器(12)的一端在滑线(9)上滑行，另一端与机器人控制箱(5)电连接；所述红外光电传感器(13)呈U型，安装在机器人控制箱(5)侧挡板内侧的立柱上，横置并悬空在具有红外检测刻度(6)的轨道(7)上；

所述机器人控制箱内部设有驱动电机(16)，所述转向架(14)包括轴承座(20)、转动轴(15)、主动齿轮(17)、从动齿轮(18)、驱动轮(19)和行走轮(11)，所述转向架(14)纵梁下表面横向布置有两个转动轴(15)，每一转动轴(15)套有两个轴承座(20)，并对应固定在转向架(15)两纵梁的下表面，所述驱动电机(16)的输出轴连接主动齿轮(17)，主动齿轮(17)与从动齿轮(18)啮合，所述从动齿轮(18)连接其中一个转动轴(15)的一外端，有两个驱动轮(19)分别连接在该转动轴(15)的左右两侧，另一转动轴(15)的左右两侧连接两个行走轮(11)，所述驱动轮(19)和行走轮(11)均与轨道(7)滚动接触；

所述机器人控制箱(5)有两个侧挡板，每一侧挡板的内侧下表面分别前后设有两个稳定轮(10)，所述稳定轮(10)与轨道(7)滚动接触，并与转向架(14)呈跨座形式在轨道(7)上运行。

2.如权利要求1所述的一种红外测温轨道巡检机器人，其特征在于：还包括后台监控系统，机器人控制系统与后台监控系统以无线设备进行连接。

3.如权利要求1所述的一种红外测温轨道巡检机器人，其特征在于：所述机器人控制箱(5)内部设有机器人控制器(21)和视频解码器(23)，均与电源(22)连接，当机器人控制器(21)接收后台监控系统指令，并完成移动和定位后将机器人位置以及状态信息依次通过视频解码器(23)和无线设备传输至后台监控系统。

4.如权利要求1所述的一种红外测温轨道巡检机器人，其特征在于：所述云台上设有红外补光灯(1)、可见光摄像头(2)和红外摄像头(3)，其中红外补光灯(1)有两个，设置在云台俯仰控制架的左右两侧，中间设有一防护罩，该防护罩分别设有可见光摄像头(2)和红外摄像头(3)，通过机器人控制器(21)定位后，由云台(4)控制摄像头的俯仰和转向采集图像信息，通过无线设备将采集的图像信息传输至后台监控系统。

5.如权利要求1至4之一所述的一种红外测温轨道巡检机器人，其特征在于：所述滑线(9)通过滑线安装架固定在轨道(7)的一侧，所述滑线(9)由铜芯和绝缘护套组成，所述集电器(12)的一端与铜芯接触，另一端与机器人控制箱(5)电连接。

6.如权利要求5所述的一种红外测温轨道巡检机器人，其特征在于：在机器人控制箱(5)后侧开有一扇后门，在后门的横梁上安装有两个散热风扇。

7.如权利要求6所述的一种红外测温轨道巡检机器人，其特征在于：所述轨道(7)下表面设有若干个轨道立柱(8)。