CN208557467U - 一种面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种面向电缆沟巡检作业的多功能移动机器人，包括履带式行走机构（1）和消防模块（2）、视觉检测模块（3）、气体检测模块（4）以及通信模块（5）。本实用新型可实现电缆沟内部环境的有害气体检测、视觉检测、消防作业等多种功能，及时发现并排除电缆沟内电力设备的故障隐患、降低电缆设备事故率。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人。
背景技术
电缆沟是按设计要求开挖并砌筑，沟的侧壁焊接承力角钢架并按要求接地，上面盖以盖板的地下沟道，是敷设电缆的地下专用通道。电缆沟内潮湿闷热，存在垃圾与杂物堆积、积水、淤泥以及废旧电缆等多种问题，加上电缆绝缘层老化可能引起火灾以及地下环境长期密封导致有害气体积累，人工巡检存在很大难度，这就要求应用于电缆沟内的巡检机器人除具备良好的地形适应能力和满足标准要求的防尘防水性能外，还应具备反馈电缆沟内实时状况的视觉检测、温湿度检测、气体检测和消防作业功能。
为解决以上问题，早在20世纪80年代末，美国等发达国家便开始了电缆巡检机器人的研究工作，并取得一定成果，如华盛顿大学于2005年研制成功的“巡游者”地下电缆巡检机器人[Bing Jiang,Alanson P.Sample,Ryan M.Wistortetc.Autonomous RoboticMonitoring of Underground Cable Systems[C].The 12th Proceedings ofInternational Conference on Advanced Robotics.2005:673-679]；国内关于电缆巡检机器人的研究也取得了***的成果，如上海交通大学和上海电力公司于2009年联合研制的小型电缆隧道检测机器人[姜芸，付庄.一种小型电缆隧道检测机器人设计[J].华东电力.2009，37(1)：95-97]。
但是现有的巡检机器人由于巡检功能单一等自身原因，不能够很很好的适应电缆沟内部狭窄空间及复杂的地面环境，不能够完全满足上述恶劣巡检条件下的巡检作业功能。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人，可实现电缆沟内部环境的有害气体检测、视觉检测、消防作业等多种功能，及时发现并排除电缆沟内电力设备的故障隐患、降低电缆设备事故率。
本实用新型提供的一种面向电缆沟巡检作业的多功能移动机器人，可包括履带式行走机构和消防模块、视觉检测模块、气体检测模块以及通信模块；
所述履带式行走机构包括主体行走机构、摆臂以及位于所述履带式行走机构内部用于驱动所述主体行走机构和所述摆臂移动的传动***；
所述消防模块包括固定在所述主体行走机构上的灭火器安装架、安装在所述安装架上的灭火器、电动推杆和灭火器触发装置，所述电动推杆可以推动灭火器出发装置的开关，进而触发灭火器；
所述视觉检测模块包括安装在所述主体行走机构上的红外成像仪和高清网络摄像机；
所述气体检测模块安装在所述主体行走机构上，用于检测所述电缆沟内部的气体；
所述通信模块安装于所述主体行走机构的内部、并通过天线与外界进行图像传输和数字传输。
在可选的实施例中，所述主体行走机构包括壳体，安装在所述壳体上的后轮、承重轮支架、电源模块和前轮，其中所述后轮和所述前轮上安装有主履带，所述承重轮支架上安装有承重轮，所述主履带与所述承重轮的齿轮接触；
所述摆臂包括摆臂支撑板、摆臂前轮和摆臂履带，所述摆臂履带安装在所述摆臂前轮和所述支撑板上。
在可选的实施例中，所述传动***包括编码器、电机、减速器、主动齿轮、从动齿轮和动力输出轴，电机输出的扭矩通过减速器减速增距传给主动齿轮，主动齿轮通过齿轮副啮合传动将动力传递给从动齿轮，并通过动力输出轴输出扭矩驱动后轮转动，后轮通过主履带带动前轮转动，前轮通过摆臂履带带动摆臂前轮转动。
在可选的实施例中，所述传动***还包括编码器、电机、减速器、主动齿轮、从动齿轮和动力输出轴，电机输出的扭矩通过减速器减速增距传给主动齿轮，主动齿轮通过齿轮副啮合传动将动力传递给从动齿轮，并通过动力输出轴输出扭矩驱动摆臂支撑板带动摆臂绕主体行走机构转动。
在可选的实施例中，所述摆臂还包括滑动销轴、固定销轴、支撑杆、张紧轮和张紧轮轴构成的支撑张紧装置，其中支撑杆通过滑动销轴和固定销轴(17)安装在摆臂支撑板上，改变滑动销轴在摆臂支撑板上的位置，以调整张紧轮的位置，进而张紧摆臂履带。
在可选的实施例中，所述红外成像仪直接安装在主体行走机构上，所述高清网络摄像机通过升降云台安装在主体行走机构上，并能够随升降云台的摆动而上下移动。
在可选的实施例中，所述升降云台包括升降臂、驱动电机、减速器、主动锥齿轮、从动锥齿轮、支座和升降臂驱动轴，驱动电机输出的扭矩经减速器减速增矩将扭矩传给主动锥齿轮，主动主齿轮通过齿轮副啮合传动将扭矩传给从动锥齿轮，进而传给升降臂驱动轴，升降臂驱动轴转动带动升降臂上下摆动。
在可选的实施例中，所述气体检测模块用于检测电缆沟内部CH4、CO2、CO和H2S气体。
在可选的实施例中，所述通讯模块包括基于多信道高带宽工业以太网组网技术的数字图像无线传输***、数传电台和天线，用于实现所述移动机器人与地面基站之间的无线图像传输和无线数字传输。
本实用新型实施例具有如下有益效果：
1)本实用新型实施例通过消防模块、视觉检测模块、气体检测模块可实现电缆沟内部环境的有害气体检测、视觉检测、消防作业等多种功能，及时发现并排除电缆沟内电力设备的故障隐患、降低电缆设备事故率。
2)本实用新型实施例的移动机器人的履带式行走机构包括可绕主体行走机构转动的摆臂，由此可使机器人很好的适应电缆沟的巡检环境，完成自主越障。
3)本实用新型实施例的通讯模块采用多信道高带宽工业以太网组网技术与天线技术，能够实现图像与数据的大距离高速稳定传输。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人的一个实施例的整体结构示意图。
图2为本实用新型的履带式行走机构1的一个实施例的结构示意图，
图3为本实用新型的传动***的驱动原理的一个实施例示意图。
图4为本实用新型的支撑张紧装置的一个实施例的结构示意图。
图5为本实用新型的机器人越障方式的一个实施例的原理示意图。
图6为本实用新型的机器人越障方式的另一个实施例的原理示意图。
图7为本实用新型的消防模块2的一个实施例的结构示意图。
图8为本实用新型的升降云台的一个实施例的结构示意图。
图9为本实用新型的越障极限位置示意图。
图10为本实用新型重心位置lg与倾角alpha之间关系曲线图。
图11为本实用新型的面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人的转向原理模
型示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本实用新型可以用以实施的特定实施例。
如图1所示，本实用新型面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人的一个实施例可包括履带式行走机构1、消防模块2、视觉检测模块3、气体检测模块4和通信模块5，所述消防模块2、视觉检测模块3、气体检测模块4和通信模块5均安装在履带式行走机构1上，并随履带式行走机构移动。
进一步如图1和图2所示，在一个可选的实施例中，履带式行走机机构1可包括主体行走机构100和摆臂200和位于所述履带式行走机构1内部用于驱动所述主体行走机构100和所述摆臂200移动的传动***，其中，所述主体行走机构100可包括壳体6、安装在所述壳体6上的后轮7、承重轮支架8、电源模块10和前轮11，其中所述后轮7和所述前轮11上安装有主履带15，所述承重轮支架8上安装有承重轮9，所述主履带15与所述承重轮9的齿轮接触。其中，所述摆臂200包括摆臂支撑板12、摆臂前轮13和摆臂履带14，所述摆臂履带14安装在所述摆臂前轮13和所述支撑板12上。
进一步，如图3所示，在一个可选的实施例中所述的传动***可包括编码器33、电机34、减速器35、主动齿轮36、从动齿轮37和动力输出轴38，电机34输出的扭矩通过减速器35减速增距传给主动齿轮36，主动齿轮36通过齿轮副啮合传动将动力传递给从动齿轮37，并通过动力输出轴38输出扭矩驱动后轮7转动，后轮7通过主履带15带动前轮11转动，前轮通过摆臂履带14带动摆臂前轮13转动；此外，传动***还可包括编码器46、电机45、减速器44、主动齿轮43、从动齿轮42和动力输出轴40，电机45输出的扭矩通过减速器44减速增距传给主动齿轮43，主动齿轮43通过齿轮副啮合传动将动力传递给从动齿轮42，并通过动力输出轴40输出扭矩驱动摆臂支撑板12带动摆臂绕主体行走机构转动。
此外，如图4所示，在可选的实施例中，为使摆臂更灵活地上下移动，辅助巡检机器人跨越障碍，摆臂还可包括滑动销轴16、固定销轴17、支撑杆18、张紧轮19和张紧轮轴20构成的支撑张紧装置，其中支撑杆18通过滑动销轴(16)和固定销轴17安装在摆臂支撑板12上，改变滑动销轴16在摆臂支撑板12上的位置，以调整张紧轮19的位置，进而张紧摆臂履带14。
如图5和图6所示，在传动***的控制下本实用新型可有两种越障形式：
第一种为直接越障，电缆沟巡检环境复杂多变，机器人在巡检过程中需要克服砂石路面上各种大小不一的石子所形成的路面障碍，当障碍物的高度不大于所述履带式行走机构1前轮11的半径R时，机器人可以不用借助摆臂姿态的改变，轻松越障，其原理图如图5所示。
第二种当机器人遇到横穿地面的电缆线或者其他尺寸较大的障碍物，无法直接越障时，可以改变摆臂的控制状态为主动控制，抬起摆臂，使摆臂置于障碍物上，进行辅助越障，其原理图如图6所示。
进一步，如图1和图7所示，在一个可选的实施例中，所述消防模块2包括固定在所述主体行走机构100上的灭火器安装架29、安装在所述安装架29上的灭火器30、电动推杆31和灭火器触发装置32，所述电动推杆31可以推动灭火器出发装置32的开关，进而触发灭火器30。
进一步，如图1和图8所示，在一个可选的实施例中，所述视觉检测模块3包括红外成像仪51和高清网络摄像机22、其中红外成像仪安装于主体行走机构100的右前方，高清网络摄像机22通过升降云台安装在主体行走机构100上，并能够随升降云台的摆动而上下移动。如图8所示，升降云台包括升降臂21、驱动电机23、减速器24、主动锥齿轮25、从动锥齿轮26、支座27和升降臂驱动轴28，驱动电机23输出的扭矩经减速器24减速增矩将扭矩传给主动锥齿轮25，主动主齿轮25通过齿轮副啮合传动将扭矩传给从动锥齿轮26，进而传给升降臂驱动轴28，升降臂驱动轴28转动带动升降臂21上下摆动。
进一步，如图1所示，在可选的实施例中，气体检测模块4用于检测电缆沟内部CH4、CO2、CO和H2S气体。
进一步，如图1所示，所述通信模块5安装于履带式行走机构壳体6的内部，包括基于基于多信道高带宽工业以太网组网(COFDM)技术的数字图像无线传输***、数传电台和天线，并通过天线实现巡检机器人与地面基站之间的无线图像传输和无线数字传输，其通信距离可达300m。
另外如图9、10所示，本实用新型越障极限位置条件为机器人本体的重心应位于障碍物最高点的正上方，如图9所示，根据ΔOAB～ΔOCE可得：
利用MATLAB绘制lg与alpha之间曲线，如图10所示(取h＝200mm，r＝75mm)：当alpha为55°时，lg取得最小值313.2mm，即机器人的重心配置应保证lg大于313.2mm。
如图11所示，本实用新型转向方式为差动转向，其转向方式分为和两种情况：当时，如图11(a)所示，外侧履带速度大于内侧履带速度(在图1的实施例中，外侧履带为14，内侧履带为15)，即v1＜v2，由于内、外侧履带的差速作用，从而使机器人实现转向。由三角形相似原理：
由上式可得，当v1＝0时，即：转向中心为C1点。当时，如图11(b)所示，v1、v2方向相反，且|v2|＞|v1|，转向中心位于C1与C之间。由三角相似原理可得：
由上式可得，当v1＝v2时，转向半径r＝0，转向中心O位于机器人底盘转向中C心处。
由上可知，本实用新型实施例具有如下有益效果：
1)本实用新型实施例通过消防模块、视觉检测模块、气体检测模块可实现电缆沟内部环境的有害气体检测、视觉检测、消防作业等多种功能，及时发现并排除电缆沟内电力设备的故障隐患、降低电缆设备事故率。
2)本实用新型实施例的移动机器人的履带式行走机构包括可绕主体行走机构转动的摆臂，由此可使机器人很好的适应电缆沟的巡检环境，完成自主越障。
3)本实用新型实施例的通讯模块采用多信道高带宽工业以太网组网技术与天线技术，能够实现图像与数据的大距离高速稳定传输。
以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人，其特征在于，包括履带式行走机构（1）和消防模块（2）、视觉检测模块（3）、气体检测模块（4）以及通信模块（5）；
所述履带式行走机构（1）包括主体行走机构（100）、摆臂（200）以及位于所述履带式行走机构（1）内部用于驱动所述主体行走机构（100）和所述摆臂（200）移动的传动***，所述摆臂（200）包括摆臂支撑板（12）、摆臂前轮（13）和摆臂履带（14），所述摆臂履带（14）安装在所述摆臂前轮（13）和所述支撑板（12）上；所述摆臂（200）还包括滑动销轴（16）、固定销轴（17）、支撑杆（18）、张紧轮（19）和张紧轮轴（20）构成的支撑张紧装置，其中支撑杆（18）通过滑动销轴（16）和固定销轴（17）安装在摆臂支撑板（12）上，改变滑动销轴（16）在摆臂支撑板（12）上的位置，以调整张紧轮（19）的位置，进而张紧摆臂履带（14）；
所述消防模块（2）包括固定在所述主体行走机构（100）上的灭火器安装架（29）、安装在所述安装架（29）上的灭火器（30）、电动推杆（31）和灭火器触发装置（32），所述电动推杆（31）可以推动灭火器触发装置（32）的开关，进而触发灭火器（30）；
所述视觉检测模块（3）包括安装在所述主体行走机构（100）上的红外成像仪（51）和高清网络摄像机（22）；
所述气体检测模块（4）安装在所述主体行走机构（100）上，用于检测所述电缆沟内部的气体；
所述通信模块（5）安装于所述主体行走机构（100）的内部、并通过天线与外界进行图像传输和数字传输。
2.根据权利要求1所述的面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人，其特征在于，所述主体行走机构（100）包括壳体（6），安装在所述壳体（6）上的后轮（7）、承重轮支架（8）、电源模块（10）和前轮（11），其中所述后轮（7）和所述前轮（11）上安装有主履带（15），所述承重轮支架（8）上安装有承重轮（9），所述主履带（15）与所述承重轮（9）的齿轮接触。
3.根据权利要求2所述的面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人，其特征在于，所述传动***包括第一编码器（33）、第一电机（34）、第一减速器（35）、第一主动齿轮（36）、第一从动齿轮（37）和第一动力输出轴（38），第一电机（34）输出的扭矩通过第一减速器（35）减速增距传给第一主动齿轮（36），第一主动齿轮（36）通过齿轮副啮合传动将动力传递给第一从动齿轮（37），并通过第一动力输出轴（38）输出扭矩驱动后轮（7）转动，后轮（7）通过主履带（15）带动前轮（11）转动，前轮通过摆臂履带（14）带动摆臂前轮（13）转动。
4.根据权利要求3所述的面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人，其特征在于，所述传动***还包括第二编码器（46）、第二电机（45）、第二减速器（44）、第二主动齿轮（43）、第二从动齿轮（42）和第二动力输出轴（40），第二电机（45）输出的扭矩通过第二减速器（44）减速增距传给第二主动齿轮（43），第二主动齿轮（43）通过齿轮副啮合传动将动力传递给第二从动齿轮（42），并通过第二动力输出轴（40）输出扭矩驱动摆臂支撑板（12）带动摆臂（200）绕主体行走机构（100）转动。
5.根据权利要求1所述的面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人，其特征在于，所述红外成像仪（51）直接安装在主体行走机构（100）上，所述高清网络摄像机（22）通过升降云台安装在主体行走机构（100）上，并能够随升降云台的摆动而上下移动。
6.根据权利要求5所述的面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人，其特征在于，所述升降云台包括升降臂（21）、驱动电机（23）、第三减速器（24）、主动锥齿轮（25）、从动锥齿轮（26）、支座（27）和升降臂驱动轴（28），驱动电机（23）输出的扭矩经第三减速器（24）减速增矩将扭矩传给主动锥齿轮（25），主动锥齿轮（25）通过齿轮副啮合传动将扭矩传给从动锥齿轮（26），进而传给升降臂驱动轴（28），升降臂驱动轴（28）转动带动升降臂（21）上下摆动。
7.根据权利要求5所述的面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人，其特征在于，所述气体检测模块（4）用于检测电缆沟内部CH4、CO2、CO和H2S气体。
8.根据权利要求1所述的面向电缆沟巡检作业多功能移动机器人，其特征在于，所述通信模块（5）包括基于多信道高带宽工业以太网组网技术的数字图像无线传输***、数传电台和天线，用于实现所述移动机器人与地面基站之间的无线图像传输和无线数字传输。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |