本发明属于电力技术领域下，具体涉及一种多自由度模块化的巡检机器人。
背景技术：
随着我国用电用户数量的不断增加，用户对用电质量的要求不断提升，保证配电设备的正常、安全运行变得至关重要，从而使配电房巡检受到了更大的重视。另外，随着电力系统自动化水平的提高以及配电房无人值守的普及，设备运行的安全性受到更加严格的考验。目前，国内大多数配电房还采用传统的人工巡视方式，由于受巡视人员诸多因素的制约，漏检、误检情况时有发生，不仅会造成重大经济损失，而且会发生安全事故。由此可见，传统的人工巡视方式已经不能满足现代化发展的要求，机器巡检代替人工成为了必然趋势。
室内巡检机器人通过自身所带高清和红外检测装置完成设定的巡检任务，同时把巡检信息传给到后台计算机，完成巡检工作。但是目前的室内巡检机器人扔存在前后、上下和左右三个方向的运行稳定性差，定位精度不可靠，拆装维修不便等缺陷；
因此，由于出于运动的稳定性和定位精度以及维修拆装便利等多方面考虑，设计一种能够在三轴方向上稳定可靠地自主运动、精确定位三轴坐标、维修拆装便利的机械机构是极有必要的。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题在于提供一种多自由度模块化的巡检机器人，以解决目前的室内仍存在巡检机器人在前后、上下和左右三个方向的运行稳定性差，定位精度不可靠，拆装维修不便等问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种多自由度模块化的巡检机器人，包括适用于弯直轨的轨道小车、伸缩装置、检测装置；所述轨道小车采用轨道上布置传动链条结构，轨道小车通过链轮于链条配合实现水平运动，将整个巡检机器人输送至待检测的配电房柜体前方，实现精确定位；所述伸缩装置固定在轨道小车下端，以实现伸缩杆上下垂直稳定可靠运动，且保证运动时的同步性；所述检测装置固定在双轨式伸缩装置下端，内部设有传感器、局放传感器探头和高清摄像机(62)、红外热像仪(50)、两轴云台、电动推杆等，实现对配电房柜体的实时检测。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明所设计的适用于弯直轨的轨道小车采用链条传动机构，结合小车编码器和位置检测传感器，保证了小车运动时的定位精度；设计的传动机构能很好的适应弯直轨道，避免在弯轨运动时出现卡轨的情况，同时适应于转弯半径更小的弯轨，适应于配电房狭窄的空间环境；
(2)本发明所设计的伸缩装置采用双杆式结构，在保证稳定性的基础上保证了双伸缩杆运动时的同步性，结合伸缩杆编码器以精确控制伸缩高度；
(3)本发明所设计的检测装置采用一体化设计思想，内部部件紧凑；抽屉式结构便于安装和维护。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的巡检机器人的总体结构示意图。
图2为轨道小车的总体结构示意图。
图3为轨道小车的轴测图。
图4为轨道小车的剖视图。
图5为转动板上端结构示意图。
图6为转动板下端的仰视示意图。
图7为伸缩装置的总体结构示意图。
图8为检测装置的正视轴测图。
图9为检测装置的后视轴测图。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1，本发明的一种多自由度模块化的巡检机器人，包括适用于弯直轨的轨道小车、伸缩装置、检测装置；所述轨道小车采用轨道上布置传动链条结构，轨道小车通过链轮于链条配合实现水平运动，将整个巡检机器人输送至待检测的配电房柜体前方，实现精确定位；所述伸缩装置固定在轨道小车下端，以实现伸缩杆上下垂直稳定可靠运动，且保证运动时的同步性；所述检测装置固定在双轨式伸缩装置下端，内部设有传感器、局放传感器探头和高清摄像机(62)、红外热像仪(50)，对柜体的工作环境进行实时检测。
所述红外摄像仪50还与过两轴云台52连接，所述两轴云台52用以实现红外摄像仪50的水平回转及俯仰运动，所述局放传感器探头与电动推杆71相连，电动推杆71带动探头水平且垂直于柜体方向运动。除轨道小车的水平运动、伸缩装置的垂直运动，两轴云台和电动推杆可进一步增加检测装置的多自由度运动。
进一步的，结合图2-图5，所述轨道小车，包括轨道3、安装底板10、与安装底板10相连的驱动电机14、与驱动电机14相连的减速器15、设置在轨道3上的传动带29、与传动带29啮合的传动齿轮6、设置在安装底板10上端的两个转动板9，行走轮4、传动机构；所述两个转动板9分别通过一个转轴80与安装底板10相连，转轴80与转动板9和安装底板10之间分别通过轴承81连接；所述转动板9上对称的设有两个行走轮4，两个行走轮4对称的设置在轨道3两端，行走轮4通过第一支架12连接在安装底板10上，并可在轨道3上滚动行走，同时支撑整个小车的重量；所述传动机构包括主动传动机构和从动传动机构；所述主动传动机构与减速器15相连，从动传动机构与转轴80相连，转轴80上端与传动齿轮6相连；工作时，驱动电机14工作带动主动传动机构工作，主动传动机构带动从动传动机构工作，从动传动机构带动转轴80转动，转轴80带动传动齿轮6转动，传动齿轮沿传动带29行走；在传动齿轮6带动下，行走轮4沿轨道3转动行走；当行走轮4处于轨道3弯道时，行走轮4带动转动板9相对安装底板10占地，调整行走轮4姿态与弯道适应，具有很好的自适应作用。
在一些实施方式中，所述传动机构为齿轮传动机构，主动传动机构为主动齿轮，从动传动机构为两个从动轮，两个从动轮分别与转动板9上的转轴80相连，主动齿轮与从动齿轮啮合。
在另外一些实施方式中，结合图6，所述传动机构为带轮传动机构，主动传动机构为主动带轮16，从动传动机构为两个从动带轮30，两个从动带轮30分别与转动板9上的转轴80相连，主动带轮16与从动带轮30通过传动皮带17相连。
进一步的，所述安装底板10上还设有张紧轮13，所述传动皮带17张紧轮13相连，以保证传动皮带17始终处于张紧状态。
进一步的，所述皮带轮式传动机构为v形或齿形皮带轮。
在另外一些实施方式中，所述传动机构为链轮传动机构。
在一些实施方式中，所述两个传动齿轮6位于轨道3同一侧，通过同一个传动带29啮合行走。
进一步的，所述行走轮4的轴向内侧与轨道贴合，使得传动轮6与传动带29紧密啮合，保证传动行走平稳。
在另外一些实施方式中，所述两个传动齿轮6分别位于轨道3两侧，轨道两侧分别设有一个传动带29，两个齿轮6分别从轨道两侧与传动带29啮合，保证传动行走的平稳。
进一步的，所述主动传动机构还通过转轴与主动齿轮8相连，转动板9的转轴80上还连接有从动齿轮18，主动齿轮8与从动齿轮18啮合，所述从动齿轮18与编码器11相连；所述编码器11与随从动轮转动18转动，以记录下轨道小车移动的距离，通过控制装置实现对轨道小车的启动、停止、加速、减速动作，从而实现轨道小车的精确定位。
进一步的，所述轨道小车上还设有接近开关2，所述接近开关2通过第二支架1固定在安装底板10上；所述轨道3上等间距的布置有金属片48，金属片48用以触发所述接近开关2，用来给所述第一编码器11提供校准信号以保证编码器11数值的准确性，同时提供机器人的原点信号。
进一步的，所述转动板9上还设有两组导向轮5，每组行走轮4包括两个对称设置在轨道3两端的导向轮5，所述导向轮5通过转轴与转动板9相连；所述导向轮5轴向与链轮6轴向平行；所述轨道3两端设有凸缘3-1，所述导向轮5周向设有一圈导槽5-1，行走轮4转动时，导槽5-1沿凸缘3-1转动，具有更好的行走导向作用。
在一些实施方式中，所述传动带29为传动齿条。
在一些实施方式中，所述传动带29为传动齿条。
在另外一些实施方式中，所述传动带29为传动链条。
进一步的，所述安装底板10上还固定有温湿度传感器7，能够实时监测工作环境的温度和湿度，将检测到的信息及时传递给控制板。
进一步的，结合图7，所述伸缩装置包括安装架21、设置在安装架上的转轴25、滚筒22、两个伸缩杆23、皮带26、固定在伸缩杆23下端的安装平台31、用以驱动滚22的驱动装置；
所述滚筒22、电源32均设置在安装架21上端；所述两个伸缩杆23平行固定在安装架21下端；所述转轴25的轴向与滚筒22的轴向平行；所述皮带26的一端与滚筒22相连，另一端通过转轴25后伸入伸缩杆23内部，且位于伸缩杆23中心，并与伸缩杆23底板相连；所述两个伸缩杆23分别通过一个皮带26与滚筒22相连；所述驱动装置带动滚筒22转动，滚筒22带动皮带26，转轴25将皮带沿滚筒22的转动转化为垂直上下运动，皮带26进一步带动伸缩杆23上下伸缩，以带动安装平台31上下移动。皮带26设置在伸缩杆23内部，可减小整个装置的占用空间，且可避免外部设备的干扰。
作为一种实施方式，所述驱动装置包括直流电机33、减速器20、用于对直流电机供电的电源32；所述直流电机33通过柔性联轴器与减速器20相连；所述减速器20输出轴与滚筒22一端同轴连接；
进一步的，所述加速器20采用涡轮蜗杆式减速器，蜗轮蜗杆减速器由于有自锁的功能，可以保证当巡检机器人系统突然断电，伸缩杆直流电机无法提供动力时，伸缩杆不会在自身重力的作用下向下滑动。
进一步的，所述电源32采用锂电池，安装架21上设有与锂电池相连的充电端子座，以对锂电池进行充电。
进一步的，所述滚筒22另一端还设有第二编码器27，所述第二编码器27与滚筒22同轴连，用于检测接检测皮带26在滚筒22上运动距离，定位伸缩杆23运动高度。
进一步的，所述安装平台31下端还设有航空插头35，便于将安装平台31与检测装置2的电气连接，便拆卸分离检测装置和伸缩杆装置。
进一步的，所述伸缩杆23为多级伸缩杆，两个伸缩杆23相对应的同级伸缩杆的末端均设有同步板34，所述同步板34将两个伸缩杆23相连，以保证两个伸缩杆23同步伸缩。
进一步的，安装平台31底部还固定有航空插头35，便于整个伸缩装置与检测装置的电气连接，方便拆卸分离检测装置和伸缩杆装置。
进一步的，伸缩装置的控制盒24设置在两个伸缩杆23之间，可以进一步减小整个伸缩装置的占用空间；在一些实施方式中，所述控制盒24也可这种在安装架21上、轨道小车或检测装置上。
进一步的，结合图8-图9，所述检测装置为一体化抽屉式吊舱结构，包括吊舱框架47，位于吊舱框架47内部的红外摄像仪50、两轴云台51、局放传感器tev探头53、局放传感器超声波探头54、氧气传感器57、噪音传感器58、主控制盒59、局放传感器采集盒60、高清摄像头62、运动控制盒65、六氟化硫传感器68、位于吊舱框架47底部的底板69、电动推杆71；所述红外摄像仪50固定在两轴云台51上；所述局放传感器tev探头53、局放传感器超声波探头54均通过电动推杆71连接在吊舱底板69上；局放传感器随着电动推杆71运动靠近和远离被测设备柜体表面，从而实现检测设备柜体内部有无放电现象。当所述局放传感器tev探头53、局方传感器超声波探头54贴到被测设备柜体时，通过其前端的磁铁吸住被测设备柜体金属表面，两传感器探头发射瞬态地电波和超声波，以检测被测设备柜体内部有无放电现象。所述红外摄像仪50通过两轴云台51连接在吊舱框架47内，两轴云台51可以实现红外摄像仪50水平和俯仰两个方向的转动。所述红外热像仪50用来检测配电房设备本体的温度；所述氧气传感器57、噪音传感器58、六氟化硫传感器68，分别用来检测配电房环境中氧气、噪音、六氟化硫；
进一步的，所述吊舱框架47内还设有无线路由器66，以将检测到的数据通过无线传输给现场或手机的接收端。
进一步的，所述底板69与吊舱框架47为可抽拉式结构，所述传感器支架56、主控制盒59、局放传感器采集盒60、电动推杆71、两轴云台51、运动控制盒65和无线路由器66均设置在底板69上，通过可抽拉式的底板69底板，便于模块化的内部传感器的维护。所述主控盒59用以控制机器人各控制系统间的通信和与现场监控终端的通信；所述局放传感器采集盒60与局方传感器探头相连，用以采集配电房柜体内的局部放电；所述吊舱运动控制盒(65)用以实现对电动推杆71和两轴云台51的控制。
进一步的，所述氧气传感器57、噪音传感器58、六氟化硫传感器68均通过支架56固定在吊舱框架47互动底板69上，支架56、底板69下端均设有通孔，便于传感器检测。
进一步的，所述吊舱框架47内还设有高清摄像机62，在机器人运动过程中，高清摄像机62要实时监测机器人在运动方向上的障碍物信息，保证机器人运行安全。当机器人接收到指令时，完成小车水平方向、伸缩杆垂直方向、电动推杆垂直柜面方向的运动，当机器人运动到位后，控制机器人传感器：红外摄像仪、局放传感器打开，获取所需信号，同时各控制板完成对环境信息：温湿度、噪音、六氟化硫含量、氧气浓度等采集。
各控制板在完成本次巡检任务后返回巡检信息给主控盒，主控盒将得到的各巡检信息和机器人本身状态信息通过返回命令反馈给现场终端，完成本次巡检任务。当现场终端接受到反馈信息后，下发下次巡检任务，直至本次巡检过程全部完成，控制机器人返回到原点位置待命，进行下次巡检。
所述现场终端接收到机器人反馈信息后应在巡检作业界面、巡检结果界面展示，方便工作人员查看。当机器人本身出现故障或是反馈采集的高清摄像机、红外摄像仪、局放传感器、环境信息出现不符合配电房要求时要在故障消缺管理界面显示，及时通知到工作人员手机终端，工作人员根据故障情况采取相应措施进行故障排除，并将故障信息和故障处理内容保存在历史故障消缺日志里，方便后台工作人员查看。