电缆沟蛇形巡检机器人的制作方法

本申请涉及电缆沟巡检技术领域，特别是涉及一种电缆沟蛇形巡检机器人。

背景技术：

为保障电力电缆的安全运行，需要对电缆进行定期巡视检查，主要检查电缆接头部分有无老化，电缆外层有无破损以及电缆沟内有无渗漏水或积水现象。

由于电缆沟通道狭窄且空气污浊，电缆沟巡检机器人应运而生。但是，现有电缆沟巡检机器人多采用电机驱动车轮的行进方式，由于电缆沟的通道坎坷不平且蜿蜒崎岖，采用轮式驱动行进容易受到障碍物阻碍导致无法完成巡检任务，同时电缆沟中存在的积水坑也会干扰轮式巡检机器人的运动。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有电缆沟巡检机器人容易受到电缆沟通道内障碍物阻碍的问题，提供一种电缆沟蛇形巡检机器人。

本申请提供一种电缆沟蛇形巡检机器人，包括：

头部组件，用于获取障碍物位置及大小，并根据所述障碍物位置和大小确定运动方向和运动类型；

多个关节组件，包括两个关节和关节驱动装置，所述关节驱动装置与每个所述关节分别机械连接，且与所述头部组件电连接，用于根据确定的所述运动类型，控制两个所述关节前进；

连接器，所述头部组件通过所述连接器与相邻的所述关节活动连接，相邻的两个所述关节之间通过所述连接器活动连接；以及

电缆巡检设备，设置于所述头部组件，用于对电缆沟内的电缆进行巡检。

在其中一个实施例中，所述头部组件包括：

头部本体；

障碍探测器，设置于所述头部本体，用于获取障碍物位置及大小；

主控装置，设置于所述头部本体，与所述障碍探测器电连接，用于根据所述障碍物位置和大小生成第一控制指令和第二控制指令，并将所述第二控制指令发送至所述关节驱动装置，所述第一控制指令包括水平面的旋转角度和竖直面的旋转角度；以及

头部驱动装置，设置于所述头部本体，与所述头部本体机械连接，与所述主控装置电连接，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令驱动所述头部本体运动。

在其中一个实施例中，所述头部组件还包括运动状态传感器，所述运动状态传感器设置于所述头部本体，且与所述主控装置电连接，所述运动状态传感器实时获取当前运动数据，根据所述运动数据得到当前运动类型，并将所述当前运动类型发送至所述主控装置；

所述主控装置，还用于根据所述障碍物位置和大小判断采用的所述当前运动类型是否会发生碰撞，若判定发生碰撞，则生成所述第一控制指令和所述第二控制指令，所述头部驱动装置接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制所述头部本体在所述水平面内的旋转角度以躲避障碍物或者控制所述头部本体在所述竖直面内的旋转角度以越过障碍物，所述关节驱动装置接收所述第二控制指令，并根据所述第二控制指令驱动所述关节运动以配合所述头部本体的运动。

在其中一个实施例中，所述头部驱动装置包括：

水平运动控制装置，与所述主控装置电连接，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制所述头部本体在所述水平面内的旋转角度；以及

竖直运动控制装置，与所述主控装置电连接，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制所述头部本体在所述竖直面内的旋转角度。

在其中一个实施例中，所述水平运动控制装置包括舵机，所述舵机与所述头部本体机械连接，且与所述主控装置电连接，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制所述头部本体在所述水平面内的旋转角度。

在其中一个实施例中，所述竖直运动控制装置包括电机，所述电机与所述头部本体机械连接，且与所述主控装置电连接，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制所述头部本体在所述竖直面内的旋转角度。

在其中一个实施例中，所述关节包括多个相互转动连接的金属骨架。

在其中一个实施例中，所述电缆巡检设备包括红外摄像头和红外测温仪。

在其中一个实施例中，所述连接器为万向节。

在其中一个实施例中，所述关节与地面接触的表面贴附有仿生蛇皮。

在其中一个实施例中，所述仿生蛇皮的材料为聚酰亚胺薄膜。

上述实施例提供的电缆沟蛇形巡检机器人，可以通过头部组件获取障碍物位置及大小，并根据障碍物位置和大小确定运动方向和运动类型。头部组件通过连接器与相邻的关节活动连接，相邻的两个关节之间通过连接器活动连接，可以实现自由度为360度的旋转，即构成多自由度运动机构。可以理解，通过设置多个关节组件，并且通过关节驱动装置控制两个关节运动以实现对蛇形运动的模拟。结合设置于头部组件的电缆巡检设备对电缆沟内的电缆进行巡检，可以广泛应用于复杂环境地形的勘探、抢险、维护和抢修。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种电缆沟蛇形巡检机器人的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电缆沟蛇形巡检机器人的电连接结构示意图。

附图标号说明

100电缆沟蛇形巡检机器人

10头部组件

110头部本体

120障碍探测器

130主控装置

140头部驱动装置

141水平运动控制装置

142竖直运动控制装置

150运动状态传感器

20关节组件

210关节

211仿生蛇皮

220关节驱动装置

30连接器

40电缆巡检设备

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1-图2，本申请提供一种电缆沟蛇形巡检机器人100。电缆沟蛇形巡检机器人100包括头部组件10、多个关节组件20、连接器30和电缆巡检设备40。头部组件10用于获取障碍物位置及大小，并根据障碍物位置和大小确定运动方向和运动类型。多个关节组件20包括两个关节210和关节驱动装置220，关节驱动装置220与每个关节210分别机械连接，且与头部组件10电连接，用于根据确定的运动类型，控制两个关节210前进。头部组件10通过连接器30与相邻的关节210活动连接，相邻的两个关节210之间通过连接器30活动连接。电缆巡检设备40设置于头部组件10，用于对电缆沟内的电缆进行巡检。

在其中一个实施例中，电缆沟蛇形巡检机器人100可以包括头部组件10、多个关节组件20、连接器30、电缆巡检设备40和尾部组件。其中，头部组件10和关节组件20之间，两个关节组件20之间，以及关节组件20和尾部组件之间，均可以通过连接器30活动连接。在其中一个实施例中，连接器30为万向节。其中万向节可以左右摆动，也可以向前传递驱动力。两个关节组件20之间通过连接器30进行节连，可以实现自由度为360度的旋转，构成多自由度运动机构。可以理解，通过设置多个关节组件20，并且每个关节组件20可以通过关节驱动装置220控制两个关节210运动以实现对蛇形运动的模拟。电缆沟蛇形巡检机器人100无需轮式或者履带式行走机构，采用蛇形运动即可实现对复杂环境地形的勘探、抢险、维护和抢修。

因此，电缆沟蛇形巡检机器人100可以模拟蛇行方式，可以实现蜿蜒爬行、侧滑、翻滚、避障等二维平面运动，同时还可以具有攀爬台阶、翻越较低障碍等在三维空间中的运动能力。采用蛇行方式作为电缆沟蛇形巡检机器人100的运动方法，可以使电缆沟蛇形巡检机器人100能够适应电缆沟道复杂地形环境，同时其也可以在电缆上通过蠕动爬行，使电缆巡检设备40可以更加近距离检测电缆状况，扩大了电缆沟蛇形巡检机器人100的适用范围。

在其中一个实施例中，头部组件10包括头部本体110、障碍探测器120、主控装置130和头部驱动装置140。障碍探测器120设置于头部本体110，用于获取障碍物位置及大小。主控装置130设置于头部本体110，与障碍探测器120电连接，用于根据障碍物位置和大小生成第一控制指令和第二控制指令，并将所述第二控制指令发送至所述关节驱动装置220，其中第一控制指令包括水平面的旋转角度和竖直面的旋转角度。头部驱动装置140设置于头部本体110，与头部本体110机械连接，与主控装置130电连接，用于接收第一控制指令，并根据第一控制指令驱动头部本体110运动。可以理解，通过在所述头部本体110内设置障碍探测器120，可以探测前方道路状况并反馈至主控装置130。主控装置130可以分析接收到的信号，并分别控制头部驱动装置140和关节驱动装置220，以控制头部组件10和关节组件20中电机的工作，进而调整电缆沟蛇形巡检机器人100的运动方向和运动类型，以确定合适的路径前行。可以理解，当遇到前方障碍无法避免时，主控装置130可以生成第一控制指令并发送至头部驱动装置140，头部驱动装置140可以根据第一控制指令使头部本体110抬起以翻越过障碍继续前行。可以理解，头部本体110的水平向前运动的驱动力可以来自关节组件20。

在其中一个实施例中，头部组件10还包括运动状态传感器150，运动状态传感器150设置于头部本体110，且与主控装置130电连接，运动状态传感器150实时获取当前运动数据，根据运动数据得到当前运动类型，并将当前运动类型发送至主控装置130。主控装置130还用于根据障碍物位置和大小判断采用的当前运动类型是否会发生碰撞，若判定发生碰撞，则生成第一控制指令和第二控制指令，头部驱动装置140接收第一控制指令，并根据第一控制指令控制头部本体110在水平面内的旋转角度以躲避障碍物或者控制头部本体110在竖直面内的旋转角度以越过障碍物，关节驱动装置220接收第二控制指令，并根据第二控制指令驱动关节210运动以配合头部本体110的运动。

可以理解，运动状态传感器150可以采集电缆沟蛇形机器人100的运动数据并发送至主控装置130。主控装置130可以采用感知与模式识别技术，内部姿态实施交互，距离测算判断等技术判断当前电缆沟蛇形巡检机器人100的运动方式。在其中一个实施例中，头部组件10还包括电池，电池可以分别与障碍探测器120、主控装置130和头部驱动装置140和运动状态传感器150电连接，用于为障碍探测器120、主控装置130和头部驱动装置140和运动状态传感器150进行供电。同时，主控装置130可以通过总线实现向头部驱动装置140和/或关节驱动装置220中的每个电极发送相应控制指令，以实现对电缆沟蛇形巡检机器人100的综合控制。

在其中一个实施例中，主控装置130还用于根据障碍物位置和大小判断采用的当前运动类型是否会发生碰撞。若前方道路平坦，则电缆沟蛇形巡检机器人100可以采用蜿蜒或直行的平面方式直线前进，关节驱动装置220可以通过控制关节组件20中水平轴的关节210保持直线，垂直轴的关节210保持正弦变化，以实现电缆沟蛇形机器人100的蜿蜒前行或者直行，其算法公式为：

其中，为绕y轴旋转的俯仰角度，i表示复数，kn为常数，a0为绕y轴的旋转角度，l为节距，n为节数，s为节横截面积，l为每一节长度。

若探测到前方有障碍物，则采用侧向或伸缩运动方式来进行避障或翻越过障碍物的方式继续向前行进。其中，关节驱动装置220可以通过控制关节组件20中水平轴和垂直轴的关节210均保持正弦变化以实现侧向运动。关节驱动装置220还可以通过控制关节组件20中水平轴的关节210保持正弦变化，同时控制垂直轴的关节210保持直线以实现伸缩运动。其中，侧向运动的两个曲线之间有一个相位差，侧向运动的算法公式为：

其中，为绕x轴旋转的俯仰角度，为绕y轴旋转的俯仰角度，i表示复数，kn为常数，为绕x轴的旋转角度，为绕y轴的旋转角度，l为节距，n为节数，s为节横截面积，l为每一节长度。伸缩运动算法公式为：

其中，为绕x轴旋转的俯仰角度，i表示复数，kn为常数，为绕x轴的旋转角度，l为节距，n为节数，s为节横截面积，l为每一节长度。

在其中一个实施例中，头部驱动装置140包括水平运动控制装置141和竖直运动控制装置142。水平运动控制装置141与主控装置130电连接，用于接收第一控制指令，并根据第一控制指令控制头部本体110在水平面内的旋转角度。竖直运动控制装置142与主控装置130电连接，用于接收第一控制指令，并根据第一控制指令控制头部本体110在竖直面内的旋转角度。

在其中一个实施例中，水平运动控制装置141包括舵机，舵机与头部本体110机械连接，且与主控装置130电连接，用于接收第一控制指令，并根据第一控制指令控制头部本体110在水平面内的旋转角度。可以理解，当前方存在障碍物且当前运动方式可以躲避时，舵机可以根据第一控制指令，控制头部本体110在水平面内旋转，以躲避障碍物。

在其中一个实施例中，竖直运动控制装置142包括电机，电机与头部本体110机械连接，且与主控装置130电连接，用于接收第一控制指令，并根据第一控制指令控制头部本体110在竖直面内的旋转角度。可以理解，当前方存在障碍物且当前运动方式无法躲避时，电机可以根据第一控制指令，控制头部本体110在竖直面抬起，以越过障碍物。

在其中一个实施例中，关节210包括多个相互转动连接的金属骨架。在其中一个实施例中，关节组件20还可以包括电池，电池可以为关节驱动装置210进行供电，以实现对每两个关节210的分别控制。在其中一个实施例中，可以根据需要在构成关节210的金属骨架上开设安装孔，用于固定微型的监测设备。

在其中一个实施例中，电缆巡检设备40包括红外摄像头和红外测温仪。可以理解，由于电缆沟内照明不足，故通过采用红外摄像头和红外测温仪可以实现对电缆沟内电缆的充分巡检，保证供电安全。

在其中一个实施例中，关节210与地面接触的表面贴附有仿生蛇皮211。在其中一个实施例中，仿生蛇皮211的材料为聚酰亚胺薄膜。可以理解，通过在每个关节210的底部黏贴有仿生蛇皮材料，可以提高关节210与地面的摩擦力。聚酰亚胺薄膜在切向上与法向上摩擦比最大，可以在电缆沟蛇形机器人100爬行时增大与接触面的摩擦力。可以理解，通过在关节210的底面设置聚酰亚胺薄膜作为仿生蛇皮，可以模拟蜿蜒前进、直线前进、侧向运动、伸缩运动等多种蛇形运动方式，适用于各种复杂地形。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。