自助移动底盘和应用其的配电站/室户内巡检机器人的制作方法

本发明属于配电站/室户内智能巡视领域，具体涉及一种应用于配电站/室户内以进行巡检的机器人和其中的自助移动底盘。

背景技术：

对于配电站/室，越来越多地应用机器人进行自助巡检，以替代人工巡检。巡检用机器人通过移动底盘携带巡检设备，按照既定路线移动，从而完成巡检工作任务。

现有的巡检机器人方案主要有两种：

1、目前比较常见的一种室内配电站/室或开关站表计智能巡检方式是采用“吊轨固定式巡检机器人”，如图1所示。该形式的巡检机器人主要包括：

（1）运行轨道：根据配电站/室中的待观测设备（或装置）的具体位置进行吊轨固定并依次架设；

（2）机器人：可移动地配置于运行轨道中，并包括驱动装置、采集装置、控制单元等部分组成。其中：

a.驱动装置，可移动的挂接于运动轨道上。

b.采集装置，与驱动装置相连接，并包含：通信单元和发送单元。通信单元用以通过网络连接外部的监控终端；发送单元与通信单元连接，用以将采集的每个待观测设备（或装置）的工作状态信息发送至监控终端。

c.控制单元，与驱动装置相连接，用以控制机器人在吊轨固定式轨道中运动，并控制采集装置采集每个待观测设备（或装置）的工作状态信息。

吊轨固定式巡检机器人虽然是针对户内巡检研发的技术解决方案，且在一般情况下能较好的适应狭窄的室内空间，但是其提供的结构方案在具体应用与实践实施中存在的缺点至少包括：1）其作业范围受限于固定式轨道，即轨道受现场条件制约不能架设的区域，吊轨固定式巡检机器人就无法到达。比如屋顶与待观测设备（或装置）高差较大的，固定吊装轨道的施工难度大。2）机器人搭载了高清摄像头、红外热成像仪、局部放电测试仪等检测仪器，其自重大并在吊轨上面运动时，极易在吊轨上面晃动，造成待观测设备（或装置）信息失误或者误差大，不满足现场实际需求。3）因工作需要巡检范围扩大，固定用吊轨就要延长。通常情况下吊轨施工量越大，难度也会增大，投入成本更高。4）吊轨固定式巡检机器人通常只能观测到待观测设备（或装置）顶部或上部的信息，即不能满足现场实际工作对于离地30公分以上待观测设备（或装置）运行工况全覆盖的基本巡检要求。

从上述在具体应用与实践实施中存在的缺点可以看出，吊轨固定式巡检机器人对已建（或老旧）配电站/室原有环境提出了较严格的布局（或改造）要求。特别是对已经建成的配电站/室，布置这类巡检机器人，其现场反映出：1）在原有配电站/室屋顶密布预埋件高空施工难度增大，局部预埋件布置造成日后的房顶渗漏雨水隐患，殃及设备（或装置）内部进水造成大面积停电事故。2）吊轨改造施工难度大的同时，普遍需要大量的资金投入。特别是老旧的配电站/室，改造成本更大，甚至不得不配合停电作业，对连续供电可靠性影响也很大。

2、常见的室外变配电站所的智能巡检作业采用轮式巡检机器人方式，如图2所示。该形式的巡检机器人，通常有一个带导航的轮式底盘。

1）导航方式可以是磁钉、磁条、二维码、激光、gps差分、惯导等其中的一种或多种组合。

2）驱动方式主要可分为双轮差速驱动和四轮四驱两种形式。底盘的移动与定位是运用自带的中央处理器，并通过路径规划算法控制来实施。同时底盘上方还携带了业务模块，包括：云台、高清摄像头和红外热成像仪等设备。其中：

a.云台用于调整拍摄角度。

b.高清摄像头和红外热成像仪属于采集设备，负责采集巡检需求对象的图像、温度、开关状态等信息。通过无线网络将机器人采集到的信息传输到后台监控终端。

3）两种驱动方式的优缺点非常明显：

a.双轮差速驱动可以实现原地旋转，但与四驱相比越障能力较差。

b.四轮四驱虽然有较好的越障能力，但转弯半径较大，无法在狭小的空间内完成掉头、转弯等动作。

室外变配电站所巡检机器人的轮式底盘在配电站/室内实际应用的局限性包括：室外变配电站所巡检机器人主要应用于室外变配电站所，虽然能适应典型配电站/室内较平滑地面，但无法全方位满足狭窄的户内空间原地旋转等特殊性运动轨迹需求，现场经常出现该形式的轮式底盘无法进入狭小空间，导致巡检死角，贻误了设备（或装置）可能存在隐患的状态下及时发现与处置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于变电站/室户内巡检机器人的使用方便、较为灵活的自助移动底盘。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自助移动底盘，包括车架、若干组移动组件、与所述移动组件一一对应的若干组转弯组件、控制器；

所述移动组件包括由所述控制器控制且外周部绕平行于地面的轴线转动的轮毂电机；

所述转弯组件包括由所述控制器控制且输出轴垂直于地面的转弯驱动器、轮毂支架，所述转弯驱动器安装于所述车架上，所述轮毂支架的一端与所述转弯驱动器的输出轴相连接而另一端与所述轮毂电机相连接。

优选的，所述轮毂电机包括平行于地面设置的电机轴、环绕所述电机轴设置的电机定子、环绕所述电机定子设置的电机转子、与所述电机转子相连接的轮胎、电机引线，所述电机引线的一端与所述控制器相连接，另一端与所述电机定子相连接。

优选的，所述轮毂电机还包括电磁制动器，所述电磁制动器包括环绕所述电机轴设置的制动器定片、环绕所述制动器定片设置并与所述电机转子相接触的制动器动片、制动器引线，所述制动器引线的一端与所述控制器相连接，另一端与所述制动器定片相连接。

优选的，所述轮毂电机还包括设置于所述电机轴两端的电机端盖。

优选的，所述转弯驱动器包括输出轴垂直于地面的转弯电机、与所述转弯电机相连接的转弯减速机、与所述转弯减速机相连接的法兰，所述轮毂支架与所述法兰相连接，所述转弯电机与所述控制器相信号连接。

优选的，所述轮毂支架呈l形。

优选的，所述控制器包括：

控制模块，所述控制模块基于位置反馈信号、电流反馈信号、速度反馈信号向所述轮毂电机发出移动控制信号，向所述转弯驱动器发出转弯控制信号；

位置检测模块，所述位置检测模块采集所述轮毂电机所转过角度位置并发出所述位置反馈信号；

电流检测模块，所述电流检测模块采集所述控制信号的电流并发出所述电流反馈信号；

速度检测模块，所述速度检测模块采集所述轮毂电机的转速并发出所述速度反馈信号。

优选的，所述控制模块与上位机相通信。

优选的，所述自助移动底盘包括移动状态和转动状态；在所述移动状态下，各个所述轮毂电机的行进方向相平行；当所述转动组件带动对应所述移动轮毂电机转动过对应的角度时，由所述移动状态转换至所述转动状态；在所述转动状态下，各个所述轮毂电机的行进方向为一圆形的不同切线方向。

本发明还提供一种配电站/室户内巡检机器人，包括上述自助移动底盘。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够灵活、方便地应用于配电站/室户内的巡检中，能够避免巡检死角，保障巡检质量，且无需架设吊轨，成本较低，实施难度小，既适用于新建配电站/室，也适用于已投入运行中的配电站/室。

附图说明

附图1为现有的吊轨固定式巡检机器人的结构示意图。

附图2为现有的轮式巡检机器人的结构示意图。

附图3为本发明的自助移动底盘的结构示意图。

附图4为本发明的自助移动底盘中轮毂电机的结构示意图。

附图5为本发明的自助移动底盘中轮毂电机的控制原理图。

附图6为本发明的自助移动底盘在移动状态下的俯视示意图。

附图7为本发明的自助移动底盘在转动状态下的俯视示意图。

以上附图中：1、车架；2、超声波传感器；3、轮毂电机；4、轮毂支架；5、转弯电机；6、转弯减速机；7、法兰；8、制动器引线；9、电机引线；10、制动器动片；11、制动器定片；12、电机转子；13、电机定子；14、电机轴；15、轮胎；16、电机端盖。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种配电站/室户内巡检机器人，包括能够移动的自助移动底盘和设置在该移动底盘上的各种检测仪器。在巡检时，自助移动底盘按照既定路线移动，并在路线中的各个巡视点利用检测仪器完成巡检工作。

如附图3所示，该自助移动底盘包括车架1、若干组移动组件、若干组转弯组件以及控制器。

车架1为板状，其可以设置为任意合适的形状。各种检测仪器即可安装在该车架1上方的区域中。

本实施例中设置了四组移动组件，分别设置在车架1的四个方向上。每组移动组件均包括轮毂电机3，因此本实施例中共有四个轮毂电机3。轮毂电机3由所述控制器控制，且其外周部绕平行于地面的轴线转动。

如附图4所示，轮毂电机3包括平行于地面设置的电机轴14、环绕电机轴14设置的电机定子13、环绕电机定子13设置的电机转子12、与电机转子12相连接的轮胎15、电机引线9，电机引线9的一端与控制器相连接，另一端与电机定子13相连接。电机引线9可以在电机轴14的一端穿心而过。电机轴14两端还分别设置有电机端盖16。该轮毂电机3还包括电磁制动器。电磁制动器包括环绕电机轴14设置的制动器定片11、环绕制动器定片11设置并与电机转子12相接触的制动器动片10、制动器引线8，制动器引线8的一端与控制器相连接，另一端与制动器定片11相连接，制动器引线8可以在电机轴14的另一端穿心而过。

本方案中为了适应智能巡检业务的需要，采用了轮毂电机3技术。轮毂电机3结构上紧凑简单，能实现高精度的速度反馈。同时将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，实现了机械结构部分的简化。将轮毂电机3技术优化应用在智能巡检业务的底盘上，减小了轮毂直流电机的轴向尺寸，使单体模块布局结构紧凑。轮系行进结构，可增加驱动轮轮距空间，增大底盘稳定性。

转弯组件与移动组件一一对应设置。每组转弯组件包括安装于所述车架1上转弯驱动器和轮毂支架4。转弯驱动器由控制器控制，且其输出轴垂直于地面。

转弯驱动器包括转弯电机5、与转弯电机5相连接的转弯减速机6和法兰7。在本实施例中，转弯电机5安装在车架1上，且其输出轴垂直于地面。转弯减速机6与转弯电机5的输出轴相连接，且其输出轴也垂直于地面。法兰7与转弯减速机6的输出轴相连接，用于安装轮毂支架4，从而当转弯电机5转动时，其可以带动轮毂支架4横向转动。在其他一些实施例中，转弯电机5输出轴、转弯减速机6的输出轴也可以水平设置，此时，转弯驱动器还需要包括将转弯减速机6输出轴的纵向转动转换为横向转动的传动机构，例如采用相啮合传动的锥齿轮等结构，使得轮毂支架4能够在转弯电机5的带动下横向转动。

轮毂支架4用于连接转弯驱动器的输出轴和轮毂电机3。本实施例中，轮毂支架4呈l形，其横向的一端与转弯减速机6输出轴上的法兰7相连接，而纵向的一端则与轮毂电机3的中部相连接。从而当转弯驱动器工作时，可以带动轮毂电机3绕转弯驱动器的输出轴而转动。

控制器用于控制移动组件和转弯组件，它包括控制模块、位置检测模块、电流检测模块、速度检测模块。

控制模块用于基于位置反馈信号、电流反馈信号、速度反馈信号向所述轮毂电机3发出移动控制信号，向所述转弯驱动器发出转弯控制信号，故控制模块通过电机引线9与轮毂电机3相信号连接，也通过制动器引线8与轮毂电机3内的电磁制动器相信号连接，还通过信号线与转弯电机5相信号连接。以上信号连接也可以采用无线形式。位置检测模块采集轮毂电机3所转过角度位置并发出位置反馈信号给控制模块。电流检测模块采集控制信号的电流并发出电流反馈信号给控制模块。速度检测模块采集轮毂电机3的转速并发出速度反馈信号给控制模块。

对于轮毂电机3的控制方面，控制器采用了伺服控制方式，从而与轮毂电机3形成伺服电机。如附图5所示，与普通的无刷电机相比，伺服电机对电流信号、速度信号和位置信号均形成了闭环控制，可以精确地控制单个轮子（即轮毂电机3）旋转速度、转过的角度和电机输入电流的大小。在轮胎15与地面不打滑的情况下，轮子每转过一个微小的角度都可以转化成轮子外径行走的行程数，在单位时间内轮子外沿转过的行程数在数值上就等于线速度，这样轮子的线速度就可以通过伺服电机进行精确地控制。伺服电机带有编码器，即控制模块可以与上位机（中央处理器）相通信，能够将电机转过的圈数上报给中央处理器，即由工控机实现输入、输出、运算、存储等功能，对智能巡检业务的移动进行线性控制，并保证到达待观测设备（或装置）的实际精度。同时，转弯电机5也可以采用由伺服电机和编码器的形式进行驱动和控制。

上述自助移动底盘包括移动状态和转动状态。如附图6所示，在移动状态下，各个轮毂电机3的行进方向相平行。此时，轮毂电机3转动可以使其向同一方向滚动，从而实现移动。在控制器中对应存储有各转动组件所需要的偏转角度。当在转弯控制信号的控制下，转动组件带动对应移动轮毂电机3转动过对应的角度时，由移动状态转换至转动状态。在该转换过程中，控制器分别控制四个转弯电机5运转，每个转弯电机5的输出端所连接的转弯减速机6用以放大转弯电机5的输出扭矩，从而转弯电机5的旋转角度可以通过轮毂支架4传递到四个轮毂电机3上，使轮毂电机3相对车架1偏转一个对应的角度。如附图7所示，在转动状态下，各个轮毂电机3的行进方向为一圆形的不同切线方向。此时，各个轮毂电机3转动，即可使车架1转动移动角度，实现原地掉头或任意角度的转弯。转弯完成后，转弯电机5再在控制器的控制下回转到初始位置，即使自助移动底盘回复到附图6所示的移动状态，则可以继续移动。从而通过该方案，可以满足在配电站/室狭窄的巡检通道内行进的要求。

此外，车架1上还可以安装若干个用于检测障碍物的超声波传感器2。

本案所及的一种适应配电站/室户内巡检机器人的自助移动底盘，属于供配电智能运检技术领域，应用于电力企业配电站/室及相关工矿企业供配电场所的智能巡视、驻点检测，重点解决了已有相关（或相近）技术未涉足的问题。以上方案的巡检机器人符合巡视检查规程规范，能够科学提升智能巡检效率，且适应配电站/室内部无需改造的要求，为实现智能巡检业务将底盘优化，科学满足现场适应性、便捷性与稳定性等技术要求。其有益效果在于：

（1）与普通的四驱底盘相比：本方案采用了动力四轮0度-180自助变换任意角度的底盘，能够适应配电站/室内部既有地面巡检通道的狭窄工作环境，达到原地零偏移调整、转位、前行或后退的工作目标。

（2）与户外巡检机器人底盘采用的普通驱动电机相比：本方案中的驱动电机采用轮毂电机3技术，即将合适的动力、传动和制动性能巧合到轮毂内，优化布局机械结构的同时并大幅度缩减了底盘空间，为适应配电站/室内部既有地面巡检通道，实现“零改造”和“无死角”智能巡检的工作目标提供了新型组合式底盘构架。

（3）本方案与变配电站/室吊轨固定式巡检机器人相比优势更为显著：1）进场实施“零改造”，即“无需吊轨”、“无需导轨”，为二维码导航或激光导航提供了实施例。2）“可转运”或“易转场”，即能够实现一机多站轮换开展智能巡检业务。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。