一种具有爬杆功能的变电站巡检机器人及其驱动方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及电力系统的自动巡检技术，具体涉及一种具有爬杆功能的变电站巡检机器人及其驱动方法。
【背景技术】
[0002]目前，电力系统变电站已基本实现了无人值守，为了弥补人工定期巡检的不足，国内外均出现了采用地面移动机器人进行巡检，获取变电设备可见光图像和红外热像数据并进行状态监测、分析的应用报道。机器人能够一定程度地解决设备自动巡检问题，但机器人在地面沿固定的路径运行，存在监测死区，尤其对于位置高的变电设备或设备部件，如位于变压器顶部的附件、线路绝缘子、避雷针等，由于距离、视角、阴雾和黑夜等复杂环境条件因素的影响，往往不能清楚、准确地检测其状态并识别其缺陷和隐患，此外，机器人需在地下埋设磁轨才能导航，工程量大，成本高，而且一旦路径确定就不易更改，不利于机器人巡检在变电站的应用推广。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题，提供一种能够实现地面移动、上下杆柱和沿杆柱爬行/旋转/停止功能，结构紧凑、控制精度高、能够全方位、无死区地监测变电设备运行状态的具有爬杆功能的变电站巡检机器人及其驱动方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
本发明提供一种具有爬杆功能的变电站巡检机器人，包括监测装置、驱动控制模块和爬行机构，所述监测装置、驱动控制模块分别装设于爬行机构上，所述爬行机构包括多节躯体单元和躯体关节，相邻的躯体单元之间通过躯体关节相连，相邻的躯体单元之间设有用于控制躯体关节转动状态的躯体关节电机，所述躯体单元的底部设有底轮以及至少一对用于爬杆及移动的机器手臂，所述机器手臂的端部设有行走旋转万向轮以及用于驱动行走旋转万向轮进行行走或旋转的万向轮驱动机构，所述万向轮驱动机构、躯体关节电机分别与驱动控制模块相连。
[0005]优选地，所述机器手臂包括依次相连的手臂前节、手臂关节和手臂后节，所述手臂前节和手臂后节之间设有手臂关节电机，所述手臂后节的根部设有手臂根关节，所述手臂后节通过手臂根关节和躯体单元相连，所述手臂后节和躯体单元之间设有用于控制手臂根关节状态的根关节电机，所述手臂关节电机、根关节电机分别与驱动控制模块相连。
[0006]优选地，所述手臂前节和手臂后节均为弧形，且所述手臂前节的弧形圆心、手臂后节的弧形圆心位于同一侧。
[0007]优选地，所述监测装置包括云台和视频检测组件，所述云台装设于爬行机构上，所述视频检测组件装设于云台上。
[0008]优选地，所述视频检测组件包括红外摄像头和高清摄像头。
[0009 ]优选地，所述监测装置装设于爬行机构中位于中部的一节躯体单元上。
[0010]优选地，所述底轮为万向轮。
[0011]本发明还提供一种前述具有爬杆功能的变电站巡检机器人的驱动方法，步骤包括:
1)当变电站巡检机器人在地面移动时，所述机器手臂通过行走旋转万向轮支承于地面上，通过各个躯体单元的万向轮驱动机构驱动对应的行走旋转万向轮在地面上移动及转向；
2)当变电站巡检机器人从地面接近杆柱时，驱动躯体关节电机使得爬行机构上仰并接近杆柱，首先控制第一个躯体单元的一对机器手臂环抱杆柱使得底轮和行走旋转万向轮将杆柱夹紧，并通过万向轮驱动机构驱动行走旋转万向轮沿杆柱上移，然后依次控制后续各个躯体单元的一对机器手臂环抱杆柱使得底轮和行走旋转万向轮将杆柱夹紧，并通过万向轮驱动机构驱动行走旋转万向轮沿杆柱上移，最终使得所有躯体单元爬上杆柱；
3)当变电站巡检机器人爬上杆柱后，当需要继续爬升或者下降时，控制所有躯体单元的一对机器手臂环抱杆柱使得底轮和行走旋转万向轮将杆柱夹紧，并通过万向轮驱动机构驱动行走旋转万向轮沿杆柱上移爬升；当需要沿杆柱旋转运动时，控制万向轮驱动机构驱动行走旋转万向轮旋转，使得行走旋转万向轮的行走方向和杆柱相互垂直，通过万向轮驱动机构驱动行走旋转万向轮沿杆柱旋转运动；当需要在杆柱上停止时，控制万向轮驱动机构驱动行走旋转万向轮旋转，使得行走旋转万向轮的行走方向和杆柱相互垂直，并通过底轮和行走旋转万向轮夹持停止在杆柱上；
4)当变电站巡检机器人下上杆柱时，控制最后一个躯体单元的一对机器手臂环抱杆柱使得底轮和行走旋转万向轮将杆柱夹紧，并通过万向轮驱动机构驱动行走旋转万向轮沿杆柱下移，同时驱动躯体关节电机使得爬行机构的前端上仰接近地面，从第一个躯体单元开始依次从杆柱上松开机器手臂并通过行走旋转万向轮支承于地面上，最终使得所有躯体单元的机器手臂通过行走旋转万向轮支承于地面上。
[0012]优选地，所述步骤I)中机器手臂通过行走旋转万向轮支承于地面上时，驱动手臂关节电机使得手臂前节、手臂后节之间的夹角大于90°。
[0013]优选地，所述步骤I)中变电站巡检机器人在地面移动时，所述监测装置(I)采集杆柱图像，针对采集得到的杆柱图像以杆柱的直径、轮廓特征来识别杆柱，当识别出杆柱时，则变电站巡检机器人开始从地面爬上杆柱。
[0014]本发明具有爬杆功能的变电站巡检机器人具有下述优点:
1、本发明包括监测装置、驱动控制模块和爬行机构，通过爬行机构作为监测装置的载体，爬行机构包括多节躯体单元和躯体关节，相邻的躯体单元之间通过躯体关节相连，相邻的躯体单元之间设有用于控制躯体关节转动状态的躯体关节电机，躯体单元上设有一对用于爬杆及移动的机器手臂，机器手臂的端部设有行走旋转万向轮以及用于驱动行走旋转万向轮进行行走或旋转的万向轮驱动机构，通过万向轮驱动机构驱动行走旋转万向轮，并结合躯体关节的控制、机器手臂的控制，使得变电站巡检机器人能够实现地面移动、上下杆柱和沿杆柱爬行/旋转/停止功能，具有结构紧凑、控制精度高的优点，能够全方位、无死区地监测变电设备运行状态。
[0015]2、本发明通过监测装置对周围环境的图像识别实现监测，能全方位、无死区地准确采集变电设备包括温度和外观图像在内的监测数据，能够实现变电设备过热、污秽、移位、爆炸、漏油、放电、起火、目标侵入等异常状态的监测、识别与定位，对变电站内设备准确无误的在线监测，能够全方位、无死区地监测变电设备运行状态。
[0016]3、本发明原理简单，控制精准可靠，能广泛应用于变电站中取代人工巡检和现有机器人巡检，提高经济和社会效益。
[0017]本发明具有爬杆功能的变电站巡检机器人的驱动方法具有下述优点:本发明具有爬杆功能的变电站巡检机器人的驱动方法是基于本发明具有爬杆功能的变电站巡检机器人的应用控制方法，通过对变电站巡检机器人的躯体关节的状态、机器手臂的状态，通过万向轮驱动机构驱动控制行走旋转万向轮的状态，能够实现地面移动、上下杆柱和沿杆柱爬行/旋转/停止功能，从而以通过监测装置对周围环境的图像识别实现监测，能够实现全方位、无死区的变电站电力设备的在线巡检与监测。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例的俯视结构不意图。
[0019]图2为本发明实施例在地面移动时的侧视结构示意图。
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