巡检机器人及其工作方法与流程

本发明涉及机器人，更具体地说是指巡检机器人及其工作方法。

背景技术：

随着智能电网系统的发展，变电站、电力线的覆盖范围越来越广泛。为了确保电力设备的安全平稳运行，及时发现设备的缺陷或隐患，长期以来，要求现场运行人员定期或不定期对现场设备进行巡视检查，对仪器仪表设备进行手工抄录，采用测温仪器对设备进行现场测量，工作量大，且受环境因素、人员素质等因素影响，容易造成巡视不到位，检测数据不准确，巡视效率及质量往往达不到预期的效果。针对人工巡检效率低、质量低的问题，利用电力设备巡检机器人在输电线路上进行自动化检查，可以代替人工，高可靠性，高效率的完成任务。

但是现有的机器人所采用的云台升降机构采用的是机械臂模式，这种机械臂模式的成本高，技术复杂，同时维护困难，还有一种是采用与小车行走路线垂直的升降机构，这种机构不利于在狭小的数据机房空间内部扩展云台相机的拍照范围。

因此，有必要设计一种新的机器人，实现升降结构简单，维护简单，且适用于在狭小的数据机房空间内部扩展云台相机的拍照范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供巡检机器人及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：巡检机器人，包括双光云台、云台升降结构以及agv小车，所述云台升降结构包括滑轨、滑块、驱动组件以及丝杠，所述滑轨连接于所述agv小车的上方，且所述丝杠与所述驱动组件连接，所述驱动组件与所述agv小车连接，所述滑块分别与所述滑轨以及丝杠连接，所述滑块的外端还连接有安装板，所述双光云台通过旋转组件与所述安装板连接。

其进一步技术方案为：所述安装板的下方连接有红外测距传感器。

其进一步技术方案为：所述agv小车包括车体、导航组件、避障组件以及工控机，所述车体内设有连接架，所述车体的下方设有开口，所述导航组件与所述连接架连接，且所述导航组件置于所述车体的下方，所述避障组件连接于所述车体的上方，所述滑轨与所述车体连接，所述驱动组件与所述车体连接，所述驱动组件、所述导航组件以及所述避障组件分别与所述工控机连接。

其进一步技术方案为：所述连接架的下方连接有若干个车轮，所述车轮位于所述车体的下方。

其进一步技术方案为：所述agv小车还包括若干个驱动轮组件，若干个所述驱动轮组件分别连接于所述连接架的下方。

其进一步技术方案为：所述驱动轮组件包括驱动轮、传动组件、驱动动力源、摇臂以及避震组件，所述驱动动力源与所述工控机连接，所述驱动动力源通过所述传动组件与所述驱动轮连接，所述避震组件的一端与所述传动组件连接，所述避震组件的另一端与所述连接架连接，相邻两个所述驱动轮组件的摇臂通过铰链连接，所述铰链与所述连接架连接，所述摇臂的一端与所述传动组件连接。

其进一步技术方案为：所述避震组件包括两个避震杆，所述避震杆上设有避震弹簧，所述避震杆的一端与所述传动组件连接，所述避震杆的另一端与所述连接架连接。

其进一步技术方案为：所述传动组件包括传动壳、张紧轴、输入带轮、传动带以及输出带轮，所述张紧轴、输入带轮、传动带以及输出带轮分别连接于所述传动壳内，所述输出带轮还连接有输出轴，所述输出轴的一端与所述驱动轮连接，所述避震组件与所述传动壳的外端连接，所述张紧轴位于所述传动带的两侧。

其进一步技术方案为：所述铰链还连接有连接板，所述连接板位于所述铰链的下方，所述连接板的下方连接有射频读卡器。

本发明还提供了巡检机器人的工作方法，包括：

启动agv小车，以使agv小车行驶至第一个巡检点；

双光云台拍摄对应的仪表信息，并上传至agv小车内的工控机；

当未获取所有仪表信息时，驱动组件带动丝杠转动，以使得滑块移动，带动双光云台移动至下一仪表所在位置，并执行所述双光云台拍摄对应的仪表信息，并上传至agv小车内的工控机。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置双光云台、云台升降结构以及agv小车，云台升降结构以滑轨、滑块和丝杠进行双光云台的升降操作，实现升降结构简单，维护简单，双光云台通过旋转组件实现两个自由度的拍摄，适用于在狭小的数据机房空间内部扩展云台相机的拍照范围。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明具体实施例提供的巡检机器人的立体结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的巡检机器人的局部爆炸结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的云台升降结构的立体结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的agv小车的立体结构示意图；

图5为本发明具体实施例提供的agv小车的立体结构示意图(去除车体)；

图6为本发明具体实施例提供的驱动轮组件与连接架的立体结构示意图；

图7为本发明具体实施例提供的驱动轮组件的立体结构示意图；

图8为本发明具体实施例提供的传动组件的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1～8所示的具体实施例，本实施例提供的巡检机器人，利用丝杠24和滑块21配合的方式，实现云台的升降，可适用于狭小的数据机房空间内部，以扩展云台相机的拍照范围。

请参阅图1至图3，巡检机器人，包括双光云台、云台升降结构以及agv小车，云台升降结构包括滑轨20、滑块21、驱动组件以及丝杠24，滑轨20连接于agv小车的上方，且丝杠24与驱动组件连接，驱动组件与agv小车连接，滑块21分别与滑轨20以及丝杠24连接，滑块21的外端还连接有安装板13，双光云台通过旋转组件12与安装板13连接。

在本实施例中，上述的丝杠24为但不局限于滚珠丝杠24；上述的驱动组件包括步进电机25以及编码器28，丝杠24的两端布置有滚动轴承，丝杠24在滚动轴承上面能够自由沿着其轴线转动，丝杠24的转动由步进电机25提供能量，步进电机25的运动控制由步进电机25的驱动器22完成，步进电机25与编码器28之间用齿轮27传动，通过编码器28可以知道步进电机25的转动圈数，通过丝杠24的螺距换算为丝杠24上面的螺母的行程，从而知道云台的高度位置。采用丝杠24与滑块21、滑轨20配合的方式，实现云台的升降，升降结构简单，维护简单，且双光云台并不会与小车的行走方式垂直，双光云台通过旋转组件12可以实现不同角度的拍摄，适用于在狭小的数据机房空间内部扩展云台相机的拍照范围。

在一实施例中，上述的驱动组件的步进电机25和丝杠24之间的链接使用的是离合器26连接。

在一实施例中，上述的安装板13的下方连接有红外测距传感器。

以使得云台的位置反馈更加准确，通过agv小车体90不断的反射红外传感器发射出的红外光，计算出安装板13的高度，从而计算出双光云台的位置高度。

在本实施例中，请参阅图1，上述的双光云台包括可见光云台10以及红外光云台11，旋转组件12具有两个自由度，一是可绕着自身的底座垂直于水平方向旋转，二是做仰俯运动，其中，旋转组件12包括水平旋转件以及俯仰旋转件，所述水平旋转件连接于安装板13上，双光云台与俯仰旋转件连接，俯仰旋转件与水平旋转件连接，通过水平旋转件以及俯仰旋转件实现双光云台的两个自由度，可以在狭小的数据机房空间内部扩展云台相机的拍照范围。

在一实施例中，上述的滑轨20通过安装架23与agv小车连接。

在一实施例中，请参阅图4至图5，agv小车包括车体90、导航组件、避障组件以及工控机62，车体90内设有连接架60，车体90的下方设有开口，导航组件与连接架60连接，且导航组件置于车体90的下方，避障组件连接于车体90的上方，滑轨20与车体90连接，驱动组件与车体90连接，驱动组件、导航组件以及避障组件分别与工控机62连接。

工控机62用于agv传感器的信号处理，处理磁导航、编码器28、激光雷达、超声波等传感器的信号。

在本实施例中，避障组件包括超声波传感器70以及激光雷达传感器50，超声波传感器70以及激光雷达传感器50分别连接于车体90的上方；上述的导航组件包括磁导航传感器80。

agv小车采用超声波避障和激光避障两种方式实现运行过程中的避障功能，同时使用磁条导航和激光导航两种导航方式实现agv在数据机房内的导航。激光雷达导航结合磁导航和激光导航一体化，导航精度高，在数据机房内部的设备位置变化之后，激光导航不会失去导航精度。工控机62还用于根据这些传感器的数据信号，用于计算和规划导航路径，实现避障运动。工控机62还要控制步进电机25即动力源的运动，实现云台升降功能，云台采集的可见光信息和红外光信息，通过工控机62处理过后，把处理后的信息，通过无线网桥65发送给后台。

agv配备了磁导航传感器80和超声波传感器70以及激光雷达传感器50，agv可以同时使用磁导航传感器80和地面磁条进行导航，同时也可以使用超声波传感器70以及激光雷达传感器50进行导航。同时，agv配备了超声波传感器70以及激光雷达传感器50，用于数据机房有很多玻璃门，激光雷达传感器50会在玻璃门的情况下失效，采用超声波传感器70以及激光雷达传感器50能够很好的避免玻璃门透过激光的问题。实现agv的安全避障。

在一实施例中，请参阅图4，连接架60的下方连接有若干个车轮(图中未示出)，车轮位于车体90的下方。车轮的设计可以带动agv小车的移动。

在一实施例中，请参阅图5至图6，上述的agv小车还包括若干个驱动轮组件，若干个驱动轮组件分别连接于连接架60的下方。

驱动轮组件是为了驱动agv小车进行转向，以实现agv小车的转向和避障操作等。

在一实施例中，请参阅图6与图7，上述的驱动轮组件包括驱动轮30、传动组件、驱动动力源36、摇臂34以及避震组件，驱动动力源36与工控机62连接，驱动动力源36通过传动组件与驱动轮30连接，避震组件的一端与传动组件连接，避震组件的另一端与连接架60连接，相邻两个驱动轮组件的摇臂34通过铰链35连接，铰链35与连接架60连接，摇臂34的一端与传动组件连接。驱动动力源36连接在摇臂34上方。

通过工控机62控制驱动动力源36进行动作，以由驱动动力源36通过传动组件后经过驱动轮30进行工作，以实现agv小车的转向。

在一实施例中，请参阅图5至图7，上述的避震组件包括两个避震杆32，避震杆32上设有避震弹簧33，避震杆32的一端与传动组件连接，避震杆32的另一端与连接架60连接。

具体地，与车轮的一端的连接架60与避震杆32的一端铰接，通过避震杆32上的避震弹簧33将agv小车在行驶的过程中将遇到不平坦的地方所产生的振动力进行转移，独立悬挂摇臂34和独立悬挂铰链35为agv小车提供了每个驱动轮30独立的避震性能，保证在地面不平整或者转弯的过程中由于左右轮子与地面的接触力不均匀的情况下，独立的避震器能够增强agv小车的驱动轮30的抓地力。

agv小车的动力是由驱动电机输出，经过传动组件，传递给驱动轮30。每个驱动轮30在前后布置了两个避震器。

独立悬挂摇臂34和独立悬挂铰链35，为agv提供了每个驱动轮30独立的避震性能，保证在地面不平整或者转弯的过程中由于左右轮子与地面的接触力不均匀的情况下，独立的避震器能够增强agv驱动轮30的抓地力。

在一实施例中，请参阅图8，上述的传动组件包括传动壳31、张紧轴391、输入带轮37、传动带38以及输出带轮39，张紧轴391、输入带轮37、传动带38以及输出带轮39分别连接于传动壳31内，输出带轮39还连接有输出轴392，输出轴392的一端与驱动轮30连接，避震组件与传动壳31的外端连接，张紧轴391位于传动带38的两侧。

当然，于其他实施例，上述的张紧轴391位于传动带38的一侧。

输入带轮37用于接收驱动动力源36的输入能量，经过同步带传递给输出带轮39，在输出带轮39上面的输出轴392把能量传递给驱动轮30。

张紧轴391用于实现同步带的张紧，张紧轴391由外圈、压紧轴、轴承、螺纹孔组成，其中，外圈通过轴承安装在压紧轴上面，压紧轴安装在传动组件上面，通过螺纹孔使用螺栓可以把压紧轴向着同步带的方向压紧，实现同步带的张紧功能。

从驱动动力源36输出动力后，经过电机输出轴392到驱动轮30的能量传输通过传动组件的同步带轮传动，该传动能够很好的抑制地面传递给驱动轮30的振动传导到agv小车的车体90上面，增加了agv小车的运行期间的平稳性，提高了agv小车的云台的拍摄稳定性。

在一实施例中，上述的铰链35还连接有连接板，连接板位于铰链35的下方，连接板的下方连接有射频读卡器。agv小车的底部布置有rfid射频读卡器，用于识别数据机房内部的地标信息，实现对数据机房的资产，设备等重要设备的管理。

在一实施例中，上述的车体90内设有电池仓92，该电池仓92的外端连接有舱盖91，该电池仓92安装有电池滑轨、电池安装板以及电池63，该电池滑轨连接于电池仓92内，且电池安装板通过电池滑块与电池滑轨连接，实现便可替换电池63。agv小车的电池63布置在agv小车的电池安装板上，agv小车的电池安装板安装在agv小车的电池滑轨上，agv小车的电池滑轨的一端固定在agv小车的车体90上。电池63能够顺着滑轨20在电池舱盖91开启的情况下滑出，方便agv小车的电池63的拆卸与更换。

在一实施例中，上述的连接架60侧面安装有无线充电接收线圈67以及无线充电控制器61，且工控机62的下方设有无线网桥65，agv小车配备了无线充电功能模块，该模块主要由无线充电接收线圈67以及无线充电控制器61组成，用于接收地面发射端发射的能量，存储在agv电池63内部。

在一实施例中，上述的车体90上方设有人机交互界面40，工控机62把agv的信息同时传送给人机交互界面40，在人机交互界面40上面能够显示agv小车的运行状态和故障原因，同时能够在人机交互界面40上实现对agv的部分功能的调整和修改。

在一实施例中，上述的车体90上还设有有线充电接口64，该有线充电接口64用于给agv实现快速充电。

上述的巡检机器人，通过设置双光云台、云台升降结构以及agv小车，云台升降结构以滑轨20、滑块21和丝杠24进行双光云台的升降操作，实现升降结构简单，维护简单，双光云台通过旋转组件12实现两个自由度的拍摄，适用于在狭小的数据机房空间内部扩展云台相机的拍照范围。

在一实施例中，还提供了巡检机器人的工作方法，包括：

启动agv小车，以使agv小车行驶至第一个巡检点；

双光云台拍摄对应的仪表信息，并上传至agv小车内的工控机62；

当未获取所有仪表信息时，驱动组件带动丝杠24转动，以使得滑块21移动，带动双光云台移动至下一仪表所在位置，并执行双光云台拍摄对应的仪表信息，并上传至agv小车内的工控机62。

具体地，启动agv小车，agv小车行驶到第一个巡检点，双光云台按照设定的程序开始运动，双光云台对准第一个巡检点的仪表，远距离拍摄，确认仪表类型，agv机器人内部调用相关的仪表类型函数库，双光云台拉近后，近距离拍摄对应的仪表，使用上一步调用的函数库处理仪表的信息，并上传至后台的云计算机系统，即工控机62；驱动组件的步进电机25带动双光云台升降至下一个仪表高度附近的位置，进行拍摄，重复上述的两个步骤，当巡检机器人电量不足时，巡检机器人按照程序行走至规定的充电区域，巡检机器人与无线充电桩使用rfid进行通信，确认各自的状态后，地面充电桩给巡检机器人充电。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述巡检机器人的工作方法的具体实现过程，可以参考前述的巡检机器人实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。