一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，包括：智能云台与机器人本体连接，机器人本体与机器人运行驱动系统连接；所述可见光摄像机和红外热像仪分别与智能云台连接，所述智能云台通过以太网连接到控制箱，所述控制箱与后台监控系统连接。本发明有益效果：温度监控系统具备双路视频，不但可以监控阀厅阀塔温度，也具备对阀厅内部环境实施监控的功能。温度监控具备自动报警以及监控数据自动储存等功能。减轻了阀厅人工巡检的工作强度，使得人工可以在远离高压，强电磁环境的后台完成阀厅日常巡检任务。
【专利说明】一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统
【技术领域】
[0001]本发明设计电力自动化领域，尤其涉及一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统。
【背景技术】
[0002]高压直流输电工程在国家电力建设当中具有重要意义，其中换流站是高压交直流变换的场所，其内部的阀塔作为交直流变换的核心设备，对其内部设备及环境的监控也十分重要。
[0003]近些年，随着智能电网的不断建设，轨道机器人逐渐开始部分替代人工巡检来完成换流站阀厅的监控。换流站阀厅由于长时间工作在高压，大电流状态下，其内部容易集聚大量热量。虽然阀塔有高效的制冷措施来防止局部温度过高，但是，一旦制冷措施出现异常或者阀塔本身出现故障，阀塔局部问题很容易升高甚至酿成火灾事故。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，该系统作为阀厅智能巡检机器人核心组成部分，能够实现可见光视频的采集，阀塔温度实时监测，监测视频远程传输以及远程监控等功能。
[0005]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0006]一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，包括:智能云台、控制箱、可见光摄像机、红外热像仪、后台监控系统、机器人本体以及机器人运行驱动系统；
[0007]所述智能云台与机器人本体连接，机器人本体与机器人运行驱动系统连接；所述可见光摄像机和红外热像仪分别与智能云台连接，所述智能云台通过以太网连接到控制箱，所述控制箱与后台监控系统连接。
[0008]所述机器人运行驱动系统为在设置在机器人运行轨道上的滑块，所述滑块通过伺服电机驱动运行。
[0009]所述滑块具体包括:两组轨道运动单元以及用于连接两组轨道运动单元的二次连接板；所述两组轨道运动单元独立旋转；
[0010]所述每一组轨道运动单元包括:一次转弯运动单元、二次转弯运动单元、桥架和一次连接板；
[0011]在所述桥架的两端分别固定一次转弯运动单元，在所述桥架外侧设置一次连接板，所述一次连接板的两侧板与桥架两端分别通过一次转轴连接；所述二次转弯运动单元设置在所述一次连接板的中间位置；所述每一组轨道运动单元的一次连接板分别通过二次转弯运动单元与二次连接板连接。
[0012]所述一次转弯运动单元包括:滚轮中轴、滚轮、一次轴承和一次转轴；
[0013]所述滚轮通过滚轮中轴与桥架连接，所述一次轴承分别与一次转轴和桥架配合，所述一次轴承的端部设有孔用挡圈一用于限位；所述一次转轴上端部与一次连接板固定、中部设有圆柱面与一次轴承配合。
[0014]所述滚轮中轴端部由孔用挡圈一限位所述滚轮中轴的端部设有台阶用于滚轮限位，中部设有圆柱面与轴承内圈配合，末端设有圆柱面台阶与桥接嵌合，芯部设有通孔用于与桥架固定。其中末端圆柱面与芯部通孔同轴，中部圆柱面与以上两者的轴线平行不同轴，两轴线的偏心距离用于调节两套滚轮的间距。
[0015]所述二次转弯运动单元包括二次转轴、二次轴承和孔用挡圈二 ；
[0016]所述二次转轴贯穿一次连接板和二次连接板，二次轴承的内圈与二次转轴配合，外圈与二次连接板配合，二次轴承端部由孔用挡圈二限位。
[0017]所述控制箱包括:视频服务器、交换机、光电转换单元、PLC、伺服驱动器和电源模块；
[0018]所述视频服务器、交换机和光电转换单元依次连接，所述交换机还与PLC连接，PLC与伺服驱动器连接；电源模块用于为上述各模块提供供电电源。
[0019]所述机器人本体为能够在X、Y、Z三个方向自由运动的机械手臂，所述智能云台能够在水平和垂直方向上进行转动。
[0020]所述智能云台由RS485总线控制，智能云台控制RS485接口电路包括:瞬态电压抑制差动收发器U12，
[0021]U12的I号管脚接云台控制板单片机串口接收端RXD，2号管脚与3号管脚接单片机通用1管脚，4号管脚接单片机串口发送端TXD ；
[0022]U12的5号管脚接地，U12的6号管脚接485A，电阻R41 —端接U12的6号管脚、另一端接电源；稳压二极管D7 —端接U12的6号管脚、另一端接地；
[0023]U12的7号管脚接485B，电阻R35 —端接U12的7号管脚、另一端接地；压二极管D8 一端接U12的7号管脚、另一端接地；电阻R37串接在U12的6号管脚和7号管脚之间；
[0024]U12的8号管脚接电源，电容C20的一端接U12的8号管脚、另一端接地。
[0025]所述智能云台、控制箱、可见光摄像机、红外热像仪与后台监控系统之间的信号传输线缆均采用不锈钢套管做屏蔽处理。
[0026]本发明的有益效果:
[0027]1、本发明温度监控系统具备双路视频，不但可以监控阀厅阀塔温度，也具备对阀厅内部环境实施监控的功能。温度监控具备自动报警以及监控数据自动储存等功能。减轻了阀厅人工巡检的工作强度，使得人工可以在远离高压，强电磁环境的后台完成阀厅日常巡检任务。
[0028]2、本发明系统能够让智能云台在安全范围内尽可能靠近阀塔，弥补了传统固定式智能云台监控范围小，视野易遭遮挡等不足，具备盲区小，监控范围大的优势，有效提升了温度探测系统的监控效果。
[0029]3、本发明滑块结构不仅能够满足直线轨道的运行，对于需要拐弯的曲线轨道，也能够顺利通行，保证了机器人本体能够到达监测区域的每个角落。
[0030]4、由于阀厅阀塔一般吊装在阀厅中心，常见的固定式云台与阀塔位置固定。云台监控点常常被阀塔自身遮挡。而本发明中引入的机械手臂可很大程度上解决了上述难题。机械手臂伸长可让云台在安全范围内尽可能靠近阀塔，云台本身位置灵活就允许云台可以对重点区域可以多角度监控。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明整个系统结构示意图；
[0032]图2为本发明智能云台运动示意图；
[0033]图3为本发明控制箱内部原理框图；
[0034]图4为本发明伺服电机驱动电路图；
[0035]图5为本发明智能云台控制RS485接口电路图；
[0036]图6为本发明滑块结构总体示意图；
[0037]图7为本发明滑块结构俯视图；
[0038]图8是本发明沿滚轮轴线的剖视图；
[0039]图9是本发明滑块沿直线路径运行视图；
[0040]图10是本发明滑块沿圆弧路径I运行视图；
[0041]图11是本发明滑块沿圆弧路径II运行视图。
[0042]其中，1.控制箱，2.服务器，3.NVR，4.光纤交换机，5.后台监控系统，6.客户端PC，7.智能云台，8.伺服电机，9.轨道，10.机械手臂，11.滑块，12.伺服电机驱动器，
13.PLC, 14.视频服务器，15.以太网交换机，16.光电转换器，17.电源；
[0043]2-3.二次连接板，2-4.二次轴承，2_5.孔用挡圈二，2_6.紧固螺母，2_7.垫圈，2-8.二次转轴，2-9.—次连接板，2-10.桥架，2-11.—次转轴，2-12.孔用挡圈一，2-13.—次轴承，2-14.滚轮，2-15.滚轮中轴。
【具体实施方式】
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[0044]下面结合附图与实施例对本发明进行详细说明:
[0045]如图1和图2所示，一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，包括:智能云台7、控制箱1、可见光摄像机、红外热像仪、后台监控系统5、机器人本体以及机器人运行驱动系统；
[0046]智能云台7与机器人本体连接，机器人本体与机器人运行驱动系统连接；所述可见光摄像机和红外热像仪分别与智能云台7连接，智能云台7通过以太网连接到控制箱1，控制箱I与后台监控系统5连接。
[0047]机器人本体为能够在X、Y、Z三个方向自由运动的机械手臂10，所述智能云台7能够在水平和垂直方向上进行转动。机械手臂10 —端固定在轨道滑块11上，可跟随轨道9在垂直或者水平方向做直线运动，也可以沿曲线轨道做曲线运动。机械手臂10另一端固定智能云台7。智能云台7可跟随机械手臂运动。机器人温度监控点由轨道滑块11位置，机械手臂10状态以及智能云台7转动角度共同决定。由图2所示的机械手臂10与智能云台7位置关系可知，智能云台7可跟随机械手臂10末端运动而运动。
[0048]机器人运动系统采用伺服电机8与轨道9的组合模式。伺服电机8与轨道9存在硬件连接，即电机转动会带动轨道滑块11在垂直或者水平方向运动。伺服电机8由伺服驱动器12驱动，两者之间存在电气连接。
[0049]视频采集由两种摄像机完成，其中一种是可见光摄像机，可以完成阀厅内部环境图像的实时采集；另外一种是红外热像仪，红外热像仪是一种可以根据物体散发红外光探测物体温度的设备。通过红外热像仪探测阀塔温度可以避免监测设备与阀塔的直接接触，保证了监测设备以及阀塔本身的安全。
[0050]可见光摄像机和红外热像仪安装于可以在水平和垂直方向转动的智能云台7，智能云台7由RS485总线控制。智能云台7安装于轨道滑块11上，跟随滑块在轨道上做直线运动或者曲线运动。
[0051]由于阀厅是高压交直流变换的场所，内部电磁环境复杂，为保证信号传输的质量以及完整性，所有信号传输线缆均采用金属套管做屏蔽处理。
[0052]智能云台7通过以太网连接到控制箱I。控制箱I是现场机器人控制的核心，具体结构如图3所示，内部安装有PLC13，以太网交换机15，伺服电机驱动器12，光电转换器16，视频服务器14以及电源模块17。
[0053]PLC13发送驱动信号给伺服驱动器12，伺服驱动器12驱动伺服电机8转动。伺服电机8安装在轨道9 一端，与轨道皮带连接。电机旋转可带动轨道滑块11运动，进而完成智能云台7上下\左右方向运动。可见光视频与红外视频经过视频服务器14，压缩转换成网络信号。经过光电转换器16后，通过光缆远程传输到后台监控系统5。后台监控系统5主要完成视频分析记录以及远程控制功能。主要包括服务器2，客户端PC6，NVR3，光端机以及光纤交换机4。
[0054]视频服务器14是一种对音视频数据进行编码处理并完成网络传输的专用设备，视频服务器14预留RS485接口，通过专用协议可完成对智能云台7的运动控制。
[0055]所述的网络信号，经过光电转换后，经过光纤远程传输到后台监控系统5。后台监控系统5包含光纤交换机4，可将多路光纤转换成以太网，并将NVR3，服务器2以及客户端PC6组网。NVR3可存储监控视频。用户可通过客户端PC6查看两路视频，并发送控制命令。当阀塔温度超过设定阈值，客户端PC6发出报警信息。客户可根据报警信息做出及时处理。
[0056]图4是智能云台垂直、水平方向直流电机驱动电路实际电路图。驱动部分采用了美国国家半导体公司的LDM18200为驱动核心，驱动功率大，可靠稳定，抗干扰能力强。
[0057]图5是智能云台控制RS485实际接口电路。电路在总线A、B上加装TVS瞬态抑制二极管，可滤除总线上高频干扰，保护芯片管脚。提高了电路在强电场环境下的稳定性。
[0058]智能云台控制RS485接口电路的驱动芯片Ul2选用优选德州仪器公司的SN65LBC184。
[0059]U12的I号管脚接云台控制板单片机串口接收端RXD，2号管脚与3号管脚接单片机通用1管脚，4号管脚接单片机串口发送端TXD ；
[0060]U12的5号管脚接地，U12的6号管脚接485A，电阻R41 —端接U12的6号管脚、另一端接电源；稳压二极管D7 —端接U12的6号管脚、另一端接地；
[0061]U12的7号管脚接485B，电阻R35 —端接U12的7号管脚、另一端接地；压二极管D8 一端接U12的7号管脚、另一端接地；电阻R37串接在U12的6号管脚和7号管脚之间；
[0062]U12的8号管脚接电源，电容C20的一端接U12的8号管脚、另一端接地。
[0063]滑块11包括两组轨道运动单元以及用于连接两组轨道运动单元的二次连接板2-3 ;两组轨道运动单元独立旋转；
[0064]如图6到图8所示,每一组轨道运动单元包括:一次转弯运动单元、二次转弯运动单元、桥架2-10和一次连接板2-9 ；
[0065]一次转弯运动单元包括:滚轮中轴2-15、滚轮2-14、一次轴承2_13和一次转轴2-11 ;二次转弯运动单元包括二次转轴2-8、二次轴承2-4和孔用挡圈二 2-5。
[0066]滚轮2-14的内圈与滚轮中轴2-15的中部的圆柱面装配配合，滚轮中轴2_15末端台阶与桥架2-10嵌合定位，紧固件穿过滚轮中轴2-15芯部通孔连接桥架2-10 ;滚轮中轴2-15中部圆柱面与芯部通孔的轴线不同轴，即滚轮2-14中心轴线与滚轮中轴2-15的芯部通孔不同轴，存在一个偏心距离，此偏心距数值根据轨道9的导轨宽度确定；通过调整滚轮中轴2-15与桥架2-10的相对转动位置，可以调节两套滚轮2-14的中心距离，以适应轨道9导轨宽度，既保证滑块11与轨道9配合的预紧力，又保证顺畅运行。
[0067]桥架2-10两端设有轴承安装孔，用于装配孔用挡圈一 2-12、一次轴承2_13，一次轴承内圈与一次转轴2-11中部圆柱面外圆配合，一次转轴2-11上端部与一次连接板2-9配合并利用紧固件固定；
[0068]一次连接板2-9中部设有台阶通孔，与二次转轴2-8底部台阶配合，二次转轴2_8中部圆柱面外圆与二次轴承2-4配合，二次轴承2-4外圈与二次连接板2-3轴承安装孔配合，在二次连接板2-3装配有孔用挡圈二 2-5，二次转轴2-8和一次连接板2-9的轴向固定采用紧固螺母2-6和垫圈2-7固定。
[0069]如图9所示，当滑块11在直线路径上运行时，两套一次转弯运动单元的一次连接板2-9平行、桥架2-10平行侧面与二次连接板2-3平行，使用工具将滚轮中轴2-15旋转至适当位置并紧固，以调整滚轮2-14的中心间距H至最佳值，实现滑块11与轨道9的配合有足够的预紧力，又能保证顺畅运行。
[0070]如图10所示，当滑块11前进，在圆弧路径I上运行时状态，两套一次连接板2-9状态保持平行，桥架2-10分别绕一次转轴2-11的轴线转动，滚轮2-14的轴线延长线相交于圆心O2，两延迟线的夹角为2χβ，夹角关于二次连接板2-3中心面对称；桥架2-10独立转动后，滚轮2-14各自实现与轨道9的紧密配合，滑块11绕圆心O2转动，实现沿圆弧路径行走。
[0071]如图11所示，当滑块11在圆弧路径II上运行时状态，一次连接板2-9与桥架2-10保持平行，一次运动单元绕二次转轴2-8的轴线旋转，滚轮2-14的中心连线相交于圆心O1,两中心连线的夹角为2χα，夹角关于二次连接板2-3中心面对称；两套一次运动单元独立转动后，滚轮2-14各自实现与轨道9的紧密配合，滑块11绕圆心O1转动，实现沿圆弧路径行走。
[0072]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，包括:智能云台、控制箱、可见光摄像机、红外热像仪、后台监控系统、机器人本体以及机器人运行驱动系统； 所述智能云台与机器人本体连接，机器人本体与机器人运行驱动系统连接；所述可见光摄像机和红外热像仪分别与智能云台连接，所述智能云台通过以太网连接到控制箱，所述控制箱与后台监控系统连接。
2.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，所述机器人运行驱动系统为在设置在机器人运行轨道上的滑块，所述滑块通过伺服电机驱动运行。
3.如权利要求2所述的一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，所述滑块具体包括:两组轨道运动单元以及用于连接两组轨道运动单元的二次连接板；所述两组轨道运动单元独立旋转； 所述每一组轨道运动单元包括:一次转弯运动单元、二次转弯运动单元、桥架和一次连接板； 在所述桥架的两端分别固定一次转弯运动单元，在所述桥架外侧设置一次连接板，所述一次连接板的两侧板与桥架两端分别通过一次转轴连接；所述二次转弯运动单元设置在所述一次连接板的中间位置；所述每一组轨道运动单元的一次连接板分别通过二次转弯运动单元与二次连接板连接。
4.如权利要求3所述的一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，所述一次转弯运动单元包括:滚轮中轴、滚轮、一次轴承和一次转轴； 所述滚轮通过滚轮中轴与桥架连接，所述一次轴承分别与一次转轴和桥架配合，所述一次轴承的端部设有孔用挡圈一用于限位；所述一次转轴上端部与一次连接板固定、中部设有圆柱面与一次轴承配合。
5.如权利要求4所述的一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，所述滚轮中轴端部由孔用挡圈一限位所述滚轮中轴的端部设有台阶用于滚轮限位，中部设有圆柱面与轴承内圈配合，末端设有圆柱面台阶与桥接嵌合，芯部设有通孔用于与桥架固定。其中末端圆柱面与芯部通孔同轴，中部圆柱面与以上两者的轴线平行不同轴，两轴线的偏心距离用于调节两套滚轮的间距。
6.如权利要求3所述的一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，所述二次转弯运动单元包括二次转轴、二次轴承和孔用挡圈二 ； 所述二次转轴贯穿一次连接板和二次连接板，二次轴承的内圈与二次转轴配合，外圈与二次连接板配合，二次轴承端部由孔用挡圈二限位。
7.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，所述控制箱包括:视频服务器、交换机、光电转换单元、PLC、伺服驱动器和电源模块； 所述视频服务器、交换机和光电转换单元依次连接，所述交换机还与PLC连接，PLC与伺服驱动器连接；电源模块用于为上述各模块提供供电电源。
8.如权利要求3所述的一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，所述机器人本体为能够在X、Y、Z三个方向自由运动的机械手臂，所述智能云台能够在水平和垂直方向上进行转动。
9.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，所述智能云台由RS485总线控制，智能云台控制RS485接口电路包括:瞬态电压抑制差动收发器
U12, U12的I号管脚接云台控制板单片机串口接收端RXD，2号管脚与3号管脚接单片机通用1管脚，4号管脚接单片机串口发送端TXD ； U12的5号管脚接地，U12的6号管脚接485A，电阻R41 —端接U12的6号管脚、另一端接电源；稳压二极管D7 —端接U12的6号管脚、另一端接地； U12的7号管脚接485B，电阻R35 —端接U12的7号管脚、另一端接地；压二极管D8 —端接U12的7号管脚、另一端接地；电阻R37串接在U12的6号管脚和7号管脚之间； U12的8号管脚接电源，电容C20的一端接U12的8号管脚、另一端接地。
10.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人温度监控系统，其特征是，所述智能云台、控制箱、可见光摄像机、红外热像仪与后台监控系统之间的信号传输线缆均采用不锈钢套管做屏蔽处理。
【文档编号】G05B19/05GK104345683SQ201410563613
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】刘志远, 韦鹏, 窦俊廷, 张斌, 邹洪森, 王宏丽, 张永生, 孙昊, 隋吉超, 蒋克强 申请人:国家电网公司, 国网宁夏电力公司检修公司, 山东鲁能智能技术有限公司