一种带双机械手的变电站巡检机器人的制作方法

本发明属于智能机器人技术领域，特别是一种带双机械手的变电站巡检机器人。

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，在给人们的生活带来便利的同时也给电力设备的检修维护带来了新的问题。在日常的维护中，相对于传统人工巡检方式的人力消耗大、覆盖面小、工作效率低、巡检的准确性和及时性低的缺点，具备高准确性、及时性、高效率特点的变电站巡检机器人能有效弥补人工巡检过程中的这些缺陷，利用变电站巡检机器人代替人工巡检逐渐成为电力设备巡检方式发展的一种趋势。

传统的变电站巡检机器人多是借助搭载的检测设备，对电力设备和仪表的信息进行采集，借助图像处理识别等技术实现对电力设备的巡视检查，将采集到的信息及分析结果传回监控后台，并在出现问题后对监控后台发出警告，通知后台监控人员问题所在，以便技术人员并及时进行维修，但是对于诸如异物挂落、母线脱落、仪表重启等可以简单处理的问题，传统的巡检机器人不能自行检修，另外对于一些比较危险不利于人工进入的场合，传统的巡检机器人也不能取代人工进入完成对电力设备的检修或者排除危险源。由此可见，传统的巡检机器人还不能完全地取代人工巡检。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种灵活方便、操作便捷高效、适应严酷环境的带双机械手的变电站巡检机器人，

实现本发明目的的技术解决方案为：一种带双机械手的变电站巡检机器人，包括巡检机器人主体、云台摄像机、安装底盘、2组调节臂和机械手；所述2组调节臂和机械手分别通过安装底盘对称安装在巡检机器人主体顶部左、右两侧，所述云台摄像机安装在巡检机器人主体顶部中间；

每个调节臂包括顺次连接的第一电机、第一转轴、第一节臂、第二电机、第二转轴、第二节臂、第三电机、第三转轴和第三节臂，各节臂位于同一平面内且能相对于相邻节臂在该平面内自由转动；

每个机械手包括机械手转轴、第四电机、安装架、第一指节、第五电机、第一拉杆、第一指尖、第二指节、第六电机、第二拉杆和第二指尖，各指节能在同一平面内自由转动。

进一步地，所述安装底盘包括旋转机座和机架；所述的旋转机座用于连接变电站巡检机器人与调节臂，使得调节臂具有绕垂直于地面的z轴方向转动的自由度；所述机架固定在旋转机座上，用于固定调节臂的第一电机。

进一步地，所述的第一节臂通过第一转轴与第一电机连接，由第一电机驱动，于所在平面内转动；所述的第二电机固定在第一节臂上，第二节臂通过第二转轴与第二电机连接，第二节臂随第一节臂转动，且由第二电机驱动，于所在平面内转动；所述的第三电机固定于第二节臂上，第三节臂通过第三转轴与第三电机连接，第三节臂随第二节臂转动，且由第三电机驱动，于所在平面内转动。

进一步地，所述的第四电机固定于第三节臂上，机械手转轴与第四电机相连，具有绕第三节臂轴线方向转动的自由度；第五电机和第六电机固定于机械手转轴内部；第一指节与第二指节分别与安装架连接，且第一指节、第二指节分别由第五电机、第六电机驱动，于所在平面内转动；第一指尖根部与第一指节连接，随第一指节转动，中部与第一拉杆连接；第一拉杆一端与第一指尖连接，另一端与第五电机连接，在第五电机驱动下拉动第一指尖于所在平面内转动；第二指尖根部与第二指节连接，随第二指节转动，中部与第二拉杆连接；第二拉杆一端与第二指尖连接，另一端与第六电机连接，在第六电机驱动下拉动第二指尖于所在平面内转动。

进一步地，所述巡检机器人主体固定在移动底盘之上，该移动底盘包括底盘本体、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎；

所述底盘本体为带固定孔的十字型金属板，顶部搭载有转接机构和旋转机构，底部固定有行进机构，轮胎位于底盘本体四个凹口处；

所述转接机构包括转接板、l板、转台固定板和加强筋，用于将整个移动底盘形成一个整体；

所述旋转机构包括旋转电机和旋转平台，用于提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；旋转电机固定于转台固定板上，与旋转平台相连，提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；所述旋转平台将来自旋转电机的垂直方向的力矩转变为水平方向的力矩，带动轮胎转向；

所述行进机构包括运动电机和减速器，用于驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能；所述运动电机共有4个，分别与减速器相连，带动轮胎旋转，进而驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能；

所述支撑机构包括第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆、底板支架和l角件，用于加固底盘本体的承载能力。

进一步地，所述巡检机器人主体的舱体由外壳完全覆盖，舱体内设有主控模块、运动控制模块、温度控制模块、通信模块、电源管理模块；

所述主控模块是机器人的数据处理和逻辑控制中心；

所述运动控制模块对机器人的各运动部件的动作进行集中控制，与机器人行进机构进行配合以完成机器人行走控制，与升降机构进行配合以完成云台摄像机的升降控制；

所述温度控制模块包括风扇、温度传感器、电加热器以及plc，其中温度传感器设置在巡检机器人主体外壳的内侧壁上，电加热器以及plc均设置在巡检机器人主体内部，在巡检机器人主体的外壳前、后壁上方分别开孔设置风扇；

所述通信模块采用无线通信方式，将视频图像、红外温度、实时位置、运行状态的数据实时传输到本地后台监控子系统；

所述电源管理模块为系统各模块正常工作提供所需要的电源。

进一步地，所述转接板为t型金属件，顶部连接旋转平台，底部连接l板，从而使整个移动底盘形成一个整体；所述l板连接运动电机与转接板；所述转台固定板为凸字形结构件，凸起部分固定于所述底盘本体较短的十字臂上，两侧分别与前后旋转平台相连，从而固定旋转平台；所述加强筋固定于转台固定板顶部，加强转台固定板的承载能力。

进一步地，所述支撑机构中，底板支架为十字型边框，固定于底盘本体底部，用于加固底盘本体的承载能力；所述第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆位于底板支架中间，起到了加固底板支架强度的作用；所述l角件固定于第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆和底板支架之间，起到将第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆固定到底板支架上的作用。

进一步地，所述温度控制模块中，温度传感器实时检测巡检机器人主体的温度，并将数据通过rs485通讯传递给plc，plc根据电池的最佳工作温度范围预设有温度上限值tmax、下限值tmin以及常温值t，plc将检测到的温度值与预设的温度上下限作比较，如果检测到的温度值超过了tmax，plc下发指令打开风扇进行降温，直至温度降到t时关闭风扇；如果检测到的温度值低于tmin，plc下发指令打开电加热器进行加热，直至温度升到t时关闭加热器。

进一步地，所述电源管理模块包括电池，电池置于巡检机器人主体的舱体内，外壳的后壁开设电池舱口和自充充电插口，电池舱口用于将电池从巡检机器人主体内取出或置入；

所述电源管理模块的功能包括电压转换、电压监测以及自主充电，自主充电功能基于自主导航定位算法，当机器人检测到电量低于阈值时便返回充电屋进行充电，自充充电插口内设置有一对充电电极，与充电屋内的自动充电插座相互配合以完成自主充电。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)双机械手模仿了人体双臂的协作原理、具备双臂分别操作功能，在变电站巡检过程中更灵活方便，操作便捷高效，动作能力和负载力更强；(2)利用机械手在后台处理现场发生的简单问题，如异物挂落、母线脱落、仪表重启等，提高了工作效率；(3)对于一些比较危险不利于人工进入的场合，能够取代人工进入完成对电力设备的检修或者排除危险源，减小了工作人员于现场处理问题的危险性。

附图说明

图1为本发明带双机械手的变电站巡检机器人的结构示意图。

图2为本发明带双机械手的变电站巡检机器人的整体结构前侧向示意图。

图3为本发明带双机械手的变电站巡检机器人的整体结构后侧向示意图。

图中：1、第一电机；2、机架；3、第一转轴；4、第一节臂；5、第二电机；6、第二转轴；7、第二节臂；8、第三电机；9、第三节臂；10、机械手转轴；11、第四电机；12、旋转机座；13、第三转轴；14、安装架；15、第五电机；16、第六电机；17、第一指节；18、第一拉杆；19、第一指尖；20、第二指节；21、第二拉杆；22、第二指尖。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

结合图1～3，本发明带双机械手的变电站巡检机器人，包括巡检机器人主体、云台摄像机、安装底盘、2组调节臂和机械手；所述2组调节臂和机械手分别通过安装底盘对称安装在巡检机器人主体顶部左、右两侧，所述云台摄像机安装在巡检机器人主体顶部中间；

每个调节臂包括顺次连接的第一电机1、第一转轴3、第一节臂4、第二电机5、第二转轴6、第二节臂7、第三电机8、第三转轴13和第三节臂9，各节臂位于同一平面内且能相对于相邻节臂在该平面内自由转动；

每个机械手包括机械手转轴10、第四电机11、安装架14、第一指节17、第五电机15、第一拉杆18、第一指尖19、第二指节20、第六电机16、第二拉杆21和第二指尖22，各指节能在同一平面内自由转动。

作为一种具体示例，所述安装底盘包括旋转机座12和机架2；所述的旋转机座12用于连接变电站巡检机器人与调节臂，使得调节臂具有绕垂直于地面的z轴方向转动的自由度；所述机架2固定在旋转机座12上，用于固定调节臂的第一电机1。

作为一种具体示例，所述的第一节臂4通过第一转轴3与第一电机1连接，由第一电机1驱动，于所在平面内转动；所述的第二电机5固定在第一节臂4上，第二节臂7通过第二转轴6与第二电机5连接，第二节臂7随第一节臂4转动，且由第二电机5驱动，于所在平面内转动；所述的第三电机8固定于第二节臂7上，第三节臂9通过第三转轴13与第三电机8连接，第三节臂9随第二节臂7转动，且由第三电机8驱动，于所在平面内转动。

作为一种具体示例，所述的第四电机11固定于第三节臂9上，机械手转轴10与第四电机11相连，具有绕第三节臂9轴线方向转动的自由度；第五电机15和第六电机16固定于机械手转轴10内部；第一指节17与第二指节20分别与安装架14连接，且第一指节17、第二指节20分别由第五电机15、第六电机16驱动，于所在平面内转动；第一指尖19根部与第一指节17连接，随第一指节17转动，中部与第一拉杆18连接；第一拉杆18一端与第一指尖19连接，另一端与第五电机15连接，在第五电机15驱动下拉动第一指尖19于所在平面内转动；第二指尖22根部与第二指节20连接，随第二指节20转动，中部与第二拉杆21连接；第二拉杆21一端与第二指尖22连接，另一端与第六电机16连接，在第六电机16驱动下拉动第二指尖22于所在平面内转动。

作为一种具体示例，所述巡检机器人主体固定在坚固的移动底盘之上，该移动底盘包括底盘本体、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎；

所述底盘本体为带固定孔的十字型金属板，顶部搭载有转接机构和旋转机构，底部固定有行进机构，轮胎位于底盘本体四个凹口处；

所述转接机构包括转接板、l板、转台固定板和加强筋，用于将整个移动底盘形成一个整体；

所述旋转机构包括旋转电机和旋转平台，用于提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；旋转电机固定于转台固定板上，与旋转平台相连，提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；所述旋转平台将来自旋转电机的垂直方向的力矩转变为水平方向的力矩，带动轮胎转向；

所述行进机构包括运动电机和减速器，用于驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能；所述运动电机共有4个，分别与减速器相连，带动轮胎旋转，进而驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能；

所述支撑机构包括第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆、底板支架和l角件，用于加固底盘本体的承载能力。

作为一种具体示例，所述巡检机器人主体的舱体由外壳完全覆盖，舱体内设有主控模块、运动控制模块、温度控制模块、通信模块、电源管理模块；

所述主控模块是机器人的数据处理和逻辑控制中心；

所述运动控制模块对机器人的各运动部件的动作进行集中控制，与机器人行进机构进行配合以完成机器人行走控制，与升降机构进行配合以完成云台摄像机的升降控制；

所述温度控制模块包括风扇、温度传感器、电加热器以及plc，其中温度传感器设置在巡检机器人主体外壳的内侧壁上，电加热器以及plc均设置在巡检机器人主体内部，在巡检机器人主体的外壳前、后壁上方分别开孔设置风扇；

所述通信模块采用无线通信方式，将视频图像、红外温度、实时位置、运行状态的数据实时传输到本地后台监控子系统；

所述电源管理模块为系统各模块正常工作提供所需要的电源。

作为一种具体示例，所述转接板为t型金属件，顶部连接旋转平台，底部连接l板，从而使整个移动底盘形成一个整体；所述l板连接运动电机与转接板；所述转台固定板为凸字形结构件，凸起部分固定于所述底盘本体较短的十字臂上，两侧分别与前后旋转平台相连，从而固定旋转平台；所述加强筋固定于转台固定板顶部，加强转台固定板的承载能力。

作为一种具体示例，所述支撑机构中，底板支架为十字型边框，固定于底盘本体底部，用于加固底盘本体的承载能力；所述第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆位于底板支架中间，起到了加固底板支架强度的作用；所述l角件固定于第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆和底板支架之间，起到将第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆固定到底板支架上的作用。

作为一种具体示例，所述温度控制模块中，温度传感器实时检测巡检机器人主体的温度，并将数据通过rs485通讯传递给plc，plc根据电池的最佳工作温度范围预设有温度上限值tmax、下限值tmin以及常温值t，plc将检测到的温度值与预设的温度上下限作比较，如果检测到的温度值超过了tmax，plc下发指令打开风扇进行降温，直至温度降到t时关闭风扇；如果检测到的温度值低于tmin，plc下发指令打开电加热器进行加热，直至温度升到t时关闭加热器。

作为一种具体示例，所述电源管理模块包括电池，电池置于巡检机器人主体的舱体内，外壳的后壁开设电池舱口和自充充电插口，电池舱口用于将电池从巡检机器人主体内取出或置入；

所述电源管理模块的功能包括电压转换、电压监测以及自主充电，自主充电功能基于自主导航定位算法，当机器人检测到电量低于阈值时便返回充电屋进行充电，自充充电插口内设置有一对充电电极，与充电屋内的自动充电插座相互配合以完成自主充电。

实施例

本发明带双机械手的变电站巡检机器人，如图1-3所示，包括安装底盘、2个调节臂和2个机械手；

所述2个机械手结构相同，对称安装在巡检机器人两侧；

所述安装底盘包括旋转机座12和机架2；

所述调节臂包括第一电机1、第一转轴3、第一节臂4、第二电机5、第二转轴6、第二节臂7、第三电机8、第三转轴13和第三节臂9，各节臂位于同一平面内且能相对于相邻节臂在该平面内自由转动；

所述机械手包括机械手转轴10、第四电机11、安装架14、第一指节17、第五电机15、第一拉杆18、第一指尖19、第二指节20、第六电机16、第二拉杆21和第二指尖22，各指节能在同一平面内自由转动。

进一步地，所述的旋转机座12用于连接变电站巡检机器人与调节臂，使得调节臂够具有绕z轴方向转动的自由度；所述机架2固定在旋转机座12上，用于固定第一电机1的位置。

进一步地，所述的第一节臂4通过第一转轴3与第一电机1连接，由第一电机1驱动，可于所在平面内转动；所述的第二电机5固定在第一节臂4上，第二节臂7通过第二转轴6与第二电机5连接，第二节臂7随第一节臂4转动且能由第二电机5驱动于所在平面内转动；所述的第三电机8固定于第二节臂7上，第三节臂9通过第三转轴13与第三电机8连接，第三节臂9随第二节臂7转动且能由第三电机8驱动于所在平面内转动。

进一步地，所述的第四电机11固定于第三节臂9上，机械手转轴10与第四电机11相连，具有绕第三节臂9轴线方向转动的自由度；第五电机15和第六电机16固定于机械手转轴10内部；第一指节17与第二指节20分别与安装架14连接，由第五电机15和第六电机16驱动在所在平面内转动；第一指尖19根部与第一指节17连接，随第一指节17转动，中部与第一拉杆18连接；第一拉杆18一端与第一指尖19连接，另一端与第五电机15连接，由第五电机15驱动拉动第一指尖19在所在平面内转动；第二指尖22根部与第二指节20连接，随第二指节20转动，中部与第二拉杆21连接；第二拉杆21一端与第二指尖22连接，另一端与第六电机16连接，由在第六电机16驱动拉动第二指尖22在所在平面内转动，以实现手指的收缩，进而完成操作。

进一步地，所述巡检机器人主体固定在坚固的移动底盘之上，该移动底盘包括底盘本体、转接机构、旋转机构、行进机构、支撑机构以及轮胎；

所述底盘本体为带固定孔的十字型金属板，顶部搭载有转接机构和旋转机构，底部固定有行进机构，轮胎位于底盘本体四个凹口处；

所述转接机构包括转接板、l板、转台固定板和加强筋，用于将整个移动底盘形成一个整体；

所述旋转机构包括旋转电机和旋转平台，用于提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；旋转电机固定于转台固定板上，与旋转平台相连，提供巡检机器人原地转向所需要的力矩；所述旋转平台将来自旋转电机的垂直方向的力矩转变为水平方向的力矩，带动轮胎转向；

所述行进机构包括运动电机和减速器，用于驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能；所述运动电机共有4个，分别与减速器相连，带动轮胎旋转，进而驱动机器人前进后退，从而实现全驱的功能；

所述支撑机构包括第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆、底板支架和l角件，用于加固底盘本体的承载能力。

所述转接板为t型金属件，顶部连接旋转平台，底部连接l板，从而使整个移动底盘形成一个整体；所述l板连接运动电机与转接板；所述转台固定板为凸字形结构件，凸起部分固定于所述底盘本体较短的十字臂上，两侧分别与前后旋转平台相连，从而固定旋转平台；所述加强筋固定于转台固定板顶部，加强转台固定板的承载能力。

所述支撑机构中，底板支架为十字型边框，固定于底盘本体底部，用于加固底盘本体的承载能力；所述第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆位于底板支架中间，起到了加固底板支架强度的作用；所述l角件固定于第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆和底板支架之间，起到将第一底板支架连接杆、第二底板支架连接杆、第三底板支架连接杆、第四底板支架连接杆固定到底板支架上的作用。

进一步地，所述巡检机器人主体的舱体由外壳完全覆盖，舱体内设有主控模块、运动控制模块、温度控制模块、通信模块、电源管理模块；

所述主控模块是机器人的数据处理和逻辑控制中心；

所述运动控制模块对机器人的各运动部件的动作进行集中控制，与机器人行进机构进行配合以完成机器人行走控制，与升降机构进行配合以完成云台摄像机的升降控制；

所述温度控制模块包括风扇、温度传感器、电加热器以及plc，其中温度传感器设置在巡检机器人主体外壳的内侧壁上，电加热器以及plc均设置在巡检机器人主体内部，在巡检机器人主体的外壳前、后壁上方分别开孔设置风扇；

所述通信模块采用无线通信方式，将视频图像、红外温度、实时位置、运行状态的数据实时传输到本地后台监控子系统；

所述电源管理模块为系统各模块正常工作提供所需要的电源。

所述温度控制模块中，温度传感器实时检测巡检机器人主体的温度，并将数据通过rs485通讯传递给plc，plc根据电池的最佳工作温度范围预设有温度上限值tmax＝25℃、下限值tmin＝5℃以及常温值t＝15℃，plc将检测到的温度值与预设的温度上下限作比较，如果检测到的温度值超过了tmax，plc下发指令打开风扇进行降温，直至温度降到t时关闭风扇；如果检测到的温度值低于tmin，plc下发指令打开电加热器进行加热，直至温度升到t时关闭加热器。

所述电源管理模块包括电池，电池置于巡检机器人主体的舱体内，外壳的后壁开设电池舱口和自充充电插口，电池舱口用于将电池从巡检机器人主体内取出或置入；

所述电源管理模块的功能包括电压转换、电压监测以及自主充电，自主充电功能基于自主导航定位算法，当机器人检测到电量低于阈值时便返回充电屋进行充电，自充充电插口内设置有一对充电电极，与充电屋内的自动充电插座相互配合以完成自主充电。

综上，本发明带双机械手的变电站巡检机器人，双机械手模仿了人体双臂的协作原理、具备双臂分别操作功能，在变电站巡检过程中更灵活方便，操作便捷高效，动作能力和负载力更强；利用机械手在后台处理现场发生的简单问题，如异物挂落、母线脱落、仪表重启等，提高了工作效率；对于一些比较危险不利于人工进入的场合，能够取代人工进入完成对电力设备的检修或者排除危险源，减小了工作人员于现场处理问题的危险性。同时，通过风扇和加热器对电池进行温度控制，使得电池能够工作在更加严酷的环境之中。