基于臭氧浓度检测电缆故障的系统及巡检机器人的制作方法

本发明属于机器人故障检测领域，特别涉及一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统及巡检机器人。

背景技术：

随着城市和电力事业的快速发展，地下电缆沟道、隧道等内的电缆进行电能的供应，已经是电力系统输送电能的常规方式，但是电缆在使用过程中，容易出现因过热、电缆自身绝缘老化而造成电缆沟道内火灾等现象，这些现象严重影响电缆的正常供电，因此需要对电缆进行巡检，由于电缆沟道内空间狭小，环境恶劣，人工巡检存在较大不安全因素，因此目前供电公司在电缆沟道内部按照大量的空气质量监测设备，工作人员需要定期去设备安放点读取监测数据，同时检查电缆沟道内电缆是否有破坏；但是这种方法也是需要依赖人工，劳动强度大。随着智能机器人的发展，现有技术公开了许多用于电缆沟道内电缆沟巡检的机器人，例如cn105576563a公开的电缆轨道巡检机器人，又如cn107910806a公开的一种电缆电缆沟道巡检机器人，现有技术公开的巡检机器人能够对电缆情况进行初步的检测，目前公开的巡检机器人或者是巡检系统还不能巡检到电缆出现老化而发生漏电的故障点。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统及巡检机器人，该系统或巡检机器人可以检测电缆老化的故障点，为工作人员的故障排查和后续处理提供了方便。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统，该系统包括安装在所述行走机构上的控制器及安装在所述行走机构上并与所述控制器相连的臭氧浓度检测仪和里程计；所述行走机构由位于两侧的四个电机进行驱动，所述控制器包括：

接收模块，用于实时接收里程计采集的里程数和臭氧浓度检测仪采集的臭氧浓度；

处理模块，用于将臭氧浓度与浓度阈值na进行比较，将大于等于浓度阈值na的所有臭氧浓度与对应的里程数形成臭氧浓度随着里程数变化的曲线图并存储在报警日志内。

进一步的改进，所述臭氧浓度检测仪为两个，对称安装于所述行走机构的两侧，所述系统还包括对称安装于所述行走机构两侧的测距传感器，用于测量行走机构的两侧分别与电缆沟壁的距离a及b，并发送给控制器，所述接收模块还用于接收测距传感器采集的距离a和b。

进一步的改进，所述接收模块用于分别实时接收两个所述臭氧浓度检测仪采集的臭氧浓度n1和n2；所述处理模块还用于接收指令，并分别将两侧的臭氧浓度n与浓度阈值na进行比较，分别将一侧的≥na的所有臭氧浓度与对应的里程数形成臭氧浓度随着里程数变化的曲线图并存储在报警日志内。

进一步的改进，所述控制器还包括：

启动模块，用于向行走机构的所有电机发送按照转速v行走的启动信号。

进一步的改进，所述控制器还包括：

第一比较模块，用于将实时接收的臭氧浓度n1和n2与电缆沟内初始的臭氧浓度n0进行比较，当比较出至少有一个臭氧浓度大于n0时，向第一计算模块发送指令；

第一计算模块，用于计算浓度差△n1和△n2，并计算△na，△n1＝n1-n0，△n2＝n2-n0，△na＝△n1-△n2；

第二比较模块，用于将△na与阈值△nk进行比较，当△na≤△nk时，向处理模块发送指令。

进一步的改进，所述控制器还包括：

第二计算模块，当第二比较模块比较出△na≤△nk，用于计算v和q，v＝a/b，q＝n1/n2；

第三比较模块，用于比较v和q的大小，当v＝q不做处理，当v≠q时，判断a与bn1/n2的大小，当a＞bn1/n2时，向第一控制模块发送指令，当a＜bn1/n2时，向第二控制模块发送指令；

第一控制模块，用于向电机发出控制信号，并向第三控制模块发送指令，所述控制信号包括每一电机的id及对应的转速，其中，n1对应的臭氧浓度检测仪所在侧的两个电机的转速为v，另一侧的两个电机的转速为v(1+k)，k＞0；

第二控制模块，用于向电机发出控制信号，并向第三控制模块发送指令，所述控制信号包括每一电机的id及对应的转速，其中，n2对应的臭氧浓度检测仪所在侧的的两个电机的转速为v，另一侧的两个电机的转速为v(1+k)；

第三控制模块，用于接收第一控制模块和第二控制模块发送的指令，时刻判断a与bn1/n2的大小，当a＝bn1/n2时，向所有的电机发送按照转速v进行行驶的指令。

进一步的改进，所述控制器还包括：

第四比较模块，当第一比较模块比较出△na＞△nk时，用于比较n1与n2的大小，当n1＞n2时，比较此时n1对应的行走机构一侧距离电缆沟壁的距离a与距离阈值的大小，当小于距离阈值，不做处理，当大于距离阈值，向第一控制模块发送指令；当n1＜n2时，比较此时n2对应侧行走机构一侧距离电缆沟壁的距离b与距离阈值的大小，当小于距离阈值，不做处理的，当大于距离阈值向第二控制模块发送指令；

所述第三控制模块，还用于时刻判断n1或n2与na的大小，当n1≥na或n2≥na时，向所有的电机发送按照转速v进行行驶的指令，并向处理模块发送指令。

进一步的改进，所述控制器还包括：

第五比较模块，当第三控制模块发送按照速度v进行行走时，当n1＞n2时，用于时刻比较n1之间及n2之间的大小，n1达到最大值后，当n2逐渐减小时，不做处理，当n2逐渐增加时，向第二控制模块发送指令；当n1＜n2时，还用于时刻比较n1之间及n2之间的大小，n2达到最大值后，当n1值逐渐减小，不做处理，n1值逐渐增加，向第一控制模块发送指令。

进一步的改进，所述控制器还包括：

第三计算模块，用于计算趋势图内最高臭氧浓度对应的里程数l，并与阈值l1进行比较，当l1≤l1时，不做处理；当l＞l1时，向第四计算模块发送指令；

第四计算模块，用于计算从n1≥na或n2≥na对应的里程数到最高臭氧浓度对应的里程数的差值△l，并计算g，g为取整数加1的结果，向标记模块发送指令；

标记模块，用于每隔△l的里程数打上g个标记。

本发明另一方面提供一种基于臭氧浓度检测电缆故障系统的巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人包括行走机构及安装于行走机构上的基于臭氧浓度检测电缆故障的系统。

本发明的有益效果：

本发明提供一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统及巡检机器人，该系统可以基于臭氧浓度准确检测出电缆沟内的电缆老化放电情况，为工作人员的后续处理提供依据。

附图说明

图1为实施例1一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统的结构框图；

图2为实施例3一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统的结构框图；

图3为实施例3控制器的结构框图；

图4为△na≤△nk时的漏电情况示意图；

图5为电缆沟壁左侧a处漏电示意图；

图6为电缆沟壁右侧b处漏电示意图；

图7为电缆沟壁左右两侧c和d处且不重合漏电示意图；

图8为电缆沟壁左右两侧c和d处且重合漏电示意图；

图9为电缆沟壁左右两侧e和f处且不重合漏电示意图；

图10为电缆沟壁左右两侧e和f处且重合漏电示意图；

图11为实施例4控制器的结构框图；

图12为行走机构的结构示意图；

图13为行走机构的仰视图；

图14为本发明辅助轮组件的主视图；

图15为图14a-a向的剖视图；

图16为本发明不含有滚轮的辅助轮组件的立体结构示意图；

图17为本发明滚轮的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明，需要说明书的是，本发明的附图的尺寸都是经过适当的缩放处理，目的是能够清楚展示所要保护的结构。

实施例1

本发明实施例1提供一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统，如图1所示，所述系统包括安装在所述行走机构10上的控制器20及安装在所述行走机构10上并与所述控制器20相连的臭氧浓度检测仪30和里程计40；所述行走机构10由位于两侧的四个电机2进行驱动，所述控制器20包括：

接收模块201，用于实时接收里程计40采集的里程数和臭氧浓度检测仪30采集的臭氧浓度；

处理模块202，用于将臭氧浓度与浓度阈值na进行比较，将大于等于浓度阈值na的所有臭氧浓度与对应的里程数形成臭氧浓度随着里程数变化的曲线图并存储在报警日志内。

臭氧在等离子体及电晕放电时会产生，如果电缆沟中存在漏电，那就必定会提高空气中臭氧的浓度。本发明利用这一原理检测电缆沟内的电缆是否存在故障；本申请提供的系统是基于在电缆沟内的行走机构行走来判断行走的里程内的电缆是否存在故障，设置的臭氧浓度检测仪时刻检测电缆沟内的臭氧浓度，当臭氧浓度低于浓度阈值时，将臭氧浓度记录在普通日志内，当臭氧浓度超过浓度阈值时，结合行走机构所走的里程数，绘制曲线图，其中里程数为横坐标，臭氧浓度为纵坐标，绘制臭氧浓度随着里程数变化的曲线图；工作人员可通过后台与控制器进行通讯，进而访问控制器报警日志内的曲线图，根据曲线图的变化和对应的里程数来判断电缆沟内电缆的故障点，为工作人员的后续处理提供故障位置，便于故障的排除。

实施例2

本发明实施例2提供一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统，该系统与实施例1的基本相同，不同的是，所述臭氧浓度检测仪30为两个，对称安装于所述行走机构10的两侧，所述系统还包括对称安装于所述行走机构10两侧的测距传感器3，用于测量行走机构10的两侧分别与电缆沟壁的距离a及b，并发送给控制器20，所述接收模块201还用于接收测距传感器3采集的距离a和b；所述接收模块201用于分别实时接收两个所述臭氧浓度检测仪30采集的臭氧浓度n1和n2；所述处理模块202还用于接收指令，并分别将两侧的臭氧浓度n与浓度阈值na进行比较，分别将一侧的≥na的所有臭氧浓度与对应的里程数形成臭氧浓度随着里程数变化的曲线图并存储在报警日志内。

为了准确检测出电缆沟内哪一侧的电缆存在故障点，所以安装了两个臭氧浓度检测仪。提高检测的准确性；

实施例3

本发明实施例3提供一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统，该系统与实施例2的基本相同，不同的是，如图2所示，所述控制器20还包括：

启动模块216，用于向行走机构10的所有电机2发送按照转速v行走的启动信号；

第一比较模块203，用于将实时接收的臭氧浓度n1和n2与电缆沟内初始的臭氧浓度n0进行比较，当比较出至少有一个臭氧浓度大于n0时，向第一计算模块204发送指令；

第一计算模块204，用于计算浓度差△n1和△n2，并计算△na，△n1＝n1-n0，△n2＝n2-n0，△na＝△n1-△n2；

第二比较模块205，用于将△na与阈值△nk进行比较，当△na≤△nk时，向处理模块202发送指令；

如图3所示，所述控制器20还包括：

第二计算模块206，当第二比较模块205比较出△na≤△nk，用于计算v和q，v＝a/b，q＝n1/n2；

第三比较模块207，用于比较v和q的大小，当v＝q不做处理，当v≠q时，判断a与bn1/n2的大小，当a＞bn1/n2时，向第一控制模块208发送指令，当a＜bn1/n2时，向第二控制模块209发送指令；

第一控制模块208，用于向电机2发出控制信号，并向第三控制模块210发送指令，所述控制信号包括每一电机2的id及对应的转速，其中，n1对应的臭氧浓度检测仪30所在侧的两个电机2的转速为v，另一侧的两个电机2的转速为v(1+k)，k＞0；

第二控制模块209，用于向电机2发出控制信号，并向第三控制模块210发送指令，所述控制信号包括每一电机2的id及对应的转速，其中，n2对应的臭氧浓度检测仪30所在侧的的两个电机2的转速为v，另一侧的两个电机2的转速为v(1+k)；

第四比较模块211，当第一比较模块203比较出△na＞△nk时，用于比较n1与n2的大小，当n1＞n2时，比较此时n1对应的行走机构10一侧距离电缆沟壁的距离a与距离阈值的大小，当小于距离阈值，不做处理，当大于距离阈值，向第一控制模块208发送指令；当n1＜n2时，比较此时n2对应侧行走机构10一侧距离电缆沟壁的距离b与距离阈值的大小，当小于距离阈值，不做处理的，当大于距离阈值向第二控制模块209发送指令；

第三控制模块210，用于接收第一控制模块208和第二控制模块209发送的指令，时刻判断a与bn1/n2的大小，当a＝bn1/n2时，向所有的电机2发送按照转速v进行行驶的指令，还用于时刻判断n1或n2与na的大小，当n1≥na或n2≥na时，向所有的电机2发送按照转速v进行行驶的指令，并向处理模块202发送指令；

第五比较模块212，当第三控制模块210发送按照速度v进行行走时，当n1＞n2时，用于时刻比较n1之间及n2之间的大小，n1达到最大值后，当n2逐渐减小时，不做处理，当n2逐渐增加时，向第二控制模块209发送指令；当n1＜n2时，还用于时刻比较n1之间及n2之间的大小，n2达到最大值后，当n1值逐渐减小，不做处理，n1值逐渐增加，向第一控制模块208发送指令。

由于电缆沟的两侧都布置了电缆，并且释放出的臭氧是在不断扩散，为了基于臭氧浓度准确地检测到故障点，本发明根据电缆沟内具体情况，对检测的臭氧浓度进行判断，以便基于臭氧浓度提高预警的准确性，提高故障点检测的准确性；具体限定流程如下：首先，行走机构启动，启动的速度可通过控制器进行设定；行走机构两侧的臭氧浓度检测仪时刻检测行走机构所走位置处的臭氧浓度n1和n2，然后第一比较模块将臭氧浓度n1和n2与电缆沟内初始的臭氧浓度n0进行比较，当某一臭氧浓度n1或n2大于臭氧浓度n0，表示电缆沟内可能存在电缆老化漏电进而使得臭氧浓度变高，或者是别的原因使得臭氧浓度高，需要进行进一步的判断，然后第一计算模块计算浓度差△n1、△n2和△na，然后第二计算模块将△na与阈值进行比较，当△na≤△nk即，n1和n2值比较接近，且均大于n0，如果是漏电使得臭氧浓度增高，可能出现的漏电情况如图4所示，h和i都为从故障点弥散出的臭氧，以下字母表示相同的意思，以行走机构向前走的方向为基准，行走机构的两侧订为左侧和右侧，n1为位于左侧的臭氧浓度检测仪测量的臭氧浓度，n2为位于右侧的臭氧浓度检测仪测量的臭氧浓度；图4为左右两侧均有漏点情况，然后继续通过第三比较模块比较n1和n2的比值是否等于行走机构距离电缆沟两侧壁的比值，如果不等于，可能存在着n1大于n2，然而行走机构离左侧的电缆沟壁近，然后当右侧的漏电导致的臭氧浓度比较低，然后行走机构离得相对远，可能检测不到右侧大于浓度阈值的臭氧浓度，这样就会漏掉一个故障点，所以本申请进一步根据n1和n2，调整行走机构距离电缆沟壁左侧和右侧的距离，使得位于两侧的臭氧浓度检测仪检测的臭氧浓度都能够靠近故障点，进而提高检测故障点的准确性。当第二比较模块比较出△na＞△nk时，可能存在的漏电情况如图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，图5为电缆沟壁左侧a处漏电，图6为电缆沟壁右侧b处漏电，或者图7和图8所示的左右两侧c和d处都漏电，图9和图10所示的左右两侧e和f处都漏电；当存在图5、图7和图8情况时，此时，n1＞n2，为了能够提高测量臭氧浓度的准确性，提高后续比较的准确性，避免由于距离造成的测量误差导致漏掉故障点的问题，本发明对行走机构的两侧分别与故障点侧对应的位于进行判断，当大于距离阈值时，对行走机构的行走路径进行处理，使行走机构向左侧行驶，当检测到有臭氧浓度大于浓度阈值时，行走机构可以沿着电缆沟按照之前的速度进行行走；只要检测到臭氧浓度大于浓度阈值，就存在预警浓度，进而就可以结合里程数绘制曲线图，相反，当存在图6、图9和图10情况时，n1＜n2，此时为了测量准确，调整行走机构向右侧行驶，然后当检测到大于浓度阈值的n2时，行走机构按照正常速度行驶。在行驶过程中时刻判断n1之间的大小，因为当存在图8和图10情况时，可能出现漏检另一侧的故障点，所以当检测到n1或n2某一达到最大，另一个逐渐增大时，需要向增大的n1所对应侧行驶，一般判断另一侧臭氧浓度增大情况是否存在故障点，这样提高故障点检测的准确性。

实施例4

本发明实施例4提供一种基于臭氧浓度检测电缆故障的系统，该行走机构与实施例3的基本相同，不同的是，如图11所示，所述控制器20还包括：

第三计算模块213，用于计算趋势图内最高臭氧浓度对应的里程数l，并与阈值l1进行比较，当l1≤l1时，不做处理；当l＞l1时，向第四计算模块214发送指令；

第四计算模块214，用于计算从n1≥na或n2≥na对应的里程数到最高臭氧浓度对应的里程数的差值△l，并计算g，g为取整数加1的结果，向标记模块215发送指令；

标记模块215，用于每隔△l的里程数打上g个标记。

本发明在分析趋势图时，可以根据绘制的趋势图存在的臭氧浓度的峰值初步判断故障点的个数，当时当故障点重合时，臭氧浓度的峰值可能是一条平滑的线，没有明显的峰值，所以本发明根据预警值到峰值之间的里程初步估计重叠的臭氧浓度平滑线上故障点的个数，为工作人员的故障处理提供依据。

实施例5

本发明实施例5提供一种基于臭氧浓度检测电缆故障系统的巡检机器人，该巡检机器人包括行走机构10及安装于行走机构10上的基于臭氧浓度检测电缆故障的系统；所述系统包括按照于行走机构10上的控制器20及安装在所述行走机构10上并与所述控制器20相连的臭氧浓度检测仪30和里程计40；所述控制器20的的框图如图1或图3所示；如图12和图13所示，所述行走机构10包括底盘1，所述底盘1通过竖直放置的立柱安装有支撑板6，所述支撑板6的两侧设有两个相互平行的第一巡边条7和第二巡边条8，臭氧浓度检测仪30分别安装于第一巡边条7和第二巡边条8的外侧面上，所述底盘1的相对两内侧壁各固定安装有两个电机2，行走机构的运动由电机驱动，所述电机2的输出轴穿过所述底盘1的侧壁且端部安装有行走轮3，所述底盘1的前后两端各安装有辅助轮组件4，如图14和图15所示，所述辅助轮组件4包括铜柱41、部分套设于所述铜柱41且随所述铜柱41运动的滚轮42以及驱动所述铜柱41旋转的第二电机43，所述第二电机43的输出轴与所述电机2的输出轴平行，且端部与所述铜柱41的一端连接；所述第二电机43通过电机支架44固定于所述底盘1的一内侧壁上，电机支架可通过螺钉固定于底盘侧壁上，所述底盘1的另一相对内侧壁对应位置处固定有轴承45，所述铜柱41的另一端固定于所述轴承45上。

参考图15和图16，所述铜柱41与所述轴承45连接的一端成型有螺纹，所述轴承45和所述铜柱41通过螺纹固定连接，所述铜柱41的另一端设有供所述第二电机43的输出轴深入的通孔46，所述第二电机43的输出轴沿轴向成型有水平面47，进一步，所述通孔上还成型有与所述水平面匹配的凸台，用于防止第二电机相对于通孔旋转。

参考图17，所述滚轮42包括中空的滚筒421，所述滚筒421的外表面沿长度方向平行设有多组滚齿部；所述滚筒421内的一端设有与所述滚筒421同轴心的套筒422，所述套筒422通过连接板423固定于所述滚筒421的内壁上；所述铜柱41的横截面为六边形，所述套筒422的内侧壁套设于所述铜柱41上且成型为与所述铜柱41相适配的结构。所述套筒422的内侧壁横截面成型为与所述铜柱适配的六边形，起到防止相对旋转的作用；所述滚齿部包括第一滚齿组和第二滚齿组，所述第一滚齿组和第二滚齿组均由4个相互平行且间距相同的滚齿424组成，所述第一滚齿组和第二滚齿组内相对应的各滚齿424不在同一横纵截面上。

本发明提供的巡检机器人具有辅助轮组件，当电机出现堵转，辅助轮组件可以带动整个行走机构行走，进而提高整个行走机构的越障能力。该辅助轮组件内的第二电机可以根据需要同电机一起启动，电机和第二电机的启动可以通过遥控器进行控制。