阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置及其工作方法
【专利摘要】本发明公开了阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置及其工作方法，包括中央控制模块，中央控制模块分别与通信模块连接；中央控制模块还通过用于记录云台垂直方向位置的垂直方向绝对值编码器与云台垂直方向机械结构连接；中央控制模块还通过依次连接的垂直方向驱动模块和垂直方向直流减速电机与云台垂直方向机械结构连接；中央控制模块还通过依次连接的水平方向驱动模块和水平方向直流减速电机与云台水平方向机械结构连接；中央控制模块还通过用于记录云台水平方向位置的水平方向绝对值编码器与云台水平方向机械结构连接。本发明具有采用绝对量编码器反馈云台绝对位置，具备极高的重复定位精度的优点。
【专利说明】阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置及其工作方法。
【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，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。虽然阀塔本身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。
[0003]近些年，随着智能电网的不断建设，阀厅智能巡检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。阀厅智能巡检机器人可以全天候监控阀塔本体尤其是阀塔核心区域的温度，将监控数据传送到监控后台的同时对阀塔温度做智能分析，当监测温度超出报警值时发出报警信号。
[0004]云台是一种可以搭载摄像机的并且能够在水平和垂直方向转动的承载设备，在摄影、安防等领域应用广泛。常见的云台是固定使用，其内部采用步进电机驱动。而阀厅智能巡检机器人是一种移动设备，常见云台会发生失步而导致红外测温摄像机视野重复定位精度低，随着时间积累，累计的误差就会导致巡航点偏移，进而导致机器人无法准确巡检阀塔温度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置及其工作方法，它具有采用绝对量编码器反馈云台绝对位置，具备极高的重复定位精度的优点。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置，包括中央控制模块，
[0008]所述中央控制模块分别与通讯模块连接；
[0009]所述中央控制模块还通过用于记录云台垂直方向位置的垂直方向绝对值编码器与云台垂直方向机械结构连接；
[0010]所述中央控制模块还通过依次连接的垂直方向驱动模块和垂直方向直流减速电机与云台垂直方向机械结构连接；
[0011 ] 所述中央控制模块还通过依次连接的水平方向驱动模块和水平方向直流减速电机与云台水平方向机械结构连接；
[0012]所述中央控制模块还通过用于记录云台水平方向位置的水平方向绝对值编码器与云台水平方向机械结构连接。
[0013]所述云台水平方向机械结构包括:水平方向转轴、直流减速电机和水平方向绝对值编码器；直流减速电机与水平方向转轴通过传动机构连接，直流减速电机的旋转带动水平方向转轴旋转；水平方向绝对值编码器与水平方向转轴也通过传动结构连接，水平方向转轴的旋转带动水平方向绝对值编码器的旋转。
[0014]所述云台垂直方向机械结构包括垂直方向转轴、直流减速电机和绝对值编码器；直流减速电机与垂直方向转轴通过传动机构连接，直流减速电机的旋转带动垂直方向转轴旋转；绝对值编码器与垂直方向转轴也通过传动结构连接，垂直方向转轴的旋转带动绝对值编码器的旋转。
[0015]所述水平方向绝对值编码器与云台水平方向的转动轴连接，将云台水平方向的运动转换成电信号，并将此电信号传输给中央控制模块；
[0016]所述垂直方向绝对值编码器与云台垂直方向的转动轴连接，将云台垂直方向的运动转换成电信号，并将此电信号传输给中央控制模块。
[0017]所述垂直方向驱动模块用于接收中央控制模块发出的驱动命令，并根据驱动命令驱动垂直方向直流减速电机。
[0018]所述水平方向驱动模块用于接收中央控制模块发出的驱动命令，并根据驱动命令驱动水平方向直流减速电机。
[0019]所述云台垂直方向机械结构运动的动力来源于垂直方向直流减速电机；
[0020]所述云台水平方向机械结构运动的动力来源于水平方向直流减速电机。
[0021]所述中央控制模块为微控制器MCU。
[0022]所述通讯模块，支持RS485或RS232通讯模式。
[0023]一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置的工作方法，包括如下步骤:
[0024]步骤(I):初始化，阀厅智能巡检机器人的通讯模块接收上位机的远程控制指令，并将控制指令解码成中央控制模块能够识别的TTL电平，然后将TTL电平传输给中央控制丰吴块；
[0025]步骤⑵:中央控制模块根据TTL电平分别向垂直方向绝对值编码器或水平方向绝对值编码器发出读取云台绝对位置的指令，
[0026]若垂直方向绝对值编码器接收到读取云台绝对位置的指令，就进入步骤(2a_l);
[0027]若水平方向绝对值编码器接收到读取云台绝对位置的指令，就进入步骤(2b_l);
[0028]步骤(2a_l):垂直方向绝对值编码器读取云台在垂直方向的绝对位置，读取值反馈给中央控制模块，中央控制模块判断绝对位置是否到达指定位置，若到达，就结束；若未到达，中央控制模块根据TTL电平向垂直方向驱动模块发出驱动指令，若垂直方向驱动模块接收到驱动指令，就根据驱动指令控制垂直方向直流减速电机的转动；所述垂直方向直流减速电机会带动云台垂直方向机械结构的运动，从而带动云台运动，重复步骤(2a_l)；
[0029]步骤(2b_l):水平方向绝对值编码器读取云台在水平方向的绝对位置，读取值反馈给中央控制模块，中央控制模块判断绝对位置是否到达指令位置，若到达，就结束；若未到达，中央控制模块根据TTL电平向水平方向驱动模块发出驱动指令，若水平方向驱动模块接收到驱动指令，就根据驱动指令控制水平方向直流减速电机的转动；所述水平方向直流减速电机会带动云台水平方向机械结构的运动，从而带动云台运动，重复步骤(2b-l)。
[0030]在机器人运动过程当中，如果云台垂直和/或水平方向的位置因外力而发生改变，步骤(2a_l)和/或步骤(2b_l)循环启动，完成云台位置归位。
[0031]本发明的有益效果:
[0032]本发明为阀厅智能巡检机器人提供了一种云台定位方法。该方法成本低，运行可靠，控制精度高，抗干扰能力强。由于所采用绝对值编码器优选光电式，该定位装置能够在阀厅内部环境下稳定运行。该方法可以克服云台因为外力导致的位置失步问题。由于采用绝对量编码器反馈云台绝对位置，具备极高的重复定位精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明的原理框图；
[0034]图2是本发明垂直方向各部件机械位置关系图；
[0035]图3是本发明水平方向各部件机械位置关系图；
[0036]图4是本方法流程框图。
[0037]其中，I通讯模块，2中央控制模块，3云台垂直方向机械结构，4垂直方向绝对值编码器，5垂直方向直流减速电机，6垂直方向驱动模块，7水平方向驱动模块，8水平方向直流减速电机，9云台水平方向机械结构，10水平方向绝对值编码器。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0039]如图1-3所示，一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置，包括中央控制模块2，中央控制模块2分别与通讯模块I连接；中央控制模块2还通过用于记录云台垂直方向位置的垂直方向绝对值编码器4与云台垂直方向机械结构3连接；中央控制模块2还通过依次连接的垂直方向驱动模块6和垂直方向直流减速电机5与云台垂直方向机械结构3连接；中央控制模块2还通过依次连接的水平方向驱动模块7和水平方向直流减速电机8与云台水平方向机械结构9连接；中央控制模块2还通过用于记录云台水平方向位置的水平方向绝对值编码器10与云台水平方向机械结构9连接。
[0040]云台水平方向机械结构主要包括水平方向转轴，直流减速电机，水平方向绝对值编码器。直流减速电机与水平方向转轴通过传动机构连接。直流减速电机的旋转可带动水平方向转轴旋转。水平方向绝对值编码器与水平方向转轴也通过传动结构连接，水平方向转轴的旋转可带动绝对值编码器的旋转。
[0041]云台垂直方向机械结构主要包括垂直方向转轴，直流减速电机和绝对值编码器。与水平方向机械结构相同，直流减速电机的旋转会带动垂直方向转轴的转动，进而带动与之有联动关系的绝对值编码器的转动。
[0042]水平方向绝对值编码器10与云台水平方向的转动轴连接，将云台水平方向的转动换成电信号，并将此电信号传输给中央控制模块2 ;水平方向驱动模块7用于接收中央控制模块2发出的驱动命令，并根据驱动命令驱动水平方向直流减速电机8。
[0043]垂直方向绝对值编码器4与云台垂直方向的转动轴连接，将云台垂直方向的运动转换成电信号，并将此电信号传输给中央控制模块2;垂直方向驱动模块6用于接收中央控制模块2发出的驱动命令，并根据驱动命令驱动垂直方向直流减速电机5。
[0044]云台垂直方向机械结构3运动的动力来源于垂直方向直流减速电机5 ；
[0045]云台水平方向机械结构9运动的动力来源于水平方向直流减速电机8 ；
[0046]中央控制模块2是微控制器MCU。
[0047]云台能够完成垂直和水平两个方向的运动。
[0048]通讯模块1，支持RS485或RS232通讯模式。
[0049]如图2所示，一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置的工作方法，包括如下步骤:
[0050]步骤(I):初始化，阀厅智能巡检机器人的通讯模块I接收上位机的远程控制指令，并将控制指令解码成中央控制模块2能够识别的TTL电平，然后将TTL电平传输给中央控制模块2 ；
[0051]步骤(2):中央控制模块2根据TTL电平分别向垂直方向绝对值编码器4或水平方向绝对值编码器10发出读取云台绝对位置的指令，
[0052]若垂直方向绝对值编码器4接收到读取云台绝对位置的指令，就进入步骤(2a_l)；
[0053]若水平方向绝对值编码器10接收到读取云台绝对位置的指令，就进入步骤(2b-l)；
[0054]步骤(2a_l):垂直方向绝对值编码器4读取云台在垂直方向的绝对位置，读取值反馈给中央控制模块2，中央控制模块2判断绝对位置是否到达指定位置，若到达，就结束；若未到达，中央控制模块2根据TTL电平向垂直方向驱动模块6发出驱动指令，若垂直方向驱动模块6接收到驱动指令，就根据驱动指令控制垂直方向直流减速电机5的转动；所述垂直方向直流减速电机5会带动云台垂直方向机械结构3的运动，从而带动云台运动，重复步骤(2a_l)；
[0055]步骤(2b_l):水平方向绝对值编码器10读取云台在水平方向的绝对位置，读取值反馈给中央控制模块2，中央控制模块2判断绝对位置是否到达指令位置，若到达，就结束；若未到达，中央控制模块2根据TTL电平向水平方向驱动模块7发出驱动指令，若水平方向驱动模块7接收到驱动指令，就根据驱动指令控制水平方向直流减速电机8的转动；所述水平方向直流减速电机会带动云台水平方向机械结构9的运动，从而带动云台运动，重复步骤(2b-1)。
[0056]在机器人运动过程当中，如果云台垂直和/或水平方向的位置因外力而发生改变，步骤(2a_l)和/或步骤(2b_l)循环启动，完成云台位置归位。
[0057]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的云台精确定位装置，其特征是，包括中央控制模块， 所述中央控制模块分别与通讯模块连接； 所述中央控制模块还通过用于记录云台垂直方向位置的垂直方向绝对值编码器与云台垂直方向机械结构连接； 所述中央控制模块还通过依次连接的垂直方向驱动模块和垂直方向直流减速电机与云台垂直方向机械结构连接； 所述中央控制模块还通过依次连接的水平方向驱动模块和水平方向直流减速电机与云台水平方向机械结构连接； 所述中央控制模块还通过用于记录云台水平方向位置的水平方向绝对值编码器与云台水平方向机械结构连接。
2.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置，其特征是，所述云台水平方向机械结构包括:水平方向转轴、直流减速电机和水平方向绝对值编码器；直流减速电机与水平方向转轴通过传动机构连接，直流减速电机的旋转带动水平方向转轴旋转；水平方向绝对值编码器与水平方向转轴也通过传动结构连接，水平方向转轴的旋转带动水平方向绝对值编码器的旋转。
3.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置，其特征是，所述云台垂直方向机械结构包括垂直方向转轴、直流减速电机和绝对值编码器；直流减速电机与垂直方向转轴通过传动机构连接，直流减速电机的旋转带动垂直方向转轴旋转；绝对值编码器与垂直方向转轴也通过传动结构连接，垂直方向转轴的旋转带动绝对值编码器的旋转。
4.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置，其特征是， 所述水平方向绝对值编码器与云台水平方向的转动轴连接，将云台水平方向的运动转换成电信号，并将此电信号传输给中央控制模块； 所述垂直方向绝对值编码器与云台垂直方向的转动轴连接，将云台垂直方向的运动转换成电信号，并将此电信号传输给中央控制模块。
5.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置，其特征是， 所述垂直方向驱动模块用于接收中央控制模块发出的驱动命令，并根据驱动命令驱动垂直方向直流减速电机； 所述水平方向驱动模块用于接收中央控制模块发出的驱动命令，并根据驱动命令驱动水平方向直流减速电机。
6.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置，其特征是， 所述云台垂直方向机械结构运动的动力来源于垂直方向直流减速电机； 所述云台水平方向机械结构运动的动力来源于水平方向直流减速电机。
7.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置，其特征是，所述中央控制模块为微控制器MCU。
8.如权利要求1所述的一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置，其特征是，所述通讯模块，支持RS485或RS232通讯模式。
9.一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置的工作方法，其特征是，包括如下步骤: 步骤(I):初始化，阀厅智能巡检机器人的通讯模块接收上位机的远程控制指令，并将控制指令解码成中央控制模块能够识别的TTL电平，然后将TTL电平传输给中央控制模块； 步骤⑵:中央控制模块根据TTL电平分别向垂直方向绝对值编码器或水平方向绝对值编码器发出读取云台绝对位置的指令， 若垂直方向绝对值编码器接收到读取云台绝对位置的指令，就进入步骤(2a-l); 若水平方向绝对值编码器接收到读取云台绝对位置的指令，就进入步骤(2b-l); 步骤(2a-l):垂直方向绝对值编码器读取云台在垂直方向的绝对位置，读取值反馈给中央控制模块，中央控制模块判断绝对位置是否到达指定位置，若到达，就结束；若未到达，中央控制模块根据TTL电平向垂直方向驱动模块发出驱动指令，若垂直方向驱动模块接收到驱动指令，就根据驱动指令控制垂直方向直流减速电机的转动；所述垂直方向直流减速电机会带动云台垂直方向机械结构的运动，从而带动云台运动，重复步骤(2a_l)； 步骤(2b-l):水平方向绝对值编码器读取云台在水平方向的绝对位置，读取值反馈给中央控制模块，中央控制模块判断绝对位置是否到达指令位置，若到达，就结束；若未到达，中央控制模块根据TTL电平向水平方向驱动模块发出驱动指令，若水平方向驱动模块接收到驱动指令，就根据驱动指令控制水平方向直流减速电机的转动；所述水平方向直流减速电机会带动云台水平方向机械结构的运动，从而带动云台运动，重复步骤(2b-l)。
10.如权利要求9所述的一种阀厅智能巡检机器人的云台精确定位装置的工作方法，其特征是，在机器人运动过程当中，如果云台垂直和/或水平方向的位置因外力而发生改变，步骤(2a-l)和/或步骤(2b-l)循环启动，完成云台位置归位。
【文档编号】G05D3/12GK104483984SQ201410724823
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】李玉明, 张永生, 张文民, 王明瑞, 柯成军, 孙昊, 裴希华, 蒋克强, 姚军 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司检修公司, 山东鲁能智能技术有限公司