一种智能巡检机器人的制作方法
本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种智能巡检机器人。
背景技术：
随着我国经济的迅速发展，城市电力供应站的数量也在不断增加，大部分高压变电站都建设在郊区及偏远地区，以防止对人口密集地区居民的影响，变电站分散于各处，各地供电公司无法真正统一集中维护管理，增加了维护难度与成本；且据研究表明，在400kv变电站(所)周围50m范围内，患抑郁症的机率比一般人高4倍多，电磁波还可干扰人体的生物电，严重的会对脑的正常功能和心脏活动产生影响，长期的检测工作让工作人员无形之中受到了身体和身心损伤；变电站频率低(50hz)，功率大，磁场与电场均无法有效屏蔽，造成变电站成为最易吸引雷电的场所，危险天气里增加了对工作人员的性命危害；人工检测通常时间间隔较久，因此不能及时发现变电站中存在的安全隐患，效率低，容易造成疏漏。且现有巡检机器人的检视云台的位置固定，不能根据具体情况进行灵活调节。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种智能巡检机器人，为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种智能巡检机器人，包括移动基座、升降机构、旋转台和检视云台；所述升降机构的下端与所述移动基座连接固定，所述升降机构的上方设有旋转台，所述旋转台以升降机构的中心线为轴可旋转的安装在所述升降机构上端，所述检视云台活动铰接在所述旋转台上；所述移动基座包括导航装置、通信装置、驱动装置和控制装置，所述导航装置、所述通信装置、所述驱动装置均分别与所述控制装置相连；所述通信装置与远程操控系统相连，所述通信装置接收巡检任务并将巡检任务通过控制装置传送给所述导航装置，所述导航装置根据巡检任务生成移动路线，所述驱动装置在所述控制装置的指令下根据移动路线将所述移动基座驱动至巡检区域。
进一步，所述通信装置为wifi装置或蓝牙装置中的任意一种或两种，用于与远程操控系统进行通讯。
进一步，所述驱动装置包括行走轮组和传动装置，所述传动装置与所述控制装置相连，所述传动装置包括第一电机和减速机，所述减速机的输入轴与所述第一电机的输出轴固定连接，所述减速机的输出轴与所述行走轮组固定连接。
进一步，所述移动基座还包括可拆卸电源仓，所述可拆卸电源仓与所述控制装置电连接，用于向所述移动基座提供电源。
进一步，所述移动基座内设有第二电机，所述第二电机与所述控制装置相连，所述第二电机通过电动推杆与所述升降机构相连，所述第二电机驱动升降机构沿轴线方向做升降运动，从而驱动所述旋转台沿升降机构轴线方向做升降运动。
进一步，所述升降机构内设有第三电机，所述第三电机与所述控制装置相连，所述第三电机与所述旋转台同轴相连相连，所述第三电机驱动所述旋转台以所述升降机构的中心线为轴旋转，从而带动所述检视云台旋转。
进一步，所述检视云台包括视频监控装置和监控感知装置；所述视频监控装置，用于监控所述巡检机器人周围环境并采集图像；所述监控感知装置，用于获取所述巡检机器人周围温度、湿度、烟雾信息。
进一步，所述视频监控装置包括热成像摄像机、可见光红外摄像机和led照明灯。
进一步，所述可拆卸电源仓包括无线电能接收装置、电池充电电路、电池，所述无线电能接收装置的输出端依次连接电池充电电路和电池，所述无线电能接收装置用于接收无线电能发射装置传输的能量，经电池充电电路给电池进行充电，所述电池的输出端连接所述控制装置以实时获取电池的容量。
进一步，当所述巡检任务中包含有n个巡检点，所述n个巡检点的坐标分别为v1,v2,…,vi,…,vn，其中，vi表示任意巡检点的坐标，1≤i≤n时，所述导航装置根据所述巡检任务生成所述移动路线的具体步骤如下：
步骤s1，查找已建立的移动路线是否包含所述全部n个巡检点，若是则输出已建立的移动路线；否则，跳转至步骤s2；
步骤s2，根据所述n个巡检点的坐标计算各巡检点之间的路径tij，其中，所述巡检点之间的路径tij为以其中一个巡检点的坐标vi为起点、以另一巡检点的坐标vj为终点的位移向量
步骤s3，获取每一条所述路径tij的巡检时间系数dij，将所述各条路径tij的巡检时间系数dij构成路径集合矩阵a＝{d11,…,d1n；…；di1,…,din；…；dn1,…,dnn}，其中，所述路径集合矩阵a的对角线元素dii＝0；
步骤s4，建立以每条路径起点、终点和合并点为元素的有向图元素集g＝(v,a)；其中，v为有向图元素集所包含的巡检点的集合v＝{v1,v2,…,vi,…,vn}；其中，所述合并点由以下步骤确定：将所述路径中经过的全部巡检点根据其所属的路径进行分类，得到每一条所述路径所包含的巡检点集合，将该巡检点集合内的所有巡检点合并，构成所述合并点；
步骤s5，依据所述巡检任务所规定的起点vs和终点ve，通过路径规划运算获得遍历全部n个巡检点的最优路径，按照该最优路径中所经过的巡检点的顺序生成所述移动路线；
其中，所述路径规划运算的步骤如下：
步骤501，初始化由所述巡检任务的起点vs出发的最优路径的终点集合s为空集；计算由所述巡检任务的起点vs出发到所述有向图元素集所包含的其余各巡检点vt所可能达到的最优路径巡检时长d[s]的初始值为d[s]＝a′[s][t]，其中，
步骤502，根据
步骤503，若
步骤504，重复上述步骤502至步骤503，直至获得由所述巡检任务的起点vs出发到其余各巡检点的最优路径；依据终点ve从更新后的所述终点集合s中选择由所述巡检任务的起点vs出发至该终点ve的最优路径l，输出该最优路径l为遍历全部n个巡检点的最短路径。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明为一种智能巡检机器人，检视云台的位置和角度可根据需要灵活调节，适用性好，利用该巡检机器人替代人工对变电站进行巡检，提高巡检频率，提高巡检结果的即时性和可靠性。
通过升降机构调节检视云台的高度，通过旋转台调节检视云台的角度，且检视云台与旋转台为活动铰接，可进一步调节角度，灵活方便，适用性好；
基座内的通信装置与远程操控系统相连，不需要专业人员到达现场，降低巡检人工成本，管理人员可即时远程在操控系统得到第一手现场资料，数据时效性高，可靠准确；
通过在基座内设置可拆卸电源仓，实现无线充电，且方便后期维护，延长整体使用寿命；
视频监控装置通过热成像摄像机在光线充足时进行图像采集作业，通过增设可见光红外摄像机可实现夜间图像采集，在需要时还可开启led照明灯进行辅助照明，提高图像的清晰度，提高数据的准确性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明中一种智能巡检机器人的主视结构示意图；
图2为本发明中一种智能巡检机器人的后视结构示意图；
图3为本发明中移动基座的结构示意图。
图中：1-移动基座；2-检视云台；3-升降机构；4-旋转台；5-行走轮组；6-可拆卸电源仓。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1所示，一种智能巡检机器人，包括移动基座1、旋转台4和检视云台2；所述升降机构3的下端与所述移动基座1连接固定，所述升降机构3的上方设有旋转台4，所述旋转台4以升降机构3的中心线为轴可旋转的安装在所述升降机构3上端，所述检视云台2活动铰接在所述旋转台4上；具体地，所述移动基座1内设有第二电机，所述第二电机与所述控制装置相连，所述第二电机通过电动推杆与所述升降机构3相连，所述第二电机驱动升降机构3沿轴线方向做升降运动，从而驱动所述旋转台4沿升降机构3轴线方向做升降运动。所述升降机构3内设有第三电机，所述第三电机与所述控制装置相连，所述第三电机与所述旋转台4同轴相连相连，所述第三电机驱动所述旋转台4以所述升降机构3的中心线为轴旋转，从而带动所述检视云台2旋转。通过升降机构3调节检视云台2的高度，通过旋转台4调节检视云台2的角度，且检视云台2与旋转台4为活动铰接，可进一步调节角度，灵活方便，适用性好。
具体地，所述移动基座1包括导航装置、通信装置、驱动装置和控制装置，所述导航装置、所述通信装置、所述驱动装置均分别与所述控制装置相连；所述通信装置与远程操控系统相连，所述通信装置接收巡检任务并将巡检任务通过控制装置传送给所述导航装置，所述导航装置根据巡检任务生成移动路线，所述驱动装置在所述控制装置的指令下根据移动路线将所述移动基座1驱动至巡检区域。所述通信装置为wifi装置或蓝牙装置中的任意一种或两种，用于与远程操控系统进行通讯。基座内的通信装置与远程操控系统相连，不需要专业人员到达现场，降低巡检人工成本，管理人员可即时远程在操控系统得到第一手现场资料，数据时效性高，可靠准确，当站点出现异常，及时提供实时的现场图像视频和检测数据，提高抢修效率和针对性。
具体的，所述巡检任务中可包含有n个巡检点，所述n个巡检点的坐标分别为v1,v2,…,vi,…,vn，其中，vi表示任意巡检点的坐标，1≤i≤n。针对上述的巡检任务，所述导航装置根据所述巡检任务生成所述移动路线的具体步骤如下：
步骤s1，查找已建立的移动路线是否包含所述全部n个巡检点，若是则输出已建立的移动路线；否则，跳转至步骤s2；
步骤s2，根据所述n个巡检点的坐标计算各巡检点之间的路径tij，其中，所述巡检点之间的路径tij为以其中一个巡检点的坐标vi为起点、以另一巡检点的坐标vj为终点的位移向量
步骤s3，计算以获取每一条所述路径tij的巡检时间系数dij＝|tij|，将所述各条路径tij的巡检时间系数dij构成路径集合矩阵a＝{d11,…,d1n；…；di1,…,din；…；dn1,…,dnn}，其中，所述路径集合矩阵a的对角线元素dii＝0；
步骤s4，建立以每条路径起点、终点和合并点为元素的有向图元素集g＝(v,a)；其中，v为有向图元素集所包含的巡检点的集合v＝{v1,v2,…,vi,…,vn}；其中，所述合并点由以下步骤确定：将所述路径中经过的全部巡检点根据其所属的路径进行分类，得到每一条所述路径所包含的巡检点集合，将该巡检点集合内的所有巡检点合并，构成所述合并节点；
步骤s5，依据所述巡检任务所规定的起点vs和终点ve，通过路径规划运算获得遍历全部n个巡检点的最优路径，按照该最优路径中所经过的巡检点的顺序生成所述移动路线；
其中，所述路径规划运算的步骤如下：
步骤501，初始化由所述巡检任务的起点vs出发的最优路径的终点集合s为空集；计算由所述巡检任务的起点vs出发到所述有向图元素集所包含的其余各巡检点vt所可能达到的最优路径巡检时长d[s]的初始值为d[s]＝a′[s][t]，其中，
步骤502，根据
步骤503，若
步骤504，重复上述步骤502至步骤503，直至获得由所述巡检任务的起点vs出发到其余各巡检点的最优路径；依据终点ve从更新后的所述终点集合s中选择由所述巡检任务的起点vs出发至该终点ve的最优路径l，输出该最优路径l为遍历全部n个巡检点的最短路径。
通过上述的迭代运算，可根据当前的巡检任务动态地获得使得智能巡检机器人移动路线最短的巡检顺序。上述的迭代运算可动态的根据巡检点所属的路径进行分类合并，由此建立有向图数据结构，以方便查找已建立的移动路线，降低运算量。由此，本发明可针对未被建立移动路线的巡检点，将其插入至已有的有向图数据结构内，进而显著降低参与计算的巡检点数量，降低对巡检机器人导航装置运算能力的要求，提高巡检机器人导航响应速率，并降低了计算过程中对巡检机器人内部存储空间的占用。
尤其，由于上述的迭代运算中对路径的障碍系数a′[s][t]和最优路径巡检时长d[k]进行了修正。尤其，通过对巡检时间系数dsq进行叠加，并通过巡检时的转向角θ修正该巡检过程中出现的偏移量，通过上述dsq和θ对路径的障碍系数a′[s][t]进行修正，再加上，通过统计学参数ε对最优路径巡检时长d[k]进行修正，如此，修正后所获得的最优路径更加符合实际巡检过程。按照修正后获得的最优路径生成的所述移动路线将最大程度地趋近于实际巡检过程，将实际巡检过程中出现的偏移量以及延误均预先考虑在路径规划过程中。由此，按照本方法获得的移动路线，其巡检延误更小，巡检效率更高。
进一步地，所述驱动装置包括行走轮组5和传动装置，所述传动装置与所述控制装置相连，所述传动装置包括第一电机和减速机，所述减速机的输入轴与所述第一电机的输出轴固定连接，所述减速机的输出轴与所述行走轮组5固定连接。保证该巡检机器人在巡检过程中行走的稳定性。
具体地，所述移动基座1还包括可拆卸电源仓6，所述可拆卸电源仓6与所述控制装置电连接，用于向所述移动基座1提供电源。所述可拆卸电源仓6包括无线电能接收装置、电池充电电路、电池，所述无线电能接收装置的输出端依次连接电池充电电路和电池，所述无线电能接收装置用于接收无线电能发射装置传输的能量，经电池充电电路给电池进行充电，所述电池的输出端连接所述控制装置以实时获取电池的容量，实现无线充电，且可拆卸电源仓方便后期维护，延长整体使用寿命。作为对本实施例的进一步优化，所述移动基座1内还设有电源监测系统，所述电源监测系统实时监测所述可拆卸电源仓6的状态并将监测信息即时传递给远程操控系统。具体地，电源监测系统的状态监测主要包括电池的电量、电压、充放电电流、内阻以及电池的温度等，作为优选，电源监测系统同时还应具有对电池过充、过放、欠电压等多重保护，记录、存储电源仓的运行状态数据等功能，电源监测系统能够发现电池的缺陷，从而及时更换电池，提高电源供电的安全性和可靠性，保证机器人本体正常工作。
具体地，所述检视云台2包括视频监控装置和监控感知装置；所述视频监控装置，用于监控所述巡检机器人周围环境并采集图像；所述监控感知装置，用于获取所述巡检机器人周围温度、湿度、烟雾信息。所述视频监控装置包括热成像摄像机、可见光红外摄像机和led照明灯。视频监控装置通过热成像摄像机在光线充足时进行图像采集作业，通过增设可见光红外摄像机可实现夜间图像采集，在需要时还可开启led照明灯进行辅助照明，提高图像的清晰度，提高数据的准确性。作为对本实施例的进一步优化，所述检视云台2还增设对温度、声音和气味信息进行检测的设备(如拾音器等)，从视觉、触觉、听觉和嗅觉等各个方面对变电站进行智能巡检，进一步提高巡检质量。
本发明一种智能巡检机器人的工作原理：操作人员在远程操控系统根据检测需要设定检测路径和检测频率，通信装置接收到远程操控系统发出的巡检任务并将巡检任务通过控制装置传送给导航装置，导航装置根据巡检任务生成移动路线，驱动装置在控制装置的指令下根据移动路线将移动基座驱动至巡检区域，移动基座安全行驶至需要检测设备附近的停靠点，并停止移动，对需要检测设备进行精确定位，视频监控装置对待检测设备进行检测并将检测信息传输至远程操控系统；该巡检机器人在该停靠点进行多方位检测，直至该设备检测完毕后，继续检测下一个设备，直至所有巡检任务完毕后，该巡检机器人回到充电室进行充电。该智能巡检机器人，检视云台的位置和角度可根据需要灵活调节，适用性好，利用该巡检机器人替代人工对变电站进行巡检，提高巡检频率，提高巡检结果的即时性和可靠性。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
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