一种便携式配网电缆沟智能巡检机器人及巡检系统的制作方法

本实用新型主要涉及电力巡检技术领域，特指一种便携式配网电缆沟智能巡检机器人及巡检系统。

背景技术：

随着经济的发展及技术的进步，目前在地下电缆隧道、电力线路、配电房、城市地下综合管廊巡检等需要定期安排人力去对现场设备运行情况、现场环境进行监测、采集现场数据的领域越来越多的引入了智能巡检机器人，市场上相关做巡检设备的企业也如雨后春笋般的出现。但从目前市场产品来看，现有的智能巡检机器人主要应用在电力线路、配电房、城市地下综合管廊等空间宽敞、温湿度适中、环境噪音小、巡检设备或巡检管线布局比较规整的条件比较友好的环境中，无法满足类似于城市配网电缆隧道等空间狭小、温湿度大、环境恶劣、现场管线设备布局比较杂乱的恶劣环境下的使用要求。其主要包含多个原因：第一，目前市面上的智能巡检机器人体积均较大，无法进入像城市配网电缆隧道等较为密闭的狭小空间巡检；第二，位于城市的电缆隧道是在温湿度大的恶劣环境下，对设备的“防水、防尘、防腐”三防提出了更高的要求；第三，城市配网电缆地沟内管线新老交替，布局错综复杂，空间狭小，目前使用的巡检机器人通常采用无线通讯技术，在狭小空间内存在通讯不畅导致的机器人失控、数据传输失败等风险。因此对巡检机器人的外观尺寸、通讯能力也提出了更高的要求；第四，通用的巡检类机器人不仅体积较大且通常为轨道式、轮式、爬行式、飞行式(无人机)这四种方式进行巡检。上述四种巡检方式在狭小的空间内存在存在安装施工困难，安装成本较高，布置难度较大等缺点，且隧道内管线密布杂乱，更无法使用轮式或爬行类、飞行类(无人机)设备进行检测。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、功能丰富、运行安全可靠的便携式配网电缆沟智能巡检机器人及巡检系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种便携式配网电缆沟智能巡检机器人，包括主体仓、环境检测组件、安全探测组件和云台机构，所述主体仓的上部安装有驱动机构，挂载于索道上并转动，以使所述主体仓在所述索道上行走；所述环境检测组件安装于所述主体仓的下部，用于检测环境信息；所述安全探测组件安装于所述主体仓的前端或/和后端，用于检测主体仓行进方向上的障碍物；所述云台机构安装于所述主体仓上，用于对行进方向进行多角度识别与监测。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述驱动机构包括活动式驱动组件和固定式驱动组件，所述活动式驱动组件安装于所述主体仓的前端，所述固定式驱动组件安装于所述主体仓的后端；所述活动式驱动组件和固定式驱动组件均包括驱动电机、驱动轮、第一轴承和连接板，所述驱动轮通过所述第一轴承安装于所述驱动电机的机身上，所述连接板安装于所述驱动电机的输出轴上且随输出轴转动而转动，所述连接板的圆周侧与所述驱动轮紧固相连。

所述第一轴承包括第一滑动轴承，第一滑动轴承的截面呈l状；所述第一滑动轴承的数量为两个，两个呈l状的第一滑动轴承相对安装；所述驱动轮的底面与两个第一滑动轴承的底边相接触，所述驱动轮的端面与两个所述第一滑动轴承的侧边相接触。

所述活动式驱动组件的驱动电机通过活动转台活动安装于活动基座上；所述活动基座上设置有第二安装孔，所述活动转台的底部设有第二安装柱，所述第二安装柱插设于所述第二安装孔内，且第二安装柱与第二安装孔之间设置有第二滑动轴承；所述固定式驱动组件(21b)的驱动电机固定安装于固定基座上。

所述活动式驱动组件的驱动电机的一侧安装有固定座，所述固定座与所述活动转台之间设置有弹性件。

所述云台机构包括云台基座、球芯、固定支架、俯仰驱动组件和水平驱动组件；所述固定支架转动安装于所述云台基座上，所述水平驱动组件与所述固定支架相连，用于驱动所述固定支架在云台基座所在平面内转动；所述球芯转动安装于所述固定支架上，所述俯仰驱动组件与所述球芯相连，用于驱动所述球芯在固定支架上转动而做俯仰运动；所述球芯上集成有可见光高清相机、红外相机以及补光组件。

所述水平驱动组件包括安装座、水平驱动电机、齿轮传动机构和转动机构，所述固定支架安装于所述安装座上，所述安装座通过转动机构安装于所述云台基座上；所述安装座的圆周上设置有齿，所述水平驱动电机安装于所述云台基座上，所述齿轮传动机构安装于所述水平驱动电机的输出端，且与所述安装座的齿相啮合。

所述主体仓的上方设置有防坠挂钩，钩挂于所述索道上。

所述主体仓上设有位置传感器，用于对索道的安装支架进行识别以进行定位。

本实用新型还公开了一种智能巡检系统，包括索道和如上所述的便携式配网电缆沟智能巡检机器人，智能巡检机器人的驱动机构挂载于所述索道上。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型的便携式配网电缆沟智能巡检机器人，采用挂载于索道的方式进行巡检，充分合理利用电缆沟的内部空间，另外挂载于索道的方式，其安装也较简单，直接手提挂载在索道上即可，施工快捷，成本低廉，与同类有轨机器人相比大大降低了人力和物力成本；通过在主体仓上配置安全探测组件，能够保障主体仓行走的安全性；通过云台机构实现对电缆沟内各部件的拍照或摄像检测；通过环境检测组件实现对电缆沟内气体等的检测；上述整体结构简单紧凑、微型化、上轨简便、运行稳定且安全可靠，适用于电缆沟等空间狭小、复杂场合下应用。

(2)本实用新型的驱动轮通过轴承直接安装于驱动电机的机身上，从而能够节省驱动电机轴向方向的空间，适用于对电缆隧道等较为密闭狭小空间进行巡检的巡检机器人(如索道式巡检机器人)上；而且上述驱动组件结构简单紧凑、运行可靠。

(3)本实用新型通过l状的第一滑动轴承进行驱动轮的安装，其厚度薄，相对于滚动轴承，能够节省驱动电机径向方向上的空间；同时通过两个呈l状的第一滑动轴承来安装驱动轮，两个呈l状的第一滑动轴承之间的空间可以用于来安装驱动轮，进一步节省驱动电机径向方向的空间。

(4)本实用新型的驱动机构能够在极有限空间内(如隧道内、电缆沟内)的索道上进行灵活可靠上下行走，柔性左右驱动行走，即运行灵活，且其结构布置紧凑、体积小巧、维护简便、安全稳定。

(5)本实用新型通过仰驱动组件和水平驱动组件的驱动，能够实现球芯整体实现水平旋转以及俯仰方向的运动；其中球芯上集成有可见光高清相机、红外相机和补光组件，能够实现高清监测、红外探测以及黑暗条件下的补光等功能，功能丰富；整体结构简单紧凑且体积小。

(6)本实用新型将安装座与齿轮合二为一，不仅结构简单，而且占用体积小；其中云台上部分(固定支架以及球芯部分等)通过螺纹孔与定位孔进行安装，结构简单、紧固简便；安装座可根据需求更换不同齿数的齿轮作为其零件，可根据所需要的转速进行自由搭配。

(7)本实用新型通过托边直接锁住挡边轴承的挡边内侧，增大的托边贴合挡边轴承的轴向面积，同时托边在一定程度上增大了挡边轴承的端面面积，从而减少云台上部分对挡边轴承的端面的压力，避免因端面以及轴向贴合安装面积太小而造成的失效风险。

(8)本实用新型在主体仓的上方设置有钩挂于索道上的防坠挂钩，避免机器人掉落，保障机器人行走的安全；另外在主体仓上设有提手，方便携带。

附图说明

图1为本实用新型的智能巡检机器人在实施例的立体结构图之一。

图2为本实用新型的智能巡检机器人在实施例的立体结构图之二。

图3为本实用新型的智能巡检系统在实施例的立体结构图。

图4为本实用新型的智能巡检系统在具体应用时的实施例图。

图5为本实用新型的驱动组件在具体应用时的实施例图。

图6为本实用新型的驱动机构在实施例的立体结构图。

图7为本实用新型的驱动机构在实施例的主视结构图。

图8为本实用新型的云台机构在实施例的立体结构示意图之一。

图9为本实用新型的云台机构在实施例的立体结构示意图之二。

图10为本实用新型的云台机构在实施例的立体结构示意图之三。

图11为本实用新型的云台机构在实施例的主视结构示意图。

图12为本实用新型的云台机构在实施例的剖视结构示意图。

图例说明：1、主体仓；2、驱动机构；21、驱动组件；211、驱动电机；212、驱动轮；2121、凹槽；213、第一轴承；2131、第一滑动轴承；214、连接板；215、安装组件；2151、第一安装块；2152、第二安装块；22、活动转台；221、第二安装柱；23、活动基座；231、第二安装孔；24、第二滑动轴承；25、弹性件；26、固定基座；27、固定座；21a、活动式驱动组件；21b、固定式驱动组件；3、环境检测组件；4、安全探测组件；401、前安全检测雷达；402、后安全检测雷达；5、云台机构；51、云台基座；52、球芯；53、固定支架；54、俯仰驱动组件；541、俯仰驱动电机；542、转轴；543、第二轴承；544、限位柱；545、限位机构；5451、限位槽；5452、限位开关；55、水平驱动组件；551、安装座；5511、齿；552、水平驱动电机；553、传动机构；554、转动机构；5541、挡边轴承；5542、托边；5543、锁套；56、走线槽；57、高清相机；58、红外相机；59、补光组件；6、防坠挂钩；7、提手；8、位置传感器；9、通讯天线；10、显示屏；11、电池仓；12、电源开关；13、索道；14、安装支架。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1和图2所示，本实施例的便携式配网电缆沟智能巡检机器人，包括主体仓1、环境检测组件3、安全探测组件4和云台机构5，主体仓1的上部安装有驱动机构2，用于挂载于索道13上并转动，以驱动主体仓1在索道13上行走；环境检测组件3安装于主体仓1的下部，用于检测环境信息；安全探测组件4安装于主体仓1的前端或/和后端，用于检测主体仓1行进方向上的障碍物；云台机构5安装于主体仓1上，用于对行进方向进行多角度识别与监测。本实用新型的便携式配网电缆沟智能巡检机器人，采用挂载于索道13的方式进行巡检，充分合理利用电缆沟的内部空间，而且巡检机器人直接挂载于索道13的方式，其安装施工快捷，成本低廉，与同类有轨机器人相比，大大降低了人力和物力成本；通过在主体仓1上配置安全探测组件4，能够保障主体仓1行走的安全性；通过云台机构5实现对电缆沟内各部件运行状态的拍照或摄像检测；通过环境检测组件3实现对电缆沟内气体等的检测；上述整体结构简单紧凑且微型化，便于携带，同时上轨(直接将机器人挂载在索道13上)简便、运行稳定且安全可靠，适用于电缆沟等空间狭小及复杂场合下应用。

如图5～7所示，本实施例中，驱动机构2包括驱动组件21，具体为活动式驱动组件21a和固定式驱动组件21b，活动式驱动组件21a活动安装于主体仓1的前端，固定式驱动组件21b则固定安装于主体仓1的后端。具体，活动式驱动组件21a和固定式驱动组件21b均包括驱动电机211、驱动轮212、第一轴承213和连接板214，驱动轮212通过第一轴承213安装于驱动电机211的机身上，连接板214安装于驱动电机211的输出轴上且随输出轴转动而转动，连接板214的圆周侧与驱动轮212通过螺栓或螺丝紧固相连。具体地，驱动电机211转动，带动输出轴上的连接板214转动，进而带动驱动轮212转动。由于驱动轮212通过第一轴承213直接安装于驱动电机211的机身上，从而能够节省驱动电机211轴向方向的空间，进而使得整个巡检机器人的体积小，适用于对电缆隧道等较为密闭狭小空间进行巡检；而且驱动组件21结构简单紧凑、运行安全可靠。

如图5所示，本实施例中，第一轴承213通过安装组件215紧固在驱动电机211的机身上，安装组件215包括第一安装块2151和第二安装块2152，第一安装块2151紧固于机身上，第二安装块2152安装于驱动电机211的端面上，第一轴承213安装于第一安装块2151与第二安装块2152之间，即第一安装块2151与第二安装块2152夹持住第一轴承213，安装结构简单牢靠、拆装简便。其中第一轴承213为第一滑动轴承2131，第一滑动轴承2131的截面呈l状，包括底边和侧边；第一滑动轴承2131的数量为两个，两个呈l状的第一滑动轴承2131相对安装，如图1所示，其中驱动轮212的底面与两个第一滑动轴承2131的底边相接触，驱动轮212的端面与两个第一滑动轴承2131的侧边相接触。通过上述l状的第一滑动轴承2131进行安装，其厚度薄，相对于滚动轴承，能够节省驱动电机211径向方向上的空间；同时通过两个呈l状的第一滑动轴承2131来安装驱动轮212，两个呈l状的第一滑动轴承2131之间的空间可以用于来安装驱动轮212，进一步节省驱动电机211径向方向的空间。

本实施例中，活动式驱动组件21a的驱动电机211通过活动转台22活动安装于活动基座23上。具体地，活动基座23上设置有第二安装孔231，活动转台22的底部设有第二安装柱221，第二安装柱221插设于第二安装孔231内，且第二安装柱221与第二安装孔231之间设置有第二滑动轴承24。活动转台22的第二安装柱221在第二安装孔231内转动时，驱动电机211上的驱动轮212则进行左右摆动，从而便于进行转弯，即转弯灵活。另外，在活动式驱动组件21a的驱动电机211的一侧安装有固定座27，固定座27与活动转台22之间设置有弹性件25，其中弹性件25包括两根压缩弹簧，从而使得整个活动转台22(即驱动电机211和驱动轮212)具有水平方向上自动弹性回复能力，在完成左右转弯后能够自动复原到沿直线方式驱动行走。其中固定式驱动组件21b中驱动电机211是直接固定在固定基座26上，上述整个驱动机构2通过上述两个驱动轮212直接挂载在索道13上，其中位于后方的固定式驱动组件21b的驱动轮212可以限制索道13的活动范围，保证了整个巡检机器人不会因为索道13在驱动轮212上的活动范围过多而造成的重心不稳及运行不畅。

本实施例中，在各驱动轮212的中部设置有凹槽2121，在机器人通过两个驱动轮212挂载在索道13上，索道13则位于驱动轮212的凹槽2121内，保证机器人不会脱离索道13。在进行左右转弯时，弯曲的索道13会使前方的活动式驱动组件21a的活动转台22旋转一定角度，即前方的驱动轮212左右摆动，从而使得整个索道13始终置于驱动轮212中部的凹槽2121内，不会因为转弯造成的夹角而脱出驱动轮212外，避免了机器人脱轨的可能性。上述驱动机构2可以应用于但不限于微型索道13式智能巡检机器人上，能够在极有限空间内(如隧道内、电缆沟内)的索道13上进行灵活可靠上下行走，柔性左右驱动行走，即运行灵活，且其结构布置紧凑、体积小巧、维护简便、安全稳定。

如图8和图9所示，云台机构5包括云台基座51、球芯52、固定支架53、俯仰驱动组件54和水平驱动组件55；固定支架53转动安装于云台基座51上，水平驱动组件55与固定支架53相连，用于驱动固定支架53在云台基座51所在平面内转动；球芯52转动安装于固定支架53上，俯仰驱动组件54与球芯52相连，用于驱动球芯52在固定支架53上转动而做俯仰运动；球芯52上集成有可见光高清相机57、红外相机58和补光组件59(如聚光型补光灯)。其中高清相机57用于对巡检区域进行视频拍摄，红外相机58用于对巡检区域进行温度探测，补光灯则用于对巡检区域(如电缆沟等黑暗条件下)进行补光，保证高清相机57的正常拍摄。当然，也可以采用视觉传感器等来替代上述的可见光高清相机57，其中视觉传感器也可以自带聚光型补光灯。上述通过俯仰驱动组件54和水平驱动组件55的驱动，能够实现球芯52整体实现水平旋转以及俯仰方向的运动；其中球芯52上集成有可见光高清相机57、红外相机58和补光组件59，能够实现高清监测、红外探测以及黑暗条件下的补光等多种功能；整体结构简单紧凑且体积小。

如图11和图12所示，本实施例中，水平驱动组件55包括安装座551、水平驱动电机552、齿轮传动机构553和转动机构554，固定支架53安装于安装座551上，安装座551通过转动机构554安装于云台基座51上；安装座551的圆周上设置有齿5511，水平驱动电机552安装于云台基座51上，齿轮传动机构553安装于水平驱动电机552的输出端，且与安装座551的齿5511相啮合。水平驱动电机552(集成减速机)转动，带动齿轮传动机构553(由一个或多个相互啮合的传动齿轮构成)转动，从而带动安装座551(包括安装座551上的固定支架53及球芯52等)水平转动。由于将安装座551的周侧设置齿5511，即将安装座551与齿轮合二为一，不仅结构简单，而且占用体积小。其中云台上部分(固定支架53以及球芯52部分等)通过螺纹孔与定位孔进行安装，结构简单、紧固简便；安装座551可以采用轻质金属材料，既保证了整个云台安装的强度，又保证了零件的通用可替换性，不影响云台上部分结构的改变。上述安装座551可根据需求更换不同齿5511数的齿轮作为其零件，可根据所需要的转速进行自由搭配。

如图12所示，本实施例中，转动机构554包括挡边轴承5541和托边5542，云台基座51上设有中空的第一安装柱，挡边轴承5541的内圈套设于第一安装柱上，托边5542套设于挡边轴承5541的外圈且与安装座551紧固相连；其中托边5542上设有台阶以与挡边轴承5541的挡边相适配；托边5542沿挡边轴承5541的径向方向延伸以与安装座551的底面相贴合。其中第一安装柱的中部设有穿线孔，穿线孔内设有锁套5543，锁套5543的外沿位于安装座551与第一安装柱的端面之间，且延伸至安装座551与挡边轴承5541的内圈之间，用于压住挡边轴承5541，保证其转动工作的可靠性。上述通过托边5542直接锁住挡边轴承5541的挡边内侧，增大的托边5542贴合挡边轴承5541的轴向面积，同时托边5542在一定程度上增大了挡边轴承5541的端面面积，从而减少云台上部分对挡边轴承5541的端面的压力，避免因端面以及轴向贴合安装面积太小而造成的失效风险。

如图12所示，本实施例中，俯仰驱动组件54包括俯仰驱动电机541、转轴542和第二轴承543，球芯52安装于转轴542上，转轴542的两端通过第二轴承543安装于固定支架53上，俯仰驱动电机541的输出端与转轴542的一端相连。俯仰驱动电机541(集成有减速机)转动，带动转轴542转动，从而实现转轴542上的球芯52转动以做俯仰运动。其中球芯52上设有限位柱544，固定支架53上设有限位机构545，限位机构545包括限位槽5451以及限位开关5452。在球芯52转动至一定角度时，限位柱544则运动至限位槽5451内，限位槽5451对限位柱544进行限位，此时限位开关5452(如磁感应接近开关等)则感应至限位柱544，发送信号至云台的控制单元，控制对应的俯仰驱动电机541停止转动，同时也可以实现对俯仰驱动电机541进行定位及复位等操作。其中限位开关5452固定在固定支架53上，不会因为球芯52的俯仰等运动对其线路拉扯折弯。

如图11所示，本实施例中，固定支架53的外侧设有走线槽56，走线槽56呈弧形，能固定住多组电线，通过弧形的走线槽56能够保证其大角度走线，减少因布置急弯线路而对信号传输的影响。

本实施例中，安全探测组件4包括前安全检测雷达401和后安全检测雷达402(如超声波雷达)，对机器人的前后进行安全检测，保障机器人行走的安全性；同时为了保障机器人行走的安全，在主体仓1的上方设置有钩挂于索道13上的防坠挂钩6，避免机器人掉落。另外，在主体仓1上设有提手7，方便携带。

如图2所示，本实施例中，环境检测组件3包括光照传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、超声波传感器、气体检测模块中的一种或多种，可根据现场实际情况进行选择搭配。另外，如图8所示，主体仓1上设有位置传感器8(如接近开关)，用于对索道13的安装支架14进行识别以进行定位(如通过射频识别或磁感应等方式)。

如图2所示，本实施例中，主体仓1的一侧设有显示屏10，用于对环境信息等进行显示。其中为了保障通讯的稳定性，在主体仓1上设置有通讯天线9。其中主体仓1内各电气元件的供电通过电池来进行供电，其中电池位于电池仓11内且设有电源开关12，电池仓11采用卡簧式结构以及模块化结构设计，既保证其防水性能，且易于拆装、维护便捷。

本实施例中，考虑电缆沟(地沟)现场环境恶劣、气体有一定的腐蚀性，对主体仓1进行三防设计(防水、防尘、防腐)，主体仓1的外壳防护等级整体达到ip65标准，内部重要元件防护等级达ip66，同时外壳造型上做了流线型处理，在美化外观的同时减少了粉尘附着外壳表面的机会。具体地，外壳与其相连接的安装板均采用凹凸形配合，并安装密封胶条，有效防止水与粉尘进入设备内，无法完全防护的轨道下方驱动电机211、轨道上方的接近开关等其他元件均选用防护等级至少为ip66的元件，对机器人主控板、电机驱动单元等控制元件再单独加装金属防护罩，既能提高防护等级，又能防止现场其它信号对设备的干扰。

如图3和图4所示，本实用新型还公开了一种智能巡检系统，包括索道13和如上所述的便携式配网电缆沟智能巡检机器人，智能巡检机器人的驱动机构2挂载于索道13上，其中索道13则通过间隔布置的仿形安装支架14安装于电缆沟内。上述智能巡检系统包括如上所述的智能巡检机器人，同样具有智能巡检机器人所述的优点。

工作过程：通过提手7将机器人挂载到索道13上，通过活动式驱动组件21a和固定式驱动组件21b进行匀速驱动行走。在行走过程中，通过前安全检测雷达401和后安全检测雷达402进行前后安全探测，保证机器人在隧道中运行行走的安全，同时通过位置传感器8对安装支架14识别进行位置检测与定位。云台相机则对主体仓1的前方进行多角度识别与监测，机器人腹部的环境检测组件3则进行气体等监测。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。