專利名稱：磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于變電站環(huán)巡檢作業(yè)的機器人，特別是一種磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，電力行業(yè)對變電站室外設(shè)備一般是采用人工巡檢作業(yè)方式。當(dāng)在高壓、超高壓及雨、雪、霧等惡劣氣象條件下，不僅對巡檢人員的自身安全沒有保障，同時對電網(wǎng)安全運行也帶來一定隱患，經(jīng)常是因無法及時了解出現(xiàn)問題的設(shè)備情況，而不能及時的檢修或失去優(yōu)先安排檢修的機會。當(dāng)前有采用GPS導(dǎo)航的機器人，但行走定位精度低，大霧天氣無法正常運行，不能滿足變電站安全性的要求；也有使用輪式行走結(jié)構(gòu)的，這種機器人遇到雪天不能行走。
發(fā)明內(nèi)容
為解決已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種該機器人使用磁性導(dǎo)航的巡檢機器人智能控制系統(tǒng)。本發(fā)明解決已有技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)， 包括數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)，人機交互系統(tǒng)，機器人運動控制系統(tǒng)，無線通訊系統(tǒng)，機器人移動系統(tǒng)和智能采集系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和機器人運動控制系統(tǒng)構(gòu)成控制中心，控制中心通過無線通訊系統(tǒng)控制機器人進行巡檢和檢測，最終智能采集系統(tǒng)將檢測的數(shù)據(jù)信息再經(jīng)過無線通訊系統(tǒng)回傳給控制中心，其中數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)、機器人運動控制系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)和智能采集系統(tǒng)的組成均由相應(yīng)的軟件模塊的組合實現(xiàn)機器人智能控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的有益效果是巡檢機器人可代替人工完成變電站高壓變電設(shè)備的巡檢作業(yè)， 該機器人使用磁性導(dǎo)航，導(dǎo)航精度在5mm以內(nèi)，不會對變電站設(shè)備造成威脅，使用履帶式行走結(jié)構(gòu)，具有強大的對地粘附力，在雪面上行走和在地面行走一樣平穩(wěn)，適用于南北方復(fù)雜氣候，達到了無人值守變電站的工作需求。
圖I是本發(fā)明磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖2是機器人的人機交互系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3是機器人的數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)框圖4是機器人的運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5是機器人移動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖6是機器人智能采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖7是機器人行走流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明包括數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)1，人機交互系統(tǒng)2，機器人運動控制系統(tǒng)3，無線通訊系統(tǒng)4，車體(機器人)移動系統(tǒng)5和智能采集系統(tǒng)6組成；其中能夠直接顯示出的是人機交互系統(tǒng)2和車體(機器人)移動系統(tǒng)5，其余均是由相應(yīng)的軟件模塊的組合實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理過程。人機交互系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)I和機器人運動控制系統(tǒng)3結(jié)合起來構(gòu)成控制中心，控制中心通過無線通信系統(tǒng)4控制機器人進行巡檢和檢測，最終智能采集系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)信息再經(jīng)過無線通訊系統(tǒng)4回傳給控制中心，達到無人值守變電站的目的。人機交互系統(tǒng)
如圖2所示，人機交互系統(tǒng)2用于實現(xiàn)信息的錄入，巡檢計劃的制作等，通過此系統(tǒng)能夠?qū)⒂脩粜枰獧C器人執(zhí)行的所有操作告訴給計算機，也能夠通過此系統(tǒng)將機器人反饋給用戶的信息顯示給用戶，同時數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)將所有的操作和反饋信息進行存儲，為用戶查看廠區(qū)情況提供數(shù)據(jù)依據(jù)。人機交互系統(tǒng)軟件包括初始配置界面顯示、監(jiān)控界面顯示、告警界面顯示、數(shù)據(jù)查詢管理以及遠程控制界面；用戶初始化配置201指用戶用來進行對設(shè)備配置和管理用戶配置的圖形界面；廠區(qū)環(huán)境顯示202是將廠區(qū)環(huán)境檢測模塊601檢測到的廠區(qū)環(huán)境值在此界面中顯示的模塊；檢測設(shè)備圖形顯示203是可見光攝像機將拍攝到的儀表或設(shè)備的圖像顯不給用戶；聲音檢測顯不204是設(shè)備聲音檢測模塊604米集設(shè)備聲音信息與數(shù)據(jù)庫中聲音文件進行對比后的結(jié)果顯示界面；紅外熱成像檢測顯示205是設(shè)備紅外檢測模塊603對設(shè)備進行紅外拍攝的圖像顯示；告警信息顯示界面206是所有傳感器對采集到的設(shè)備信息進行比對處理后的不正常結(jié)果對用戶進行提醒的顯示窗口 ；遠程控制操作界面207是用來在控制中心控制云臺旋轉(zhuǎn)和機器人行走的軟件界面。數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)
如圖3所示，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)I用于將機器人檢測信息和用戶操作信息進行分類存儲。它包含用戶信息存儲301，檢測信息存儲302，告警信息存儲303，用戶操作日志存儲304，機器人運行信息存儲305，巡檢計劃信息存儲306。機器人運動控制系統(tǒng)
如圖4所示，機器人運動控制系統(tǒng)3是連接監(jiān)控系統(tǒng)和機器人移動系統(tǒng)的紐帶，它將需要機器人進行的動作以指令的方式發(fā)送給移動機器人，機器人解析命令并作出相應(yīng)動作， 并向機器人運動控制系統(tǒng)發(fā)送反饋信息，比如動作完成，動作執(zhí)行中遇到障礙等；同時根據(jù)機器人反饋信息來決定對機器人的下一步操作，比如停止運行，繼續(xù)行走等；該系統(tǒng)在接收到控制中心的操作指令后會根據(jù)路況選擇到達目的地的最優(yōu)路徑，能夠智能選擇通過交叉路口，在檢測到電量低時能夠自動回到充電位置進行充電。行走路線模擬地圖401是一個機器人在廠區(qū)運行的仿真圖像，圖中按實際比例顯示廠區(qū)的所有設(shè)備和路徑，機器人在廠區(qū)中位置隨機器人的移動而移動，為用戶客觀的觀察機器人的位置提供了便利條件；機器人運行狀態(tài)顯示402時時顯示機器人的運行狀態(tài)， 包括行走，停止等待，掛起，與障礙物等；機器人動作處理模塊403用來將機器人的行為進行下一步的行為規(guī)劃；機器人反饋信息處理模塊404用來對機器人發(fā)回的信息作出響應(yīng)。無線通訊系統(tǒng)如圖所示，無線通訊系統(tǒng)4包括控制中心交換機、控制中心信號發(fā)射器、移動機器人無線接收器、移動機器人交換機，該系統(tǒng)提供從控制中心到機器人運行廠區(qū)的無線覆蓋，建立控制中心到機器人的無線通道，給控制中心和機器人之間提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，遇到信號弱的路段自動增加信號增益，具有自動重連機制，滿足全自動化需求。機器人移動系統(tǒng)
如圖5所示，移動機器人系統(tǒng)5是本地執(zhí)行系統(tǒng)，是整個智能巡檢系統(tǒng)的執(zhí)行體，它接收控制系統(tǒng)發(fā)送的移動命令，作出相應(yīng)的響應(yīng)，完成巡檢工作，機器人上安裝微處理器MCU， 用來處理控制中心的指令，并將命令下達給行走機構(gòu)和檢測機構(gòu)。移動機器人系統(tǒng)包含以下部分
導(dǎo)航模塊501，本發(fā)明導(dǎo)航方式為磁導(dǎo)航，采用的導(dǎo)航傳感器是磁導(dǎo)航傳感器，事先在機器人運行的道路上鋪設(shè)特殊規(guī)格的磁條，導(dǎo)航傳感器上設(shè)有若干個監(jiān)測點，由于磁性有方向性，離磁條越近檢測到的磁性越強，因此當(dāng)傳感器置于磁條正上方時，就能夠檢測到一系列的磁性值，通過該值判斷小車的位置，并對跑偏的情況進行及時矯正，時刻保持機器人行走在磁條的中心上方，當(dāng)遇到意外移動機器人脫離磁道時，機器人檢測不到磁條會自動停車，直到人工將車開回磁道才能繼續(xù)自動行駛。行走模塊502包括伺服驅(qū)動器、電機、主動輪、從動輪和履帶，微處理器MCU將行走或轉(zhuǎn)彎命令發(fā)送給伺服，伺服驅(qū)動器進行響應(yīng)，例如當(dāng)直行時，伺服驅(qū)動器控制左右電機以同樣的速度行駛，轉(zhuǎn)彎時伺服驅(qū)動器控制左右電機差速旋轉(zhuǎn)完成轉(zhuǎn)彎動作；電機直接連接主動輪，主動輪通過履帶拖動從動輪轉(zhuǎn)動，機器人移動。壁障模塊503用于移動機器人在自動巡檢過程中遇到道路上有人或者其它障礙物時，能夠提前檢測到，及時停車，并通知用戶遇到障礙進行處理，保證人員安全、車輛安全和廠區(qū)設(shè)備的安全。該模塊由8個超聲波探測器，前后各4個，探測器不斷向外發(fā)出超聲波信號，當(dāng)遇到物體時，會將超聲波信號反射回來，探測器接收到反射波信號時，經(jīng)過處理，計算出與物體之間的距離，通過此距離微處理器MCU就能夠判斷出障礙物的位置，提前控制機器人停止行走。無線接收模塊504由一個無線接收器、一個360°全向接收天線共同組成，所用無線設(shè)備為5. SG無線設(shè)備，穿透能力強，傳輸距離遠，能夠提供5公里無障礙覆蓋。遠程命令處理模塊505是一個微型處理器MCU，采用WINCE操作系統(tǒng)，用于對接收到的控制中心的命令進行翻譯和分解，控制機器人相應(yīng)的結(jié)構(gòu)執(zhí)行動作，同時將檢測到的信息整理后封裝回傳給控制中心。顯示模塊506包括液晶顯示和鍵盤按鍵兩部分，顯示機器人的運動狀態(tài)、導(dǎo)航檢測狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)，主要用于現(xiàn)場人員能夠觀察到對機器人的操作，遇到特殊情況能根據(jù)顯示提醒進行處理?，F(xiàn)場手動控制模塊507是一個控制手柄，用于現(xiàn)場人員手動控制機器人的前進后退轉(zhuǎn)彎等，該手柄與遠程控制之間采用互鎖機制，現(xiàn)場手工的優(yōu)先級最高，現(xiàn)場控制時，其它控制方式均無效，當(dāng)釋放現(xiàn)場控制后，又能自動回到遠程控制狀態(tài)。智能充電模塊508是由充電保護控制器和充電端子組成，配合導(dǎo)航傳感器，在不充電時，充電端子與電源分離，處于不帶電狀態(tài)，當(dāng)機器人運行到充電位置且需要充電時， 微處理器MCU控制充電保護控制器將充電端子與電源連通，準(zhǔn)備充電，提供安全可靠的充電功能；在充電上還有另一項保護機制，在充電機與充電端子之間接觸后，充電機會檢測充電端子兩端電壓，如果存在電壓，充電機開始充電，反之則充電機不充電，這樣的好處在于在小車離開后，充電機即使給電，充電機的輸出端也沒有電壓，這就避免了在人無意接觸到充電機后被電擊的危險。機器人智能采集系統(tǒng)
如圖6所示，智能檢測模塊用于檢測廠區(qū)的環(huán)境和設(shè)備，同時也可檢測自身的故障。廠區(qū)環(huán)境檢測模塊601采用溫濕度傳感器采集現(xiàn)場溫濕度值，由于傳感器采集到的是模擬信號，需要將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由轉(zhuǎn)換模塊執(zhí)行，最后的數(shù)值通過無線通訊系統(tǒng)按TCP/IP協(xié)議發(fā)給控制中心，控制中心的監(jiān)控界面會對該數(shù)值顯示，并在后臺通過分析該數(shù)值是安全值，如果不在安全的數(shù)值范圍內(nèi)，控制中心會發(fā)出告警，提醒用戶現(xiàn)場溫濕度異常請及時處理，同時向維修人員發(fā)送短信，保證問題及時處理。廠區(qū)設(shè)備檢測分別由廠區(qū)設(shè)備拍照模塊602、設(shè)備紅外檢測模塊603和設(shè)備聲音檢測模塊604三部分組成，拍照功能由帶云臺的可見光攝像機實現(xiàn)，紅外成像為一臺安裝在云臺上的紅外熱像儀，用來拍攝設(shè)備觸點的溫度值，形成熱成像圖片傳送給控制中心，控制中心可以實時通過圖像分析設(shè)備是否正常，同時當(dāng)設(shè)備溫度超過設(shè)定的正常值時控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)會提醒用戶設(shè)備溫度異常請及時維修，短信模塊給用戶發(fā)維修通知。聲音采集模塊采集現(xiàn)場變電站的工作聲音，對采集到的聲音進行壓縮后傳送給控制中心，控制中心調(diào)用正常的聲音，將兩種聲音進行傅里葉變換后，比對波形，從而分析出聲音是否正常， 最后將不正?，F(xiàn)象提醒給用戶。車內(nèi)環(huán)境檢測模塊605用來檢測車內(nèi)部環(huán)境信息和煙霧信息，避免因自身問題引起廠區(qū)事故，車內(nèi)故障檢測模塊606包括自身電壓檢測、電機檢測、伺服檢測、通信檢測和車內(nèi)煙感檢測，智能充電檢測模塊608每隔5秒對電壓進行一次測量，機器人微處理器MCU 對電壓進行分析，判斷是否低于低電壓零界值，如果不低于零界值，無操作，反之控制機器人回庫充電，此時即使有任務(wù)也不執(zhí)行；同時未處理也將檢測到的電壓值發(fā)回控制中心，控制中心對電壓分析看是否回庫充電，正常情況下控制中心控制回庫的電壓值高于車體自身的零界值，這樣保證車連續(xù)行駛；伺服檢測、電機檢測同電壓檢測，無故障則無操作，如果有故障則向控制中心發(fā)送故障內(nèi)容，控制中心通知用戶處理；通信檢測不同于其它檢測，通訊故障時，由于不能向控制中心發(fā)送數(shù)據(jù)因此沒有通知，同時移動機器人停止移動，原地等待維修人員處理，當(dāng)通訊正常后，機器人又自動執(zhí)行巡檢任務(wù)。道路狀況檢測模塊607由一臺安裝在車前的攝像機完成，實時將前方道路情況傳輸給控制中心，方便用戶遠程控制。
權(quán)利要求
1.磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)，人機交互系統(tǒng)，機器人運動控制系統(tǒng)，無線通訊系統(tǒng)，機器人移動系統(tǒng)和智能采集系統(tǒng)組成；其特征在于數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)(I)、人機父互系統(tǒng)(2)和機器人運動控制系統(tǒng)(3)組成構(gòu)成控制中心，控制中心通過無線通信系統(tǒng)(4)控制機器人進行巡檢和檢測，最終智能采集系統(tǒng)(6)將檢測的數(shù)據(jù)信息再經(jīng)過無線通訊系統(tǒng)(4)回傳給控制中心，其中數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)(I)、機器人運動控制系統(tǒng)(3)、無線通信系統(tǒng)(4)和智能采集系統(tǒng)的組成(6)均由相應(yīng)的軟件模塊的組合實現(xiàn)機器人智能控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的人機交互系統(tǒng)(2)中的用戶初始化配置(201)用于進行對設(shè)備配置和管理用戶配置的圖形界面；廠區(qū)環(huán)境顯示模塊(202)用于將廠區(qū)環(huán)境監(jiān)測模塊(601)檢測到的廠區(qū)環(huán)境值在此界面中顯示的模塊；檢測設(shè)備圖形顯示(203)用于可見光攝像機將拍攝到的儀表或設(shè)備的圖像顯示給用戶；聲音檢測顯示(204)用于設(shè)備聲音檢測模塊(604)采集設(shè)備聲音信息與數(shù)據(jù)庫中聲音文件進行對比后的結(jié)果顯示界面；紅外熱成像檢測顯示(205)用于設(shè)備紅外檢測模塊(603)對設(shè)備進行紅外拍攝的圖像顯示；告警信息顯示模塊(206)用于所有傳感器對采集到的設(shè)備信息進行比對處理后的不正常結(jié)果對用戶進行提醒的顯示窗口 ；遠程控制操作界面(207 )用于控制中心控制云臺旋轉(zhuǎn)和機器人行走。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)(1)，它通過用戶信息存儲(301)、監(jiān)測信息存儲(302)、告警信息存儲(303)、用戶操作日志存儲(304)、機器人運行信息存儲(305)及巡檢計劃信息存儲(306)，將機器人檢測信息和用戶操作信息進行分類存儲。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的機器人運動控制系統(tǒng)(3)，機器人動作處理模塊(403)用于將機器人進行下一步行為規(guī)劃；機器人反饋信息模塊(404)用于對機器人發(fā)回的信息作出響應(yīng)，機器人運行狀態(tài)顯示(402)時時顯示機器人的運行狀態(tài)，包括行走、停止等待、掛起與障礙物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的機器人移動系統(tǒng)(5)中的導(dǎo)航模塊(501)采用磁導(dǎo)航傳感器；行走模塊(502)包括伺服驅(qū)動器、電機、主動輪、從動輪和履帶，微處理器將行走或轉(zhuǎn)彎命令發(fā)送給伺服，伺服驅(qū)動器進行相應(yīng)；避障模塊(503)由八個超聲波探測器，前后各四個，探測器發(fā)出超聲波信號，經(jīng)過處理，計算出與物體之間的距離，通過此距離微處理器夠判斷障礙物的位置，控制機器人減速和停止行走。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的機器人智能采集系統(tǒng)(6)，廠區(qū)環(huán)境檢測模塊(601)采用溫濕度傳感器采集現(xiàn)場溫濕度值，廠區(qū)設(shè)備檢測分別由廠區(qū)設(shè)備拍照模塊(602)、設(shè)備紅外檢測模塊(603)和設(shè)備聲音檢測模塊 (604)三部分組成；車內(nèi)環(huán)境檢測模塊(605)用于檢測車內(nèi)部環(huán)境信息和煙霧信息；車內(nèi)故障檢測模塊(606 )包括自身電壓檢測、電機檢測、伺服檢測、通信檢測和車內(nèi)煙感檢測，由機器人微處理器對電壓等進行分析。
全文摘要
磁導(dǎo)航巡檢機器人智能控制系統(tǒng)，涉及一種用于變電站巡檢作業(yè)的機器人。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和機器人運動控制系統(tǒng)組合構(gòu)成控制中心，控制中心通過無線通訊系統(tǒng)控制機器人進行巡檢和檢測，最終智能采集系統(tǒng)將檢測的數(shù)據(jù)信息再經(jīng)過無線通訊系統(tǒng)回傳給控制中心，其中數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)、機器人運動控制系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)和智能采集系統(tǒng)組合實現(xiàn)機器人智能控制系統(tǒng)。巡檢機器人可代替人工完成變電站高壓變電設(shè)備的巡檢作業(yè)，該機器人采用磁導(dǎo)航，導(dǎo)航精度在5mm以內(nèi)。該系統(tǒng)采用履帶式行走結(jié)構(gòu)，具有強大的對地粘附力，在雪面上行走和在地面行走一樣平穩(wěn)。
文檔編號H02B3/00GK102593739SQ201210083408
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者何 雄, 周向輝, 謝巍, 陳慧宇 申請人:沈陽中興電力通信有限公司