轮履复合式变电站巡检机器人自主越障系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种轮履复合式变电站巡检机器人自主越障系统，系统包括底盘和控制系统，其中，底盘包括机器人控制箱体、履带行走单元、轮式行走单元、越障支臂单元以及驱动电机组，履带行走单元包括左右行走履带，左右行走履带固定于控制箱体两侧，左右行走履带各自连接一个驱动电机，轮式行走单元包括左右侧行走轮，行走轮通过越障支臂单元连接支臂驱动电机，左右侧行走轮分别固定在控制箱体两侧，控制系统包括工控机和与之连接的传感器组，工控机连接多个电机驱动器，每个电机驱动器分别连接对应的驱动电机。本实用新型专利技术可以根据需要自动切换轮式或者履带行走方式，满足了变电站不同道路条件下巡检的需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种轮履复合式变电站巡检机器人自主越障系统。
技术介绍
在近年来，随着科技的发展，利用变电站巡检机器人自动完成变电站日常设备巡 视、红外测温、设备状态检查等工作，已经成为变电站设备巡检的重要辅助手段。但是目前 的变电站巡检机器人存在以下问题： 1、变电站巡检机器人主要在道路区巡检，难以对变电站内设备进行全方位的检 测； 2、在一般的变电站，设备区与道路通常不在一个水平面上，而且设备区通常为非 结构化路面，如草地、石子路面等，机器人要从主要道路进入设备区运行巡检，则需要机器 人能够自主翻越路边石，进入设备区运行，对于轮式机器人平台，由于其自身的特点，机器 人无法进入设备区运行。 现有的一些履带机器人，包括带有两条摆臂的履带机器人，如公开号为 CN101492072A的专利技术专利"一种移动机器人及其越障碍方法"，以及带有四条摆臂的履带机 器人，如专利号为ZL200520075351. 5的技术专利"自主越障机器人的复合移动机构"， 虽然机器人具有一定的越障能力，但是均没有提及自主越障系统以及自主越障方法的实 现，因而无法进行自主越障，而且由于单独的履带式机器人运行效率低，难以满足机器人 在变电站到道路区高效巡检的要求。由于变电站的对电力设备安全性的特殊要求以及变电 站巡检机器人对自主运行、定位精度以及运行可靠性的要求，现有的履带机器人系统均无 法直接在变电站巡检机器人上进行应用。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种轮履复合式变电站巡检机器人自主越 障系统，该系统融合了激光传感器、GPS传感器、双目视觉传感器、姿态传感器等多传感器信 息，对巡检机器人本体信息以及周围环境信息进行精确检测，并基于上述信息提出了一种 序列化的自主越障控制方法，实现了变电站巡检机器人的自主越障，以及实现了变电站巡 检机器人轮式行走方式和履带式行走方式的自动切换，解决了机器人在变电站内全区域巡 检的难题。 为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案： -种轮履复合式变电站巡检机器人自主越障系统，包括底盘和控制系统，其中，底 盘包括机器人控制箱体、履带行走单元、轮式行走单元、越障支臂单元以及驱动电机组，履 带行走单元包括左右行走履带，左右行走履带固定于控制箱体两侧，左右行走履带各自连 接一个驱动电机，轮式行走单元包括左右侧行走轮，行走轮通过越障支臂单元连接支臂驱 动电机，左右侧行走轮分别固定在控制箱体两侧，控制系统包括工控机和与之连接的传感 器组，工控机连接多个电机驱动器，每个电机驱动器分别连接对应的驱动电机。 所述越障支臂单元包括安装在控制箱体前端的两个前支臂和安装在控制箱体后 端的两个后支臂。 所述驱动电机组包括左、右两个行走驱动电机以及前、后支臂驱动电机，其中，左 行走驱动电机驱动左行走履带，右行走驱动电机驱动右行走履带，前支臂驱动电机驱动两 个前支臂，后支臂驱动电机驱动两个后支臂。 所述前、后支臂驱动电机输出轴通过齿轮分别与前、后支臂驱动轴连接，前、后支 臂驱动轴从履带驱动轮中心穿出。 所述前后支臂的长度略小于机器人本体总长度的一半，所述机器人前后支臂分别 以支臂大轮轴心为轴360度连续旋转。 所述传感器组，包括GPS定位传感器、激光导航传感器、双目视觉传感器、距离传 感器和倾角传感器，其中，所述激光导航传感器安装在机器人前端支架上，通过探测与周围 物体的距离确定机器人当前在变电站中的位置，所述双目视觉传感器安装在机器人前端支 架上，通过基于区域法向量的道路环境建模方法，提取机器人前方道路边缘距离、高度及待 驶入区域的平面高度及面积信息；所述距离传感器安装在机器人控制箱体前端，精确测量 机器人距离前方障碍物的距离；所述倾角传感器安装在机器人内部底部，测量机器人横滚 和俯仰两个方向上的倾角。 所述GPS定位传感器、激光导航传感器、距离传感器、倾角传感器和四个电机驱动 器过CAN总线连接。 所述双目视觉传感器通过IEEE1394总线连接工控机。 所述控制系统，还包括两个支臂零位开关，所述零位开关安装在支臂驱动轴上，与 电机驱动器连接，用于标定支臂的回零位置。 所述控制系统，还包括四个编码器，所述编码器分别安装在行走驱动电机和支臂 驱动电机上上，编码器与电机驱动器通过RS422连接；连接行走驱动电机的编码器计算机 器人的移动距离和移动速度；连接支臂驱动电机的编码器用于计算支臂的旋转角度和旋转 速度。 本技术的有益效果为： (1)可以根据需要自动切换轮式或者履带行走方式，满足了变电站不同道路条件 下巡检的需求； (2)机器人可以自主翻越变电站路边石、电缆沟等障碍物，从而实现了机器人在变 电的全区域自主运行； (3)采用GPS定位传感器、激光导航传感器组合定位导航方式，可以精确的获取机 器人在变电站中的坐标位置，解决了单一导航方式在特定环境下失效的问题； (4)利用支臂旋转角度通过编码器作为反馈信号，使支臂旋转角度的控制更加精 确，支臂可以完全收于机器人本体两侧，结构紧凑； (5)传感器组中的各个传感器通过CAN总线连接在一起，便于系统的扩展。【附图说明】 图1为机器人底盘结构示意图； 图2为机器人传感器安装位置示意图； 图3为机器人控制系统结构示意图； 图4 (a)为机器人轮式行走方式运动姿态示意图； 图4 (b)为机器人履带行走方式运动姿态示意图； 图4 (C)为机器人爬坡行走方式运动姿态示意图； 图5为机器人自主越障流程图； 图6 (a)为机器人自主越障过程步骤1示意图； 图6 (b)为机器人自主越障过程步骤4示意图； 图6 (c)为机器人自主越障过程步骤5示意图； 图6 (d)为机器人自主越障过程步骤6示意图； 图6 (e)为机器人自主越障过程步骤7示意图。 其中，1.左侧行走轮，2.后支臂驱动电机，3.后支臂电机驱动器，4.左侧行走履 带，5.倾角传感器，6.左侧行走电机驱动器，7.左侧行走驱动电机，8.前支臂，9.编码器， 10.前支臂驱动电机，11.回零开关，12.右侧行走驱动电机，13.后支臂，14.前支臂电机驱 动器，15.右侧行走电机驱动器，16.右侧行走履带，17.控制箱体，18.右侧行走轮，19.激光 传感器，20.双目视觉传感器，21.工控机，22.距离传感器，23. GPS定位传感器，24. CAN总 线。【具体实施方式】： 下面结合附图与实施例对本技术作进一步说明。 -种四支臂轮履复合式机器人底盘，它包括机器人控制箱体、履带行走单元、轮式 行走单元、越障支臂单元以及驱动电机。 其中，所述履带行走单元包括安装在控制箱体的两侧的左侧行走履带和右侧行走 履带。所述轮式行走单元包括两个左侧行走轮和两个右侧行走轮。所述越障支臂单元包括 安装在控制箱体前端的两个前支臂和安装在控制箱体后端的两个后支臂。所述驱动电机包 括左、右两个行走驱动电机以及前、后支臂驱动电机。 其中，所述左侧行走轮和右侧行走轮分别安装在四条支臂上，并通过同步带与左 右两侧行走履带的驱动轮连接，因而当行走驱动电机驱动行走履带旋转时，左右两侧的行 走轮跟随行走履带同步旋转。 其中，所述机器人前后支臂由安装在控制箱体两端的两个电机分别驱动，支臂驱 动电机输出轴通过齿轮与支臂驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮履复合式变电站巡检机器人自主越障系统，其特征是：包括底盘和控制系统，其中，底盘包括机器人控制箱体、履带行走单元、轮式行走单元、越障支臂单元以及驱动电机组，履带行走单元包括左右行走履带，左右行走履带固定于控制箱体两侧，左右行走履带各自连接一个驱动电机，轮式行走单元包括左右侧行走轮，行走轮通过越障支臂单元连接支臂驱动电机，左右侧行走轮分别固定在控制箱体两侧，控制系统包括工控机和与之连接的传感器组，工控机连接多个电机驱动器，每个电机驱动器分别连接对应的驱动电机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：栾贻青，肖鹏，王海鹏，李丽，郝永鑫，慕世友，任杰，傅孟潮，王滨海，李建祥，赵金龙，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，山东鲁能智能技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11