变电站轮式越障机构、机器人及其方法技术

本发明专利技术公开了变电站轮式越障机构、机器人及其方法，包括行走机构，其底盘设置有导轨机构，底盘被配置为能够沿着导轨机构运动，所述底盘底部的一端设置有升降机构，所述升降机构被配置为能够托举行走机构做垂直运动，行走机构的底盘的两侧分别设置有一个距离传感器，行走机构上端设置有双目视觉模块，双目视觉模块检测到障碍物时，距离传感器测量距离障碍物在设定长度内时，升降机构托举行走机构上升至高于障碍物的高度，底盘沿导轨机构向障碍物方向运动，使得行走机构底盘到达障碍物上端，实现越障。本发明专利技术既保证轮式机器人的行走速度要求，又含有普通轮式机器人没有的越障功能。

Wheeled obstacle surmounting mechanism of substation, robot and method thereof

The invention discloses a wheeled robot obstacle crossing mechanism, substation and method, including walking mechanism, the chassis is provided with a guide rail mechanism, the chassis is configured to be capable of moving along the guide mechanism, wherein the bottom end of the chassis is provided with a lifting mechanism, the lifting mechanism is configured to lift the walking mechanism of vertical motion, on both sides of the walking mechanism the chassis are respectively provided with a distance sensor, the walking mechanism is arranged on the upper end of the binocular vision module, binocular vision module detects an obstacle, the distance sensor to measure the distance of obstacles in the set length when the lifting mechanism lifts walking mechanism of rising above the height of barriers, obstacles to the chassis movement along the direction of the guide rail mechanism. The chassis of the travelling mechanism reached the barriers and achieve obstacle. The invention not only ensures the requirement of the walking speed of the wheeled robot, but also has the obstacle surmounting function of the ordinary wheeled robot.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变电站轮式越障机构、机器人及其方法。
技术介绍
变电站是电力传输网络的枢纽，其设备运行状态的安全性至关重要，对设备的有效巡检是保证变电站良好运行以及对广大用户供电可靠性的重要保证。随着电力机器人技术的发展，机器人巡检已逐渐代替人工巡检，大大降低了劳动力。目前的移动巡检机器人主要结构有：轮式、履带式、腿—足式、蠕动式等，其中以轮式和履带式应用最为广泛。轮式具有结构简单、运行速度快、效率高等优点，但一般只适用于比较平坦和坚硬的路面环境，越障能力差，在松软和泥泞地面行动能力差。腿—足式又分爬行式和步行式，爬行式是模仿爬行类昆虫运动的一种仿生运动模式，一般处于静稳定状态，可适应非连续的复杂环境，但行走速度一般比较慢，而且内部结构设计起来比较复杂；步行式是模仿哺乳类动物快速步行的一种仿生运动模式，可适应非连续的复杂环境，但高速行走时处于非稳定状态，控制系统和机械结构非常复杂，目前还没有实用化。目前在变电站巡检的移动机器人大主要是轮式机器人，速度较快，但环境适应性较差，不能翻越路边石以及不能在草地等复杂环境下行驶；另一种是带支臂的履带式移动机器人，它可以利用支臂翻越障碍，但履带式机器人的弊端是在普通的平坦水泥路面下，移动缓慢，效率不高，且履带与地面摩擦力较大，履带易损坏，加上带支臂的履带式机器人设计较为复杂，也不便控制。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种变电站轮式越障机构、机器人及其方法，本专利技术在普通平坦路面使用轮式正常行走；遇到路边石等具有一定高度的障碍物时，使用升降平台及导轨机构进行跨越障碍。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种变电站轮式越障机构，包括行走机构，行走机构的底盘设置有导轨机构，所述底盘被配置为能够沿着导轨机构运动，所述底盘底部的一端设置有升降机构，所述升降机构被配置为能够托举行走机构做垂直运动；行走机构的底盘的两侧分别设置有一个距离传感器，所述行走机构上端设置有双目视觉模块，所述双目视觉模块检测到障碍物时，距离传感器测量距离障碍物在设定长度内时，升降机构托举行走机构上升至高于障碍物的高度，所述底盘沿导轨机构向障碍物方向运动，使得行走机构底盘到达障碍物上端，实现越障。优选的，所述行走机构为轮式行走机构。优选的，所述导轨机构包括支撑板，所述支撑板上固定有若干个丝杠式导轨，所述丝杠式导轨的一端设置有电机，电机连接有增量编码器，对电机的运转实现闭环控制。优选的，所述支撑板上设置有加强筋，以增强支撑板的强度。优选的，所述丝杠式导轨上设置有多个滑块，所述行走机构的底盘固定于滑块上。优选的，所述导轨机构两端设置有防护罩，以保护导轨机构的端部结构和电机。优选的，所述升降机构包括上、下支撑件，所述上、下支撑件之间设置有X型剪式叉架升降机构，所述上支撑件上设置有电动缸带动X型剪式叉架升降机构进行上下运动。所述升降机构上设置有绝对编码器。一种变电站轮式越障机器人，包括上述越障机构。一种基于上述越障机构的越障方法，双目视觉模块发现障碍物，指引行走机构到达障碍物的边缘，行走机构的两端的距离传感器测量行走机构与障碍物的距离，通过两个距离传感器距离差值调整行走机构姿态，使其正对障碍物，控制升降机构使其抬升行走机构底盘，通过绝对编码器计算升降机构的抬升高度，当支撑到指定高度后，根据此时距离障碍物距离以及行走机构尺寸信息计算出需前移距离，驱动导轨机构使底盘平移直到障碍物上端，收缩升降机构，使行走机构接触地面，完成越障。越障完成后，行走机构向前运动到一定位置使升降机构有足够空间支撑，升降机构展开撑起底盘，并控制导轨机构，使底盘回到导轨机构的初始位置，并控制升降机构恢复初始位置。通过绝对编码器测量升降机构的展开角度，以实时计算机器人的支撑高度，在展开过程两距离传感器继续测量距离障碍物边缘距离，当距离数据突然增大时，结合行走机构底盘尺寸、距离传感器安装位置和实时支撑高度计算出障碍物实际高度和机器人需支撑的高度。本专利技术的有益效果为：(1)当轮履式机器人在变电站巡检时，普通平坦路面使用轮式正常行走，保证了机器人巡检时的正常行走速度；当遇到路边石等障碍时，依靠升降机构及丝杠导轨机构协助轮式机器人完成越障；(2)本专利技术的越障方法简单、可靠，设计简单，省去了履带传动等环节，既保证轮式机器人的行走速度要求，又含有普通轮式机器人没有的越障功能；(3)由于轮式机器人重量较轻，升降机构可设计小型化升降平台，减少机器人投入成本，且自动化程度高。附图说明图1为本专利技术的变电站轮式越障机器人示意图；图2为轮式越障机器人正视图；图3为轮式越障机器人的丝杠导轨机构示意图；图4为轮式越障机器人的升降平台机构示意图；图5为轮式越障机器人正常行走时示意图；图6为轮式越障机器人越障前示意图；图7为轮式越障机器人越障中的升降平台撑起机器人的示意图；图8为升降平台撑起机器人，通过丝杠导轨机构使机器人前移，机器人后轮到台阶正上位置的示意图；图9为升降平台机构收起，机器人下落到台阶路面的示意图；图10为机器人往前运动到安全位置的示意图；图11为轮式越障机器人翻越路边石台阶后，回到初始位置开始正常行走，越障过程结束的示意图。1、轮式机器人底盘；2、右风琴式防护罩；3、丝杠导轨机构、4、升降机构；5、左风琴式防护罩；6、双目相机；7、左距离传感器；8、右距离传感器；9、增量编码器；10、电机；11、风琴防护罩连接板；12、滑块；13、导轨；14、丝杠；15、丝杠螺母滑块；16、支撑板；17、加强筋；18、上支撑件；19、电动缸；20、固定支座；21、下支撑件；22、滑杆槽；23、滑杆；24、绝对编码器；25、平坦路面；26、路边石路面。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术提出了一种新型的变电站轮式越障机器人。该轮式机器人在普通平坦路面使用轮式正常行走；遇到路边石(路边石高度为100-200mm)时，轮式机器人使用升降平台及丝杠导轨机构协助它跨越障碍。轮式机器人底盘1为普通的变电站巡检机器人，其内部驱动方式为双电机前轮驱动。轮式机器人底盘1通过四个滑块12、两个丝杠螺母滑块15与丝杠导轨机构3配合连接，轮式机器人底盘1底部与四个滑块12、两个丝杠螺母滑块15可通过螺钉连接，轮式机器人底盘1下方安装左距离传感器7和右距离传感器8，对称分布，距离地面80mm。丝杠导轨机构3与升降机构4紧固焊接一起。机器人正常行走时的状态如图1所示，图1中轮式机器人1与升降机构4的位置为初始位置。丝杠导轨机构3主要由增量编码器9、电机10、风琴防护罩连接板11、滑块12、导轨13、丝杠14、丝杠螺母滑块15、支撑板16、加强筋17组成，电机10为伺服电机。电机10设置于支撑板16的一端，支撑板16下端设置有加强筋17，增量编码器9设置于电机10上，丝杠14上设置有滑块12和丝杠螺母滑块15，轮式机器人底盘1通过四个滑块12、两个丝杠螺母滑块15与丝杠导轨机构3配合连接。支撑板16两侧设置有风琴防护罩连接板11，以连接左风琴式防护罩5和右风琴式防护罩2。升降机构4主要由上支撑件18、电动缸19、固定支座20、下支撑件21、滑杆槽22、滑杆23、绝对编码器24组成，升降机构4的上支撑件18与丝杠导轨机构中支撑板16、加强筋17焊接一起本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变电站轮式越障机构，包括行走机构，其特征是：行走机构的底盘设置有导轨机构，所述底盘被配置为能够沿着导轨机构运动，所述底盘底部的一端设置有升降机构，所述升降机构被配置为能够托举行走机构做垂直运动；行走机构的底盘的两侧分别设置有一个距离传感器，所述行走机构上端设置有双目视觉模块，所述双目视觉模块检测到障碍物时，距离传感器测量距离障碍物在设定长度内时，升降机构托举行走机构上升至高于障碍物的高度，所述底盘沿导轨机构向障碍物方向运动，使得行走机构底盘到达障碍物上端，实现越障。

【技术特征摘要】
1.一种变电站轮式越障机构，包括行走机构，其特征是：行走机构的底盘设置有导轨机构，所述底盘被配置为能够沿着导轨机构运动，所述底盘底部的一端设置有升降机构，所述升降机构被配置为能够托举行走机构做垂直运动；行走机构的底盘的两侧分别设置有一个距离传感器，所述行走机构上端设置有双目视觉模块，所述双目视觉模块检测到障碍物时，距离传感器测量距离障碍物在设定长度内时，升降机构托举行走机构上升至高于障碍物的高度，所述底盘沿导轨机构向障碍物方向运动，使得行走机构底盘到达障碍物上端，实现越障。2.如权利要求1所述的一种变电站轮式越障机构，其特征是：所述导轨机构包括支撑板，所述支撑板上固定有若干个丝杠式导轨，所述丝杠式导轨的一端设置有电机，电机连接有增量编码器，对电机的运转实现闭环控制。3.如权利要求1所述的一种变电站轮式越障机构，其特征是：所述丝杠式导轨上设置有多个滑块，所述行走机构的底盘固定于滑块上。4.如权利要求1所述的一种变电站轮式越障机构，其特征是：所述导轨机构两端设置有防护罩，以保护导轨机构的端部结构和电机。5.如权利要求1所述的一种变电站轮式越障机构，其特征是：所述升降机构包括上、下支撑件，所述上、下支撑件之间设置有X型剪式叉架升降机构，所述上支撑件上设置有电动缸带动X型剪式叉架升降机构进行上下运动。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨尚伟，李希智，慕世友，李超英，李红梅，傅孟潮，任志刚，王兴照，李建祥，王海鹏，吕俊涛，赵金龙，李丽，
申请(专利权)人：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，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37