本發(fā)明型屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種可自動(dòng)導(dǎo)航除雪的機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來電力企業(yè)不斷提高變電站的智能化水平，無人值守變電站的概念被提出，在這種類型的變電站日常運(yùn)行過程中，幾乎無需人工干預(yù)；但是，對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)運(yùn)行設(shè)備的帶電巡視工作卻仍需要巡檢員人工完成，這種巡檢工作會(huì)根據(jù)設(shè)備的不同特性定期執(zhí)行，由于變電站一般都選址在城市遠(yuǎn)郊或遠(yuǎn)離人群的地方，因此，巡檢人員如若從駐地往來變電站執(zhí)行巡檢任務(wù)，不但極其耗時(shí)而且待巡設(shè)備種類、數(shù)量眾多，工作量十分繁重；尤其地處東北、內(nèi)蒙古東部地區(qū)的變電站，每年冬季都是寒冷多雪，自然環(huán)境十分惡劣，更加重了巡檢人員工作負(fù)擔(dān)。因此，一種能夠代替人工完成設(shè)備巡檢的智能機(jī)器人是亟需開發(fā)的產(chǎn)品，這種自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人以滿足我國東北及內(nèi)蒙古東部地區(qū)冬季嚴(yán)寒和多雪的氣候特點(diǎn)而研發(fā)，將徹底改變長(zhǎng)久以來困擾電力系統(tǒng)的冬季變電站場(chǎng)區(qū)除雪難的問題，并真正意義上實(shí)現(xiàn)了全天候、無人值守變電站智能巡檢。

機(jī)器人管理系統(tǒng)是一套針對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際巡檢流程而開發(fā)的軟件程序，該程序安裝并運(yùn)行在變電站內(nèi)的機(jī)器人控制主機(jī)中，操作人員利用該軟件程序，通過無線網(wǎng)絡(luò)與場(chǎng)內(nèi)的機(jī)器人實(shí)時(shí)通訊，下達(dá)機(jī)器人控制指令并接受機(jī)器人發(fā)回的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問題，提供了一種能夠在全天候條件下代替人工完成對(duì)變電站設(shè)備的巡視，同時(shí)具有自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)判斷積雪厚度并自動(dòng)除雪的能力自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人部分和除雪鏟部分；

所述除雪鏟部分包括拋雪筒、接駁裝置、拋灑葉輪、除雪鏟、蝸桿傳動(dòng)軸、攪籠、支撐雪橇、二級(jí)減速裝置、主減速機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)；除雪鏟靠接駁裝置的一側(cè)由下至上分別為驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主減速機(jī)，拋灑葉輪與其平行設(shè)置；拋雪筒伸出除雪鏟垂直設(shè)置；蝸桿傳動(dòng)軸穿過拋灑葉輪一端與主減速機(jī)連接，另一端連接至二級(jí)減速裝置；二級(jí)減速裝置另一端接于攪籠；二級(jí)減速裝置正下方兩側(cè)為支撐雪橇；

所述機(jī)器人部分包括自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人、無線通訊天線、云臺(tái)、履帶、導(dǎo)向輪、承重輪、驅(qū)動(dòng)輪、拖帶輪以及液壓彈簧減震器；自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人上方裝有配備雪量傳感器和超聲波探測(cè)器的云臺(tái)，后側(cè)設(shè)有無線通訊天線；自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人下部伸出四根液壓彈簧減震器均連接有承重輪；履帶承重輪相互咬合；自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人下沿在液壓彈簧減震器之間設(shè)有兩個(gè)托帶輪，托帶輪的最前端和最后端分別設(shè)有導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪與履帶配合。

自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人控制系統(tǒng)，自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)受機(jī)器人管理系統(tǒng)軟件控制執(zhí)行巡檢及除雪任務(wù)，步驟如下

步驟一：機(jī)器人管理系統(tǒng)軟件會(huì)根據(jù)每天的巡檢任務(wù)計(jì)劃時(shí)間，定時(shí)喚醒在充電庫中處于待機(jī)狀態(tài)的機(jī)器人；

步驟二：機(jī)器人執(zhí)行自檢程序即系統(tǒng)初始化配置；

步驟三：機(jī)器人管理系統(tǒng)軟件啟動(dòng)執(zhí)行當(dāng)天巡檢任務(wù)

機(jī)器人管理系統(tǒng)軟件調(diào)用安裝在機(jī)器人云臺(tái)上端的雪量探測(cè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，分析戶外的積雪深度，當(dāng)積雪深度小于5cm時(shí)，機(jī)器人可正常運(yùn)行執(zhí)行巡檢任務(wù)；當(dāng)積雪深度超過5cm且小于60cm時(shí)，管理系統(tǒng)向機(jī)器人發(fā)出除雪指令，控制機(jī)器人自動(dòng)掛載除雪裝置，按既定的除雪路線對(duì)整個(gè)變電站場(chǎng)區(qū)實(shí)施除雪作業(yè)；

步驟四：機(jī)器人在前往檢測(cè)點(diǎn)過程中，不斷進(jìn)行障礙物檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)在巡檢路線上障礙物，機(jī)器人將上報(bào)告警信息；機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)過程中若未發(fā)現(xiàn)障礙物的前提下還會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)行自身電池電量檢測(cè)和自身故障檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池電量低于預(yù)定閾值時(shí)自動(dòng)回庫充電；電量充足的前提下如果發(fā)現(xiàn)自身器件有故障則發(fā)送告警信息，并自動(dòng)返回充電庫；若無自身故障機(jī)器人則會(huì)到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)后進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集；如果數(shù)據(jù)采集成功，機(jī)器人將執(zhí)行下一個(gè)檢測(cè)任務(wù)，如果數(shù)據(jù)采集失敗，則重新采集；

步驟五：當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行完當(dāng)天所有巡檢任務(wù)后，自動(dòng)回到充電庫充電，并進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：接駁裝置包括機(jī)器人側(cè)本體和除雪鏟側(cè)本體兩部分；機(jī)器人側(cè)本體外側(cè)兩端個(gè)各設(shè)有兩個(gè)安裝固定孔，機(jī)器人側(cè)本體中部靠近安裝固定孔的左右兩側(cè)分別為防水式信號(hào)電纜插座和防水式電源插頭；機(jī)器人側(cè)本體內(nèi)側(cè)正中間設(shè)有凸出其表面的對(duì)接頭，對(duì)接頭左右兩側(cè)均為電磁鐵，最外側(cè)兩端均設(shè)有定位銷；除雪鏟側(cè)本體內(nèi)側(cè)正中間設(shè)有凹于表面的對(duì)接座，對(duì)接座左右兩側(cè)均為磁吸板，最外側(cè)兩端均為定位孔；除雪鏟外側(cè)兩端各設(shè)有兩個(gè)安裝固定孔，除雪鏟側(cè)本體中部靠近安裝固定孔的左右兩側(cè)分別為有防水式信號(hào)電纜插座及防水式電源插頭；電磁鐵可產(chǎn)生200Kg的磁力。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：對(duì)接頭內(nèi)部包括凸輪、供電電纜、信號(hào)電纜和非接觸傳感器；對(duì)接座內(nèi)包括鎖銷、電纜插座和點(diǎn)位孔。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：攪籠對(duì)稱安裝于二級(jí)減速裝置兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)方向相反，通過傳動(dòng)軸與二級(jí)減速裝置相互嚙合。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：二級(jí)減速裝置通過軸連器與蝸桿傳動(dòng)軸相連接，帶動(dòng)錐形減速齒輪，經(jīng)過二級(jí)減速將動(dòng)力傳遞至傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸與攪籠連接，從而帶動(dòng)攪籠旋轉(zhuǎn)。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：拋雪筒的開口采用角度可變?cè)O(shè)計(jì)，可在水平和豎直兩個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整積雪拋灑的遠(yuǎn)近位置，拋灑高度為100-180cm，拋灑距離為100-300cm。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：支撐雪橇撬面寬大，前部翹起，以起到支撐除雪鏟側(cè)本體、減小壓強(qiáng)、順利通過積雪路面的作用。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：自導(dǎo)航除雪機(jī)器人控制系統(tǒng)可以控制鏟除積雪深度最大為60cm，最大除雪寬度為100cm，最高工作速度為0.3米/秒；自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人自身攜帶150Ah磷酸鐵鋰電池，最多可連續(xù)工作2小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果是：自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)不但能夠像人類一樣，靠自身動(dòng)力和自主導(dǎo)航到達(dá)場(chǎng)區(qū)的各個(gè)位置，完成對(duì)各類設(shè)備的檢測(cè)工作，而且還不受天氣情況影響，可以每天按時(shí)的完成巡檢工作，特別是能夠自動(dòng)掛載除雪裝置，在無需人工干預(yù)的情況下自動(dòng)判斷積雪厚度并自動(dòng)除雪；真正意義上實(shí)現(xiàn)了全天候、無人值守變電站智能巡檢；本發(fā)明提供一種能很好的適用于冰雪路面的履帶式底盤結(jié)構(gòu)的除雪機(jī)器人，該機(jī)器人越障能力更強(qiáng)、路面適應(yīng)性更高、行走更平穩(wěn)；極大的減輕了站內(nèi)值班人員的工作壓力。本發(fā)明整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、可自動(dòng)掛載除雪裝置、積雪深度自動(dòng)檢測(cè)、故障自動(dòng)告警、行駛穩(wěn)定、巡視范圍廣的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)中攪籠的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)中二級(jí)減速裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)中接駁裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為接駁裝置的連接狀態(tài)；

圖6為接駁裝置的分離狀態(tài)；

圖7為自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人管理系統(tǒng)控制程序執(zhí)行流程圖；

圖中：1自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人、2拋雪筒、3接駁裝置、4拋灑葉輪、5除雪鏟、6蝸桿傳動(dòng)軸、7攪籠、8支撐雪橇、9二級(jí)減速裝置、10主減速機(jī)、11驅(qū)動(dòng)電機(jī)、12云臺(tái)、13無線通訊天線、14履帶、15導(dǎo)向輪、16承重輪、17驅(qū)動(dòng)輪、18托帶輪、19液壓彈簧減震器、31機(jī)器人側(cè)本體、32除雪鏟側(cè)本體、33安裝固定孔、34防水式信號(hào)電纜插座、35防水式電源插頭、36定位銷、37定位孔、38電磁鐵、39磁吸板、310對(duì)接頭、311對(duì)接座、312非接觸傳感器、313凸輪、314鎖銷、91減速齒輪箱、92傳動(dòng)軸、93錐形減速齒輪、94軸連器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人部分和除雪鏟部分；

所述除雪鏟部分包括拋雪筒2、接駁裝置3、拋灑葉輪4、除雪鏟5、蝸桿傳動(dòng)軸6、攪籠7、支撐雪橇8、二級(jí)減速裝置9、主減速機(jī)10以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)11；除雪鏟5靠接駁裝置3的一側(cè)由下至上分別為驅(qū)動(dòng)電機(jī)11和主減速機(jī)10，拋灑葉輪4與其平行設(shè)置；拋雪筒2伸出除雪鏟5垂直設(shè)置；蝸桿傳動(dòng)軸6穿過拋灑葉輪4一端與主減速機(jī)10連接，另一端連接至二級(jí)減速裝置9；二級(jí)減速裝置9另一端接于攪籠7；二級(jí)減速裝置9正下方兩側(cè)為支撐雪橇8；

所述機(jī)器人部分包括自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人1、無線通訊天線13、云臺(tái)12、履帶14、導(dǎo)向輪15、承重輪16、驅(qū)動(dòng)輪17、拖帶輪18以及液壓彈簧減震器19；自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人1上方裝有配備雪量傳感器和超聲波探測(cè)器的云臺(tái)12，后側(cè)設(shè)有無線通訊天線13；自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人1下部伸出四根液壓彈簧減震器19均連接有承重輪16；履帶14承重輪16相互咬合；自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人1下沿在液壓彈簧減震器19之間設(shè)有兩個(gè)托帶輪18，托帶輪18的最前端和最后端分別設(shè)有導(dǎo)向輪15和驅(qū)動(dòng)輪17與履帶14配合。

所述的自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人系統(tǒng)，自動(dòng)導(dǎo)航除雪機(jī)器人受機(jī)器人管理系統(tǒng)軟件控制執(zhí)行巡檢及除雪任務(wù)，流程如下

步驟一：機(jī)器人管理系統(tǒng)軟件會(huì)根據(jù)每天的巡檢任務(wù)計(jì)劃時(shí)間，定時(shí)喚醒在充電庫中處于待機(jī)狀態(tài)的機(jī)器人即系統(tǒng)初始化配置；

步驟二：機(jī)器人執(zhí)行自檢程序；

步驟三：機(jī)器人管理系統(tǒng)軟件啟動(dòng)執(zhí)行當(dāng)天巡檢任務(wù)

機(jī)器人管理系統(tǒng)軟件調(diào)用安裝在機(jī)器人云臺(tái)上端的雪量探測(cè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，分析戶外的積雪深度，當(dāng)積雪深度小于5cm時(shí)，機(jī)器人可正常運(yùn)行執(zhí)行巡檢任務(wù)；當(dāng)積雪深度超過5cm且小于60cm時(shí)，管理系統(tǒng)向機(jī)器人發(fā)出除雪指令，控制機(jī)器人自動(dòng)掛載除雪裝置，按既定的除雪路線對(duì)整個(gè)變電站場(chǎng)區(qū)實(shí)施除雪作業(yè)；

步驟四：機(jī)器人在前往檢測(cè)點(diǎn)過程中，不斷進(jìn)行障礙物檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)在巡檢路線上障礙物，機(jī)器人將上報(bào)告警信息；機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)過程中若未發(fā)現(xiàn)障礙物的前提下還會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)行自身電池電量檢測(cè)和自身故障檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池電量低于預(yù)定閾值時(shí)自動(dòng)回庫充電；電量充足的前提下如果發(fā)現(xiàn)自身器件有故障則發(fā)送告警信息，并自動(dòng)返回充電庫；若無自身故障機(jī)器人則會(huì)到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)后進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集；如果數(shù)據(jù)采集成功，機(jī)器人將執(zhí)行下一個(gè)檢測(cè)任務(wù)，如果數(shù)據(jù)采集失敗，則重新采集；

步驟五：當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行完當(dāng)天所有巡檢任務(wù)后，自動(dòng)回到充電庫充電，并進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

所述的接駁裝置3包括機(jī)器人側(cè)本體31和除雪鏟側(cè)本體32兩部分；機(jī)器人側(cè)本體31外側(cè)兩端個(gè)各設(shè)有兩個(gè)安裝固定孔33，機(jī)器人側(cè)本體31中部靠近安裝固定孔33的左右兩側(cè)分別為防水式信號(hào)電纜插座34和防水式電源插頭35；機(jī)器人側(cè)本體31內(nèi)側(cè)正中間設(shè)有凸出其表面的對(duì)接頭310，對(duì)接頭310左右兩側(cè)均為電磁鐵38，最外側(cè)兩端均設(shè)有定位銷36；除雪鏟側(cè)本體32內(nèi)側(cè)正中間設(shè)有凹于表面的對(duì)接座311，對(duì)接座311左右兩側(cè)均為磁吸板39，最外側(cè)兩端均為定位孔37；除雪鏟32外側(cè)兩端各設(shè)有兩個(gè)安裝固定孔33，除雪鏟側(cè)本體32中部靠近安裝固定孔33的左右兩側(cè)分別為有防水式信號(hào)電纜插座34及防水式電源插頭35；電磁鐵38可產(chǎn)生200Kg的磁力。

所述的對(duì)接頭310內(nèi)部包括凸輪313、供電電纜、信號(hào)電纜和非接觸傳感器312；對(duì)接座311內(nèi)包括鎖銷314、電纜插座和點(diǎn)位孔。

所述的攪籠7對(duì)稱安裝于二級(jí)減速裝置9兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)方向相反，通過傳動(dòng)軸71與二級(jí)減速裝置9相互嚙合。

所述的二級(jí)減速裝置9通過軸連器94與蝸桿傳動(dòng)軸6相連接，帶動(dòng)錐形減速齒輪91，經(jīng)過二級(jí)減速將動(dòng)力傳遞至傳動(dòng)軸71，傳動(dòng)軸71與攪籠7連接，從而帶動(dòng)攪籠7旋轉(zhuǎn)。

所述的拋雪筒2的開口采用角度可變?cè)O(shè)計(jì)，可在水平和豎直兩個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整積雪拋灑的遠(yuǎn)近位置，拋灑高度為100-180cm，拋灑距離為100-300cm。

所述的支撐雪橇8撬面寬大，前部翹起，以起到支撐除雪鏟側(cè)本體、減小壓強(qiáng)、順利通過積雪路面的作用。

所述的自導(dǎo)航除雪機(jī)器人控制系統(tǒng)，可以控制鏟除積雪深度最大為60cm，最大除雪寬度為100cm，最高工作速度為0.3米/秒；自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人1自身攜帶150Ah磷酸鐵鋰電池，最多可連續(xù)工作2小時(shí)。

如圖4和圖5所示：當(dāng)接駁裝置3的機(jī)器人側(cè)本體31與除雪鏟側(cè)本體32互相緩慢靠近時(shí)，依靠定位銷36進(jìn)行精確定位，當(dāng)對(duì)接頭310精準(zhǔn)插入對(duì)接座311后，凸輪313將自動(dòng)與鎖銷314咬合，確保對(duì)接頭31與對(duì)接座311穩(wěn)固連接，并由對(duì)接頭中310的非接觸傳感器312發(fā)出確認(rèn)信號(hào)，機(jī)器人管理系統(tǒng)收到該信號(hào)后，證明對(duì)接成功，并給安裝于機(jī)器人側(cè)本體31上的電磁鐵38供電，此時(shí)電磁鐵38將產(chǎn)生200kg的磁力牢牢吸住安裝于除雪鏟側(cè)本體32的磁吸板39，通過該裝置機(jī)器人和除雪裝置將穩(wěn)固連接。同時(shí)，對(duì)接頭310內(nèi)的供電電纜、信號(hào)電纜也將導(dǎo)通，并由該電纜向除雪裝置提供動(dòng)力及控制信號(hào)。

接下來如圖1所示：機(jī)器人利用自身電源向除雪機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)11供電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率通過主減速機(jī)10傳遞給拋灑葉輪4，同時(shí)由蝸桿傳動(dòng)軸6將功率傳送給二級(jí)減速裝置9，帶動(dòng)嚙合于其上的傳動(dòng)軸92，如圖2和圖3所示，從而使攪籠7沿傳動(dòng)軸92垂直截面勻速旋轉(zhuǎn)。攪籠7旋轉(zhuǎn)時(shí)將推動(dòng)兩側(cè)的積雪向積雪鏟中心移動(dòng)，從而進(jìn)入積雪鏟后部的開口中，進(jìn)入開口的積雪被安裝于開口后的拋灑葉輪4在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力沿拋雪筒2的開口方向拋出；整個(gè)除雪裝置的重量由除雪鏟5底部?jī)蓚?cè)的支撐雪橇8分擔(dān)，支撐雪橇8撬面寬大，前部翹起，因此，具有壓強(qiáng)小、摩擦系數(shù)低、通過能力強(qiáng)等特點(diǎn)，非常有利于在冰雪路面條件下移動(dòng)，使得機(jī)器人能夠在接駁除雪裝置的情況下仍能靈活、穩(wěn)定的行進(jìn)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。