一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统及方法与流程

本发明涉及巡检机器人领域，特别涉及一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统及方法。

背景技术：

1、在电缆隧道巡检过程中，一般采用巡检机器人进行，巡检机器人在固定的轨道上移动实现巡检。但是电缆隧道巡检机器人在巡检过程中，大部分只能沿同一方向进行巡检，巡检路径单一，往往隧道的支向隧道无法巡检，需要单独进行部署巡检机器人系统。现有技术中也存在一种可以变轨的巡检机器人，如专利申请号为202210558760.9的一种电缆隧道智能巡检机器人，其公开了包括导轨总成，导轨总成的顶部固定连接在隧道内侧顶壁上，导轨总成的下方设置有巡检壳体总成，巡检壳体总成内设置有智能巡检装置，巡检壳体总成与导轨总成之间设置有变轨装置，变轨装置用于将巡检壳体总成限定在导轨总成底部，巡检壳体总成的顶部四角分别与导轨总成之间设置有移动组件，巡检壳体总成内设置有驱动所有移动组件的第一驱动单元。本发明的机器人具备多功能，能够将智能巡检装置在转角度导轨或平行导轨之间完成变轨动作，使智能巡检装置能够适用于复杂的隧道环境中，最终实现了提高巡检效率的目的。

2、但是变轨不仅涉及轨道的一定还涉及到巡检控制等一套完整的控制系统，上述专利仅仅公开变轨的一种可行的机械结构，在进行巡检变轨时要保证轨道的安全可靠并需要对轨道的变轨需求和变轨前后的状态进行检测，同时还要满足巡检机器人在变轨控制的电气上实现安全可靠、稳定的要求，另外还需要减少巡检机器人等待变轨的时间等，上述专利显然无法解决巡检机器人变轨的上述电气控制问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统及方法，设计一套电气控制系统以满足变轨控制的电气需求，至少满足安全性高、调节灵活、功耗低、变轨等待时间短等一个需求，进一步的可以提高变轨控制的稳定性和可靠性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统，包括后台服务单元、巡检机器人以及变轨控制单元，其中所述巡检机器人与后台服务单元之间通信连接，所述巡检机器人在到达预变轨区域后向后台服务单元发出变轨信号，所述后台服务单元根据接收到的巡检机器人发来的变轨信号而发出变轨指令至变轨控制单元，所述变轨控制单元用于对轨道进行变轨控制并反馈变轨状态信息。

3、所述变轨控制单元包括主控子单元、变轨驱动子单元以及轨道状态监测单元，所述变轨驱动子单元接入至变轨区域内的活动导轨，用于驱动导轨进行变轨，所述轨道状态检测单元用于实时监测活动轨道的变轨状态；所述变轨驱动子单元、轨道状态检测单元均连接至主控子单元；所述主控子单元与后台服务单元连接。

4、所述变轨驱动单元包括伺服电机、电机控制器u3以及磁编码器u1，所述电机控制器u3分别与伺服电机、磁编码器u1连接，所述伺服电机用于驱动活动轨道进行变轨操作；所述磁编码器u1用于采集伺服电机的转数，所述电机控制器u3根据电机转数来对伺服电机进行控制。

5、所述电机控制器u3与主控子单元之间通过串口通信连接。

6、所述轨道状态监测单元包括霍尔传感器、控制芯片u11以及安装在支路轨道上的磁铁，所述霍尔传感器设置在活动轨道上，所述霍尔传感器的输出端连接至控制芯片u11，所述控制芯片u11根据霍尔传感器的电平信号来监测判断轨道变轨状态并判断是否变轨成功；所述控制芯片u11通过串口通信连接至主控子单元。

7、所述的控制芯片u11与z igbee芯片u13连接，所述控制芯片u11通过zigbee网络广播通信向巡检机器人发送变轨状态。

8、一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统的控制方法，包括如下步骤；

9、(1)巡检机器人在工作时与后台服务器建立通信，在巡检机器人到达预变轨区域时，巡检机器人向后台服务器发送到达信号；

10、(2)后台服务器根据接收到到达信号来控制驱动变轨控制单元工作，变轨控制单元用于驱动活动轨道进行变轨操作；

11、(3)在变轨完成后反馈变轨完成信号至巡检机器人，巡检机器人继续巡检。

12、预变轨区域为巡检机器人距离活动轨道区域达到设定距离的位置，在该位置处发出信号至后台服务器，后台服务器根据巡检计划判断是否进行变轨操作，若是则发出变轨指令至变轨控制单元。

13、在步骤(2)中，通过伺服电机对活动轨道进行驱动，伺服电机中的x轴电机、y轴电机分别进行动作从而将活动轨道进行变轨动作，磁编码器u1通过对电机转动圈数输出的脉冲数，得到电机的转数，进而根据电机转数来判断伺服电机的动作状态。

14、通过霍尔传感器的电平状态来监测变轨的状态，变轨的状态通过后台服务器反馈至巡检机器人；同时采用zigbee网络发送冗余信号至巡检机器人，通过zi gbee发出的安全信号作为安全冗余。

15、本发明的优点在于：变轨控制的电气结构简单可靠，可以实现变轨控制的安全性高，调节灵活，整个电路简单，功耗低，适合各种角度电缆隧道支路的调节控制；通过伺服电机对活动轨道进行控制，更加安全稳定且精度高，对活动轨道的变轨状态通过设置的霍尔传感器和磁铁配合进行检测，可以准确可靠进行变轨状态的检测；变轨状态信号通过安全冗余的方式反馈至巡检机器人，提高了变轨稳定可靠性；预变轨区域就发送信号至后台服务器，如果有需要变轨，在到达活动轨道前就开始变轨，当巡检机器人到达变轨区域时已经完成了变轨，提高了变轨的效率，减少变轨耽搁的时间。

技术特征：

1.一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统，其特征在于：包括后台服务单元、巡检机器人以及变轨控制单元，其中所述巡检机器人与后台服务单元之间通信连接，所述巡检机器人在到达预变轨区域后向后台服务单元发出变轨信号，所述后台服务单元根据接收到的巡检机器人发来的变轨信号而发出变轨指令至变轨控制单元，所述变轨控制单元用于对轨道进行变轨控制并反馈变轨状态信息。

2.如权利要求1所述的一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统，其特征在于：所述变轨控制单元包括主控子单元、变轨驱动子单元以及轨道状态监测单元，所述变轨驱动子单元接入至变轨区域内的活动导轨，用于驱动导轨进行变轨，所述轨道状态检测单元用于实时监测活动轨道的变轨状态；所述变轨驱动子单元、轨道状态检测单元均连接至主控子单元；所述主控子单元与后台服务单元连接。

3.如权利要求2所述的一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统，其特征在于：所述变轨驱动单元包括伺服电机、电机控制器u3以及磁编码器u1，所述电机控制器u3分别与伺服电机、磁编码器u1连接，所述伺服电机用于驱动活动轨道进行变轨操作；所述磁编码器u1用于采集伺服电机的转数，所述电机控制器u3根据电机转数来对伺服电机进行控制。

4.如权利要求3所述的一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统，其特征在于：所述电机控制器u3与主控子单元之间通过串口通信连接。

5.如权利要求2-4任一所述的一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统，其特征在于：所述轨道状态监测单元包括霍尔传感器、控制芯片u11以及安装在支路轨道上的磁铁，所述霍尔传感器设置在活动轨道上，所述霍尔传感器的输出端连接至控制芯片u11，所述控制芯片u11根据霍尔传感器的电平信号来监测判断轨道变轨状态并判断是否变轨成功；所述控制芯片u11通过串口通信连接至主控子单元。

6.如权利要求5所述的一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统，其特征在于：所述的控制芯片u11与zigbee芯片u13连接，所述控制芯片u11通过zigbee网络广播通信向巡检机器人发送变轨状态。

7.一种如权利要求1-6任一所述的电缆隧道巡检机器人变轨控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤；

8.如权利要求7所述的一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统的控制方法，其特征在于：预变轨区域为巡检机器人距离活动轨道区域达到设定距离的位置，在该位置处发出信号至后台服务器，后台服务器根据巡检计划判断是否进行变轨操作，若是则发出变轨指令至变轨控制单元。

9.如权利要求7或8所述的一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤(2)中，通过伺服电机对活动轨道进行驱动，伺服电机中的x轴电机、y轴电机分别进行动作从而将活动轨道进行变轨动作，磁编码器u1通过对电机转动圈数输出的脉冲数，得到电机的转数，进而根据电机转数来判断伺服电机的动作状态。

10.如权利要求9所述的一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统的控制方法，其特征在于：通过霍尔传感器的电平状态来监测变轨的状态，变轨的状态通过后台服务器反馈至巡检机器人；同时采用zigbee网络发送冗余信号至巡检机器人，通过zigbee发出的安全信号作为安全冗余。

技术总结
本发明公开了一种电缆隧道巡检机器人变轨控制系统及方法，所述系统包括后台服务单元、巡检机器人以及变轨控制单元，其中所述巡检机器人与后台服务单元之间通信连接，所述巡检机器人在到达预变轨区域后向后台服务单元发出变轨信号，所述后台服务单元根据接收到的巡检机器人发来的变轨信号而发出变轨指令至变轨控制单元，所述变轨控制单元用于对轨道进行变轨控制并反馈变轨状态信息。本发明的优点在于：变轨控制的电气结构简单可靠，可以实现变轨控制的安全性高，调节灵活，整个电路简单，功耗低，适合各种角度电缆隧道支路的调节控制。

技术研发人员：袁军芳,沈齐,苏国友,冯文雄,吴勇,杜强,奚伟东
受保护的技术使用者：马鞍山钢铁股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23