CN104158117A - 一种架空电力线巡检机器人系统 - Google Patents
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Abstract
一种架空电力线巡检机器人系统。其包括线上执行系统、车载式便携基站和地面数据管理中心；其中线上执行系统包括：n型悬挂箱、摄像头、滚轮、防护伸缩轴以及控制驱动装置；车载式便携基站包括远程遥控器和便携式视频终端；地面数据管理中心包括服务器和显示器。本发明提供的架空电力线巡检机器人系统的使用效果：实时视频通讯，拍摄具有全方位多角度能力，能够精确检测输电线路锈蚀、断股、损伤等问题。具有自主和遥控双工作模式。自备电池且蓄电能够完成5公里线路行走。平稳运行且具备坡度为15度的爬坡能力。可靠跨越线路上防震锤及杆塔。具备自锁能力，防止意外摔落。
Description
技术领域
本发明属于电力线路巡检技术领域，特别是涉及一种架空电力线巡检机器人系统。
背景技术
对电力系统进行经济的、有效的维护和监测，以保证供给消费者高质量和高可靠性的电力已经成为当今电力工业最重要的任务。架空电力线可以说是现代社会的生命线,必须保证其完好不受损坏。但由于其处于野外环境之中,因长期风吹雨淋,常常会导致电线散股、金具松脱，从而影响正常的电力输送。因此,需要对架空电力线进行定期的巡视,以检查其状态是否正常并确保能够及时排除故障。
目前，对架空电力线进行巡检的方法主要有两种：
(1)目测法：采用肉眼或高倍望远镜对架空电力线进行观测。但如果视线被建筑物挡住，就无法进行目测，可见，采用目测法工作效率很低，而且此方法劳动强度大，探测精度低。
(2)航测法：利用直升飞机巡检。尽管这种方法能够对被观察的架空电力线近距离进行检测，提高了探测效率和精度，但由于架空电力线从观察者或摄录设备的视野中快速通过，这就增加了技术难度，此外也会带来高额的费用。
而近年来随着移动机器人技术的发展，为架空电力线的巡检提供了新的研究方向。带电工作的巡检机器人，可以按照设计的固定速度沿架空电力线爬行，通过本身携带的传感器、摄像仪器可以与地面进行数据的传输，从而实现对架空电力线的检测，当遇到防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、杆塔等障碍时也可以通过技术手段稳步跨越，从而很大程度上提高了巡检的工作效率和巡检精度，而且投入的费用不高。因此，研究和设计能作用于架空电力线的巡检机器人具有重大的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种架空电力线巡检机器人系统。
为了达到上述目的，本发明提供的架空电力线巡检机器人系统包括：线上执行系统、车载式便携基站和地面数据管理中心；其中线上执行系统包括：n型悬挂箱、摄像头、滚轮、防护伸缩轴以及控制驱动装置；其中：n型悬挂箱为n字形状的机壳，其中间的开口顶部设有滚轮，滚轮的下方设有防护伸缩轴；n型悬挂箱的内部安装有控制驱动装置；摄像头包括分别安装在n型悬挂箱上左右两个边柱下端的视觉传感器，即左摄像头和右摄像头，其分别与n型悬挂箱内部的控制驱动装置相连接；滚轮由前后排列的前滚轮和后滚轮组成；前滚轮和后滚轮均为主动滚轮，其与n型悬挂箱内部的控制驱动装置相连接，并能够在其控制下旋转，从而带动线上执行系统在架空电力线行走；防护伸缩轴为一可伸缩杆，其一端与n型悬挂箱内部的控制驱动装置相连接，并能够在其控制下伸出或缩进；控制驱动装置包括：控制部和执行部；其中：控制部包括：主控制器、无线数据收发模块和锂电池组；主控制器为线上执行系统的核心控制器，其分别与无线数据收发模块和左摄像头相连接，用于读取左摄像头所采集的图像信息，并通过无线数据收发模块与车载式便携基站实现无线连接，同时主控制器通过无线数据收发模块接收远程遥控器的遥控指令；锂电池组为线上执行系统的工作电源，其与主控制器连接，并与本系统中的各用电部件相连接；执行部包括：电机驱动模块、直流电机组、前置传感器和无线图像收发模块；其中：电机驱动模块为多路直流电机驱动电路，其分别与主控制器和直流电机组相连接，能够根据主控制器的指令控制直流电机组中的各直流电机工作；直流电机组由多个直流无刷电动机组成，其分别与前滚轮、后滚轮和防护伸缩轴相连接，并能够驱动前滚轮、后滚轮和防护伸缩轴完成指定的动作；前置传感器为位置传感器，安装在n型悬挂箱一侧，并且与主控制器相连接，用于实时监测线上执行系统的平衡位置；无线图像收发模块为无线数字通信模块，其与右摄像头相连接，并通过无线的方式与车载式便携基站相连，用于将右摄像头所采集的图像信息传送给车载式便携基站；
车载式便携基站为巡线机器人系统的地面跟随遥控和实时监控装置，其包括：远程遥控器和便携式视频终端；远程遥控器能够通过左摄像头采集的图像信息遥控线上执行系统的动作；便携式视频终端用于接收无线数据收发模块发射的无线视频信息，便于工作人员实时监控架空电力线及线下通道状况，并能够将无线视频信息通过3G网络传送给地面数据管理中心；
地面数据管理中心包括服务器和显示器；其中服务器与便携式视频终端通过3G网络相连接。
在线上执行系统中，所述的左摄像头为可控转轴式摄像头。
在线上执行系统中，所述的右摄像头为球形摄像机。
在线上执行系统中，所述的n型悬挂箱用具有电磁屏蔽作用的材料制成。
在线上执行系统中，所述的主控制器由微控制器芯片构成，采用STM32f103VBT6微控制器。
所述的便携式视频终端包括：地面控制计算机、遥控装置无线数据收发模块、视频图像采集模块和无线视频图像接收模块；其中：地面控制计算机用于接收无线数据收发模块发射的无线视频信息，通过显示器进行显示，并且将接收到的无线视频信息通过3G网络传送到地面数据管理中心中的服务器，其与遥控装置无线数据收发模块相连接，并通过视频图像采集模块与无线视频图像接收模块相连接；遥控装置无线数据收发模块以无线的方式与远程遥控器相连接，用于接收远程遥控器所发出的遥控信号，并传送给地面控制计算机；视频图像采集模块用于通过无线视频图像接收模块接收右摄像头通过无线图像收发模块所发送的图像信息，并传送给地面控制计算机。
在车载式便携基站中，所述的地面控制计算机包括键盘和显示器。
本发明提供的架空电力线巡检机器人系统的使用效果：
1)实时视频通讯，拍摄具有全方位多角度能力，能够精确检测输电线路锈蚀、断股、损伤等问题。
2)具有自主和遥控双工作模式。
3)自备电池且蓄电能够完成5公里线路行走。
4)平稳运行且具备坡度为15度的爬坡能力。
5)可靠跨越线路上防震锤及杆塔。
6)具备自锁能力，防止意外摔落。
附图说明
图1为本发明提供的架空电力线巡检机器人系统的组成示意图。
图2为本发明提供的架空电力线巡检机器人系统中线上执行系统的外部结构示意图。
图3为本发明提供的架空电力线巡检机器人系统的组成框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的架空电力线巡检机器人系统进行详细说明。
如图1—图3所示，本发明提供的架空电力线巡检机器人系统包括：线上执行系统A、车载式便携基站B和地面数据管理中心C；其中线上执行系统A包括：n型悬挂箱A1、摄像头A2、滚轮A3、防护伸缩轴A4以及控制驱动装置；其中：n型悬挂箱A1为n字形状的机壳，其中间的开口顶部设有滚轮A3，滚轮A3的下方设有防护伸缩轴A4；n型悬挂箱A1的内部安装有控制驱动装置；摄像头A2包括分别安装在n型悬挂箱A1上左右两个边柱下端的视觉传感器，即左摄像头A21和右摄像头A22，其分别与n型悬挂箱A1内部的控制驱动装置相连接；滚轮A3由前后排列的前滚轮A31和后滚轮A32组成；在使用时，线上执行系统A通过前滚轮A31和后滚轮A32悬挂在架空电力线D1之上；前滚轮A31和后滚轮A32均为主动滚轮，其与n型悬挂箱A1内部的控制驱动装置相连接，并能够在其控制下旋转，从而带动线上执行系统A在架空电力线D1行走；防护伸缩轴A4为一可伸缩杆，其一端与n型悬挂箱A1内部的控制驱动装置相连接，并能够在其控制下伸出或缩进；防护伸缩轴A4伸出时，可以将线上执行系统A锁在架空电力线D1上，防止其脱落；在行走时当遇到前方的架空电力线D1上出现防震锤D2时，控制驱动装置将控制防护伸缩轴A4完全缩进，以便越过防震锤D2，然后继续行走；控制驱动装置包括：控制部A5和执行部A6；其中：控制部A5包括：主控制器A51、无线数据收发模块A52和锂电池组A53；主控制器A51为线上执行系统A的核心控制器，其分别与无线数据收发模块A52和左摄像头A21相连接，用于读取左摄像头A21所采集的图像信息，并通过无线数据收发模块A52与车载式便携基站B实现无线连接，同时主控制器A51通过无线数据收发模块A52接收远程遥控器B1的遥控指令；锂电池组A53为线上执行系统A的工作电源，其与主控制器A51连接，并与本系统中的各用电部件相连接；执行部A6包括：电机驱动模块A61、直流电机组A62、前置传感器A63和无线图像收发模块A64；其中：电机驱动模块A61为多路直流电机驱动电路，其分别与主控制器A51和直流电机组A62相连接，能够根据主控制器A51的指令控制直流电机组A62中的各直流电机工作；直流电机组A62由多个直流无刷电动机组成，其分别与前滚轮A31、后滚轮A32和防护伸缩轴A4相连接，并能够驱动前滚轮A31、后滚轮A32和防护伸缩轴A4完成指定的动作；前置传感器A63为位置传感器，安装在n型悬挂箱A1一侧，并且与主控制器A51相连接，用于实时监测线上执行系统A的平衡位置，当遇到大风等外界干扰时或者跨越障碍物后，能及时打开伸缩防护轴A4，以免线上执行系统A落下；无线图像收发模块A64为无线数字通信模块，其与右摄像头A22相连接，并通过无线的方式与车载式便携基站B相连，用于将右摄像头A22所采集的图像信息传送给车载式便携基站B；
车载式便携基站B为巡线机器人系统的地面跟随遥控和实时监控装置，其包括：远程遥控器B1和便携式视频终端B2；远程遥控器B1能够在300米范围内通过左摄像头A21采集的图像信息遥控线上执行系统A的动作；便携式视频终端B2用于接收无线数据收发模块A52发射的无线视频信息，便于工作人员实时监控架空电力线D1及线下通道状况，并能够将无线视频信息通过3G网络传送给地面数据管理中心C；
地面数据管理中心C包括服务器C2和显示器C1；其中服务器C2与便携式视频终端B2通过3G网络相连接。地面数据管理中心C的主要功能是将线上执行系统A在线检测的数据和运行状况进行处理，以供工作人员分析并采取相应的措施。
本发明基于3G网络的CDMA无线传输技术实现了线上执行系统A和车载式便携基站B之间的无线视频信息传输以及车载式便携基站B与地面数据管理中心C之间的数据传输，无线视频信号接入服务器C2就可以实现人工实时观测，线上执行系统A的行走状态和具体位置状态也可以显示在显示器C1，因此直观性强。
在线上执行系统A中，所述的左摄像头A21为可控转轴式摄像头，通过主控制器51可以控制其摄像角度。
在线上执行系统A中，所述的右摄像头A22为球形摄像机。
在线上执行系统A中，所述的n型悬挂箱A1用具有电磁屏蔽作用的材料制成，能够抵制高压线路上各种干扰。
在线上执行系统A中，所述的主控制器A51由微控制器芯片构成，可采用STM32f103VBT6微控制器。
如图3所示，所述的便携式视频终端B2包括：地面控制计算机B21、遥控装置无线数据收发模块B22、视频图像采集模块B23和无线视频图像接收模块B24；其中：地面控制计算机B21用于接收无线数据收发模块A52发射的无线视频信息，通过显示器进行显示，并且将接收到的无线视频信息通过3G网络传送到地面数据管理中心C中的服务器C2，其与遥控装置无线数据收发模块B22相连接，并通过视频图像采集模块B23与无线视频图像接收模块B24相连接；遥控装置无线数据收发模块B22以无线的方式与远程遥控器B1相连接，用于接收远程遥控器B1所发出的遥控信号，并传送给地面控制计算机B21；视频图像采集模块B23用于通过无线视频图像接收模块B24接收右摄像头A22通过无线图像收发模块A64所发送的图像信息，并传送给地面控制计算机B21。
在车载式便携基站B中，所述的地面控制计算机B21包括键盘和显示器，用于输入控制指令和显示图像及相关信息。
在车载式便携基站B中，所述的地面控制计算机B21具有3G互联网接入功能，并能通过互联网与地面数据管理中心C相连接。
现将本发明提供的架空电力线巡检机器人系统工作原理阐述如下：
本发明提供的架空电力线巡检机器人系统的运行模式分为自主模式和遥控模式，当无障碍物或障碍物不复杂的情况下采用自主模式，此时，n型悬挂箱A1上的左摄像头A21感知障碍物特征，传感器信息导入到主控制器A51中，通过预先设定的程序确定翻越各个障碍物所需要动作的控制信号并传输给电机驱动模块A61，以控制直流电机组A62的运行，从而完成一整套的越碍动作，如果外界有大风或遇到障碍物等其它情况而，n型悬挂箱A1上的位置传感器A63会将线上执行系统A的位置信息传送给主控制器A51，通过预先设定的程序确定出防意外脱落的动作，并控制防护伸缩轴A4的伸缩。当线上执行系统A运行过程中遇到比较复杂的障碍物时，可采用遥控模式即通过人工遥控方式进行辅助跨越，此时，工作人员采用远程遥控器B1通过无线数据收发模块A52将遥控信息传输给主控制器A51，进而可以控制无刷直流电动机的转向、运行和停止，以实现线上执行系统A的走、停动作。
本发明提供的架空电力线巡检机器人系统具有自主巡检和遥控巡检两种模式，能够实现架空电力线巡检及线下通道情况探测，可代替危险、耗时、耗力的人工操作和费用较高的巡航操作，整个系统自动化程度高，控制稳定，实时视频通信效果好，极大地降低了线路检查工作人员的劳动强度及费用，提高了线路巡检的效率，因此能够保证电力系统的正常运行，具有很高的实用价值。
以上是本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种架空电力线巡检机器人系统，其特征在于：所述的架空电力线巡检机器人系统包括：线上执行系统(A)、车载式便携基站(B)和地面数据管理中心(C)；其中线上执行系统(A)包括：n型悬挂箱(A1)、摄像头(A2)、滚轮(A3)、防护伸缩轴(A4)以及控制驱动装置；其中：n型悬挂箱(A1)为n字形状的机壳，其中间的开口顶部设有滚轮(A3)，滚轮(A3)的下方设有防护伸缩轴(A4)；n型悬挂箱(A1)的内部安装有控制驱动装置；摄像头(A2)包括分别安装在n型悬挂箱(A1)上左右两个边柱下端的视觉传感器，即左摄像头(A21)和右摄像头(A22)，其分别与n型悬挂箱(A1)内部的控制驱动装置相连接；滚轮(A3)由前后排列的前滚轮(A31)和后滚轮(A32)组成；前滚轮(A31)和后滚轮(A32)均为主动滚轮，其与n型悬挂箱(A1)内部的控制驱动装置相连接，并能够在其控制下旋转，从而带动线上执行系统(A)在架空电力线(D1)行走；防护伸缩轴(A4)为一可伸缩杆，其一端与n型悬挂箱(A1)内部的控制驱动装置相连接，并能够在其控制下伸出或缩进；控制驱动装置包括：控制部(A5)和执行部(A6)；其中：控制部(A5)包括：主控制器(A51)、无线数据收发模块(A52)和锂电池组(A53)；主控制器(A51)为线上执行系统(A)的核心控制器，其分别与无线数据收发模块(A52)和左摄像头(A21)相连接，用于读取左摄像头(A21)所采集的图像信息，并通过无线数据收发模块(A52)与车载式便携基站(B)实现无线连接，同时主控制器(A51)通过无线数据收发模块(A52)接收远程遥控器(B1)的遥控指令；锂电池组(A53)为线上执行系统A的工作电源，其与主控制器(A51)连接，并与本系统中的各用电部件相连接；执行部(A6)包括：电机驱动模块(A61)、直流电机组(A62)、前置传感器(A63)和无线图像收发模块(A64)；其中：电机驱动模块(A61)为多路直流电机驱动电路，其分别与主控制器(A51)和直流电机组(A62)相连接，能够根据主控制器(A51)的指令控制直流电机组(A62)中的各直流电机工作；直流电机组(A62)由多个直流无刷电动机组成，其分别与前滚轮(A31)、后滚轮(A32)和防护伸缩轴(A4)相连接，并能够驱动前滚轮(A31、后滚轮(A32)和防护伸缩轴(A4)完成指定的动作；前置传感器(A63)为位置传感器，安装在n型悬挂箱(A1)一侧，并且与主控制器(A51)相连接，用于实时监测线上执行系统(A)的平衡位置；无线图像收发模块(A64)为无线数字通信模块，其与右摄像头(A22)相连接，并通过无线的方式与车载式便携基站(B)相连，用于将右摄像头(A22)所采集的图像信息传送给车载式便携基站(B)；
车载式便携基站(B)为巡线机器人系统的地面跟随遥控和实时监控装置，其包括：远程遥控器(B1)和便携式视频终端(B2)；远程遥控器(B1)能够通过左摄像头(A21)采集的图像信息遥控线上执行系统(A)的动作；便携式视频终端(B2)用于接收无线数据收发模块(A52)发射的无线视频信息，便于工作人员实时监控架空电力线(D1)及线下通道状况，并能够将无线视频信息通过3G网络传送给地面数据管理中心(C)；
地面数据管理中心(C)包括服务器(C2)和显示器(C1)；其中服务器(C2)与便携式视频终端(B2)通过3G网络相连接。
2.根据权利要求1所述的架空电力线巡检机器人系统，其特征在于：在线上执行系统(A)中，所述的左摄像头(A21)为可控转轴式摄像头。
3.根据权利要求1所述的架空电力线巡检机器人系统，其特征在于：在线上执行系统(A)中，所述的右摄像头(A22)为球形摄像机。
4.根据权利要求1所述的架空电力线巡检机器人系统，其特征在于：在线上执行系统(A)中，所述的n型悬挂箱(A1)用具有电磁屏蔽作用的材料制成。
5.根据权利要求1所述的架空电力线巡检机器人系统，其特征在于：在线上执行系统(A)中，所述的主控制器(A51)由微控制器芯片构成，采用STM32f103VBT6微控制器。
6.根据权利要求1所述的架空电力线巡检机器人系统，其特征在于：所述的便携式视频终端(B2)包括：地面控制计算机(B21)、遥控装置无线数据收发模块(B22)、视频图像采集模块(B23)和无线视频图像接收模块(B24)；其中：地面控制计算机(B21)用于接收无线数据收发模块(A52)发射的无线视频信息，通过显示器进行显示，并且将接收到的无线视频信息通过3G网络传送到地面数据管理中心(C)中的服务器(C2)，其与遥控装置无线数据收发模块(B22)相连接，并通过视频图像采集模块(B23)与无线视频图像接收模块(B24)相连接；遥控装置无线数据收发模块(B22)以无线的方式与远程遥控器(B1)相连接，用于接收远程遥控器(B1)所发出的遥控信号，并传送给地面控制计算机(B21)；视频图像采集模块(B23)用于通过无线视频图像接收模块(B24)接收右摄像头(A22)通过无线图像收发模块(A64)所发送的图像信息，并传送给地面控制计算机(B21)。
7.根据权利要求5所述的架空电力线巡检机器人系统，其特征在于：在车载式便携基站(B)中，所述的地面控制计算机(B21)包括键盘和显示器。
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