CN105552788A - 自适应去冰的输电线路巡视机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应去冰的输电线路巡视机器人，包括图像采集设备、图像处理设备、输电线路去冰设备和机器人主体，图像采集设备、图像处理设备和输电线路去冰设备都搭载在机器人主体上，机器人主体行走在输电线路上，图像采集设备对输电线路进行拍摄，图像处理设备对拍摄的图像进行处理，输电线路去冰设备根据图像处理设备的处理结果控制自身的去冰操作。通过本发明，能够采用图像处理方式准确检测出输电线路的冰层厚度，并自适应进行相应力度的冰层消除工作。

Description

自适应去冰的输电线路巡视机器人

本发明是申请号为2015109563779、申请日为2015年12月17日、发明名称为“自适应去冰的输电线路巡视机器人”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及输电线路检测领域，尤其涉及一种自适应去冰的输电线路巡视机器人。

背景技术

目前，对输电电网中的输电线路结冰情况的处理一般采用人工方式或输电线路预处理方式，但是，前者耗费大量的人力物力，且除冰效率不高，除冰危险度高，后者经济成本不菲，关键是克服结冰的能力也有限。目前还有一些机器人在远程控制在线除冰的技术方案，然而，由于现有的机器人结构不够合理，尚不能适应复杂的输电线路环境，仍旧需要大量的人工介入，综合成本也很高。

更重要的是，目前缺少有效的输电线路冰层厚度自动检测设备和有效的输电线路冰层自动消除设备，这是采用机器人进行输电线路机械化除冰的重要门槛，缺乏他们，就必须增加更多的人工操作，这样容易降低除冰的效率，增加除冰的成本。

因此，需要一种新的输电线路除冰方案，能够优化现有的机器人结构，使其更适应各种复杂的现场环境，同时，能够将高精度的输电线路冰层厚度自动检测设备和输电线路冰层自动消除设备搭载在机器人结构上，尽可能地减少人工的参与。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种自适应去冰的输电线路巡视机器人，引入了汽缸活塞机构和扳机，实现现场冲击式电子除冰，引入基于图像采集和处理的现场冰层厚度检测设备，提高现场冰层厚度检测的精度和自动化水平，同时将汽缸活塞机构、扳机和现场冰层厚度检测设备集成在优化结构后的机器人主体上，从而实现了一台机器人自动除冰整条输电线路。

根据本发明的一方面，提供了一种自适应去冰的输电线路巡视机器人，所述机器人包括图像采集设备、图像处理设备、输电线路去冰设备和机器人主体，图像采集设备、图像处理设备和输电线路去冰设备都搭载在机器人主体上，机器人主体行走在输电线路上，图像采集设备对输电线路进行拍摄，图像处理设备对拍摄的图像进行处理，输电线路去冰设备根据图像处理设备的处理结果控制自身的去冰操作。

更具体地，在所述自适应去冰的输电线路巡视机器人中，包括：高清摄像设备，位于行走机构上，与MSP430单片机电性连接，用于采集除冰刀具前方输电线路的高清图像并通过MSP430单片机压缩编码，以将压缩后的图像通过无线链路发送给远端的供电运营服务器；汽缸活塞机构，搭载在机器人主体上，包括螺线管、旋转式弹药存储筒、无线通信接口、燃烧室和活塞连杆；活塞连杆顶部配有开端夹钳，用于夹住输电线路的地线，活塞连杆底部与燃烧室连接；燃烧室底部连接旋转式弹药存储筒；旋转式弹药存储筒底部连接螺线管和扳机；扳机，用于将旋转式弹药存储筒内弹药推送到燃烧室内并触发弹药在燃烧室内爆炸，以对输电线路的地线产生瞬间的冲击载荷，实现除冰效果；螺线管用于推动扳机，能够多次执行对扳机的推动以实现多次触发弹药在燃烧室内爆炸；MS存储卡，设置在控制箱内，用于预先存储预设输电线路灰度阈值取值范围和预设输电线路径向距离；环境亮度检测设备，搭载在机器人主体上，用于实时检测周围的环境亮度，以输出实时环境亮度；邻域平均值滤波设备，设置在控制箱内，与高清摄像设备连接，用于接收输电线路图像，并对输电线路图像进行邻域平均值滤波处理，以输出滤波图像；二值化处理设备，设置在控制箱内，与环境亮度检测设备和MS存储卡分别连接，基于实时环境亮度在预设输电线路灰度阈值取值范围内确定输电线路灰度阈值，预设输电线路灰度阈值取值范围为150-180，输电线路灰度阈值用于将输电线路和冰层从图像背景处分离，二值化处理设备还与邻域平均值滤波设备连接，基于输电线路灰度阈值对滤波图像进行二值化处理以获得二值化图像，具体为，将滤波图像中灰度值大于输电线路灰度阈值的像素点设置为白像素点，将滤波图像中灰度值小于等于输电线路灰度阈值的像素点设置为黑像素点；边缘检测设备，设置在控制箱内，与二值化处理设备连接，对二值化处理设备输出的二值化图像进行轮廓增强处理，以获得增强图像；图像旋转处理设备，设置在控制箱内，与边缘检测设备连接，对增强图像中白色像素点组成的输电线路目标进行旋转，使得输电线路目标为垂直方向排列；覆冰厚度计算设备，设置在控制箱内，与图像旋转处理设备和MS存储卡分别连接，对垂直方向排列的输电线路目标确定其最大径向距离，将最大径向距离减去预设输电线路径向距离并除以2以获得输电线路的实时冰层厚度；机器人主体，包括防倾斜结构、控制箱、无刷直流电机、吊装环、行走机构、锁紧机构和压紧机构，防倾斜结构位于前方输电线路上，控制箱和无刷直流电机都位于输电线路的下方，吊装环用于将机器人主体吊装到输电线路上，行走机构和锁紧机构都位于输电线路上，压紧机构位于输电线路的下方；防倾斜结构包括防倾斜轮、固定螺栓和连接板，连接板分别与防倾斜轮和固定螺栓连接，防止机器人主体向后倾斜；控制箱内设有主控板和电池，主控板上集成了MSP430单片机和无线通信设备，无线通信设备用于与远端的供电运营服务器建立双向无线通信链路；无刷直流电机通过减速器与行走机构的驱动轮和压紧机构的压紧轮分别连接；行走机构包括同步带、同步带张紧机构、驱动轮和水平放置的三个V型轮，驱动轮为三个V型轮在输电线路上的行走提供动力，同步带依次经过驱动轮、同步带张紧机构和三个V型轮以保持三个V型轮的同步行走；锁紧机构包括顺序连接的活动扳手、中间支撑件、底部销件和U型螺栓，用于防止机器人主体从输电线路处坠落；压紧机构与无刷直流电机连接，包括压紧轮、棘轮、棘爪、复位弹簧和压紧弹簧；接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与MSP430单片机电性连接，用于在接触到输电线路障碍时，发送接触障碍信号；红外传感器，位于防倾斜结构上，与MSP430单片机电性连接，用于在距离前方输电线路障碍400毫米时，发出障碍预警信号；其中，MSP430单片机还与覆冰厚度计算设备和螺线管分别连接，以接收实时冰层厚度，根据实时冰层厚度确定扳机推动次数，将扳机推动次数打包在除冰指令中并发送给螺线管，以便于螺线管根据扳机推动次数多次执行对扳机的推动。

更具体地，在所述自适应去冰的输电线路巡视机器人中：压紧轮为V型结构。

更具体地，在所述自适应去冰的输电线路巡视机器人中：压紧轮用于在压紧弹簧的作用下压紧输电线路的架空地线。

更具体地，在所述自适应去冰的输电线路巡视机器人中：棘轮与棘爪用于锁住或放开压紧轮。

更具体地，在所述自适应去冰的输电线路巡视机器人中：复位弹簧用于在压紧轮被放开时将压紧轮复位。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的自适应去冰的输电线路巡视机器人的结构方框图。

附图标记：1图像采集设备；2图像处理设备；3输电线路去冰设备；4机器人主体

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的自适应去冰的输电线路巡视机器人的实施方案进行详细说明。

现有技术中，输电线路除冰的一种方案是，在搭建输电电网时，为输电线路“披”上一层超疏水涂层“外衣”，在遭遇低温冰冻雨雪灾害时，输电线路的防结冰覆冰能力将大幅提升50％-60％，从而减少电力系统安全事故发生。这种方式虽然达到了一定的防止结冰的效果，但由于防结冰覆冰能力终归有限，而且为整条输电线路都涂上超疏水涂层，经济成本非常高。

现有技术中，还存在一些针对输电线路的巡线机器人的除冰控制方案，但由于输电电网设备过多、结构复杂，输电线路所在环境一般比较恶劣，而且机器人本身结构设计不合理，导致现有技术中的机器人除冰方案难以大批量应用，只能停留在实验室阶段；同时，现场电子冰层测量设备和现场电子式除冰设备的缺失导致除冰效果达不到供电管理部门的要求。

为此，本发明提出了一种自适应去冰的输电线路巡视机器人，引入高精度、有针对性的现场除冰设备和现场测冰设备，能够对普遍使用、未经过任何处理的输电线路进行冰层检测和冰层消除，并优化现有的机器人主体架构，使其满足各种输电电网的需求。

图1为根据本发明实施方案示出的自适应去冰的输电线路巡视机器人的结构方框图，所述机器人包括图像采集设备、图像处理设备、输电线路去冰设备和机器人主体，图像采集设备、图像处理设备和输电线路去冰设备都搭载在机器人主体上，机器人主体行走在输电线路上，图像采集设备对输电线路进行拍摄，图像处理设备对拍摄的图像进行处理，输电线路去冰设备根据图像处理设备的处理结果控制自身的去冰操作。

接着，继续对本发明的自适应去冰的输电线路巡视机器人的具体结构进行进一步的说明。

所述机器人包括：高清摄像设备，位于行走机构上，与MSP430单片机电性连接，用于采集除冰刀具前方输电线路的高清图像并通过MSP430单片机压缩编码，以将压缩后的图像通过无线链路发送给远端的供电运营服务器。

所述机器人包括：汽缸活塞机构，搭载在机器人主体上，包括螺线管、旋转式弹药存储筒、无线通信接口、燃烧室和活塞连杆；活塞连杆顶部配有开端夹钳，用于夹住输电线路的地线，活塞连杆底部与燃烧室连接；燃烧室底部连接旋转式弹药存储筒；旋转式弹药存储筒底部连接螺线管和扳机。

所述机器人包括：扳机，用于将旋转式弹药存储筒内弹药推送到燃烧室内并触发弹药在燃烧室内爆炸，以对输电线路的地线产生瞬间的冲击载荷，实现除冰效果；螺线管用于推动扳机，能够多次执行对扳机的推动以实现多次触发弹药在燃烧室内爆炸。

所述机器人包括：MS存储卡，设置在控制箱内，用于预先存储预设输电线路灰度阈值取值范围和预设输电线路径向距离；环境亮度检测设备，搭载在机器人主体上，用于实时检测周围的环境亮度，以输出实时环境亮度；邻域平均值滤波设备，设置在控制箱内，与高清摄像设备连接，用于接收输电线路图像，并对输电线路图像进行邻域平均值滤波处理，以输出滤波图像。

所述机器人包括：二值化处理设备，设置在控制箱内，与环境亮度检测设备和MS存储卡分别连接，基于实时环境亮度在预设输电线路灰度阈值取值范围内确定输电线路灰度阈值，预设输电线路灰度阈值取值范围为150-180，输电线路灰度阈值用于将输电线路和冰层从图像背景处分离，二值化处理设备还与邻域平均值滤波设备连接，基于输电线路灰度阈值对滤波图像进行二值化处理以获得二值化图像，具体为，将滤波图像中灰度值大于输电线路灰度阈值的像素点设置为白像素点，将滤波图像中灰度值小于等于输电线路灰度阈值的像素点设置为黑像素点。

所述机器人包括：边缘检测设备，设置在控制箱内，与二值化处理设备连接，对二值化处理设备输出的二值化图像进行轮廓增强处理，以获得增强图像；图像旋转处理设备，设置在控制箱内，与边缘检测设备连接，对增强图像中白色像素点组成的输电线路目标进行旋转，使得输电线路目标为垂直方向排列。

所述机器人包括：覆冰厚度计算设备，设置在控制箱内，与图像旋转处理设备和MS存储卡分别连接，对垂直方向排列的输电线路目标确定其最大径向距离，将最大径向距离减去预设输电线路径向距离并除以2以获得输电线路的实时冰层厚度。

所述机器人包括：机器人主体，包括防倾斜结构、控制箱、无刷直流电机、吊装环、行走机构、锁紧机构和压紧机构，防倾斜结构位于前方输电线路上，控制箱和无刷直流电机都位于输电线路的下方，吊装环用于将机器人主体吊装到输电线路上，行走机构和锁紧机构都位于输电线路上，压紧机构位于输电线路的下方；防倾斜结构包括防倾斜轮、固定螺栓和连接板，连接板分别与防倾斜轮和固定螺栓连接，防止机器人主体向后倾斜。

控制箱内设有主控板和电池，主控板上集成了MSP430单片机和无线通信设备，无线通信设备用于与远端的供电运营服务器建立双向无线通信链路；无刷直流电机通过减速器与行走机构的驱动轮和压紧机构的压紧轮分别连接；行走机构包括同步带、同步带张紧机构、驱动轮和水平放置的三个V型轮，驱动轮为三个V型轮在输电线路上的行走提供动力，同步带依次经过驱动轮、同步带张紧机构和三个V型轮以保持三个V型轮的同步行走；锁紧机构包括顺序连接的活动扳手、中间支撑件、底部销件和U型螺栓，用于防止机器人主体从输电线路处坠落。

压紧机构与无刷直流电机连接，包括压紧轮、棘轮、棘爪、复位弹簧和压紧弹簧；接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与MSP430单片机电性连接，用于在接触到输电线路障碍时，发送接触障碍信号。

红外传感器，位于防倾斜结构上，与MSP430单片机电性连接，用于在距离前方输电线路障碍400毫米时，发出障碍预警信号。

其中，MSP430单片机还与覆冰厚度计算设备和螺线管分别连接，以接收实时冰层厚度，根据实时冰层厚度确定扳机推动次数，将扳机推动次数打包在除冰指令中并发送给螺线管，以便于螺线管根据扳机推动次数多次执行对扳机的推动。

可选地，在所述机器人中：压紧轮为V型结构；压紧轮用于在压紧弹簧的作用下压紧输电线路的架空地线；棘轮与棘爪用于锁住或放开压紧轮；以及，复位弹簧可用于在压紧轮被放开时将压紧轮复位。

另外，红外技术已经众所周知，这项技术在现代科技、国防科技和工农业科技等领域得到了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：(1)辐射计，用于辐射和光谱测量；(2)搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；(3)热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；(4)红外测距和通信系统；(5)混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器(基于光电效应)和热探测器(基于热效应)。

采用本发明的自适应去冰的输电线路巡视机器人，针对现有技术无法实现输电线路现场机械化除冰的技术问题，首先改良巡视机器人的现有结构，使其能够畅行在各种输电线路上，然后分别引入了冲击式除冰设备和基于图像检测的冰层检测设备对冰层进行多次除冰和对冰层进行厚度检测，从而完全替换了人工操作，提高了整个系统的智能化水准。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (2)

1.一种自适应去冰的输电线路巡视机器人，所述机器人包括图像采集设备、图像处理设备、输电线路去冰设备和机器人主体，图像采集设备、图像处理设备和输电线路去冰设备都搭载在机器人主体上，机器人主体行走在输电线路上，图像采集设备对输电线路进行拍摄，图像处理设备对拍摄的图像进行处理，输电线路去冰设备根据图像处理设备的处理结果控制自身的去冰操作。

2.如权利要求1所述的自适应去冰的输电线路巡视机器人，其特征在于，所述机器人包括：

高清摄像设备，位于行走机构上，与MSP430单片机电性连接，用于采集除冰刀具前方输电线路的高清图像并通过MSP430单片机压缩编码，以将压缩后的图像通过无线链路发送给远端的供电运营服务器；

汽缸活塞机构，搭载在机器人主体上，包括螺线管、旋转式弹药存储筒、无线通信接口、燃烧室和活塞连杆；

活塞连杆顶部配有开端夹钳，用于夹住输电线路的地线，活塞连杆底部与燃烧室连接；

燃烧室底部连接旋转式弹药存储筒；

旋转式弹药存储筒底部连接螺线管和扳机；

扳机，用于将旋转式弹药存储筒内弹药推送到燃烧室内并触发弹药在燃烧室内爆炸，以对输电线路的地线产生瞬间的冲击载荷，实现除冰效果；

螺线管用于推动扳机，能够多次执行对扳机的推动以实现多次触发弹药在燃烧室内爆炸；

MS存储卡，设置在控制箱内，用于预先存储预设输电线路灰度阈值取值范围和预设输电线路径向距离；

环境亮度检测设备，搭载在机器人主体上，用于实时检测周围的环境亮度，以输出实时环境亮度；

邻域平均值滤波设备，设置在控制箱内，与高清摄像设备连接，用于接收输电线路图像，并对输电线路图像进行邻域平均值滤波处理，以输出滤波图像；

二值化处理设备，设置在控制箱内，与环境亮度检测设备和MS存储卡分别连接，基于实时环境亮度在预设输电线路灰度阈值取值范围内确定输电线路灰度阈值，预设输电线路灰度阈值取值范围为150-180，输电线路灰度阈值用于将输电线路和冰层从图像背景处分离，二值化处理设备还与邻域平均值滤波设备连接，基于输电线路灰度阈值对滤波图像进行二值化处理以获得二值化图像，具体为，将滤波图像中灰度值大于输电线路灰度阈值的像素点设置为白像素点，将滤波图像中灰度值小于等于输电线路灰度阈值的像素点设置为黑像素点；

边缘检测设备，设置在控制箱内，与二值化处理设备连接，对二值化处理设备输出的二值化图像进行轮廓增强处理，以获得增强图像；

图像旋转处理设备，设置在控制箱内，与边缘检测设备连接，对增强图像中白色像素点组成的输电线路目标进行旋转，使得输电线路目标为垂直方向排列；

覆冰厚度计算设备，设置在控制箱内，与图像旋转处理设备和MS存储卡分别连接，对垂直方向排列的输电线路目标确定其最大径向距离，将最大径向距离减去预设输电线路径向距离并除以2以获得输电线路的实时冰层厚度；

机器人主体，包括防倾斜结构、控制箱、无刷直流电机、吊装环、行走机构、锁紧机构和压紧机构，防倾斜结构位于前方输电线路上，控制箱和无刷直流电机都位于输电线路的下方，吊装环用于将机器人主体吊装到输电线路上，行走机构和锁紧机构都位于输电线路上，压紧机构位于输电线路的下方；

防倾斜结构包括防倾斜轮、固定螺栓和连接板，连接板分别与防倾斜轮和固定螺栓连接，防止机器人主体向后倾斜；

控制箱内设有主控板和电池，主控板上集成了MSP430单片机和无线通信设备，无线通信设备用于与远端的供电运营服务器建立双向无线通信链路；

无刷直流电机通过减速器与行走机构的驱动轮和压紧机构的压紧轮分别连接；

行走机构包括同步带、同步带张紧机构、驱动轮和水平放置的三个V型轮，驱动轮为三个V型轮在输电线路上的行走提供动力，同步带依次经过驱动轮、同步带张紧机构和三个V型轮以保持三个V型轮的同步行走；

锁紧机构包括顺序连接的活动扳手、中间支撑件、底部销件和U型螺栓，用于防止机器人主体从输电线路处坠落；

压紧机构与无刷直流电机连接，包括压紧轮、棘轮、棘爪、复位弹簧和压紧弹簧；

接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与MSP430单片机电性连接，用于在接触到输电线路障碍时，发送接触障碍信号；

红外传感器，位于防倾斜结构上，与MSP430单片机电性连接，用于在距离前方输电线路障碍400毫米时，发出障碍预警信号；

其中，MSP430单片机还与覆冰厚度计算设备和螺线管分别连接，以接收实时冰层厚度，根据实时冰层厚度确定扳机推动次数，将扳机推动次数打包在除冰指令中并发送给螺线管，以便于螺线管根据扳机推动次数多次执行对扳机的推动；

压紧轮为V型结构；

压紧轮用于在压紧弹簧的作用下压紧输电线路的架空地线。