CN105633855B - 巡检机器人及其巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种巡检机器人及其巡检方法，巡检机器人包括：飞控设备箱；飞行机构，包括可转动的旋翼；行走机构，包括连接支架与行走支撑轮，连接支架连接于飞控设备箱，行走支撑轮可转动地设置于连接支架上；引导机构，包括引导杆，引导杆与连接支架共同形成引导路径。上述巡检机器人，控制系统控制飞行机构使其飞行至输电线路上方，然后可控制引导机构与输电线路接触，并使输电线路与引导杆及连接支架保持接触并相对滑动，从而使输电线路沿引导路径与行走支撑轮重合。如此，无需通过人力将巡检机器人送上输电线路，具有较高的工作效率。

Description

巡检机器人及其巡检方法

技术领域

本发明涉及高压输电线路检测装置领域，特别是涉及一种巡检机器人及其巡检方法。

背景技术

高压输电线路是电力系统的动脉，其直接关系到国民经济的发展和人民群众的正常生活，因此其安全运行越来越受到各级部门的重视。架空输电线路不仅要承受固有机械载荷和电力负荷的内部压力，而且还要经受自然环境的各种外部侵害，如：腐蚀、污秽、雷击、强风、洪水、滑坡、沉陷、地震和鸟害等以及人为的破坏。随着时间的日积月累，势必使架空线路出现各种问题，如导线断股、避雷线断裂、杆塔倾斜、绝缘子闪烁、金具脱落、线路上悬挂风筝或编织袋、线路覆冰等。因此，为了保证输电线路安全稳定运行，需要对输电线路进行仔细的巡查以防止意外情况发生。

而目前，需要通过人力将用于线路检测的机器人送上巡检线路的导线或地线上，上下塔很不方便，不仅巡检人员体力消耗大，而且效率低、可靠性差，尤其在带电运行的线路，作业人员的人身安全会受到很大的威胁。

发明内容

基于此，有必要针对用于线路检测的机器人难以送上巡检线路的问题，提供一种可快速抵达输电线路目标位置的巡检机器人及其巡检方法。

一种巡检机器人，用于巡检输电线路，包括：

飞控设备箱，呈中空壳体结构；

飞行机构，连接于所述飞控设备箱，包括可转动的旋翼；

行走机构，连接于所述飞控设备箱，包括连接支架与行走支撑轮，所述连接支架连接于所述飞控设备箱，所述行走支撑轮可转动地设置于所述连接支架上；

引导机构，连接于所述飞控设备箱，包括引导杆，所述引导杆连接所述飞控设备箱的一端与所述行走支撑轮对应，所述引导杆与所述连接支架共同形成引导路径，所述输电线路可沿所述引导路径相对滑动。

上述巡检机器人，控制系统控制飞行机构使其飞行至输电线路上方，然后可控制引导机构与输电线路接触，并使输电线路与引导杆及连接支架保持接触并相对滑动，从而使输电线路沿引导路径与行走支撑轮重合。然后，控制系统可控制巡检机器人沿输电线路移动以对输电线路进行检修。如此，无需通过人力将巡检机器人送上输电线路，具有较高的工作效率，节省了人力成本且避免了安全隐患。

在其中一个实施例中，所述巡检机器人还包括控制系统，所述控制系统包括图像获取装置、传感装置及与所述图像获取装置、传感装置连接的控制模块，所述图像获取装置设于所述飞控设备箱侧壁，所述传感装置与所述控制模块位于所述飞控设备箱内。

在其中一个实施例中，所述连接支架包括连接横杆与连接竖杆，所述连接竖杆一端连接于所述飞控设备箱，另一端设有所述连接横杆；所述行走支撑轮位于所述连接横杆上，所述行走支撑轮的中心轴延伸方向与所述连接竖杆延伸方向垂直，所述行走支撑轮沿外缘周向设有可卡持所述输电线路的行走支撑轮槽。

在其中一个实施例中，所述引导杆包括倾斜部及连接于所述倾斜部的连接部，所述连接部固接于所述飞控设备箱，所述倾斜部自所述连接部向远离所述连接支架方向延伸。

在其中一个实施例中，所述飞行机构包括自所述飞控设备箱侧壁向外侧延伸的旋翼连接杆，所述旋翼设于所述旋翼连接杆未连接所述飞控设备箱的一端。

在其中一个实施例中，所述行走机构还包括驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机与中间传动件，所述驱动电机设于所述连接支架靠近所述飞控设备箱的一端，所述中间传动件设于所述连接支架连接所述行走支撑轮的一端，所述驱动电机与所述中间传动件传动连接。

在其中一个实施例中，所述中间传动件采用绝缘材料制成。

在其中一个实施例中，所述巡检机器人采用绝缘材料制成。

一种上述巡检机器人的巡检方法，用于巡检输电线路，包括以下步骤：

控制所述巡检机器人飞行至所述输电线路附近，并使所述引导机构位于所述输电线路下方；

控制所述巡检机器人沿所述引导路径飞行，直至所述巡检机器人的行走支撑轮落在所述输电线路上；

控制所述巡检机器人沿所述输电线路移动。

在其中一个实施例中，控制所述巡检机器人沿所述引导路径飞行，直至所述巡检机器人的行走支撑轮落在所述输电线路上具体包括以下步骤：

调整所述巡检机器人的位置，以使所述巡检机器人的引导杆接触所述输电线路；

控制所述巡检机器人向上方飞行，以使所述输电线路与所述引导杆接触并相对所述引导杆滑动至所述引导杆连接于所述飞控设备箱的一端；

控制所述巡检机器人沿所述连接杆件垂直向下飞行，以使所述输电线路与所述连接支杆接触并相对所述连接支杆滑动，直至所述巡检机器人的所述行走支撑轮落在所述输电线路上。

附图说明

图1为一实施方式的巡检机器人的结构示意图；

图2为一实施方式的巡检方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本较佳实施例的一种巡检机器人100，用于巡检输电线路，包括飞控设备箱10、行走机构30、飞行机构20及引导机构40。

其中，飞控设备箱10呈中空壳体结构。飞行机构20连接于飞控设备箱10，包括可转动地旋翼24。行走机构30连接于飞控设备箱10，包括连接支架32与行走支撑轮34，连接支架32连接于飞控设备箱10，行走支撑轮34可转动地设于连接支架32上。

引导机构40连接于飞控设备箱10，引导机构40包括引导杆42，引导杆42连接飞控设备箱10的一端与行走支撑轮34对应，引导杆42与连接支架32共同形成引导路径，输电线路沿引导路径相对滑动。

上述巡检机器人100，飞行机构20使其飞行至输电线路上方，然后引导机构40与输电线路接触，并使输电线路与引导杆42及连接支架32保持接触并相对滑动，从而使输电线路沿引导路径与行走支撑轮34重合。之后，巡检机器人100可沿输电线路移动以对输电线路进行检修。如此，无需通过人力将巡检机器人100送上输电线路，具有较高的工作效率，节省了人力成本且避免了安全隐患。

请继续参阅图1，连接支架32包括连接横杆322与连接竖杆324，连接竖杆324一端连接于飞控设备箱10，另一段连接于连接横杆322。行走支撑轮34位于连接横杆322上，且行走支撑轮34的中心轴延伸方向与连接竖杆324的延伸方向垂直。该巡检机器人100通过行走支撑轮34在输电线路上滚动而移动。

进一步地，行走支撑轮34沿外缘周向设有行走支撑轮槽342。如此，输电线路通过连接竖杆324滑入行走支撑轮34，行走支撑轮槽342可与输电线路重合，从而稳定地沿输电线路滚动，而难以脱出输电线路，从而使该巡检机器人100的运行具有较高的稳定性。

引导杆42包括倾斜部422及连接于倾斜部422的连接部424。连接部424固接于飞控设备箱10，倾斜部422自连接部424向远离连接支架32方向延伸。

由于引导杆42具有一定的长度且该长度远大于行走支撑轮槽342的宽度，因此使巡检机器人100先接触引导杆42，然后沿引导路径滑动，进而与行走支撑轮槽342重合的难度远小于巡检机器人100飞行过程中，行走支撑轮槽342与输电线路直接对位，从而使巡检机器人100具有较高的工作效率，而降低对控制系统精确度的要求，节省了制造成本。

在本实施例中，连接支架32中的连接竖杆324为两根，两根连接竖杆324平行且间隔设置，连接横杆322连接于两根连接竖杆324的两端。行走支撑轮34也为两个，两个行走支撑轮34分别位于连接横杆322的两端。引导杆42也有两根，两根引导杆42平行且间隔设置，并与连接竖杆324对应设置。

在一实施例中，两根引导杆42远离连接支架32一端通过引导连接杆44连接，从而增加了引导机构40的稳定性，避免两根引导杆42错位。在输电线路沿引导路径滑动的过程中，输电线路始终与引导连接杆44平行。

在一实施例中，引导杆42的连接部424远离倾斜部422一端的端面与连接支杆靠近引导杆42一侧的端面位于同一平面内，从而使输电线路可始终与引导杆42或连接支架32接触。

飞行机构20包括自飞控设备箱10侧壁向外侧延伸的旋翼连接杆44，旋翼24设于旋翼连接杆44未连接飞控设备箱10的一端。在本实施例中，旋翼连接杆44为四根，四根旋翼连接杆44环绕飞控设备箱10四周，旋翼24相对旋翼连接杆44旋转，从而驱动该巡检机器人100飞行。

巡检机器人100还包括行走支撑轮驱动组件(图未示)，用于驱动行走支撑轮34转动。

具体地，行走支撑轮驱动组件包括驱动电机与中间传动件，驱动电机设于连接竖杆324靠近飞控设备箱10的一端，中间传动件设于连接横杆322内，驱动电机与中间传动件传动连接。在本实施例中，驱动电机与中间传动件通过挠性传动件传动连接。更进一步地，中间传动件为从动轮，驱动电机与从动轮通过带传动传动连接。

在本实施例中，中间传动件采用绝缘材料制成，因此不受输电线路产生的高压电磁场影响。而驱动电机由于位于连接竖杆324靠近飞控设备箱10一侧，因此与输电线路的距离较远，从而可避免受到电磁场的影响，防止金属部件进入高压电磁场后发生磁化而被输电导线吸引而导致该巡检机器人100失稳。具体地，中间传动件采用陶瓷材料制成。

更进一步地，巡检机器人100的连接支架32等部件及连接各个部件的紧固件均采用绝缘材料制成，从而更好地避免受到高压电磁场环境的影响，可自由出入高压电磁场环境。

在一实施例中，该巡检机器人100的飞行设备箱10未设有行走机构的一端设有起落架60，起落架60一端连接飞行设备箱10，另一端向外延伸，从而在该巡检机器人100位于水平面时起到支撑作用。

巡检机器人100还包括控制系统，控制系统包括图像获取装置52、传感装置及与图像获取装置52与传感装置连接的控制模块。图像获取装置52设于飞控设备箱10侧壁，传感装置及控制模块位于飞控设备箱10内。图像获取装置52与传感装置配合，从而获取该巡检机器人100的实时坐标及工作状态，控制模块可控制该巡检机器人100的飞行及工作状态，从而自动完成巡检工作。

上述巡检机器人100，控制系统控制飞行机构20工作，以使该巡检机器人100飞至输电线路下方，然后通过引导机构40的引导使巡检机器人100的行走支撑轮34上的行走支撑轮槽342与输电线路重合，从而通过行走支撑轮34在输电线路上行走而进行巡检并达到目标位置。由于直接飞行至输电线路附近，因此无需人力将该巡检机器人100送上输电线路，且通过引导机构40进行导向，提高了工作效率而无需使行走支撑轮槽342与输电线路直接对准重合。进一步地，由于该巡检机器人100采用绝缘材料制造，且行走机构30的驱动电机远离输电线路，因此可自由出入高压电磁场环境，避免由于该巡检机器人100中的金属部件进入高压电磁场后发生磁化而被输电导线吸引，造成该巡检机器人100失稳、无法落线的问题。

如图1及图2所示，本较佳实施例的一种巡检机器人100的巡检方法，用于巡检输电线路，包括以下步骤：

S110：控制巡检机器人100飞行至输电线路附近，并使引导机构40位于输电线路下方。

S120：控制巡检机器人100沿引导路径飞行，直至巡检机器人100的行走支撑轮落在输电线路上。

S130：控制巡检机器人100沿输电线路移动。

如此，无需依靠人力即可操控该巡检机器人100自动上线，并沿输电线路移动而对输电线路进行巡检，节省了人力并消除了人工作业带来的安全隐患。

其中，步骤S120：控制巡检机器人100沿引导路径飞行，直至巡检机器人100的行走支撑轮34落在输电线路上具体包括以下步骤：

S131：调整巡检机器人100的位置，以使巡检机器人100的引导杆42接触输电线路。

S132：控制巡检机器人100向上方飞行，以使输电线路与引导杆42接触并相对引导杆42滑动至引导杆42连接于飞控设备箱10的一端。

S133：控制巡检机器人100沿连接支架32垂直向下飞行，以使输电线路与连接支架32接触并相对连接支架32滑动，直至巡检机器人100的行走支撑轮34落在输电线路上。

控制系统除了包括图像获取装置52、传感装置与控制模块外，还包括通过信号线与图像获取装置52、传感装置及控制装置连接的信息发送与接收装置。地面站接收处理平台包括图像接收装置、图像快速处理装置及控制指令发送装置。信息发送与接收装置与地面接收处理平台的控制指令发送通信连接，以传递控制指令与获得的位置、图像信息。

传感装置包括定位模块与接近传感器。定位模块可实时反馈该巡检机器人100所在的三维坐标，并将该坐标反馈至信息发送与接收装置。接近传感器用于与图像获取装置52配合以确认输电线路的具体位置。在其中一实施例中，传感装置还包括陀螺仪、高度计等传感与测量模块，从而更加精确地获得巡检机器人100的三维坐标及工作状态。

具体地，接近传感器与图像获取装置52首先确认该巡检机器人100所要着落的输电线路的具体位置，定位模块获取巡检机器人100相对大地的坐标，并将该坐标发送给地面站。地面站通过图像快速处理系统不断给出输电线路相对巡检机器人100的三维坐标以及坐标反馈纠正信息。

控制系统根据现有机器人的旋翼24的工作姿态、图像获取装置52的反馈信息以及传感装置的融合信息，不断微调旋翼24的旋转速度和角度，从而调整巡线机器人100的坐标，将巡线机器人100缓慢调整到引导杆42之间的引导连接杆44与输电线路平行的位置，同时使引导杆42接触输电线路朝向地面的一侧。

然后，控制模块控制机器人沿着引导杆42的倾斜部422倾斜的角度向斜上方缓慢飞行，并使输电线路保持接触引导杆42。根据传感装置与图像获取装置52提供的实时反馈调节信息，一旦输电导线脱离引导杆42，控制模块就纠正机器人空中移动的角度，并随时调整引导杆42的角度，使输电线路继续与引导杆42保持接触，直至输电线路滑入引导杆42的末端，从而与连接竖杆324接触。在此过程中，引导杆42之间的连接杆44始终与架空线平行。

最后，控制模块控制巡线机器人100缓慢垂直下落，输电线路沿着连接支架32的连接竖杆324上移，直至输电线路与行走支撑轮槽342重合为止。这时，巡线机器人100停止下落，整个落线过程结束。

在以上过程中，图像获取装置52一直在进行线路巡检，并通过信息发送与接收装置传输定位图像。地面站接收到图像信息后，快速图像处理模块对图像获取装置52的定位图像进行快速处理，通过相关算法快速解算出目标输电线路相对于机器人本体的坐标，并发送机器人三维坐标纠正数据，进而反馈整个飞行控制系统，控制多旋翼24机器人的飞行。

在本实施例中，图像获取装置52为双目摄像头，该双目摄像头安装于飞控设备箱10外壁上。

上述巡检方法，采用图像获取装置52与传感装置共同作用，使输电导线沿引导杆42与连接竖杆324进入行走支撑轮槽342，在满足安全可靠，落线精确的情况下，大大节省了人力成本，消除了人工操作带来的安全隐患。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种巡检机器人，用于巡检输电线路，其特征在于，包括：

飞控设备箱，呈中空壳体结构；

飞行机构，连接于所述飞控设备箱，包括可转动的旋翼；

行走机构，连接于所述飞控设备箱，包括连接支架与行走支撑轮，所述连接支架连接于所述飞控设备箱，所述行走支撑轮可转动地设置于所述连接支架上；

引导机构，连接于所述飞控设备箱，包括引导杆，所述引导杆连接所述飞控设备箱的一端与所述行走支撑轮对应，所述引导杆包括倾斜部及连接于所述倾斜部的连接部，所述连接部固接于所述飞控设备箱，所述倾斜部自所述连接部向远离所述连接支架方向延伸，所述引导杆与所述连接支架共同形成引导路径，所述输电线路可沿所述引导路径相对滑动。

2.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人还包括控制系统，所述控制系统包括图像获取装置、传感装置及与所述图像获取装置、传感装置连接的控制模块，所述图像获取装置设于所述飞控设备箱侧壁，所述传感装置与所述控制模块位于所述飞控设备箱内。

3.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述连接支架包括连接横杆与连接竖杆，所述连接竖杆一端连接于所述飞控设备箱，另一端设有所述连接横杆；所述行走支撑轮位于所述连接横杆上，所述行走支撑轮的中心轴延伸方向与所述连接竖杆延伸方向垂直，所述行走支撑轮沿外缘周向设有可卡持所述输电线路的行走支撑轮槽。

4.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述飞行机构包括自所述飞控设备箱侧壁向外侧延伸的旋翼连接杆，所述旋翼设于所述旋翼连接杆未连接所述飞控设备箱的一端。

5.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述行走机构还包括驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机与中间传动件，所述驱动电机设于所述连接支架靠近所述飞控设备箱的一端，所述中间传动件设于所述连接支架连接所述行走支撑轮的一端，所述驱动电机与所述中间传动件传动连接。

6.根据权利要求5所述的巡检机器人，其特征在于，所述中间传动件采用绝缘材料制成。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人采用绝缘材料制成。

8.一种如权利要求1～7任意一项所述巡检机器人的巡检方法，用于巡检输电线路，其特征在于，包括以下步骤：

控制所述巡检机器人飞行至所述输电线路附近，并使所述引导机构位于所述输电线路下方；

控制所述巡检机器人沿所述引导路径飞行，直至所述巡检机器人的行走支撑轮落在所述输电线路上；

控制所述巡检机器人沿所述输电线路移动。

9.根据权利要求8所述的巡检方法，其特征在于，控制所述巡检机器人沿所述引导路径飞行，直至所述巡检机器人的行走支撑轮落在所述输电线路上具体包括以下步骤：

调整所述巡检机器人的位置，以使所述巡检机器人的引导杆接触所述输电线路；

控制所述巡检机器人向上方飞行，以使所述输电线路与所述引导杆接触并相对所述引导杆滑动至所述引导杆连接于所述飞控设备箱的一端；

控制所述巡检机器人沿所述连接支架垂直向下飞行，以使所述输电线路与所述连接支架接触并相对所述连接支架滑动，直至所述巡检机器人的所述行走支撑轮落在所述输电线路上。