CN106099746B - 利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法，该方法包括：断股补修机器人沿所述架空线运动；当断股补修机器人检测到运动方向前方存在所述架空线断股时，所述断股补修机器人停止运动；所述断股补修机器人沿所述架空线后退第一距离；所述断股补修机器人带动闭合的所述捋线工具沿所述架空线继续前进，所述捋线工具将所述架空线断股捋回所述架空线的线槽内；所述断股补修机器人打开捋线工具，所述断股补修机器人继续运动第二距离，直到所述压接工具到达所述架空线断股位置下方；所述断股补修机器人通过所述压接工具对所述架空线断股进行压接操作。上述方法增强了断股补修机器人的自主能力，提高了架空线补修过程的自动化程度。

Description

利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法

技术领域

本发明涉及机器人在输电线路维护相关的技术领域，具体而言，涉及一种利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法。

背景技术

输电线路维护机器人工作在离地面三四十米的架空输电线路上，通过无线方式与地面基站进行通讯，采用局部自主与遥控的方式对机器人的运动进行控制。架空线路是一种介于结构与非结构化之间的环境，由于机器人自身感知能力不足且周围环境因素的不可建模，使得机器人要进行自主运动是一件非常困难的事。机器人根据自身机械结构特点具备不同的作业流程序列，而且序列之间具有严格的顺序性。目前的机器人控制主要采用人工方法，但操作序列步骤较多，不方便工人记忆，一旦发生误操作，会带来很严重的安全性问题。

针对机器人的自主规划研究主要以越障动作为主要对象，加拿大魁北克水电研究院通过模式操作策略和关节传感器信息对LineScout机器人进行规划，受到起始和结束时构型要完全对应的限制，其难点在于既要使手臂框架移动到适当的抓线位置，又要使两个手臂同时可靠地抓线。日本Hibot公司为了避免复杂的运动学方程，通过读取各关节传感器信息对Expliner机器人进行规划，其难点在于既要使避障的行走轮能可靠地抬起，又要满足单个行走轮在输电线上时整个机器人的平衡。武汉大学通过电磁传感器组识别障碍和规划局部的姿态调整，根据已知的障碍信息建立了机器人避碰模型。

上述技术中虽提出机器人的自动规划，但具体应用到输电线路的断股维护过程中还是存在一些技术难点使得机器人在自动规划过程中存在自主能力不足及架空线的修补自动化程度不高的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种全自动输电线路的断股修补方法。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供一种利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法，所述断股补修机器人包括移动平台、压接工具、相机及捋线工具，所述移动平台包括电气箱体及轮臂复合结构，所述轮臂结构包括驱动轮，所述驱动轮作用于所述架空线上用于带动所述电气箱体沿所述架空线运动，所述压接工具及相机设置在所述电气箱体上，所述捋线工具设置在所述驱动轮沿所述架空线运动方向的前端，所述方法包括：所述驱动轮带动所述断股补修机器人沿所述架空线运动，在该过程中，所述捋线工具打开且所述压接工具位于所述电气箱体的初始位置，所述初始位置为所述压接工具处于未工作状态时相对所述电气箱体的位置；在断股补修机器人沿所述架空线运动的过程中，所述相机检测架空线是否存在断股；当检测到所述架空线存在断股时，所述断股补修机器人停止运动，然后沿所述架空线后退第一距离；所述断股补修机器人沿所述架空线后退第一距离，闭合所述捋线工具并调整所述捋线工具位置，使所述架空线穿过闭合的所述捋线工具；所述断股补修机器人带动闭合的所述捋线工具沿所述架空线继续前进，所述捋线工具将所述架空线断股捋回所述架空线的线槽内；所述断股补修机器人打开捋线工具，所述断股补修机器人继续运动第二距离，直到所述压接工具到达所述架空线断股位置下方；所述断股补修机器人通过所述压接工具对所述架空线断股进行压接操作。

在上述架空线断股补修的方法中，断股补修机器人通过在分析线路环境特征的基础上，结合断股补修机器人内外部传感器信息与断股补修作业流程，进行了断股补修机器人断股补修作业的行为规划。使断股补修机器人能自动发现并修护架空线上存在的断股，增强了断股补修机器人的自主能力，提高了架空线补修过程的自动化程度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术用户员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明具体实施例提供的断股补修机器人进行架空线断股补修的结构示意图。

图2示出了本发明具体实施例提供的断股补修机器人进行架空线断股补修的方法流程图

图3示出了本发明具体实施例中状态矢量的结构表。

图4示出图3所述状态矢量对应的真值表。

图5-A示出了图1所示断股补修机器人进行架空线断股补修的状态示意图一。

图5-B示出了图1所示断股补修机器人进行架空线断股补修的状态示意图二。

图5-C示出了图1所示断股补修机器人进行架空线断股补修的状态示意图三。

图5-D示出了图1所示断股补修机器人进行架空线断股补修的状态示意图四。

图5-E示出了图1所示断股补修机器人进行架空线断股补修的状态示意图五。

图5-F示出了图1所示断股补修机器人进行架空线断股补修的状态示意图六。

图6示出了图1所示断股补修机器人进行架空线断股补修时各个状态矢量间的转移关系。

主要元件符号说明

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明中进行架空线断股补修所采用断股补修机器人100在工作状态下的结构示意图，所述断股补修机器人100包括移动平台、压接工具120、相机130及捋线工具140。所述移动平台包括电气箱体114及轮臂复合结构112。所述电气箱体114用于对所述断股补修机器人100上传感器采集的信息进行处理(比如：对相机130拍摄图片进行图像处理)和对所述断股补修机器人100的动作进行控制(比如：捋线工具140与压接工具120动作控制)。所述轮臂结构112包括驱动轮1122。所述驱动轮1122作用于所述架空线200上用于带动所述电气箱体114沿所述架空线200运动。所述压接工具123及相机130设置在所述电气箱体114上。所述捋线工具140设置在所述驱动轮112沿所述架空线200运动方向的前端。所述轮臂结构112还可以包括夹紧轮1124，所述夹紧轮1124设置在所述驱动轮1122与架空线200作用的一侧，用于在大角度线路环境时闭合以提高驱动轮1122的附着能力。驱动轮1122与夹紧轮1124的特殊设计可以有效的防止驱动轮112打滑。同时，移动平台具有跨越防振锤300等线路金具障碍的能力。

图2为本发明具体实施例提供的利用图1所示断股补修机器人100进行架空线断股补修的方法流程图。如图2所示，在本实施例中利用断股补修机器人100进行架空线200断股补修方法的流程可以包括以下步骤。

步骤S110，驱动轮带动1122所述断股补修机器人100沿所述架空线200运动，在该过程中，所述捋线工具140打开且所述压接工具120位于所述电气箱体114的初始位置，所述初始位置为所述压接工具120处于未工作状态时相对所述电气箱体114的位置。

在本实施例中，所述断股补修机器人100通过驱动轮1222沿所述架空线210运动。在所述断股补修机器人100的运动过程中，所述相机130不断对运动前方的架空线200进行拍照。所述补修机器人100根据所述相机130拍摄的照片进行图像处理确定所述补修机器人100的前方是否存在架空线断股210。当不存在架空线断股210时，所述捋线工具140处于被打开状态。同时，所述压接工具120位于所述电气箱体114的初始位置，其中，所述初始位置为所述压接工具120处于未工作状态时相对所述电气箱体114的位置。

所述断股补修机器人100通过状态矢量表征所述架空线补修机器人100在架空线200的补修过程中状态。在本实施例中，所述状态矢量是由7个状态量组成的8位二进制数列，7个状态量分别是压接工具距离调节状态、捋线工具距离调节状态、断股补修机器人正常行走状态、压接工具压接位移状态、压接工具高度状态、捋线工具闭合状态及架空线断股的检测结果。参照图3，8位二进制数列第6～7位表示断股检测状态，由所述相机130检测获取，其中，00表示正常线路，01表示断股线路。8位二进制数列第3-5位为断股补修作业工具状态，第5位表示捋线工具140闭合状态，0表示捋线工具140打开，1表示捋线工具140闭合；第4位表示压接工具120高度状态，0表示压接工具120未升高(处于初始位置)，1表示压接工具120升至与架空线等高；第3位表示压接工具120压接位移状态，0表示压接关节打开，1表示压接关节闭合。上述捋线工具140上安装有行程开关用于检测捋线工具140的开闭状态。压接工具120安装有位移传感器与行程开关来获取压接工具120的升高高度及压接开关的开闭状态。8位二进制数列第0-2位为断股补修机器人100的行走状态，由驱动轮电机码盘获得。其中，第0-1位是断股补修机器人100在执行架空线断股210补修时所行走的第一距离l1与第二距离l2。

图4所示表中列出在架空线断股210修补过程中各个状态矢量及状态矢量对应的十六进制数值。当不存在架空线断股210时，状态矢量为00000100(对应十六进制0X04)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S1。

步骤S120，在所述断股补修机器人100沿所述架空线200运动的过程中，所述相机130检测所述架空线200是否存在断股。

在本实施例中，所述相机130在所述断股补修机器人100运动过程中时刻拍摄运动方向前方的架空线200，所述电气箱体114通过对所述相机130拍摄的图片进行处理判断所述架空线200是否存在断股。

步骤S130，当检测到所述架空线200存在断股时，所述断股补修机器人100停止运动，然后沿所述架空线200后退第一距离。

参照图5-A，在所述断股补修机器人100检测到运动方向前方存在所述架空线断股210的时刻，所述补修机器人100还在运动，对应状态矢量为01000100(对应十六进制0X44)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S2。当所述补修机器人100停止运动，状态矢量变为01000000(对应十六进制0X40)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S3。

参照图5-B，所述断股补修机器人100后退的过程，状态矢量为00000000(对应十六进制0X00)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S4。当后退距离达到第一距离时，状态矢量变为00000010(对应十六进制0X02)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S5。其中第一距离为所述架空线断股210处沿所述架空线200方向到所述相机130的距离与所述捋线工具140沿所述架空线200方向到所述相机130的距离之差，所述断股补修机器人100对所述相机130拍摄的图片进行图像处理计算得到所述架空线断股210处沿所述架空线200方向到所述相机130的距离。后退上述第一距离可以保证所述捋线工具140在闭合并调整位置后，所述捋线工具140刚好能位于所述架空线断股210的根部方便对其进行捋线操作。所述断股补修机器人100的后退的实际距离由所述驱动轮电机码盘测算得到，当后退实际距离等于第一距离时，所述断股补修机器人100停止后退。

步骤S140，闭合所述捋线工具140并调整所述捋线工具140位置，使所述架空线200穿过闭合的所述捋线工具140。所述断股补修机器人100带动闭合的所述捋线工具140沿所述架空线200继续前进，所述捋线工具140将所述架空线断股210捋回所述架空线200的线槽内。

参照图5-C，闭合所述捋线工具140并调整所述捋线工具140位置，由于断股补修机器人100上部件(如：捋线工具140)的遮挡，所述相机130无法拍摄到架空线断股210，所述相机130拍摄的照片显示此时为正常线路，此时状态矢量为00100010(对应十六进制0X22)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S6，其中，所述捋线工具140的闭合动作由安装于所述捋线工具140中的行程开关检测。

所述断股补修机器人100带动闭合的所述捋线工具140沿所述架空线200继续前进。所述捋线工具140将架空线断股210复位，由于断股补修机器人100上部件(如：捋线工具140)的遮挡，所述相机130拍摄的照片显示此时为正常线路，此时对应的状态矢量为00100110(对应十六进制0X26)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S7。

当所述捋线工具140经过所述架空线断股210后，所述相机130拍摄的照片再次拍摄到架空线断股210，所述断股补修机器人100继续向前行走，此时状态矢量为01100110(对应十六进制0X66)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S8。

步骤S150，所述断股补修机器人100打开捋线工具140，所述断股补修机器人100向前继续运动第二距离，直到所述压接工具120到达所述架空线断股210位置下方。

参照图5-D及图5-E，所述断股补修机器人100停止运动，此时，状态矢量为01100010(对应十六进制0X62)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S9。

完成上述过程捋线过程结束，将所述捋线工具140打开，对应状态矢量是01000010(对应十六进制0X62)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S10，所述捋线工具140打开动作由安装于所述捋线工具140的行程开关检测。

在所述断股补修机器人100停止时，所述断股补修机器人100对所述相机130拍摄的图片进行图像处理计算得到所述架空线断股210处沿所述架空线200方向到所述相机130的距离。

所述断股补修机器人100向前继续运动第二距离，直到所述压接工具120到达所述架空线断股210位置下方。本实施例中，所述压接工具120设置在所述相机130的后方，此时架空线断股210位于所述相机130的后上方，因所述相机130只能拍摄到其前方的架空线，所述相机130拍摄的照片显示此时为正常线路，对应的状态矢量是00000011(对应十六进制0X03)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S11。

步骤S160，所述断股补修机器人100通过所述压接工具120对所述架空线断股210进行压接操作。

参照图5-F，所述断股补修机器人100停止在所述架空线断股210的正下方，所述压接工具120上升，所述压接工具120通过位移传感器对上升距离进行确认，当所述压接工具120与所述架空线210等高时对应状态矢量是00010011(对应十六进制0X13)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S12。

所述压接工具120与所述架空线210等高后，所述压接工具120闭合压接关节，在本实施例中通过压接夹将所述架空线断股210进行压接。压接关节的闭合操作由安装于所述压接工具120上的行程开关检测得到，当行程开关检测到压接关节闭合时，表明压接作业完毕。此时，对应状态矢量是00011011(对应十六进制0X1D)，所述断股补修机器人100的状态矢量为S13。

经过上述过程的介绍，所述断股补修机器人100在进行架空线断股补修过程中的各个关键状态都对应有相应的状态矢量表示。为使断股补修机器人100能自动进行上述过程，采用状态矢量转移的方式对所述断股补修机器人100的运行路径及动作进行规划使其自动完成相应的动作及路径。

在本实施例中，状态矢量转移由状态矢量转移函数表征，所述状态矢量转移函数包括捋线工具位置调节函数、捋线作业函数、压接工具位置调节函数及压接作业函数。

参照图6，所述捋线工具位置调节函数的起始状态矢量为S1，目标状态矢量为S5，状态转移参数为第一距离l1，输出状态矢量链S1S2S3S4S5。

TA_Pos(S1,S5,l1)→S1S2S3S4S5

所述捋线作业函数的起始状态矢量为S5，目标状态矢量为S10，输出状态转移链S5S6S7S8S9S10。

TA_Work(S5,S10)→S5S6S7S8S9S10

所述压接工具位置调节函数的起始状态矢量为S10，目标状态矢量为S11，状态转移参数l2，输出状态转移链S10S11。

TA_Pos(S10,S11,l2)→S10S11

所述压接作业函数由两个子函数组成，其中，第一个子函数用于采用压接工具120安装压接夹，第二个子函数用于压接完毕后，压接工具120归位至初始位置。二者的起始与目标状态相反，分别为S11，S13：

TB_Work_SubA(S11,S13)→S11S12S13

TB_Work_SubB(S13,S11)→S13S12S11

所述断股补修机器人100采用上述状态矢量转移函数将架空线断股补修流程串联成一个完整的操作序列，不同状态的明确定义使得所述断股补修机器人100按照严格的操作序列进行防止误操作。

综上所述，通过状态矢量表征断股补修机器人在架空线断股补修过程中的各个状态，断股补修机器人通过在分析线路环境特征的基础上，结合断股补修机器人内外部传感器信息及状态矢量转移函数，进行了断股补修机器人断股补修作业的行为规划。使断股补修机器人能自动发现并修护架空线上存在的断股，增强了断股补修机器人的自主能力，提高了架空线补修过程的自动化程度。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

另外，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (6)

1.一种利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法，其特征在于，所述断股补修机器人包括移动平台、压接工具、相机及捋线工具，所述移动平台包括电气箱体及轮臂复合结构，所述轮臂结构包括驱动轮及夹紧轮，所述驱动轮作用于所述架空线上用于带动所述电气箱体沿所述架空线运动，所述夹紧轮设置在所述驱动轮与架空线作用的一侧用于提高所述驱动轮的附着能力，所述压接工具及相机设置在所述电气箱体上，所述捋线工具设置在所述驱动轮沿所述架空线运动方向的前端，所述方法包括：

所述驱动轮带动所述断股补修机器人沿所述架空线运动，在补修过程中，所述捋线工具打开且所述压接工具位于所述电气箱体的初始位置，所述初始位置为所述压接工具处于未工作状态时相对所述电气箱体的位置；

在所述断股补修机器人沿所述架空线运动的过程中，所述相机检测架空线是否存在断股；

当检测到所述架空线存在断股时，所述断股补修机器人停止运动，然后沿所述架空线后退第一距离，其中，所述第一距离为所述架空线断股处沿所述架空线方向到所述相机的距离与所述捋线工具沿所述架空线方向到所述相机的距离之差；

闭合所述捋线工具并调整所述捋线工具位置，使所述架空线穿过闭合的所述捋线工具，所述断股补修机器人带动闭合的所述捋线工具沿所述架空线继续前进，所述捋线工具将所述架空线断股捋回所述架空线的线槽内；

所述断股补修机器人打开捋线工具，所述断股补修机器人继续运动第二距离，直到所述压接工具到达所述架空线断股位置下方，其中，所述第二距离为所述架空线断股处沿所述架空线方向到所述相机的距离与所述压接工具沿所述架空线方向到所述相机的距离之和；

所述断股补修机器人通过所述压接工具对所述架空线断股进行压接操作；

其中，所述断股补修机器人采用状态矢量来表示所述架空线断股补修过程中的状态，并采用状态矢量转移的方式对所述断股补修机器人的运行路径及动作进行规划，所述状态矢量由七个状态量组成，所述七个状态量分别表征压接工具距离调节状态、捋线工具距离调节状态、断股补修机器人正常行走状态、压接工具压接位移状态、压接工具高度状态、捋线工具闭合状态及架空线断股的检测结果，所述状态矢量转移由状态矢量转移函数表征，所述状态矢量转移函数包括捋线工具位置调节函数、捋线作业函数、压接工具位置调节函数及压接作业函数。

2.如权利要求1所述利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法，其特征在于：

所述断股补修机器人通过对所述相机拍摄图片进行图像处理计算得到所述架空线断股处沿所述架空线方向到所述相机的距离。

3.如权利要求1所述利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法，其特征在于：

所述断股补修机器人在所述架空线上的运行距离由驱动轮电机码盘获得。

4.如权利要求1所述利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法，其特征在于：

所述压接工具通过采用压接夹对所述断股进行压接。

5.如权利要求1所述利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法，其特征在于：

所述架空线断股处沿所述架空线方向到所述相机的距离由所述断股补修机器人通过对所述相机拍摄图像进行图像处理计算得到。

6.如权利要求1所述利用断股补修机器人进行架空线断股补修的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述断股补修机器人通过所述压接工具对所述架空线的断股进行压接操作之后，所述压接工具恢复到初始位置处。