CN106123859B - 使用巡检机器人的倾斜度实时监测平台 - Google Patents
使用巡检机器人的倾斜度实时监测平台 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种输电线路铁塔倾斜度实时监测平台，包括液体摆式倾斜传感器、接触式开关传感器和巡检机器人，液体摆式倾斜传感器用于检测铁塔的实时倾斜度，接触式开关传感器位于防倾斜结构上，用于检测输电线路前方障碍物，巡检机器人搭载在输电线路上，用于根据液体摆式倾斜传感器和接触式开关传感器的输出确定是否向远端的供电管理服务器发送相应的报警信号。通过本发明，能够对输电线路周围环境进行准确的安全检测，避免电网事故发生。
Description
本发明是申请号为201510962437.8、申请日为2015年12月17日、发明名称为“输电线路铁塔倾斜度实时监测平台”的专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及电网维护领域，尤其涉及一种使用巡检机器人的倾斜度实时监测平台。
背景技术
引起输电线路附近铁塔倾斜的原因有很多，例如相关固定装置的松动，下方土石的塌陷，周围风力的过大以及负载的过重，都可能引起铁塔的不正常倾斜。铁塔如果倾斜角过大，将会导致自身下坠，连带输电线路下坠，后果不堪设想。因此，需要对铁塔状态进行监控，当发现异常时立即向供电管理部门进行报警，提醒供电管理部门在出现供电事故之前对铁塔进行修复，从而避免供电事故的发生。
然而，现有技术中的铁塔倾斜度监控方案都基于人力监控，效率低且实时性差，目前尚无输电线路全程监控的机械化方案，因此，需要一种新的输电线路铁塔倾斜度检测方案，能够替换原有的人力监控方案，采用机械化监控方案对输电线路附近铁塔全程进行监控。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种输电线路铁塔倾斜度实时监测平台，采用了针对铁塔的高精度的液体摆式倾斜传感器，引入通行性能强大的、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的巡视机器人作为通行平台，还引入了频分双工通信技术保障现场通信流畅，从而实现机械化全程监控。
根据本发明的一方面，提供了一种输电线路铁塔倾斜度实时监测平台，所述平台包括液体摆式倾斜传感器、接触式开关传感器和巡检机器人，液体摆式倾斜传感器用于检测铁塔的实时倾斜度，接触式开关传感器位于防倾斜结构上，用于检测输电线路前方障碍物，巡检机器人搭载在输电线路上，用于根据液体摆式倾斜传感器和接触式开关传感器的输出确定是否向远端的供电管理服务器发送相应的报警信号。
更具体地，在所述输电线路铁塔倾斜度实时监测平台中，包括：液体摆式倾斜传感器，设置在输电线路附近的铁塔上，内部包括传感器壳体、倾斜度识别设备、电解泡、作为电导体的液体和三个电极，液体摆式倾斜传感器利用液体摆原理进行检测，用于测量铁塔在顺线方向的倾斜角度和横线方向的倾斜角度；传感器壳体为U型结构，用于容纳电解泡、作为电导体的液体和三个电极；电解泡位于液体内部；三个电极中，两个电极均匀分布在U型结构外侧轮廓的两端，剩下的电极设置在U型结构内侧轮廓的中心点处；倾斜度识别设备与三个电极连接，当电解泡位于液体内部移动时，倾斜度识别设备基于三个电极之间的电容变化计算铁塔在顺线方向的倾斜角度和横线方向的倾斜角度，并基于铁塔在顺线方向的倾斜角度和横线方向的倾斜角度计算铁塔的整体倾斜度；其中，倾斜度识别设备采用FPGA芯片来实现；巡检机器人，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，吊装环用于将巡检机器人吊装到输电线路上，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，防止巡检机器人向后倾斜；控制箱内设有主控板和电池，主控板上集成了AVR32芯片、频分双工通信接口和静态存储器，频分双工通信接口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，用于防止巡检机器人从输电线路处坠落；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，压紧轮为V型结构，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，复位弹簧用于在压紧轮被放开时将压紧轮复位；接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与AVR32芯片电性连接，用于在接触到输电线路障碍时，发送接触障碍信号；其中，AVR32芯片还与倾斜度识别设备通过ZIGBEE通信链路连接，以接收铁塔的整体倾斜度，并在铁塔的整体倾斜度大于等于预设倾斜度阈值时，通过频分双工通信接口向远端的供电管理服务器发送铁塔倾斜报警信号，向行走机构发送停止行进信号，在铁塔的整体倾斜度小于预设倾斜度阈值时，通过频分双工通信接口向远端的供电管理服务器发送铁塔倾斜正常信号，向行走机构发送继续前进信号；预设倾斜度阈值被预先存储在静态存储器中。
更具体地，在所述输电线路铁塔倾斜度实时监测平台中，还包括：高清摄像设备，与AVR32芯片电性连接。
更具体地，在所述输电线路铁塔倾斜度实时监测平台中：高清摄像设备采集除冰刀具前方输电线路的图像并通过AVR32芯片压缩编码。
更具体地，在所述输电线路铁塔倾斜度实时监测平台中：高清摄像设备将压缩后的图像通过频分双工通信接口发送给远端的供电管理服务器。
更具体地，在所述输电线路铁塔倾斜度实时监测平台中：高清摄像设备位于防倾斜结构上。
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输电线路铁塔倾斜度实时监测平台的结构方框图。
附图标记：1液体摆式倾斜传感器；2接触式开关传感器；3巡检机器人
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的输电线路铁塔倾斜度实时监测平台的实施方案进行详细说明。
对于架空的输电线路来说，其两端的铁塔是其固定的支撑部件，如果铁塔的状态异常，例如铁塔倾斜度过大或者铁塔摇晃不定，都会给输电线路的状态造成不利影响，严重时甚至拉断输电线路，引起线路断电，给用电单位和居民造成不便，同时断开的线头也容易导致行人或车辆触电，后果非常严重。因此，需要对输电线路的铁塔状态进行检测，尤其对铁塔的倾斜度进行检测，然而，现有技术对铁塔的倾斜度仍偏重于人工模式，这种模式效率低，覆盖面窄，无法做到全线路快速检测。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种输电线路铁塔倾斜度实时监测平台，能够全程自动对整条输电线路附近的铁塔进行快速、精确的状态检测，从而为供电管理部门提供更准确的数据，同时减少了供电管理部门的人工开销，性价比更高。
图1为根据本发明实施方案示出的输电线路铁塔倾斜度实时监测平台的结构方框图，所述平台包括液体摆式倾斜传感器、接触式开关传感器和巡检机器人，液体摆式倾斜传感器用于检测铁塔的实时倾斜度，接触式开关传感器位于防倾斜结构上，用于检测输电线路前方障碍物，巡检机器人搭载在输电线路上，用于根据液体摆式倾斜传感器和接触式开关传感器的输出确定是否向远端的供电管理服务器发送相应的报警信号。
接着，继续对本发明的输电线路铁塔倾斜度实时监测平台的具体结构进行进一步的说明。
所述平台包括：液体摆式倾斜传感器，设置在输电线路附近的铁塔上，内部包括传感器壳体、倾斜度识别设备、电解泡、作为电导体的液体和三个电极，液体摆式倾斜传感器利用液体摆原理进行检测，用于测量铁塔在顺线方向的倾斜角度和横线方向的倾斜角度。
传感器壳体为U型结构，用于容纳电解泡、作为电导体的液体和三个电极；电解泡位于液体内部；三个电极中，两个电极均匀分布在U型结构外侧轮廓的两端，剩下的电极设置在U型结构内侧轮廓的中心点处；倾斜度识别设备与三个电极连接，当电解泡位于液体内部移动时，倾斜度识别设备基于三个电极之间的电容变化计算铁塔在顺线方向的倾斜角度和横线方向的倾斜角度，并基于铁塔在顺线方向的倾斜角度和横线方向的倾斜角度计算铁塔的整体倾斜度。其中，倾斜度识别设备采用FPGA芯片来实现。
所述平台包括：巡检机器人，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，吊装环用于将巡检机器人吊装到输电线路上，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，防止巡检机器人向后倾斜。
控制箱内设有主控板和电池，主控板上集成了AVR32芯片、频分双工通信接口和静态存储器，频分双工通信接口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，用于防止巡检机器人从输电线路处坠落；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，压紧轮为V型结构，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，复位弹簧用于在压紧轮被放开时将压紧轮复位；接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与AVR32芯片电性连接，用于在接触到输电线路障碍时，发送接触障碍信号。
其中，AVR32芯片还与倾斜度识别设备通过ZIGBEE通信链路连接，以接收铁塔的整体倾斜度，并在铁塔的整体倾斜度大于等于预设倾斜度阈值时，通过频分双工通信接口向远端的供电管理服务器发送铁塔倾斜报警信号，向行走机构发送停止行进信号，在铁塔的整体倾斜度小于预设倾斜度阈值时，通过频分双工通信接口向远端的供电管理服务器发送铁塔倾斜正常信号，向行走机构发送继续前进信号；预设倾斜度阈值被预先存储在静态存储器中。
可选地，在所述平台中，还包括：高清摄像设备，与AVR32芯片电性连接；高清摄像设备采集除冰刀具前方输电线路的图像并通过AVR32芯片压缩编码；高清摄像设备将压缩后的图像通过频分双工通信接口发送给远端的供电管理服务器；以及可选地，高清摄像设备可位于防倾斜结构上。
另外，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。
早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。
采用本发明的输电线路铁塔倾斜度实时监测平台，针对现有技术难以实现机械化对输电线路附近铁塔进行全程倾斜度检测的技术问题，首先，通过改良现有机器人结构，使其能够适应各种复杂的线路情况和周围环境，其次，引入了高精度、有针对性的倾斜传感器和高效的无线通信设备，实现了对铁塔倾斜角的人工检测模式的整体替换。
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 (1)
1.一种使用巡检机器人的倾斜度实时监测平台，所述平台包括液体摆式倾斜传感器、接触式开关传感器和巡检机器人，液体摆式倾斜传感器用于检测铁塔的实时倾斜度，接触式开关传感器位于防倾斜结构上，用于检测输电线路前方障碍物，巡检机器人搭载在输电线路上，用于根据液体摆式倾斜传感器和接触式开关传感器的输出确定是否向远端的供电管理服务器发送相应的报警信号；
其特征在于，所述平台包括：
液体摆式倾斜传感器，设置在输电线路附近的铁塔上，内部包括传感器壳体、倾斜度识别设备、电解泡、作为电导体的液体和三个电极，液体摆式倾斜传感器利用液体摆原理进行检测，用于测量铁塔在顺线方向的倾斜角度和横线方向的倾斜角度；
传感器壳体为U型结构，用于容纳电解泡、作为电导体的液体和三个电极；
电解泡位于液体内部；
三个电极中，两个电极均匀分布在U型结构外侧轮廓的两端，剩下的电极设置在U型结构内侧轮廓的中心点处；
倾斜度识别设备与三个电极连接，当电解泡位于液体内部移动时，倾斜度识别设备基于三个电极之间的电容变化计算铁塔在顺线方向的倾斜角度和横线方向的倾斜角度，并基于铁塔在顺线方向的倾斜角度和横线方向的倾斜角度计算铁塔的整体倾斜度；其中，倾斜度识别设备采用FPGA芯片来实现；
巡检机器人，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，吊装环用于将巡检机器人吊装到输电线路上，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，防止巡检机器人向后倾斜；
控制箱内设有主控板和电池，主控板上集成了AVR32芯片、频分双工通信接口和静态存储器，频分双工通信接口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，用于防止巡检机器人从输电线路处坠落；
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，压紧轮为V型结构，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，复位弹簧用于在压紧轮被放开时将压紧轮复位；
接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与AVR32芯片电性连接，用于在接触到输电线路障碍时，发送接触障碍信号；
其中，AVR32芯片还与倾斜度识别设备通过ZIGBEE通信链路连接，以接收铁塔的整体倾斜度，并在铁塔的整体倾斜度大于等于预设倾斜度阈值时，通过频分双工通信接口向远端的供电管理服务器发送铁塔倾斜报警信号，向行走机构发送停止行进信号，在铁塔的整体倾斜度小于预设倾斜度阈值时，通过频分双工通信接口向远端的供电管理服务器发送铁塔倾斜正常信号，向行走机构发送继续前进信号；
其中，预设倾斜度阈值被预先存储在静态存储器中；
高清摄像设备，与AVR32芯片电性连接；
高清摄像设备采集除冰刀具前方输电线路的图像并通过AVR32芯片压缩编码。
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