CN107678438A - 一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，其特征在于：包括控制器，所述控制器连接电机驱动模块；所述电机驱动模块连接执行电机；所述电机驱动模块，用于控制执行机构的运行；还包括定位模块，所述定位模块，用于对输电线进行定位，并通过定位，进行爬坡控制。本发明在爬坡中对输电线和巡检机器人进行精确的定位，实现巡检机器人的自主定位，并通过自主定位实现巡检机器人的自主爬坡。

Description

一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统及方法
技术领域
本发明涉及输电线巡检领域，尤其是一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统及方法。
背景技术
我们国家地缘辽阔，电气化现在已经遍布各个角落，高压的输电线路也是越来越密集，甚至许多偏远山区也已经告别了煤油灯时代；但高压线路都在野外，像大风大雪等一些恶劣天气，泥石流地震等自然灾害包括人为的偷盗破坏设施都会对高压线路的正常运行造成威胁，其造成的后果是不可估量的；因此必须做好高压线路的检测和维护。
为了保障电力线路的正常运行，需要对输电线路进行定期维护。巡检不仅了解掌握线路的运行状况，也能及时发现线路及设备的缺陷和周边环境情况的变，为线路维修维护提供资料。目前主要是采用人工目测检查的方式，但我国输电线路里程长、覆盖范围广，有些线路还跨越山区、大河、草地及原始森林等，这就使巡检工作劳动强度大且难以保证巡检到位率并且影响巡检质量，同时高空带电作业，巡检人员的安全存在隐患。
为了解决上述问题，采用机器人对线路进行巡检，机器人可多任务同时执行，实时反馈线路情况，能将工人彻底从辛苦危险的高压线巡检工作中解放出来；但是现有输电线上设置有间隔棒，用于将多股输电线分散，而这些间隔棒则成为机器人沿线路运行的障碍，越障能力成为巡检机器人重要的要求。
由于高压输电线的铁塔之间大多有高度落差，许多的输电线都不是水平设置的，有一定的倾角，而现有的巡检机器人的爬坡水平有限，当倾角过大的时候，巡检机器人无法爬升，甚至会掉落，无法稳定的实现巡检;同时巡检机器人无法自主定位,不能实现自主爬坡。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，在巡检中不用停止运行，越过障碍；在爬坡中对输电线和巡检机器人的执行机构进行精确的定位，实现巡检机器人的自主定位，并通过自主定位实现实现巡检机器人的自主巡检；同时能够在一定倾角的输电线上进行稳定的巡检。
本发明采用的技术方案如下：
本发明一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，包括控制器，所述控制器连接电机驱动模块；所述电机驱动模块连接执行电机；所述电机驱动模块，用于控制执行机构的运行；还包括定位模块，所述定位模块，用于对输电线进行定位，并通过定位，进行爬坡控制。
进一步，所述执行电机包括行走轮驱动电机、滑动机构驱动电机和夹持机构驱动电机；所述行走轮驱动电机，用于带动行走轮移动；所述滑动机构驱动电机，用于驱动滑动机构的移动，调节行走轮之间的距离；所述夹持机构驱动电机，用于锁定或解锁夹持机构对输电线的作用。
进一步，所述夹持机构为伸缩结构。
进一步，所述定位模块包括传感器单元和数据处理单元；所述传感器单元包括超声波测距传感器、光电传感器、图像传感器和倾角传感器。
进一步，所述光电传感器有若干个，设置在机体上。
进一步，所述数据处理单元设置在控制器中,包括行为知识库,所述行为知识库,储存有对应检测数据,巡检机器人执行的行为指令。
本发明一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制方法，包括以下步骤：
S1：超声波测距传感器、光电传感器、图像传感器分别将检测的数据上传到数据处理单元中,根据算法,对输电线进行定位;同时倾角传感器检测输电线与水平线的夹角a；
S2：数据处理单元接收传感器上传的数据，通过计算得到输电线与巡检机器人的距离和夹角，当夹角a小于预设夹角，控制器向电机驱动模块发送行走执行指令，电机驱动模块控制行走轮驱动电机转动，带动三个行走轮转动；
S3：若夹角a大于预设夹角，通过夹持机构固定前行走轮或中行走轮，松开其对应的滑动机构，同时驱动其他行走轮移动；
S4：当两个行走轮之间的距离小于预设距离，通过夹持机构固定后行走轮，松开其对应的滑动机构，驱动其他行走轮移动；
S5：当夹角a小于预设夹角，同时驱动三个行走轮转动。
进一步，所述S3中，若夹角a大于预设夹角，将夹持机构伸长，夹持在巡检机器人前方的输电线上，通过收缩夹持机构，拉动巡检机器人向前移动；S4：当前行走轮与夹持机构之间的夹角小于预设值，将行走轮固定在输电线上，松开夹持机构，将夹持机构伸长，夹持在巡检机器人前方的输电线上，松开行走轮，通过收缩夹持机构，拉动巡检机器人向前移动，重复之前的过程。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，能够实现输电线巡检的快速越障，同时具有很强的巡检机器人爬坡能力，并且能够实现自主定位，从而实现自主巡检。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是一种输电线巡检机器人的结构示意图。
图2是一种输电线巡检机器人的工作状态示意图。
图中标记：机体1，行走轮2，障碍3，支撑臂4，前行走机构5，中行走机构6，后行走机构7。
图3是本发明一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1、2 ，一种输电线巡检机器人，它包括机体1，所述机体1通过前行走机构5、中行走机构6和后行走机构7的支撑而设置在输电线上；其中每个行走机构均包括支撑臂4和行走轮2，所述支撑臂4上端与机体1活动连接，下端设置有行走轮2，所述行走轮2设置在输电线上带动机体1沿输电线移动；所述支撑臂4下端能够沿输电线延伸方向前或向后摆动，使行走轮2抬起而脱离输电线；支撑臂4上端均通过摆动轴转动连接在机体1上，摆动轴与摆动电机相连，所述摆动电机带动支撑臂4向前或向后摆动；行走轮2均通过驱动轴设置在支撑臂4下端，驱动轴与驱动电机相连，所述驱动电机带动行走轮2转动；所述前行走机构5、中行走机构6和后行走机构7位于同一直线上；所述机体1前后开口包裹在输电线上，使输电线从前至后贯穿机体1；所述前行走机构5、中行走机构6和后行走机构7设置在机体1内，支撑机体1顶部，带动机体1在输电线上移动；其中支撑臂上端通过摆动轴活动连接在机体1顶部；所述机体1顶部、顶部和/或两侧可打开；所述机体1内设置有控制箱，所述控制箱位于机体1底部，所述控制箱内设置有控制器。
如图3 ，本发明一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，包括控制器，所述控制器连接电机驱动模块；所述电机驱动模块连接执行电机；所述电机驱动模块，用于控制执行机构的运行；还包括定位模块，所述定位模块，用于对输电线进行定位，并通过定位，进行爬坡控制。
在本实施例中，所述执行电机包括行走轮驱动电机、滑动机构驱动电机和夹持机构驱动电机；所述行走轮驱动电机，用于带动行走轮移动；所述滑动机构驱动电机，用于驱动滑动机构的移动，调节行走轮之间的距离；所述夹持机构驱动电机，用于锁定或解锁夹持机构对输电线的作用；所述夹持机构为伸缩结构。
在本实施例中，所述定位模块包括传感器单元和位置计算单元；所述传感器单元包括超声波测距传感器、光电传感器和图像传感器；所述光电传感器有若干个，设置在机体的不同部位；所述控制器中设有行为规则库，包括巡检机器人检测的信息和对应执行的行为指令。
在本实施例中，本发明一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制方法，包括以下步骤：
S1：光电传感器检测输电线；倾角传感器检测输电线与水平线的夹角a；超声波测距传感器检测巡检机器人与输电线的距离；
S2：控制器接收传感器上传的数据，通过你计算得到输电线与巡检机器人的距离和夹角，当夹角a小于预设夹角，控制器向电机驱动模块发送行走执行指令，电机驱动模块控制行走轮驱动电机转动，带动三个行走轮转动；
S3：若夹角a大于预设夹角，通过夹持机构固定前行走轮或中行走轮，松开其对应的滑动机构，同时驱动其他行走轮移动；
S4：当两个行走轮之间的距离小于预设距离，通过夹持机构固定后行走轮，松开其对应的滑动机构，驱动其他行走轮移动；
S5：当夹角a小于预设夹角，同时驱动三个行走轮转动。
在本实施例中，S1：光电传感器检测输电线；倾角传感器检测输电线与水平线的夹角a；超声波测距传感器检测巡检机器人与输电线的距离；
S2：控制器接收传感器上传的数据，通过你计算得到输电线与巡检机器人的距离和夹角，当夹角a小于预设夹角，控制器向电机驱动模块发送行走执行指令，电机驱动模块控制行走轮驱动电机转动，带动三个行走轮转动；所述S3中，若夹角a大于预设夹角，将夹持机构伸长，夹持在巡检机器人前方的输电线上，通过收缩夹持机构，拉动巡检机器人向前移动；S4：当前行走轮与夹持机构之间的夹角小于预设值，将行走轮固定在输电线上，松开夹持机构，将夹持机构伸长，夹持在巡检机器人前方的输电线上，松开行走轮，通过收缩夹持机构，拉动巡检机器人向前移动，重复之前的过程；S5：当夹角a小于预设夹角，同时驱动三个行走轮转动。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，其特征在于：包括控制器，所述控制器连接电机驱动模块；所述电机驱动模块连接执行电机；所述电机驱动模块，用于控制执行机构的运行；还包括定位模块，所述定位模块，用于对输电线进行定位，并通过定位，进行爬坡控制。
2.根据权利要求1所述的基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，其特征在于：所述执行电机包括行走轮驱动电机、滑动机构驱动电机和夹持机构驱动电机；所述行走轮驱动电机，用于带动行走轮移动；所述滑动机构驱动电机，用于驱动滑动机构的移动，调节行走轮之间的距离；所述夹持机构驱动电机，用于锁定或解锁夹持机构对输电线的作用。
3.根据权利要求2所述的基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，其特征在于：所述夹持机构为伸缩结构。
4.根据权利要求2所述的基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，其特征在于：所述定位模块包括传感器单元和数据处理单元；所述传感器单元包括超声波测距传感器、光电传感器、图像传感器和倾角传感器。
5.根据权利要求4所述的基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，其特征在于：所述光电传感器有若干个，设置在机体上。
6.根据权利要求4所述的基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制系统，所述数据处理单元设置在控制器中,包括行为知识库,所述行为知识库,储存有对应检测数据,巡检机器人执行的行为指令。
7.一种基于自主定位的输电线巡检机器人爬坡控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：超声波测距传感器、光电传感器、图像传感器分别将检测的数据上传到数据处理单元中,根据算法,对输电线进行定位;同时倾角传感器检测输电线与水平线的夹角a；
S2：数据处理单元接收传感器上传的数据，通过计算得到输电线与巡检机器人的距离和夹角，当夹角a小于预设夹角，控制器向电机驱动模块发送行走执行指令，电机驱动模块控制行走轮驱动电机转动，带动三个行走轮转动；
S3：若夹角a大于预设夹角，通过夹持机构固定前行走轮或中行走轮，松开其对应的滑动机构，同时驱动其他行走轮移动；
S4：当两个行走轮之间的距离小于预设距离，通过夹持机构固定后行走轮，松开其对应的滑动机构，驱动其他行走轮移动；
S5：当夹角a小于预设夹角，同时驱动三个行走轮转动。
8.根据权利要求7所述的输电线巡检机器人爬坡控制方法，其特征在于：所述S3中，若夹角a大于预设夹角，将夹持机构伸长，夹持在巡检机器人前方的输电线上，通过收缩夹持机构，拉动巡检机器人向前移动；S4：当前行走轮与夹持机构之间的夹角小于预设值，将行走轮固定在输电线上，松开夹持机构，将夹持机构伸长，夹持在巡检机器人前方的输电线上，松开行走轮，通过收缩夹持机构，拉动巡检机器人向前移动，重复之前的过程。
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