CN107782734A - 一种地下电缆故障检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地下电缆故障检测机器人，包括机器人本体以及驱动机器人本体行走的驱动装置，还包括云台、升降机构、CCD相机和LED照明灯；升降机构置于机器人本体上，升降机构驱动云台升降；云台与CCD相机连接，云台用于控制CCD相机摆动；LED照明灯位于CCD相机附近；本发明能代替人工在狭窄阴暗的地下进行电缆检测；所述高度传感器、角度传感器和控制模块能为拍摄角度提供保障；本发明内置的图像处理模块能自行对图片进行处理找出故障发生点，并能通过无线模块将故障发生点反馈给电网总服务器；本发明还提供图像处理的具体方法步骤，该方法步骤很好的应用地下阴暗的环境特点，实现大范围的故障定位，且准确度高和效率高。

Description

一种地下电缆故障检测机器人

技术领域

本发明涉及电缆故障检测领域，尤其涉及一种地下电缆故障检测机器人。

背景技术

随着城市经济的高速发展，城市用电负荷增长迅速，同时也对供电的可靠性提出了更高的要求。与此同时，城市规划建设和市容美观也越来越受到社会关注。于是，地下电力电缆以不占地用面积，不影响城市景观且安装隐蔽的优点越来越多的应用于城市电网的供电网络。

但是由于铺设电缆的地下隧道阴暗潮湿、通风不良，再或者由于电缆线路的长期过负荷运行会造成电缆损坏故障，故障电缆或者存在故障隐患的电缆很有可能引发事故，故需要定期对地下电缆进行故障检测。

目前主要还是依靠人工对地下电缆进行检测，由于地下空间狭小、环境阴暗复杂，利用人工对地下电缆进行检测耗费劳力且效率低下。

发明内容

本发明提供一种方便、可靠、效率高，能代替人工巡检的地下电缆故障检测机器人。

一种地下电缆故障检测机器人，包括机器人本体以及驱动机器人本体行走的驱动装置，其特征在于，还包括云台、升降机构、CCD相机和LED照明灯；所述升降机构置于机器人本体上，升降机构驱动云台升降；所述云台与CCD相机连接，云台用于控制CCD相机摆动；所述LED照明灯位于CCD相机附近。

作为本发明的进一步改进，还包括高度传感器、角度传感器和控制模块；所述高度传感器用于检测CCD像机的镜头高度；所述角度传感器用于检测CCD相机的镜头指向方位；所述控制模块用于接收和处理高度传感器和角度传感器的数据并反馈给升降机构及云台。

作为本发明的进一步改进，还包括图像处理模块、储存模块和无线发送模块；所述图像处理模块接收CCD相机所拍图片并进行处理，图像处理模块将处理后的图像数据存储到存储模块并同时利用无线发送模块发送到电网总服务器。

作为上述的进一步优化，还包括无线接收模块；所述无线接收模块用于接收总服务器的其它指令。

作为本发明的进一步改进，所述LED照明灯设于云台上，并随CCD相机同节拍动作。8.作为上述的进一步优化，包括图像处理方法，步骤如下：

A1：将CCD相机传来的图片与预设的图片进行模版匹配；

A2：将匹配后的图片与预设图片进行加减操作；

A3：进行图像腐蚀处理；

A4：利用方形缩口对图像中值滤波；

A5：得到电缆故障点。

作为上述的进一步优化，步骤A1在进行模版匹配之前对传来图片进行预处理，并采用阈值分割法对图片进行二值化以检出伪缺陷。

本发明提供的一种地下电缆故障检测机器人，能代替人工在狭窄阴暗的地下进行电缆检测；所述高度传感器、角度传感器和控制模块能为拍摄角度提供保障；本发明内置的图像处理模块能自行对图片进行处理找出故障发生点，并能通过无线模块将故障发生点反馈给电网总服务器；本发明还提供图像处理的具体方法步骤，该方法步骤很好的应用地下阴暗的环境特点，实现大范围的故障定位，且准确度高和效率高。

附图说明

图1是本发明一种地下电缆故障检测机器人地面行走型结构示意图；

图2是图1所示机器人电缆线上行走型结构示意图；

图3是图1所示机器人控制模块部分连接示意图；

图4是图1所示机器人图像处理流程示意图；

其中，驱动装置1，机器人本体2，升降机构3，云台4，CCD相机5，LED照明灯6，电缆线7。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的一种地下电缆故障检测机器人，包括机器人本体2以及驱动机器人本体行走的驱动装置1，还包括云台4、升降机构3、CCD相机5和LED照明灯6；所述升降机构3置于机器人本体2上，升降机构3驱动云台4升降；所述云台4与CCD相机5连接，云台4控制CCD相机5摆动；所述LED照明灯6位于CCD相机5附近。

所述驱动装置1可以将轮子设于地面，采用地面行走结构，如图1所示，也可以将轮子设为夹紧电缆线7的上下结构，使机器人在电缆线上行走的结构，如图2所示；所述升降机构3可以采用气缸、液压缸、曲柄滑块、滚珠丝杠等等形式，只要满足升降功能即可。

在上述结构的基础可以添加高度传感器、角度传感器和控制模块，如图3所示；所述高度传感器用于检测CCD像机5的镜头高度，并将检测的数据反馈给控制模块，控制模块驱动升降机构3做出高度调整，使CCD相机5的高度始终保持在预设高度；同样，所述角度传感器用于检测CCD相机5的镜头指向方位，并将检测到的数据反馈给控制模块，控制模块驱动云台4做出角度调整，使CCD相机5的角度始终保持在设定角度；这种高度与角度的调整能很好的保证图片的拍摄角度。

在上述结构的基础上，还可以添加图像处理模块、储存模块和无线发送模块；图像处理模块可以直接接收CCD相机5所拍图片并进行处理，并将处理后的数据存储到存储模块中，方便工作人员随时拷贝，同时图像处理模块也可以将处理后的数据利用无线发送模块发送的电网总服务器；进一步优化，还包括无线接收模块，无线接收模块用于接收总服务器的其它指令，以备临时其它情况的应急。

作为优选，所述LED照明灯6设于云台上，并随CCD相机5一起转动，这样可以保证CCD相机5所拍摄图片的光照范围、光照强度保持一致，使拍摄效果达到最好，同时也为图像模块对图像处理的效果提供良好的保障。

本实施例中还包括图像处理模块对图像处理的方法步骤，如下：

A1：将CCD相机5传来的图片与预设的图片进行模版匹配；

所述的预设图片是电缆线完好时所拍摄的用于机器人检测电缆故障时的对比参照图片；所述模版匹配是指利用拍摄图片与参照图片作对比，通过匹配计算判断拍摄图片中各个部分与参照图片的相似程度，从而获知所拍图片中是否存在与参照图片相应的特定对象，并得到其位置；

上述对比方法对拍摄时光线的要求较高，需要拍摄图片与参考图片拍摄的光照强度和光照位置高度一致且无外界光照污染；而机器人由于处在地下阴暗的环境中拍摄，所以基本上不存在外界光照污染，而且本机器人包括的高度传感器、角度传感、控制模块、升降机构3和云台4都能很好的保证CCD相机5的拍摄角度与预设图片的拍摄角度达到高度吻合；本机器人选用的LED照明灯6不但具有良好的高亮度、高稳定性特性，还和CCD相机5保持同步的角度和高度调节，使光照效果与预设图片的光照效果达到高度一致；很好的满足了拍摄图片所需质量，为后面的图像处理效果提供了保障；

A2：将匹配后的图片与预设图片进行加减操作；

参照图片和和拍摄图片在不同波段的图像做减法运算得到差值信息用以判断参考图片和拍摄图片的差别的具体位置。

A3：进行图像腐蚀处理；

A4：利用方形缩口对图像中值滤波；

实际上，即便上述的硬件设备以及外界的环境为拍摄效果提供了足够的保障，但是依然无法百分之一百保证所有的外界干扰都被排除，还是有可能会出现一些其它不可预料的光照污染，或者由于相机质量出、机械结构不稳定、传输过程的电磁干扰等原因影响造成图片对比后，出现虚假缺陷；所述A3和A4的过程就是尽可能的消除这些虚假缺陷。

A5：得到电缆故障点；

经过上述步骤之后便可以得到最终的对比结果，如果最终处理结果图片中出现白色斑点，则表明该处的电缆和参考电缆出现差异，是故障点，然后根据最终处理结果图片中的白色斑点的坐标判读该故障点的具体方位。

作为优化，在上述步骤A1进行模版匹配之前对传来图片进行预处理，具体是指灰度化、滤波、图像锐化等方法；预处理的目的是去除图像的噪音，增加图像的对比度；对图片预处理能让后面图像分割、特征提取和图像识别等工作顺利进行；采用阈值分割法对图片进行二值化能检出图片的伪缺陷，然后加以去除，为后面图片处理的效果良好性提供保障。

由于本机器人是通过拍摄图片做检测，所以在内存上不需要像视频那样占用太多空间；而且上述图片处理方法能用于很细微的检测，且检测精准，再配合电缆细长的形状结构，使本机器人在拍摄图片时可以选定角度，一次性拍出较长的电缆图片做检测，无需拍摄大量图片作对比，优化了拍摄图片和处理图片的程序，提高了检测效率；当然LED照明灯6的高亮度特性，使拍出较长电缆图片的质量得到保障。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种地下电缆故障检测机器人，包括机器人本体以及驱动机器人本体行走的驱动装置，其特征在于，还包括云台、升降机构、CCD相机和LED照明灯；所述升降机构置于机器人本体上，升降机构驱动云台升降；所述云台与CCD相机连接，云台用于控制CCD相机摆动；所述LED照明灯位于CCD相机附近。

2.根据权利要求1所述一种地下电缆故障检测机器人，其特征在于，还包括高度传感器、角度传感器和控制模块；所述高度传感器用于检测CCD像机的镜头高度；所述角度传感器用于检测CCD相机的镜头指向方位；所述控制模块用于接收和处理高度传感器和角度传感器的数据并反馈给升降机构及云台。

3.根据权利要求1或2所述一种地下电缆故障检测机器人，其特征在于，还包括图像处理模块、储存模块和无线发送模块；所述图像处理模块接收CCD相机所拍图片并进行处理，图像处理模块将处理后的图像数据存储到存储模块并同时利用无线发送模块发送到电网总服务器。

4.根据权利要求3所述一种地下电缆故障检测机器人，其特征在于，还包括无线接收模块；所述无线接收模块用于接收总服务器的其它指令。

5.根据权利要求4所述一种地下电缆故障检测机器人，其特征在于，所述LED照明灯设于云台上，并随CCD相机同节拍动作。

6.根据权利要求5所述一种地下电缆故障检测机器人，其特征在于，包括图像处理方法，步骤如下：

A1：将CCD相机传来的图片与预设的图片进行模版匹配；

A2：将匹配后的图片与预设图片进行加减操作；

A3：进行图像腐蚀处理；

A4：利用方形缩口对图像中值滤波；

A5：得到电缆故障点。

7.根据权利要求6所述一种地下电缆故障检测机器人，其特征在于，步骤A1在进行模版匹配之前对传来图片进行预处理，并采用阈值分割法对图片进行二值化以检出伪缺陷。