CN107834427A - 一种基于无人机的输电线巡检机器人控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，其特征在于：包括无人机控制系统和巡检机器人控制系统；所述无人机控制系统，用于控制无人机将巡检机器人提到输电线上和送回地面，以及越过铁塔；所述巡检机器人控制系统，用于控制巡检机器人在输电线上的巡检和越障；所述无人机控制系统包括飞行控制器和定位装置；所述定位装置，用于检测输电线的位置；所述飞行控制器，用于控制无人机带动机器人上下线和越塔。本发明通过无人机解决巡检机器人上下线的问题，同时巡检机器人采用简单和快速的越障方式，并且通过控制系统，实现自动巡检。

Description

一种基于无人机的输电线巡检机器人控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及输电线巡检领域，尤其是一种基于无人机的输电线巡检机器人控制系统及其方法。

背景技术

高压输电线路故障而引发停电，给人民生活、工业企业和国家造成了巨大的经济损失。需要及时发现输电线路的隐患和缺陷，并进行修复，防患于未然，必须对输电线进行定期的巡检。 输电线路的缺陷主要有断股、松股、生锈、缺损、缺失、移位、雷击、污秽、磨损、腐蚀等，尤其是输电线路上金具的氧化腐蚀、接头松动以及绝缘子老化、开裂和击穿等缺陷及故障严重威胁输电系统的安全运行。

高压输电线路巡检是为了掌握线路的运行状况,及时发现设备缺陷和沿线情况,为线路维修提供资料。目前,高压输电线路巡检有人工巡检和直升机巡检两种方式。人工巡检即由巡线工人采用目测方法沿线路逐塔巡检,地面巡视与登塔检查相结合。这种方式劳动强度大、费用高且危险性较大。直升机巡检又称航测法,指直升机携带红外热像仪及可见光摄像机等设备进行巡检。其优点是巡线效率高,对于高海拔、高寒地区及人迹罕至的路段可进行巡检,缺点是巡线费用昂贵,巡检质量受到气候等因素的影响。

巡检机器人是一种近距离巡检线路和修复缺陷的工具。 巡检机器人以高压输电线路的地线为作业路径，通过利用各种传感器及其检测获得外部环境信息，实现自我定位，判定自身状态，根据目标进行轨迹规划运动，完成巡检任务。机器人在执行巡检任务时，由工作人员在地面工作站通过无线通信来进行监控。

现有的巡检机器人存在以下的缺陷：1、在越障中需要进行复杂的操作，无法快速通过，巡检效率低；2、巡检机器人无法自动上下输电线；3、直升机巡检成本高，同时检测装置与输电线的距离远，易受环境的影响。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，通过多种传感器，检测和控制无人机和巡检机器人的工作，控制无人机将巡检机器人上下输电线，并避开现有巡检机器人繁琐的越障方式，基于无人机快速和方便的越过障碍和铁塔，有效的提高巡检机器人的巡检效果。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，包括无人机控制系统和巡检机器人控制系统；所述无人机控制系统，用于控制无人机将巡检机器人提到输电线上和送回地面，以及越过铁塔；所述巡检机器人控制系统，用于控制巡检机器人在输电线上的巡检和越障。

进一步，所述无人机控制系统包括飞行控制器和定位装置；所述定位装置，用于检测输电线的位置；所述飞行控制器，用于控制无人机带动机器人上下线和越塔。

进一步，所述定位装置采用的是视觉定位系统。

进一步，所述巡检机器人控制系统包括本体控制系统和地面控制系统；所述本体控制系统包括工控机，以及与工控机分别连接的电机驱动模块、数据采集模块、通信模块一和电源；所述工控机，用于接收其他模块上传的数据，并发出执行命令；所述电机驱动模块，用于进行电机驱动；所述数据采集模块，用于为工控机采集检测数据；所述地面控制系统包括通信模块二和微处理器；所述通信模块一和通信模块二，用于本体控制系统和地面控制系统之间的通讯。

进一步，所述通信模块一包括无线数传单元和视频图像发射单元；所述通信模块二包括无线数传单元和视频图像接收单元；所述无线数传单元，用于进行控制通讯；所述视频图像发射单元和视频图像接收单元分别进行视频图像数据的发送和接收。

进一步，所述数据采集模块包括数据采集卡和传感器组。

本发明一种基于无人机的输电线巡检机器人控制方法，包括以下步骤：

A：当接收到巡检开始指令，将无人机和巡检机器人通过牵引线连接，无人机上升，无人机通过定位装置找到目标输电线的位置，到达输电线上方，调整无人机的姿态，将巡检机器人的行走轮和输电线对应接触，巡检机器人停放在输电线上；

B：开启巡检机器人，驱动行走轮，工控机控制巡检机器人在输电线上巡检；

C：当检测到铁塔时，无人机将机器人向上提升，绕过铁塔，将机器人放在输电线上，继续巡检；

D：当巡检结束后，将机器人提起，离开输电线，同时定位降落点，控制无人机降落，同时将无人机和机器人之间的活动连接松开。

进一步，在步骤B中，工控机控制巡检机器人的方法包括：S1：系统启动，工控机向电机驱动模块发出行走指令，电机驱动模块作用于电机，带动驱动轴转动，从而使行走轮移动；S2：当检测到输电线与水平面的夹角大于预设值时，工控机控制三个行走轮中一个行走轮固定于输电线上，其他行走轮向前移动，当三个行走轮之间的距离达到最小值时，最后的行走轮固定，其他轮向前移动，直到检测到输电线与水平面的夹角小于预设值时，三个行走轮同时驱动移动；S3：当前行走机构检测到有障碍物时，工控机控制摆动电机和摆动轴，将支撑臂向前或向后摆动，并驱动中行走机构和后行走机构的行走轮向前移动；当前行走机构越过障碍物，将支撑臂向下摆动；当中行走机构和后行走机构分别检测到障碍物时，重复前行走机构的控制。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、实现基于无人机的输电线巡检装置在输电线上的自动上下，不需要设置其他辅助装置，并且上下方便和快速。

2、快速的通过输电线上的障碍物，在巡检中不需要停止进行越障，同时不需要增加其他的工具辅助越障，能够快速的通过障碍物，对于不同的障碍物都能够越过。

3、实现输电线的近距离检测，检测装置和输电线接触，既能保证检测装置的稳定性，不易受环境的影响，同时提高检测的效果。

4、能够用于局部输电线的巡检，当需要检测局部输电线段时，无人机能够不受环境的限制将检测装置放置在输电线上进行检测，从而实现精准的巡检，对于不需要检测的线段，可以跳过巡检，灵活巡检，提高巡检效率。

5、实现无人机输电线巡检机器人的自主控制，本发明通过分别检测和控制无人机和巡检机器人，从而自动将机器人提到输电线上，以及将机器人从输电上安全的拿下；同时在巡检机器人巡检中自动控制行走，越障，快速巡检。

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是本发明一种基于无人机的输电线巡检机器人的结构示意图。

图2是输电线巡检机器人的工作状态图。

图3是本发明一种基于无人机的输电线巡检机器人控制系统的结构示意图。

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 ，本发明一种基于无人机的输电线巡检机器人，包括无人机9和巡检机器人，所述无人机和巡检机器人之间活动连接；所述无人机，为巡检机器人提供向上的升力；所述巡检机器人，用于进行输电线的巡检；所述巡检机器人包括机体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；所述前行走机构5、中行走机构6和后行走机构7分别包括支撑臂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；所述支撑臂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，摆动电机带动支撑臂4向前或向后摆动；所述行走轮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。

如图2，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，沿输电线延伸方向等间隔设置；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；所述机体1顶部、顶部和/或两侧可打开；所述机体1内设置障碍检测传感器，所述传感器与设置在机体1内的控制器相连；所述障碍检测传感器设置在机体1顶部，它包括前端障碍检测传感器、中部障碍检测传感器、后端障碍检测传感器；所述前端障碍检测传感器设置在前行走机构5前方，所述中部障碍检测传感器设置在前行走机构5与中行走机构6之间；所述后端障碍检测传感器设置在中行走机构6和后行走机构7之间；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，所述控制器与障碍检测传感器、摆动电机和驱动电机相连；所述控制器、障碍检测传感器、摆动电机和驱动电机均由设置在控制箱内的电源供电。

如图3，本发明一种基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，包括无人机控制系统和巡检机器人控制系统；所述无人机控制系统，用于控制无人机将巡检机器人提到输电线上和送回地面，以及越过铁塔；所述巡检机器人控制系统，用于控制巡检机器人在输电线上的巡检和越障。

在本实施例中，所述无人机控制系统包括飞行控制器和定位装置；所述定位装置，用于检测输电线的位置；所述飞行控制器，用于控制无人机带动机器人上下线和越塔；所述定位装置采用的是视觉定位系统。

在本实施例中，所述巡检机器人控制系统包括本体控制系统和地面控制系统；所述本体控制系统包括工控机，以及与工控机分别连接的电机驱动模块、数据采集模块、通信模块一和电源；所述工控机，用于接收其他模块上传的数据，并发出执行命令；所述电机驱动模块，用于进行电机驱动；所述数据采集模块，用于为工控机采集检测数据；所述地面控制系统包括通信模块二和微处理器；所述通信模块一和通信模块二，用于本体控制系统和地面控制系统之间的通讯；所述通信模块一包括无线数传单元和视频图像发射单元；所述通信模块二包括无线数传单元和视频图像接收单元；所述无线数传单元，用于进行控制通讯；所述视频图像发射单元和视频图像接收单元分别进行视频图像数据的发送和接收；所述数据采集模块包括数据采集卡和传感器组。

本发明一种基于无人机的输电线巡检机器人控制方法，包括以下步骤：

A：当接收到巡检开始指令，将无人机和巡检机器人通过牵引线连接，无人机上升，无人机通过定位装置找到目标输电线的位置，到达输电线上方，调整无人机的姿态，将巡检机器人的行走轮和输电线对应接触，巡检机器人停放在输电线上；

B：开启巡检机器人，驱动行走轮，工控机控制巡检机器人在输电线上巡检；

C：当检测到铁塔时，无人机将机器人向上提升，绕过铁塔，将机器人放在输电线上，继续巡检；

D：当巡检结束后，将机器人提起，离开输电线，同时定位降落点，控制无人机降落，同时将无人机和机器人之间的活动连接松开。

在本实施例中，在步骤B中，工控机控制巡检机器人的方法包括：S1：系统启动，工控机向电机驱动模块发出行走指令，电机驱动模块作用于电机，带动驱动轴转动，从而使行走轮移动；S2：当检测到输电线与水平面的夹角大于预设值时，工控机控制三个行走轮中一个行走轮固定于输电线上，其他行走轮向前移动，当三个行走轮之间的距离达到最小值时，最后的行走轮固定，其他轮向前移动，直到检测到输电线与水平面的夹角小于预设值时，三个行走轮同时驱动移动；S3：当前行走机构检测到有障碍物时，工控机控制摆动电机和摆动轴，将支撑臂向前或向后摆动，并驱动中行走机构和后行走机构的行走轮向前移动；当前行走机构越过障碍物，将支撑臂向下摆动；当中行走机构和后行走机构分别检测到障碍物时，重复前行走机构的控制。

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)

1.一种基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，其特征在于：包括控制中心，以及与控制中心分别连接的无人机控制系统和巡检机器人控制系统；所述无人机控制系统，用于控制无人机将巡检机器人提到输电线上和送回地面，以及越过铁塔；所述巡检机器人控制系统，用于控制巡检机器人在输电线上的巡检和越障。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，其特征在于：所述无人机控制系统包括飞行控制器和定位装置；所述定位装置，用于检测输电线的位置；所述飞行控制器，用于控制无人机带动机器人上下线和越塔。

3.根据权利要求2所述的基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，其特征在于：所述定位装置采用的是视觉定位系统。

4.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，其特征在于：所述巡检机器人控制系统包括本体控制系统和地面控制系统；所述本体控制系统包括工控机，以及与工控机分别连接的电机驱动模块、数据采集模块、通信模块一和电源；所述工控机，用于接收其他模块上传的数据，并发出执行命令；所述电机驱动模块，用于进行电机驱动；所述数据采集模块，用于为工控机采集检测数据；所述地面控制系统包括通信模块二和微处理器；所述通信模块一和通信模块二，用于本体控制系统和地面控制系统之间的通讯。

5.根据权利要求4所述的基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，其特征在于：所述通信模块一包括无线数传单元和视频图像发射单元；所述通信模块二包括无线数传单元和视频图像接收单元；所述无线数传单元，用于进行控制通讯；所述视频图像发射单元和视频图像接收单元分别进行视频图像数据的发送和接收。

6.根据权利要求4所述的基于无人机的输电线巡检机器人控制系统，其特征在于：所述数据采集模块包括数据采集卡和传感器组。

7.一种基于无人机的输电线巡检机器人控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：当接收到巡检开始指令，将无人机和巡检机器人通过牵引线连接，无人机上升，无人机通过定位装置找到目标输电线的位置，到达输电线上方，调整无人机的姿态，将巡检机器人的行走轮和输电线对应接触，巡检机器人停放在输电线上；

B：开启巡检机器人，驱动行走轮，工控机控制巡检机器人在输电线上巡检；

C：当检测到铁塔时，无人机将机器人向上提升，绕过铁塔，将机器人放在输电线上，继续巡检；

D：当巡检结束后，将机器人提起，离开输电线，同时定位降落点，控制无人机降落，同时将无人机和机器人之间的活动连接松开。

8.根据权利要求7所述基于无人机的输电线巡检机器人控制方法，其特征在于：在步骤B中，工控机控制巡检机器人的方法包括：S1：系统启动，工控机向电机驱动模块发出行走指令，电机驱动模块作用于电机，带动驱动轴转动，从而使行走轮移动；S2：当检测到输电线与水平面的夹角大于预设值时，工控机控制三个行走轮中一个行走轮固定于输电线上，其他行走轮向前移动，当三个行走轮之间的距离达到最小值时，最后的行走轮固定，其他轮向前移动，直到检测到输电线与水平面的夹角小于预设值时，三个行走轮同时驱动移动；S3：当前行走机构检测到有障碍物时，工控机控制摆动电机和摆动轴，将支撑臂向前或向后摆动，并驱动中行走机构和后行走机构的行走轮向前移动；当前行走机构越过障碍物，将支撑臂向下摆动；当中行走机构和后行走机构分别检测到障碍物时，重复前行走机构的控制。