CN110676753B - 输电线路智能巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输电线路智能巡检机器人，包括：控制箱体、摄像头、曲臂和行走装置；摄像头设置在控制箱体的底部，用于采集输电线路的图像；曲臂的一端与控制箱体固定连接，另一端与行走装置连接；行走装置中，第一行走轮和第二行走轮设置在驱动轮轴上，第一行走轮用于在输电线路上行走；第二行走轮分别设置在第一行走轮的两侧，用于在设置于输电线路上的避障桥上行走；驱动电机与驱动轮轴连接，通过驱动轮轴带动第一行走轮和第二行走轮转动。控制箱体内设置有中央控制模块，中央控制模块用于控制行走装置和摄像头。本发明实现了巡检机器人在输电线路上的避障操作，有效地扩大了巡检机器人的巡检范围，间接提高了巡检机器人的性能。

Description

输电线路智能巡检机器人

技术领域

本发明涉及输电线路巡检技术领域，特别是输电线路智能巡检机器人。

背景技术

目前，随着电力网络的发展，输电线路的铺设已经遍布城市、郊区的大部分地方；输电线路作为供电网络中重要的设备之一，其维修保养的重要程度十分高；

随着智能设备的发展，采用智能设备代替人工进行输电线路的巡检是巡检技术的发展趋势，现有技术中，也已经出现了一些针对输电线路的智能巡检机器人，其中包括了以悬挂在输电线路上进行输电线路巡检的悬挂式机器人；但是市面上的悬挂式巡检机器人，其避障能力差，仅能在输电杆塔之间的一小段输电线路中来回巡检，巡检范围不能满足大规模电力网络的发展需要。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供输电线路智能巡检机器人。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供一种输电线路智能巡检机器人，包括：控制箱体、摄像头、曲臂和行走装置；其中，摄像头设置在控制箱体的底部，用于采集输电线路的图像；曲臂的一端与控制箱体固定连接，另一端与行走装置连接；行走装置包括驱动电机，驱动轮轴，第一行走轮和第二行走轮；其中，第一行走轮和第二行走轮设置在驱动轮轴上，第一行走轮用于在输电线路上行走；第二行走轮分别设置在第一行走轮的两侧，用于在设置于输电线路上的避障桥上行走；驱动电机与驱动轮轴连接，通过驱动轮轴带动第一行走轮和第二行走轮转动。控制箱体内设置有中央控制模块，中央控制模块用于控制行走装置和摄像头。

在一种实施方式中，控制箱体侧面还设有无线充电感应装置，用于与输电铁塔上的机器人驻留巢穴中的无线充电装置配合实现对机器人的充电。

在一种实施方式中，控制箱体中还设置有无线通信模块，

无线通信模块与中央控制模块连接，用于接收管理终端发出的控制指令，以及将机器人采集的图像数据发送到控制终端。

在一种实施方式中，控制箱体的上表面设置后遮雨挡板。

在一种实施方式中，控制箱体的上表面设置有太阳能充电板，太阳能充电板与机器人的电源模块连接，用于进行太阳能充电。

在一种实施方式中，控制箱体的上表面和侧表面覆盖有防电干扰射材料。

在一种实施方式中，控制箱体的表面还设置有指示灯。

在一种实施方式中，控制控制箱体中设置有温度传感器，用于采集机器人的温度数据。

在一种实施方式中，控制箱体上设置有湿度传感器，用于采集机器人所在工作环境的湿度数据。

在一种实施方式中，控制箱体中还设置有定位单元，用于获取机器人的定位信息。

在一种实施方式中，中央控制模块包括行走控制单元，

行走控制单元用于根据设定的规则自动控制机器人在输电线上行走，或者根据接收的控制指令控制机器人在输电线上行走。

在一种实施方式中，中央控制模块还包括图像增强单元和图像检测单元，

图像增强单元用于对摄像头获取的输电线路图像进行增强处理，输出增强处理后的输电线路图像；

图像检测单元用于对增强处理后的输电线路图像进行质量检测，当输出的质量检测结果达到设定的阈值时，控制机器人将增强处理后的输电线路图像发送到控制终端；否则，控制摄像头重新获取输电线路图像。

在一种实施方式中，图像增强单元，对摄像头获取的输电线路图像进行增强处理，输出增强处理后的输电线路图像，具体包括：

对获取的输电线路图像进行清晰度增强处理，包括：

1)获取输电线路图像的暗通道图，并根据暗通道图获取大气光值估计A；

2)根据暗通道图和大气光值估计计算大气透射率t(x)；

3)根据大气光值估计A和透射率t(x)对输电线路图像进行清晰度增强处理，输出增强处理后的输电线路图像。

本发明的有益效果为：在传统的悬挂式巡检机器人的基础上，通过设置驱动轮轴同轴驱动第一行走轮和第二行走轮，在一般巡检时，第一行走轮与输电线路配合，使得机器人沿输电线路行走；当遇到障碍物如防震锤或输电铁塔等时，第二行走轮可以与设置在输电线路上的避障桥配合，使得巡检机器人在脱离输电线路在避障桥上行走，当跨越障碍物后重新落到输电线路上。实现了巡检机器人在输电线路上的避障操作，能够有助于巡检机器人突破巡检范围的限制，有效地扩大了巡检机器人的巡检范围，间接提高了巡检机器人的性能。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的结构图；

图2为本发明中避障桥的结构图；

图3为本发明中央控制模块的框架结构图。

附图标记：

1-控制箱体，2-摄像头，3-曲臂，4-行走装置，5-遮雨挡板，6-指示灯，10-中央控制模块，11-无线充电感应装置，12-无线通信模块，13-太阳能充电板，14-温度传感器，15-湿度传感器，16-定位单元，17-行走控制单元，18-图像增强单元，19-图像检测单元，41-驱动电机，42-驱动轮轴，43-第一行走轮，44-第二行走轮，90-输电线路，91-避障桥，93-防震锤，910-避障轨道，

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1和图3，提供一种输电线路智能巡检机器人，包括：控制箱体1、摄像头2、曲臂3和行走装置4；其中，摄像头2设置在控制箱体1的底部，用于采集输电线路的图像；曲臂3的一端与控制箱体1固定连接，另一端与行走装置4连接；行走装置4包括驱动电机41，驱动轮轴42，第一行走轮43和第二行走轮44；其中，第一行走轮43和第二行走轮44设置在驱动轮轴42上，第一行走轮43用于在输电线路上行走；第二行走轮44分别设置在第一行走轮43的两侧，用于在设置于输电线路上的避障桥上行走；驱动电机41与驱动轮轴42连接，通过驱动轮轴42带动第一行走轮43和第二行走轮44转动。控制箱体1内设置有中央控制模块10，中央控制模块10用于控制行走装置4和摄像头2。

本发明上述实施方式，在传统的悬挂式巡检机器人的基础上，通过设置驱动轮轴42同轴驱动第一行走轮43和第二行走轮44，在一般巡检时，第一行走轮43与输电线路配合，使得机器人沿输电线路行走；当遇到障碍物如防震锤或输电铁塔等时，第二行走轮44可以与设置在输电线路上的避障桥配合，使得巡检机器人在脱离输电线路在避障桥上行走，当跨越障碍物后重新落到输电线路上。实现了巡检机器人在输电线路上的避障操作，能够有助于巡检机器人突破巡检范围的限制，有效地扩大了巡检机器人的巡检范围，间接提高了巡检机器人的性能。

其中，参见图2，上述避障桥91为设置在输电线路90上，其包括两条避障轨道910分别设置在输电线路90两侧，两条避障轨道910设置成桥型跨越障碍物(如防震锤93)；巡检机器人在输电线路90上行走时，其上的第一行走轮43落在输电线路90上行走，此时第二行走轮44为悬空状态；当巡检机器人行走到避障桥91的边缘时，第二行走轮44分别与避障轨道910接触，并沿避障轨道910向上行走，此时第一行走轮43脱离输电线路90；当巡检机器人在避障桥91上行走时，其上的第二行走轮44分别落在避障轨道910上行走，此时第一行走轮43为悬空状态；当越障结束后，行走机器人从避障桥91上重新落到输电线路90上，此时第二行走轮44沿着避障桥91向下行走，使得第一行走轮43落在输电线路90上行走。

同时，配合曲臂的设置，能够最大限度地避开输电铁塔等障碍。

在一种实施方式中，控制箱体1侧面还设有无线充电感应装置11，用于与输电铁塔上的机器人驻留巢穴中的无线充电装置配合实现对机器人的充电。

为了解决巡检机器人的充电问题，在输电铁塔上设置有机器人驻留巢，该驻留巢上设置有无线充电装置，该无线充电装置设置的位置与巡检机器人中的无线充电感应装置相适应，当巡检机器人停留在驻留巢时，巡检机器人中的无线充电感应装置检测到驻留巢中的无线充电装置，无线充电装置对巡检机器人进行充电，能够有效的解决了巡检机器人的续航问题，为巡检机器人的高效运作提供保障。

在一种实施方式中，控制箱体1中还设置有无线通信模块12，

无线通信模块12与中央控制模块10连接，用于接收管理终端发出的控制指令，以及将机器人采集的图像数据发送到控制终端。

通过控制终端，可以与巡检机器人进行无线通信连接，向巡检机器人发送控制指令，以及接收由巡检机器人采集的数据(如图像数据、温度数据、湿度数据，或机器人运行状态数据等)，实现巡检机器人的远程操控，方便使用。

在一种实施方式中，控制箱体1的上表面设置后遮雨挡板5，通过遮雨挡板能够避免巡检机器人因大雨造成的影响。

在一种实施方式中，控制箱体1的上表面设置有太阳能充电板13，太阳能充电板13与机器人的电源模块连接，用于进行太阳能充电。

在一种实施方式中，控制箱体1的上表面和侧表面覆盖有防电干扰射材料，有效降低工作环境中高压线对巡检机器人控制箱体内的智能模块或摄像头造成的电磁干扰。

在一种实施方式中，控制箱体的表面还设置有指示灯6。

优选地，该指示灯6设置在控制箱体的下表面的四个边角上，用于在夜间工作时标识或提示巡检机器人所在的位置。

在一种实施方式中，控制控制箱体1中设置有温度传感器14，用于采集机器人的温度数据。

在一种实施方式中，控制箱体1上设置有湿度传感器15，用于采集机器人所在工作环境的湿度数据。

在一种实施方式中，控制箱体1中还设置有定位单元16，用于获取机器人的定位信息。

巡检机器人中设置温度传感器、湿度传感器对机器人的工作环境进行检测，当遇到高温或者大雨的天气时，可设置巡检机器人自动返回驻留巢中待机，避免巡检机器人在环境恶劣的情况下继续工作，增加巡检机器人的损耗程度。

在一种实施方式中，中央控制模块10包括行走控制单元17，

行走控制单元17用于根据设定的规则自动控制机器人在输电线上行走，或者根据接收的控制指令控制机器人在输电线上行走。

巡检机器人的工作模式包括自动巡检模式、手动控制巡检模式以及返回充电模式；

其中自动巡检模式为根据预设的巡检规则，巡检机器人自动执行输电线路巡检工作；

手动控制巡检模式为根据从管理终端发送的控制指令，巡检机器人执行控制指令相应的操作；

返回充电模式为当巡检机器人检测到剩余电量低于设定的阈值时，自动返回驻留巢进行充电。

在一种实施方式中，所述摄像头2包括可见光摄像头和红外摄像头。

在一种实施方式中，所述摄像头2上设置有照明单元。

在一种实施方式中，中央控制模块10还包括图像增强单元18和图像检测单元19，

图像增强单元18用于对摄像头2获取的输电线路图像进行增强处理，输出增强处理后的输电线路图像；

图像检测单元19用于对增强处理后的输电线路图像进行质量检测，当输出的质量检测结果达到设定的阈值时，控制机器人将增强处理后的输电线路图像发送到控制终端；否则，控制摄像头2重新获取输电线路图像。

当巡检机器人的可见光摄像头采集到输电线路图像时，中央控制模块首先对采集的图像进行增强处理，并对增强处理后的图像进行质量检测，当检测到图像质量不达标时，控制巡检机器人重新采集输电线路图像；例如：通过图像的边缘信息检测图像的清晰度，若检测到图像过于模糊时，则控制摄像头重新对焦采集并冲新采集输电线路图像。

在一种实施方式中，图像增强单元18，对摄像头2获取的输电线路图像进行增强处理，输出增强处理后的输电线路图像，具体包括：

对获取的输电线路图像进行清晰度增强处理，包括：

1)获取输电线路图像的暗通道图，并根据暗通道图获取大气光值估计A；

2)根据暗通道图和大气光值估计计算大气透射率t(x)；

3)根据大气光值估计A和透射率t(x)对输电线路图像进行清晰度增强处理，输出增强处理后的输电线路图像。

针对原始采集的输电线路图像的质量参差不齐，因此如果直接对输电线路图像进行质量检测可能会难以筛选出质量达标的图像，实际上，存在某些输电线路图像虽然原始图像的质量并不达标，但通过简单的增强处理后便可消除缺陷，而实际上，如果图像在增强处理后是清晰的话，该图像是可以被使用的。因此，首先对采集的图像进行上述清晰度增强处理，改善输电线路图像因环境影响造成的清晰度问题，之后再对增强后的图像进行质量检测，能够降低图像质量检测的灵敏性，避免了可能存在的“假判”问题，间接了提高了质量检测的适应性。

由于输电线路图像通常设置在户外的半空中，因此采集输电线路图像时，无法避免采集的过程要对着天空，因此采集图像的过程中容易收到太阳光直射的影响，导致图像不清晰；因此，采用上述方式对图像进行增强处理，首先估计大气光值，并且估算大气透射率，然后根据大气光值和大气透射率对图像进行增强处理，能够有效去除因太阳光直射造成的清晰度问题，提高图像质量，为之后客观的质量检测奠定基础。

在一种实施方式中，图像增强单元18中，根据暗通道图获取大气光值估计A，包括：

选取暗通道图中像素点的灰度值最大值作为大气光值估计。

在一种实施方式中，图像增强单元18中，根据暗通道图获取大气光值估计A，具体包括：

1)构建一个3×3的窗口，并延该窗口的长和宽的方向各延伸一个该窗口，形成一个“十”字型的活动窗口；

2)采用该活动窗口依次遍历暗通道图，并计算活动窗口中包含像素点的灰度均值，按照灰度均值从大到小生成区域序列Z＝{Z₁,Z₂,…,Z_n,…,Z_N}，其中，Z_n表示灰度均值大小排第n的活动窗口所包含的区域；

3)获取区域序列中灰度均值最大的区域Z₁，获取区域Z₁中灰度值最大的像素点(a,b)，并获取该像素点(a,b)在原输电线路图像中对应的大气光判别因子E(a,b)，其中:

式中，E(a,b)表示像素点(a,b)的大气光判别因子，r，g，g分别表示原输电线路图像中像素点(a,b)的R、G、B通道图的灰度值，H表示原输电线路图像中像素点(a,b)的灰度值，k表示偏离系数因子；

4)将像素点(a,b)的大气光判别因子E(a,b)和设定的阈值s比较，当E(a,b)＜s时，将原输电线路图像中该像素点(a,b)的灰度值H(a,b)作为所述大气光值估计A；否则，将区域Z₁从区域序列Z中剔除，并重复步骤(3)和(4)。

优选地，k＝5，s＝36。

由于输电线路图像通常设置在户外的半空中，因此采集输电线路图像时，无法避免采集的过程要对着天空，因此采集图像的过程中容易收到太阳光直射的影响，导致图像不清晰；因此，采用上述的方式估计输电线路的大气光值，能够通过图像中亮度较大的区域，估计输电线路图像在采集过程中受到的太阳光照影响，在获取目标区域后，采用该区域R、G、B通道图作为参考依据，进一步判定该亮度较大的地方是否属于太阳光影响(是否为图像中的天空区域)，避免了仅通过亮度较大，但实际可能不是太阳光影响而误判的情况，提高了大气光估计的准确度。

在一种实施方式中，图像增强单元18中，根据暗通道图和大气光值估计计算大气透射率t(x)，具体包括：

采用改进的大气透射率函数计算大气透射率t(x)：

式中，t(x,y)表示像素点(x,y)的大气透射率，δ表示R、G、B通道中的一种，(x_F,y_F)表示像素点(x,y)的暗通道邻域中灰度值最高的像素点，min_δ∈{R,G,B}(I^δ(x_F,y_F))表示像素点(x_F,y_F)的R、G、B通道灰度值中的最小值，(x_D,y_D)表示像素点(x,y)的暗通道邻域中灰度值最低的像素点，min_δ∈{R,G,B}(I^δ(x_D,y_D))表示像素点(x_D,y_D)的R、G、B通道灰度值中的最小值，A表示大气光值估计，w表示调节因子，Ψ_x,y表示像素点(x,y)的邻域，

表示像素点(x,y)的邻域中所有像素点的R、G、B通道灰度值中的最小值，

表示像素点(x,y)的邻域中所有像素点的R、G、B通道灰度值的均值，τ表示透射率补偿因子。

在获取了大气光值估计后，获取输电线路图像中每个像素点的大气透射率，依据像素点邻域的R、G、B通道灰度值，准确判断该像素点受到太阳光照影响的程度，为消除图像中的太阳光照影响，提高图像清晰度奠定了基础。

在一种实施方式中，图像增强单元18中，根据所述大气光值估计A和透射率t(x)以及基于退化模型对输电线路图像进行清晰度增强处理，具体包括：

其中采用的清晰度增强函数为：

式中，J(x,y)表示增强处理后输电线路图像中像素点(x,y)的灰度值，I(x,y)表示像素点(x,y)的增强处理前输电线路图像中像素点(x,y)的灰度值，A表示大气光值估计，t(x,y)表示像素点(x,y)的大气透射率，t₀表示设定的大气透射率阈值。

最后依据获取的大气光值估计以及像素点的大气透射率估计，采用上述改进的清晰度增强函数对图像进行清晰度增强处理，能够分别对图像中每个像素点进行清晰度增强，解决因图像采集过程中因受到强烈的太阳光照影响而造成的图像不清晰的问题，提高了图像的可读性和清晰度，为之后巡检机器人将清晰的图像传输到控制终端供管理人员准确获取图像中的信息提供了保证。

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分析，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.输电线路智能巡检机器人，其特征在于，包括：控制箱体、摄像头、曲臂和行走装置；其中，

所述摄像头设置在所述控制箱体的底部，用于采集输电线路的图像；

所述曲臂的一端与所述控制箱体固定连接，另一端与所述行走装置连接；

所述行走装置包括驱动电机，驱动轮轴，第一行走轮和第二行走轮；

其中，所述第一行走轮和第二行走轮设置在驱动轮轴上，

所述第一行走轮用于在输电线路上行走；

所述第二行走轮分别设置在第一行走轮的两侧，用于在设置于输电线路上的避障桥上行走；

所述驱动电机与驱动轮轴连接，通过驱动轮轴带动所述第一行走轮和第二行走轮转动；

所述控制箱体内设置有中央控制模块，所述中央控制模块用于控制所述行走装置和摄像头；

其中，所述中央控制模块还包括图像增强单元和图像检测单元，

所述图像增强单元用于对所述摄像头获取的输电线路图像进行增强处理，输出增强处理后的输电线路图像；

所述图像检测单元用于对所述增强处理后的输电线路图像进行质量检测，当输出的质量检测结果达到设定的阈值时，控制机器人将所述增强处理后的输电线路图像发送到控制终端；否则，控制所述摄像头重新获取输电线路图像；

所述图像增强单元，对所述摄像头获取的输电线路图像进行增强处理，输出增强处理后的输电线路图像，具体包括：

对获取的输电线路图像进行清晰度增强处理，包括：

1)获取输电线路图像的暗通道图，并根据暗通道图获取大气光值估计A；

2)根据暗通道图和大气光值估计计算大气透射率t(x)；

3)根据所述大气光值估计A和透射率t(x)对输电线路图像进行清晰度增强处理，输出增强处理后的输电线路图像；

所述图像增强单元中，根据暗通道图获取大气光值估计A，具体包括：

1)构建一个3×3的窗口，并延该窗口的长和宽的方向各延伸一个该窗口，形成一个“十”字型的活动窗口；

2)采用该活动窗口依次遍历暗通道图，并计算活动窗口中包含像素点的灰度均值，按照灰度均值从大到小生成区域序列Z＝{Z₁,Z₂,…,Z_n,…,Z_N}，其中，Z_n表示灰度均值大小排第n的活动窗口所包含的区域；

3)获取区域序列中灰度均值最大的区域Z₁，获取区域Z₁中灰度值最大的像素点(a,b)，并获取该像素点(a,b)在原输电线路图像中对应的大气光判别因子E(a,b)，其中:

式中，E(a,b)表示像素点(a,b)的大气光判别因子，r，g，b分别表示原输电线路图像中像素点(a,b)的R、G、B通道图的灰度值，H表示原输电线路图像中像素点(a,b)的灰度值，k表示偏离系数因子；

4)将像素点(a,b)的大气光判别因子E(a,b)和设定的阈值s比较，当E(a,b)<s时，将原输电线路图像中该像素点(a,b)的灰度值H(a,b)作为所述大气光值估计A；否则，将区域Z₁从区域序列Z中剔除，并重复步骤(3)和(4)。

2.根据权利要求1所述的输电线路智能巡检机器人，其特征在于，所述控制箱体侧面还设有无线充电感应装置，用于与输电铁塔上的机器人驻留巢穴中的无线充电装置配合实现对机器人的充电。

3.根据权利要求1所述的输电线路智能巡检机器人，其特征在于，所述控制箱体中还设置有无线通信模块，

所述无线通信模块与所述中央控制模块连接，用于接收管理终端发出的控制指令，以及将机器人采集的图像数据发送到控制终端。

4.根据权利要求1所述的输电线路智能巡检机器人，其特征在于，所述控制箱体的上表面设置后遮雨挡板；和/或

所述控制箱体的上表面设置有太阳能充电板，所述太阳能充电板与机器人的电源模块连接，用于进行太阳能充电。

5.根据权利要求1所述的输电线路智能巡检机器人，其特征在于，所述控制箱体的上表面和侧表面覆盖有防电干扰射材料。

6.根据权利要求1所述的输电线路智能巡检机器人，其特征在于，所述控制控制箱体中设置有温度传感器，用于采集机器人的温度数据；和/或

所述控制箱体上设置有湿度传感器，用于采集机器人所在工作环境的湿度数据；和/或

所述控制箱体中还设置有定位单元，用于获取机器人的定位信息。

7.根据权利要求1所述的输电线路智能巡检机器人，其特征在于，所述中央控制模块包括行走控制单元，

所述行走控制单元用于根据设定的规则自动控制机器人在输电线上行走，或者根据接收的控制指令控制机器人在输电线上行走。

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