CN110861073A - 基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统及方法 - Google Patents

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许宏伟
孔旭晖
何运华
周静波
虞鸿江
沈鑫
焦宗寒
代克顺
宋玉锋
杨雪滢
陈国坤
程雪婷
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Abstract

本申请公开了基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统及方法，设于机器人上的自主决策子系统，自主决策子系统包括相机组件和控制箱，相机组件包括分别固定于机器人前臂、中臂和后臂机构下部支架板上的第一、二、三相机，和固定于控制箱一端的第四相机；控制箱内设计算机、无线通讯模块、第一图像采集卡和视觉传感器，第一图像采集卡和视觉传感器的两端分别与相机组件、计算机连接，计算机与无线通讯模块连接。通过两两相机的配合，机器人在运动过程中可无死角的监控，及时发现障碍；通过第一采集卡和视频传感器采集各个相机的数据，计算机器人与障碍物之间的距离，计算机根据障碍物和距离，控制机器人完成越障，顺利到达指定位置，完成任务。

Description

基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统及方法
技术领域
本申请涉及电力设备维护领域，尤其涉及基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统及方法。
背景技术
架空高压输电线路缺陷检测和修复机器人，无论是在导线上运动还是导线的检测修复的位置标定都是需要一双眼睛作为视觉检测系统。传统的视觉检测系统通常通过一个摄像头或者肉眼观测机器人的运动情况。
但传统的视觉检测系统只通过一个摄像头或者肉眼观测机器人的运动情况，由于摄像头损坏，或者天气原因，一个摄像头或者肉眼无法及时发现障碍物的类型和尺寸，且无法及时检测出机器人与障碍物之间的距离，无法实现机器人自动完成越障。机器人无法顺利完成越障，则无法安全到达指定位置，并完成指定任务。因此，提出了基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统及方法。
发明内容
本申请提供基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统及方法，以解决传统的视觉检测系统无法实现机器人自动完成越障，无法安全到达指定位置的技术问题。
为了解决上述问题，本申请提供以下的技术方案：
基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统，包括设置于机器人上的自主决策子系统，自主决策子系统控制机器人运动，其中：机器人包括前臂机构、中臂机构、后臂机构，前臂机构、中臂机构和后臂机构均与自主决策子系统固定连接；自主决策子系统包括相机组件和控制箱，相机组件包括第一相机、第二相机、第三相机和第四相机，第一相机固定于前臂机构的下部支架板上，第二相机固定于中臂机构的下部支架板上，第三相机固定于后臂机构的下部支架板上，第四相机固定于控制箱的一端；控制箱内设置有计算机、无线通讯模块、第一图像采集卡和视觉传感器，第一图像采集卡和视觉传感器的第一端分别与相机组件通信连接，视觉传感器和第一图像采集卡的第二端分别与计算机的第一端通信连接，计算机的第二端与无线通讯模块电连接。
可选地，系统还包括人工辅助子系统，人工辅助子系统包括地面基站、无线传输模块和指令控制器，无线传输模块和指令控制器分别于地面基站通信连接，无线传输模块还与无线通讯模块通信连接。
可选地，控制箱内还设置有图像处理仪和第二图像采集卡，第二图像采集卡的第一端与相机组件通信连接，第二图像采集卡的第二端与图像处理仪的第一端通信连接，图像处理仪的第二端与计算机的第三端通过PCI总线连接。
可选地，第四相机的光轴方向与高压输电线路方向之间的夹角为30度。
可选地，第一相机、第二相机和第三相机的光轴均垂直于对应相机组件的下部支架板。
基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测方法，方法包括：第一采集卡获取相机组件拍摄的高压输电线路的环境图像，计算分析得出高压输电线路上的各种障碍物；视觉传感器获取相机组件拍摄的高压输电线路的视频数据，利用三维重构功能，得到机器人与障碍物之间的距离；计算机根据所述障碍物和所述距离，控制机器人完成越障工作。
有益效果：本申请提供了基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统，该系统包括设置于机器人上的自主决策子系统，自主决策子系统控制机器人运动。使用过程中，自主决策子系统根据机器人与高压输电线路上的位置，控制机器人运动。为了方便自动决策子系统控制机器人运动，机器人包括前臂机构、中臂机构、后臂机构，前臂机构、中臂机构和后臂机构均与自主决策子系统固定连接；自主决策子系统包括相机组件和控制箱，相机组件包括第一相机、第二相机、第三相机和第四相机，第一相机固定于前臂机构的下部支架板上，第二相机固定于中臂机构的下部支架板上，第三相机固定于后臂机构的下部支架板上，第四相机固定于控制箱的一端。使用过程中，第一相机、第二相机和第三相机两两协同监控，实现机器人在输电线路运动过程中无死角的监控，便于及时发现障碍物，并发送给控制箱，方便控制箱及时进行自主决策，提高检测的准确性。为了方便控制箱进行自主决策，控制箱内设置有计算机、无线通讯模块、第一图像采集卡和视觉传感器，第一图像采集卡和视觉传感器的第一端分别与相机组件通信连接，视觉传感器和第一图像采集卡的第二端分别与计算机的第一端通信连接，计算机的第二端与无线通讯模块电连接。使用过程中，首先，第一图像采集卡获取相机组件拍摄的高压输电线路的环境图像，计算分析得出高压输电线路上的各种障碍物。其次，视觉传感器获取相机组件拍摄的高压输电线路的视频数据，利用三维重构功能，得到机器人与障碍物之间的距离。最后，计算机根据各种障碍物和机器人与障碍物之间的距离，控制机器人完成越障工作。本申请中，在机器人上设置多个相机，通过两两相机的配合，实现机器人在输电线路运动过程中无死角的监控，便于及时发现障碍；且通过第一采集卡和视频传感器采集各个相机的数据，计算出机器人与障碍物之间的距离，并发送给计算机，计算机根据障碍物和机器人与障碍物之间的距离，控制机器人自动完成越障，顺利到达指定位置，完成指定任务。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为申请提供的基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统的结构示意图；
图2为申请提供的控制箱的结构示意图；
图3为申请提供的人工辅助子系统的结构示意图；
附图说明：1-机器人，2-自主决策子系统，3-人工辅助子系统，11-前臂机构，12-中臂机构，13-后臂机构，21-相机组件，22-控制箱，31-地面基站，32-无线传输模块，33-指令控制器，211-第一相机，212-第二相机，213-第三相机，214-第四相机，221-计算机，222-无线通讯模块，223-第一图像采集卡，224-视觉传感器，225-图像处理仪，226-第二图像采集卡，227-PCI总线。
具体实施方式
图1，为本申请提供的基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统的结构示意图；
图2，为本申请提供的控制箱的结构示意图；图3，为本申请提供的人工辅助子系统的结构示意图；参见图1、图2和图3，可知，本申请提供了基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统，该系统包括设置于机器人1上的自主决策子系统2，自主决策子系统2控制机器人1运动。使用过程中，自主决策子系统2根据机器人1与高压输电线路上的位置，控制机器人1运动。为了方便自动决策子系统2控制机器人1运动，机器人1包括前臂机构11、中臂机构12、后臂机构13，前臂机构11、中臂机构12和后臂机构13均与自主决策子系统2固定连接；自主决策子系统2包括相机组件21和控制箱22，相机组件21包括第一相机211、第二相机212、第三相机213和第四相机214，第一相机211固定于前臂机构11的下部支架板上，第二相机212固定于中臂机构12的下部支架板上，第三相机213固定于后臂机构13的下部支架板上，第四相机214固定于控制箱22的一端。使用过程中，第一相机211、第二相机212和第三相机213两两协同监控，实现机器人1在输电线路运动过程中无死角的监控，便于及时发现障碍物，并发送给控制箱22，方便控制箱22及时进行自主决策，提高检测的准确性。为了方便控制箱22进行自主决策，控制箱22内设置有计算机221、无线通讯模块222、第一图像采集卡223和视觉传感器224，第一图像采集卡223和视觉传感器224的第一端分别与相机组件21通信连接，视觉传感器224和第一图像采集卡223的第二端分别与计算机221的第一端通信连接，计算机221的第二端与无线通讯模块222电连接。使用过程中，首先，第一图像采集卡223获取相机组件21拍摄的高压输电线路的环境图像，计算分析得出高压输电线路上的各种障碍物。其次，视觉传感器224获取相机组件21拍摄的高压输电线路的视频数据，利用三维重构功能，得到机器人1与障碍物之间的距离。最后，计算机221根据各种障碍物和机器人1与障碍物之间的距离，控制机器人1完成越障工作。本申请中，在机器人1上设置多个相机，通过两两相机的配合，实现机器人1在输电线路运动过程中无死角的监控，便于及时发现障碍；且通过第一采集卡223和视频传感器224采集各个相机的数据，计算出机器人1与障碍物之间的距离，并发送给计算机221，计算机221根据障碍物和机器人1与障碍物之间的距离，控制机器人1自动完成越障，顺利到达指定位置，完成指定任务。
当前方遇到复杂或者特殊情况时，此时机器人1不能自动、准备第完成系统交给的任务，为了解决这个问题，本实施例中，系统还包括人工辅助子系统3，人工辅助子系统3包括地面基站31、无线传输模块32和指令控制器33，无线传输模块32和指令控制器33分别于地面基站31通信连接，无线传输模块32还与无线通讯模块222通信连接。使用过程中，自动决策子系统2中的计算机221通过无线通讯模块222和无线传输模块32向地面基站31发送报警信息，并将相机组件21拍摄到的视频数据发送给地面基站31，寻求地面人员干预。获得人工遥控操作后，地面基站31发出指令给指令控制器33，指令控制器33执行下一步动作，实现人机结合，帮助机器人1成功越障。
为了计算机221获取更为清晰的图像，本实施例中，控制箱22内还设置有图像处理仪225和第二图像采集卡226，第二图像采集卡226的第一端与相机组件21通信连接，第二图像采集卡226的第二端与图像处理仪225的第一端通信连接，图像处理仪225的第二端与计算机221的第三端通过PCI总线227连接。使用过程中，第二图像采集卡226获取相机组件21的图片，并将图片发送给图像处理仪225进行深度处理，获取清晰度高的图片。清晰度高的图片通过PCI总线227传输给计算机221中。
为了得到更为准确的障碍物所处的环境图像，本实施例中，第四相机214的光轴方向与高压输电线路方向之间的夹角为30度。第四相机214的光轴方向与高压输电线路方向之间的夹角为30度，不但可以拍摄到障碍物，而且拍摄背景是以天空为主的工作背景，而背景单调的图像可以减少背景对前景目标识别的干扰、降低识别复杂度。
为了准确获取机器人1的各个臂机构末端的行走机构，本实施例中，第一相机211、第二相机212和第三相机213的光轴均垂直于对应相机组件21的下部支架板。使用过程中，第一相机211用于跟踪前臂机构11末端的行走机构，同时观测中臂机构12与输电线路的位置关系；第二相机212用于跟踪中臂机构12末端的行走机构，同时观测前臂机构11与输电线路的位置关系和后臂机构13与输电线路的位置关系；第三相机213用于跟踪后臂机构13末端的行走机构，同时观测中臂机构12与输电线路的位置关系，为机器人1的臂动作的视觉伺服控制准备条件。
本申请除了提供了基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统外，还提供了基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测方法，方法包括：
S01：第一采集卡获取相机组件拍摄的高压输电线路的环境图像，计算分析得出高压输电线路上的各种障碍物。
第一采集卡分别采集第一相机、第二相机、第三相机和第四相机拍摄的高压输电线路的环境图像。
S02：视觉传感器获取相机组件拍摄的高压输电线路的视频数据，利用三维重构功能，得到机器人与障碍物之间的距离。
S03：计算机根据障碍物和距离，控制机器人完成越障工作。
障碍物包括障碍物的类型和大小，距离为机器人与障碍物之间的距离。
计算机根据障碍物和距离，控制机器人的前臂、后臂和中臂转动，实现机器人自动完成越障工作。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的实施方案后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未使用的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测系统，其特征在于，包括设置于机器人(1)上的自主决策子系统(2)，所述自主决策子系统(2)控制所述机器人(1)运动，其中：
所述机器人(1)包括前臂机构(11)、中臂机构(12)、后臂机构(13)，所述前臂机构(11)、所述中臂机构(12)和所述后臂机构(13)均与所述自主决策子系统(2)固定连接；
所述自主决策子系统(2)包括相机组件(21)和控制箱(22)，所述相机组件(21)包括第一相机(211)、第二相机(212)、第三相机(213)和第四相机(214)，所述第一相机(211)固定于所述前臂机构(11)的下部支架板上，所述第二相机(212)固定于所述中臂机构(12)的下部支架板上，所述第三相机(213)固定于所述后臂机构(13)的下部支架板上，所述第四相机(214)固定于所述控制箱(22)的一端；
所述控制箱(22)内设置有计算机(221)、无线通讯模块(222)、第一图像采集卡(223)和视觉传感器(224)，所述第一图像采集卡(223)和所述视觉传感器(224)的第一端分别与所述相机组件(21)通信连接，所述视觉传感器(224)和所述第一图像采集卡(223)的第二端分别与所述计算机(221)的第一端通信连接，所述计算机(221)的第二端与所述无线通讯模块(222)电连接。
2.根据权利要求1所述的视觉检测系统，其特征在于，所述系统还包括人工辅助子系统(3)，所述人工辅助子系统(3)包括地面基站(31)、无线传输模块(32)和指令控制器(33)，所述无线传输模块(32)和所述指令控制器(33)分别于所述地面基站(31)通信连接，所述无线传输模块(32)还与所述无线通讯模块(222)通信连接。
3.根据权利要求1所述的视觉检测系统，其特征在于，所述控制箱(22)内还设置有图像处理仪(225)和第二图像采集卡(226)，所述第二图像采集卡(226)的第一端与所述相机组件(21)通信连接，所述第二图像采集卡(226)的第二端与所述图像处理仪(225)的第一端通信连接，所述图像处理仪(225)的第二端与所述计算机(221)的第三端通过PCI总线(227)连接。
4.根据权利要求1所述的视觉检测系统，其特征在于，所述第四相机(214)的光轴方向与所述高压输电线路方向之间的夹角为30度。
5.根据权利要求1所述的视觉检测系统，其特征在于，所述第一相机(211)、所述第二相机(212)和所述第三相机(213)的光轴均垂直于对应所述相机组件(21)的下部支架板。
6.基于架空高压输电线路的机器人的视觉检测方法，其特征在于，基于权利要求1-5中任一所述的控制系统，所述方法包括：
第一采集卡获取相机组件拍摄的高压输电线路的环境图像，计算分析得出高压输电线路上的各种障碍物；
视觉传感器获取相机组件拍摄的高压输电线路的视频数据，利用三维重构功能，得到机器人与障碍物之间的距离；
计算机根据所述障碍物和所述距离，控制机器人完成越障工作。
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