CN111421559A - 便携式电缆探伤机器人系统 - Google Patents
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Abstract
一种便携式电缆探伤机器人系统。其包括高清防抖摄像机、树莓派、LED灯、舵机云台、跟随摄像头、红外热成像摄像头、超声波传感器、主控板、电机驱动板、电源、电机、车体、支撑台、GPS模块和路程计算模块；本发明提供的便携式电缆探伤机器人系统具有如下有益效果：具有便捷灵活的特点，可取代人工巡检，满足变电站电缆沟日常大量的电缆巡检工作要求，提高了工作效率，节省大量的人力物力，降低运行成本。同时有力保障了变电站供电可靠性，为变电站后期电缆运行管理的大数据分析打下良好的基础。
Description
技术领域
本发明属于机器人结构技术领域，特别是涉及一种便携式电缆探伤机器人系统。
背景技术
目前国内外电缆故障检测技术大体可分为在线检测和离线检测两种方式，离线检测就是将电力电缆退出运行状态，然后通过电桥法、直流闪络法、脉冲注入法等多种离线监测方法来分析电缆状况，但离线式检测方法需要停电数小时，因此在对于用电可靠性要求越来越高的社会现状下，此方法不适用作日常检测方法。在线式检测方法即带电检测，无需电网停电就可实现在实际运行环境中对电缆状况的监测，其中对于电缆温度监测是重要检测手段之一，目前该部分检测技术是运用铺设分布式光纤测温系统来测量电缆护套温度，通过计算获得导体温度，进而通过导体温度来判断电缆故障类型，但其具有对各类缺陷造成局部温升不敏感，易受环境温度、湿度等因此影响，损坏率高，铺设投资大等缺点。
随着计算机视觉技术的发展，图像处理技术也逐渐运用在电缆检测领域，但目前尚未发现该技术在电缆故障检测方面的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种便携式电缆探伤机器人系统。
为了达到上述目的，本发明提供的便携式电缆探伤机器人系统包括高清防抖摄像机、树莓派、LED灯、舵机云台、跟随摄像头、红外热成像摄像头、超声波传感器、主控板、电机驱动板、电源、电机、车体、支撑台、GPS模块和路程计算模块；其中车体采用履带式结构；支撑台的下端固定在车体的顶面边缘；高清防抖摄像机、树莓派、LED灯和舵机云台安装在支撑台的顶面上；跟随摄像头和红外热成像摄像头安装在舵机云台上；多个超声波传感器分别安装在车体的前端面及左右侧面上；主控板、电机驱动板、电源、电机、GPS模块和路程计算模块均安装在车体的顶面上，其中电机的输出轴与车体两侧的驱动轮相连；主控板分别与超声波传感器、GPS模块和路程计算模块电连接，同时通过电机驱动板与电机电连接；树莓派分别与高清防抖摄像机、舵机云台、跟随摄像头和红外热成像摄像头电连接；电源用于为本系统中各用电部件供电。
所述的便携式电缆探伤机器人系统还包括上位机，主控板和树莓派分别以无线方式与上位机相连接。
所述的主控板采用STM32开发板。
所述的超声波传感器共设置八个，其中四个并排安装在车体的前端面上，车体的左右侧面前后端分别安装一个超声波传感器。
所述的车体的主体采用不锈钢材料制成，履带采用塑料材质。
所述的电源采用12V大容量聚合物锂电池。
本发明提供的便携式电缆探伤机器人系统具有如下有益效果：
具有便捷灵活的特点，可取代人工巡检，满足变电站电缆沟日常大量的电缆巡检工作要求，提高了工作效率，节省大量的人力物力，降低运行成本。同时有力保障了变电站供电可靠性，为变电站后期电缆运行管理的大数据分析打下良好的基础。
附图说明
图1为本发明提供的便携式电缆探伤机器人系统下部结构立体图。
图2为本发明提供的便携式电缆探伤机器人系统上部结构立体图。
图3为本发明提供的便携式电缆探伤机器人系统电气部件构成框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的便携式电缆探伤机器人系统详细说明。
如图1-图3所示，本发明提供的便携式电缆探伤机器人系统包括高清防抖摄像机1、树莓派2、LED灯3、舵机云台4、跟随摄像头5、红外热成像摄像头6、超声波传感器7、主控板8、电机驱动板9、电源10、电机11、车体12、支撑台13、GPS模块16和路程计算模块17；其中车体12采用履带式结构；支撑台13的下端固定在车体12的顶面边缘；高清防抖摄像机1、树莓派2、LED灯3和舵机云台4安装在支撑台13的顶面上；跟随摄像头5和红外热成像摄像头6安装在舵机云台4上；多个超声波传感器7分别安装在车体12的前端面及左右侧面上；主控板8、电机驱动板9、电源10、电机11、GPS模块16和路程计算模块17均安装在车体12的顶面上，其中电机11的输出轴与车体12两侧的驱动轮相连；主控板8分别与超声波传感器7、GPS模块16和路程计算模块17电连接，同时通过电机驱动板9与电机11电连接；树莓派2分别与高清防抖摄像机1、舵机云台4、跟随摄像头5和红外热成像摄像头6电连接；电源10用于为本系统中各用电部件供电。
所述的便携式电缆探伤机器人系统还包括上位机14，主控板8和树莓派2分别以无线方式与上位机14相连接。
所述的主控板8采用STM32开发板。
所述的超声波传感器7共设置八个，其中四个并排安装在车体12的前端面上，车体12的左右侧面前后端分别安装一个超声波传感器7。
所述的车体12的主体采用不锈钢材料制成，这样可在具有足够负载能力和结构强度的前提下，使车体12具有一定的翻越障碍物能力和尽最大可能保证其上部件的稳定性，履带采用塑料材质，以保证车体12和地面间的绝缘，确保在电缆漏电环境中本系统仍然能够正常工作。
所述的电源10采用12V大容量聚合物锂电池。
现将本发明提供的便携式电缆探伤机器人系统的工作原理阐述如下：
首先由工作人员将电缆沟宽度等分成三份作为车体12行驶的左、中、右三条路径。当需要对电缆沟内的电缆进行日常巡检时，由工作人员将本便携式电缆探伤机器人系统放置在电缆沟内，启动本系统，在主控板8的控制下，利用电机驱动板9使电机11进行旋转，由此通过驱动轮及履带使车体12及其上的部件沿中间路径向前行驶。在车体12行驶过程中，利用位于车体12前端面上的四个超声波传感器7检测障碍物，当检测到障碍物时，主控板8会根据设置在车体12前端面上最左和最右两个超声波传感器7探测到的数据来决定改到哪条路径上行驶，若最右边的超声波传感器7没有检测到障碍物，则车体12会转到右边的路径行驶，反之转到左边的路径行驶。分布在车体12左右侧面上的四个超声波传感器7则用来控制车体12距离电缆沟侧壁间的距离及保证车体12与侧壁平行。运行时对每个侧面上两个超声波传感器7探测到的距离大小进行比较，若位于前端的超声波传感器7探测到的距离大，则使车体12另一侧的车轮加速以使车头靠近电缆沟侧壁，反之则是同侧车轮加速使车尾靠近电缆沟侧壁，若相等则不进行操作。在主控板8控制本机器人系统运动的同时，依靠电机11自带的编码器对电机转数进行计数，然后通过公式：行驶距离＝转数×减速比×车轮周长×误差系数，实时计算出行驶距离。并且本系统允许手动输入一个目的距离，通过周期性地将行驶距离与目的距离进行比较，直到当行驶距离不小于目的距离时，利用使车体12的单侧车轮正转和使另一侧车轮反转的方式以达到使车体12转向的目的。最后车体12可以沿着电缆沟再次回到起点。
在车体12行驶过程中，在主控板8的控制下，利用GPS模块16和路程计算模块17完成对本系统的实时定位，以准确实现对电缆故障的精准定位，解决因电缆沟中GPS信号弱带来的定位信息缺失问题，然后传送给上位机14。
在车体12行驶过程中，在树莓派2的控制下，利用高清防抖摄像机1和红外热成像摄像头6分别获取电缆高清图像和温度数据，然后传送给树莓派2,由树莓派2进行实时存储，当本系统返回至起点时，树莓派2通过WIFI将数据传输至上位机14进行后期图像处理和电缆故障类型判别。工作人员可在上位机14上实时查看检测数据。
在车体12行驶过程中，在树莓派2的控制下，利用跟随摄像头5实时获取电缆位置的图像，然后传送给树莓派2,对于收到的图像信息，树莓派5进行物体检测、颜色识别、位置计算等处理，通过预设HSV空间的颜色阈值，识别需要跟踪的特定颜色电缆，判断出电缆的位置信息，并计算出需要调整的舵机云台4的角度，进而通过PWM信号控制舵机云台4旋转一定的角度，以保证图像中的电缆始终处于预设的位置范围，由此达到实时跟踪的目的。
另外，在光照条件不好的情况下，可打开LED灯3进行照明，以便获得更加清晰的图像。
Claims (6)
1.一种便携式电缆探伤机器人系统，其特征在于：所述的便携式电缆探伤机器人系统包括高清防抖摄像机(1)、树莓派(2)、LED灯(3)、舵机云台(4)、跟随摄像头(5)、红外热成像摄像头(6)、超声波传感器(7)、主控板(8)、电机驱动板(9)、电源(10)、电机(11)、车体(12)、支撑台(13)、GPS模块(16)和路程计算模块(17)；其中车体(12)采用履带式结构；支撑台(13)的下端固定在车体(12)的顶面边缘；高清防抖摄像机(1)、树莓派(2)、LED灯(3)和舵机云台(4)安装在支撑台(13)的顶面上；跟随摄像头(5)和红外热成像摄像头(6)安装在舵机云台(4)上；多个超声波传感器(7)分别安装在车体(12)的前端面及左右侧面上；主控板(8)、电机驱动板(9)、电源(10)、电机(11)、GPS模块(16)和路程计算模块(17)均安装在车体(12)的顶面上，其中电机(11)的输出轴与车体(12)两侧的驱动轮相连；主控板(8)分别与超声波传感器(7)、GPS模块(16)和路程计算模块(17)电连接，同时通过电机驱动板(9)与电机(11)电连接；树莓派(2)分别与高清防抖摄像机(1)、舵机云台(4)、跟随摄像头(5)和红外热成像摄像头(6)电连接；电源(10)用于为本系统中各用电部件供电。
2.根据权利要求1所述的便携式电缆探伤机器人系统，其特征在于：所述的便携式电缆探伤机器人系统还包括上位机(14)，主控板(8)和树莓派(2)分别以无线方式与上位机(14)相连接。
3.根据权利要求1所述的便携式电缆探伤机器人系统，其特征在于：所述的主控板(8)采用STM32开发板。
4.根据权利要求1所述的便携式电缆探伤机器人系统，其特征在于：所述的超声波传感器(7)共设置八个，其中四个并排安装在车体(12)的前端面上，车体(12)的左右侧面前后端分别安装一个超声波传感器(7)。
5.根据权利要求1所述的便携式电缆探伤机器人系统，其特征在于：所述的车体(12)的主体采用不锈钢材料制成，履带采用塑料材质。
6.根据权利要求1所述的便携式电缆探伤机器人系统，其特征在于：所述的电源(10)采用12V大容量聚合物锂电池。
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