CN112549040A - 压板状态巡检机器人 - Google Patents

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李新海
林雄锋
孟晨旭
曾令诚
曾庆祝
范德和
周恒�
肖星
曾新雄
梁景明
罗其锋
林蔚
黄日泉
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Abstract

本发明提出了一种压板状态巡检机器人，其通过车身摄像头、伸缩杆以及云台摄像头的结合，解决了现有技术对压板拍摄效果不佳难以识别的问题，提高了对压板识别的可靠性；另外，其通过由所在变电站的继电保护压板管理系统下发的压板方式表核对的方法判断压板位置正确性，解决了原有的压板核对方法容易导致压板状态核对出错的问题；本发明能够自主规划巡视路线和执行特定任务，且可以独立完成压板的拍摄、识别以及核对，减少了运维人员的工作量；其巡检结果可靠，能够真正替代压板状态的人工巡检，提升变电运维的智能化。

Description

压板状态巡检机器人
技术领域
本发明涉及电力智能巡检技术领域，具体涉及继电保护及自动装置压板状态自动核对技术领域，更具体地，涉及一种压板状态巡检机器人。
背景技术
压板是继电保护装置或自动装置联系外部接线的桥梁和纽带，关系到保护功能的实现和动作出口能否正常发挥作用。这些压板一般安装在变电站的继电保护屏中，继电保护屏上的压板的投退决定了电路的通断，这就要求压板连接方式应该准确无误，否则会产生严重事故。目前，对继电保护投退状态的检查主要采用人工方式，一人读取压板的位置状态，另一人与所要求压板位置状态的压板方式表对应，决定压板实际位置状态是否正确。但一个变电站中可能配置着近千个压板，人工巡检不仅费时费力，且容易造成误检漏检。
授权时间为2018.11.02，公开号为CN 208043128 U的中国专利提供了一种变电站室内设备智能巡检机器人，但该专利仅在于解决人工巡检的安全问题，只是在变电站内非常机械地进行图像采集，这意味着实际的检查工作仍旧由后台人员以人工的方式从海量图像中去找寻压板的位置并核对压板状态，工作量完全没有减少。由于特殊拍摄环境以及特殊拍摄对象的限制，不论来自上述智能巡检机器人还是来自变电站内固有摄像头，现有方案在电力设施中能够采集到图像，因屏柜反光、设备遮挡、压板密集排布等客观因素容易造成信息缺失，不仅难以供人眼进行检查，也基本无法通过人工智能或机器学习等手段从这些图像中获得稳健的、具有实际意义的应用结果，远不如让巡检人员到现场核对可靠。因此，长期以来，继电保护及自动装置压板状态的核对还是只能依赖人工来完成。
发明内容
针对现有技术的局限，本发明提出一种压板状态巡检机器人，本发明采用的技术方案是：
一种压板状态巡检机器人，包括：电动车、定位导航模块、控制模块以及工作模块；所述定位导航模块、控制模块以及工作模块设于所述电动车；其中，所述控制模块用于根据所述定位导航模块提供的定位数据和导航指令控制所述电动车以及工作模块进行巡检作业；
所述工作模块包括：图像采集单元以及识别核对单元；所述图像采集单元包括车身摄像头、伸缩杆以及云台摄像头，所述车身摄像头设于所述电动车的车身侧面，所述伸缩杆设于所述电动车的车身顶部，所述云台摄像头设于所述伸缩杆上；所述识别核对单元用于从所述车身摄像头以及云台摄像头获取压板状态信息，根据预设的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对。
相较于现有技术，本发明的压板状态巡检机器人，其通过车身摄像头、伸缩杆以及云台摄像头的结合，解决了现有技术对压板拍摄效果不佳难以识别的问题，提高了对压板识别的可靠性；另外，其通过由所在变电站的继电保护压板管理系统下发的压板方式表核对的方法判断压板位置正确性，解决了原有的压板核对方法容易导致压板状态核对出错的问题；本发明能够自主规划巡视路线和执行特定任务，且可以独立完成压板的拍摄、识别以及核对，减少了运维人员的工作量；其巡检结果可靠，能够真正替代压板状态的人工巡检，提升变电运维的智能化。
作为一种优选方案，所述识别核对单元用于从所述车身摄像头以及云台摄像头获取压板状态信息，根据预设的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对的过程包括以下步骤：
所述车身摄像头以及云台摄像头分别获取当前屏柜中的压板群拍图像；
所述识别核对单元将所述压板群拍图像分割为各压板的单独图像，对所述单独图像中的压板标识牌以及压板投退状态进行识别，以所述压板标识牌以及压板投退状态的识别结果作为所述压板状态信息。
作为一种优选方案，所述识别核对单元用于从所述车身摄像头以及云台摄像头获取压板状态信息，根据预设的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对的过程包括以下步骤：
所述云台摄像头获取当前屏柜的屏柜编号和/或屏柜名称的拍摄图像；
所述识别核对单元对所述屏柜编号和/或屏柜名称的拍摄图像进行识别，根据对所述屏柜编号和/或屏柜名称的拍摄图像的识别结果，调取当前屏柜相应的压板方式表或历史压板图；
所述识别核对单元根据相应的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对。
作为一种优选方案，所述电动车的车身底部前、中、后各设有一对车轮，其中前后两对车轮为万向轮，中间一对车轮为用于驱动以及差速转向的动力轮。
进一步的，所述定位导航模块包括全局路径规划单元，所述全局路径规划单元用于根据预设的任务信息以及地图信息规划巡检作业过程中的全局运动路径。
作为一种可选方案，所述电动车的车身设有激光传感器；所述定位导航模块通过获取所述激光传感器与变电站中预置的反光板的距离，匹配得出各反光板的编号与位置信息，根据各反光板的编号与位置信息获得定位数据。
作为一种可选方案，所述电动车的车身设有激光传感器；所述定位导航模块以回环检测的方式持续获取激光传感器的传感数据，根据滤波与优化后的激光传感器的传感数据，自主构建地图并获得定位数据。
作为一种可选方案，所述电动车的车身设有激光传感器以及超声波传感器，所述定位导航模块还包括局部行为规划单元，所述局部行为规划单元根据所述激光传感器和超声波传感器提供的传感数据以及所述全局运动路径，实时提供局部调整路径。
进一步的，所述控制模块根据所述全局运动路径和/或局部调整路径的导航指令，通过对所述电动车进行动力学建模控制所述电动车。
进一步的，还包括通信模块，所述通信模块连接所述控制模块；所述电动车还设有操作屏，所述操作屏连接所述控制模块。
附图说明
图1为本发明实施例提供的压板状态巡检机器人的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的压板状态巡检机器人的模块示意图；
图3为本发明实施例的压板状态巡检机器人的网络连接示意图；
图4为本发明实施例的压板状态巡检机器人的工作流程图；
图5为本发明实施例的压板状态巡检机器人的识别核对单元自动核对的过程示意图；
附图标记说明：1、电动车；11、万向轮；12、动力轮；13、激光传感器；14、超声波传感器；15、操作屏；16、急停按钮；17、声光警报器；2、定位导航模块；21、全局路径规划单元；22、局部行为规划单元；3、控制模块；4、工作模块；41、图像采集单元；411、车身摄像头；412、伸缩杆；413、云台摄像头；414、补光元件；42、识别核对单元；5、通信模块。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
为了解决现有技术的局限性，本实施例提供了一种技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
请参考图1以及图2，一种压板状态巡检机器人，包括：电动车1、定位导航模块2、控制模块3以及工作模块4；所述定位导航模块2、控制模块3以及工作模块4设于所述电动车1；其中，所述控制模块3用于根据所述定位导航模块2提供的定位数据和导航指令控制所述电动车1以及工作模块4进行巡检作业；
所述工作模块4包括：图像采集单元41以及识别核对单元42；所述图像采集单元41包括车身摄像头411、伸缩杆412以及云台摄像头413，所述车身摄像头411设于所述电动车1的车身侧面，所述伸缩杆412设于所述电动车1的车身顶部，所述云台摄像头413设于所述伸缩杆412的顶端；所述识别核对单元42从所述车身摄像头411以及云台摄像头413获取压板状态信息，根据预设的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对。
相较于现有技术，本发明的压板状态巡检机器人，其通过车身摄像头、伸缩杆以及云台摄像头的结合，解决了现有技术对压板拍摄效果不佳难以识别的问题，提高了对压板识别的可靠性；另外，其通过由所在变电站的继电保护压板管理系统下发的压板方式表核对的方法判断压板位置正确性，解决了原有的压板核对方法容易导致压板状态核对出错的问题；本发明能够自主规划巡视路线和执行特定任务，且可以独立完成压板的拍摄、识别以及核对，减少了运维人员的工作量；其巡检结果可靠，能够真正替代压板状态的人工巡检，提升变电运维的智能化。
具体的，所述云台摄像头413在水平角度和俯仰角度的调整范围都非常大，搭配所述伸缩杆412与所述车身摄像头411一同应用在压板状态巡检机器人上，使之能够以合适的角度拍摄屏柜内上下各处位置的压板，有效避免因屏柜反光、设备遮挡、压板密集排布等客观因素造成信息缺失，由此解决了现有技术对压板拍摄效果不佳难以识别的问题，提高了对压板识别的可靠性。
所述压板方式表以及历史压板图可在进行巡检作业前预先由运维人员通过现场设置或者远程加载的方式保存到所述压板状态巡检机器人本地，亦可在巡检作业过程中由所述压板状态巡检机器人自行从系统后台实时获取。
可参阅图3，本实施例的压板状态巡检机器人，还可设有通信模块5，压板状态巡检机器人通过所述通信模块5可与变电站内的继电保护压板管理系统与压板识别服务器之间通过无线网桥组成无线局域网，最终连接到电网业务处理终端，可将采集处理后的图像、数据、记录、巡检结果以及巡检生成的核对报文等通过无线网桥上传，实现变电站内压板状态监控的可视化，亦可从系统后台获取任务信息、地图信息、压板方式表以及历史压板图等。在一种优选实施例中，所述无线网桥满足IEEE 802.11a标准，频段5.8GHz，带宽50Mbit/s，无遮挡传输距离10km。
所述工作模块4可运用内嵌的芯片处理器，芯片处理器可通过解码器将所述图像采集单元41采集的图像进行解码，并保存再机器人内部的本地存储器中。
请参阅图4，本实施例的压板状态巡检机器人在接收到任务后，开始进行路线规划与导航，在巡检过程中进行图像采集和识别，并根据压板方式表和历史压板图进行自动核对，判断是否存在异常情况。
在自动核对时若发现异常，所述识别核对单元42可触发相应的预警与告警，具体的，在作业现场可通过声光报警的方式通知附近的运维人员，对于系统后台可通过声光、报文、短信等方式在线通知变电站值班人员。在作业现场的声光报警可通过所述电动车1设置的声光警报器17进行，也可以通过作业现场原有的警报器进行。
所述云台摄像头413还可设有补光元件414，以此进一步提升所述云台摄像头413的拍摄效果。
请参阅图5，作为一种优选实施例，所述识别核对单元42从所述车身摄像头411以及云台摄像头413获取压板状态信息，根据预设的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对的过程包括以下步骤：
S01，所述车身摄像头411以及云台摄像头413分别获取当前屏柜中的压板群拍图像；
S02，所述识别核对单元42将所述压板群拍图像分割为各压板的单独图像，对所述单独图像中的压板标识牌以及压板投退状态进行识别，以所述压板标识牌以及压板投退状态的识别结果作为所述压板状态信息。
作为一种优选实施例，所述识别核对单元42从所述车身摄像头411以及云台摄像头413获取压板状态信息，根据预设的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对的过程包括以下步骤：
S03，所述云台摄像头413获取当前屏柜的屏柜编号和/或屏柜名称的拍摄图像；
S04，所述识别核对单元42对所述屏柜编号和/或屏柜名称的拍摄图像进行识别，根据对所述屏柜编号和/或屏柜名称的拍摄图像的识别结果，调取当前屏柜相应的压板方式表或历史压板图；
S05，所述识别核对单元42根据相应的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对。
具体的，所述识别核对单元42可先将所述识别核对单元42拍摄得到图像进行二值化以及滤波去噪处理，通过边缘检测、特征识别后对压板的文字或图像进行定位分割，然后运用神经网络模型、直线检测等手段识别单独图像中的文字以及压板投入、退出的图像。
作为一种优选实施例，所述电动车1的车身底部前、中、后各设有一对车轮，其中前后两对车轮为万向轮11，中间一对车轮为用于驱动以及差速转向的动力轮12。
具体的，这种电动车结构单，易加工，直线运动性与转弯性能好，能够以中心点做原地转弯，且无侧滑，对地面的适应性强，便于控制，适用于变电站的工作环境。
在一种优选实施例中，所述电动车1还可设有控制所述电动车1进行急停操作的急停按钮16。通过上述设置，压板状态巡检机器人在遇到意外可以让现场的运维人员及时进行强制停机止损。
进一步的，所述定位导航模块2包括全局路径规划单元21，所述全局路径规划单元21用于根据预设的任务信息以及地图信息规划巡检作业过程中的全局运动路径。
具体的，所述全局运动路径在于得到路径长度尽量短、转弯次数尽量少或综合路径长度以及转弯次数的优化行进方案。
作为一种可选实施例，所述电动车1的车身设有激光传感器13；所述定位导航模块2通过获取所述激光传感器13与变电站中预置的反光板的距离，匹配得出各反光板的编号与位置信息，根据各反光板的编号与位置信息获得定位数据。
具体的，这种实施例的压板状态巡检机器人能够有效应对屏柜数量相对较少且机器人工作环境相对固定的情况，对所述定位导航模块2的软硬件要求较低。
作为一种可选实施例，所述电动1车的车身设有激光传感器13；所述定位导航模块2以回环检测的方式持续获取激光传感器13的传感数据，根据滤波与优化后的激光传感器13的传感数据，自主构建地图并获得定位数据。
具体的，通过上述设置，本实施例的压板状态巡检机器人能够有效应对工作环境不固定或主控室布置较复杂的情况，通过即时定位与地图构建，不需要依靠反射板辅助定位。
作为一种可选实施例，所述电动车1的车身设有激光传感器13以及超声波传感器14，所述定位导航模块2还包括局部行为规划单元22，所述局部行为规划单元22根据所述激光传感器13和超声波传感器14提供的传感数据以及所述全局运动路径，实时提供局部调整路径。
针对变电站环境中可能出现的障碍以及因变电内部电缆盖板不平整而出现的局部凹凸面，通过以上设置，本实施例的压板状态巡检机器人能够做到及时回避不良路况，保证巡检作业的顺利进行。
进一步的，所述控制模块3根据所述全局运动路径和/或局部调整路径的导航指令，通过对所述电动车1进行动力学建模控制所述电动车1。
所述全局运动路径以及局部调整路径的导航指令具体体现为压板状态巡检机器人的速度控制以及转向角控制指令，经动力学建模后转化为对所述电动车1、伸缩杆412以及云台摄像头413具体的电机控制指令，从而实现压板状态巡检机器人的自主活动。
进一步的，所述电动车1还设有操作屏15，所述操作屏15连接所述控制模块。
通过设置操作屏15，变电值班人员可通过操作屏15直接控制压板状态巡检机器人执行特定任务、显示任务结果、调出预警与告警窗口等。所述操作屏15可采用液晶操作显示屏。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压板状态巡检机器人，其特征在于，包括：电动车(1)、定位导航模块(2)、控制模块(3)以及工作模块(4)；所述定位导航模块(2)、控制模块(3)以及工作模块设于所述电动车(1)；其中，所述控制模块(3)用于根据所述定位导航模块(2)提供的定位数据和导航指令控制所述电动车(1)以及工作模块(4)进行巡检作业；
所述工作模块(4)包括：图像采集单元(41)以及识别核对单元(42)；所述图像采集单元(41)包括车身摄像头(411)、伸缩杆(412)以及云台摄像头(413)，所述车身摄像头(411)设于所述电动车(1)的车身侧面，所述伸缩杆(412)设于所述电动车(1)的车身顶部，所述云台摄像头(413)设于所述伸缩杆(412)上；所述识别核对单元(42)用于从所述车身摄像头(411)以及云台摄像头(413)获取压板状态信息，根据预设的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对。
2.根据权利要求1所述的压板状态巡检机器人，其特征在于，所述识别核对单元(42)从所述车身摄像头(411)以及云台摄像头(413)获取压板状态信息，根据预设的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对的过程包括以下步骤：
所述车身摄像头(411)以及云台摄像头(413)分别获取当前屏柜中的压板群拍图像；
所述识别核对单元(42)将所述压板群拍图像分割为各压板的单独图像，对所述单独图像中的压板标识牌以及压板投退状态进行识别，以所述压板标识牌以及压板投退状态的识别结果作为所述压板状态信息。
3.根据权利要求1所述的压板状态巡检机器人，其特征在于，所述识别核对单元(42)从所述车身摄像头(411)以及云台摄像头(413)获取压板状态信息，根据预设的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对的过程包括以下步骤：
所述云台摄像头(413)获取当前屏柜的屏柜编号和/或屏柜名称的拍摄图像；
所述识别核对单元(42)对所述屏柜编号和/或屏柜名称的拍摄图像进行识别，根据对所述屏柜编号和/或屏柜名称的拍摄图像的识别结果，调取当前屏柜相应的压板方式表或历史压板图；
所述识别核对单元(42)根据相应的压板方式表或历史压板图对所述压板状态信息进行自动核对。
4.根据权利要求1所述的压板状态巡检机器人，其特征在于，所述电动车(1)的车身底部前、中、后各设有一对车轮，其中前后两对车轮为万向轮(11)，中间一对车轮为用于驱动以及差速转向的动力轮(12)。
5.根据权利要求1所述的压板状态巡检机器人，其特征在于，所述定位导航模块(2)包括全局路径规划单元(21)，所述全局路径规划单元(21)用于根据预设的任务信息以及地图信息规划巡检作业过程中的全局运动路径。
6.根据权利要求1所述的压板状态巡检机器人，其特征在于，所述电动车(1)的车身设有激光传感器(13)；所述定位导航模块(2)通过获取所述激光传感器(13)与变电站中预置的反光板的距离，匹配得出各反光板的编号与位置信息，根据各反光板的编号与位置信息获得定位数据。
7.根据权利要求1所述的压板状态巡检机器人，其特征在于，所述电动车的车身(1)设有激光传感器(13)；所述定位导航模块(2)以回环检测的方式持续获取激光传感器(13)的传感数据，根据滤波与优化后的激光传感器(13)的传感数据，自主构建地图并获得定位数据。
8.根据权利要求5所述的压板状态巡检机器人，其特征在于，所述电动车的车身设有激光传感器(13)以及超声波传感器(14)，所述定位导航模块(2)还包括局部行为规划单元(22)，所述局部行为规划单元根据所述激光传感器(13)和超声波传感器(14)提供的传感数据以及所述全局运动路径，实时提供局部调整路径。
9.根据权利要求8所述的压板状态巡检机器人，其特征在于，所述控制模块(3)根据所述全局运动路径和/或局部调整路径的导航指令，通过对所述电动车(1)进行动力学建模控制所述电动车(1)。
10.根据权利要求1所述的压板状态巡检机器人，其特征在于，还包括通信模块(5)，所述通信模块(5)连接所述控制模块(3)；
所述电动车(1)还设有操作屏(15)，所述操作屏(15)连接所述控制模块(3)。
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