CN112621710A - 一种架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统及方法，该系统包括智能巡检子系统和运动控制子系统，智能巡检子系统包括障碍物信息感知模块，将所感知到的障碍物类型、尺寸及距离作为障碍物预告信息传递给运动控制子系统；运动控制子系统根据障碍物预告信息及传感器检测信息选择相应的越障流程进行自主越障。该方法为：智能巡检子系统根据巡检规划向运动控制子系统下发巡检任务，给出障碍物预告信息，运动控制子系统接收巡检任务并执行，综合障碍物预告信息及传感器检测信息，选择相应的越障策略实现机器人自主越障。本发明信息准确率高、越障策略稳定高效，有助于架空输电线路巡检机器人的自主控制。

Description

一种架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统及方法

技术领域

本发明公开了机器人障碍检测控制系统及方法，尤其涉及一种架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统及方法。

背景技术

随着社会经济的发展，对电网供电可靠性要求越来越高，因此保障输电线路的安全运营至关重要。由于输电线路处在高空、线路环境复杂、线路障碍物类型多样，因而造成机器人障碍识别困难，无法实现自主越障功能，限制了巡检机器人的市场化应用。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种检测信息准确率高、巡检效率高的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统；

本发明的另一个目的是提供一种架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统的方法。

技术方案：本发明所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，包括智能巡检子系统和运动控制子系统，所述智能巡检子系统包括障碍物信息感知模块，所述障碍物信息感知模块将所感知到的障碍物类型、尺寸及距离作为障碍物预告信息传递给运动控制子系统；所述运动控制子系统根据障碍物预告信息及从传感器模块获取的传感器检测信息选择相应的越障流程进行自主越障。

优选的，所述障碍物信息感知模块接收由图像获取装置获取的巡检位点的深度图像信息、由线路GIS数据库获取的线路金具坐标信息以及由机器人GPS获取的机器人坐标信息，并通过将机器人坐标信息与线路GIS数据库中的线路金具坐标信息对比获得障碍物类型，以及通过深度图像信息获得障碍物尺寸距离。

优选的，所述障碍物信息感知模块包括用于从图像获取装置或者机器人GPS与线路GIS数据库的比对结果判断是否存在障碍的存障检测模块、用于从图像获取装置识别障碍物类型及尺寸的障碍物识别模块、用于从图像获取装置测量障碍物距离的障碍物测量模块。

优选的，所述图像获取装置为双目ZED相机。

优选的，所述运动控制子系统包括障碍物分析模块和自主越障模块；所述障碍物分析模块根据障碍物预告信息及传感器检测信息选择相应的越障策略进行越障。

优选的，所述传感器模块包括超声波传感器、碰撞检测传感器和限位检测传感器，所述运动控制子系统根据超声波传感器给出的近距离障碍有无信息、碰撞传感器给出的碰撞检测信息、以及障碍预告信息，选择相应的越障策略进行越障，并通过所述限位检测传感器感知动作执行情况。

优选的，所述超声波传感器、碰撞传感器分别对称设置于机器人压紧轮内、外侧；所述限位传感器包括分别设置于机器人前、后臂上的行程上限位接近开关传感器、行程下限位接近开关传感器、双臂展开限位接近开关传感器、双臂收拢限位接近开关传感器。

优选的，所述智能巡检子系统还包括用于用于向运动控制子系统下发巡检任务的巡检任务规划模块。

优选的，所述障碍物类型包括防震锤、悬垂线夹、过桥装置、可穿越及无法通过。

上述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统的方法，包括如下步骤：

(1)智能巡检子系统根据巡检规划或接收主站的巡检任务向运动控制子系统下发巡检任务，利用图像获取装置进行巡检拍照，障碍物信息感知模块读取拍照信息，障碍物信息感知模块通过将机器人坐标信息与线路GIS数据库中的线路金具坐标信息对比获得障碍物类型，以及通过深度图像信息获得障碍物尺寸及距离，将障碍物类型、尺寸及距离作为障碍物预告信息传递给运动控制子系统；

(2)运动控制子系统接收智能巡检子系统下发的巡检任务并执行，在执行过程中，根据障碍物预告信息及传感器检测的障碍物信息选择相应的越障策略，实现自主越障。

有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：1、将传统的障碍检测控制系统区分为作为“智能大脑”的智能巡检子系统和作为“小脑”的运动控制子系统，一方面，障碍信息经过双重检测和验证，提高了信息准确率，另一方面，“智能大脑”和“小脑”既实现了功能分区使得故障率大幅下降，功能上的相互辅助使得越障控制策略稳定高效；2、在智能大脑中对双目ZED相机获取的深度图像信息、线路GIS数据库中的线路金具坐标信息、机器人GPS获取的机器人坐标信息进行分析处理获取的障碍物预告信息，便于“小脑”进一步确定障碍物信息；3、“小脑”获取障碍物预告信息及机器人本体的超声波传感器给出的近距离障碍有无信息、碰撞传感器给出的碰撞检测信息，通过障碍物分析模块的综合分析，给出具体的障碍物信息，使得障碍；4、“小脑”中自主越障模块根据障碍物信息，选择不同的越障策略进行越障动作，并通过限位检测传感器感知动作执行情况，实现机器人自主越障。

附图说明

图1是机器人控制系统软件功能图；

图2是机器人本体结构图；

图3是机器人传感器布局图；

图4是机器人感知与自主越障信息交互图；

图5是机器人穿越越障流程图；

图6是机器人蠕动越障流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，包括智能巡检子系统和运动控制子系统，智能巡检子系统采用基于NVIDIA Pascal^TM架构的人工智能超级计算机模块Jetson TX2构建机器人的“智能大脑”；运动控制子系统采用基于Cortex-M7架构的STM32H743ZIT6芯片为本体运动控制核心，作为机器人的“小脑”；智能巡检子系统包括巡检任务规划模块，用于巡检任务规划；智能巡检子系统用于巡检任务的规划或接收主站的巡检任务，并向运动控制子系统下发巡检任务；智能巡检子系统还包括障碍物信息感知模块，即图1中的大脑感知，智能巡检子系统还负责对作业点的巡检拍照；障碍物信息感知模块接收由图像获取装置获取的巡检位点的深度图像信息、由线路GIS数据库获取的线路金具坐标信息以及由机器人GPS获取的机器人坐标信息，并通过将机器人坐标信息与线路GIS数据库中的线路金具坐标信息对比获得障碍物类型，以及通过深度图像信息获得障碍物尺寸距离；障碍物信息感知模块包括用于从图像获取装置或者机器人GPS与线路GIS数据库的比对结果判断是否存在障碍的存障检测模块、用于从图像获取装置识别障碍物类型及尺寸的障碍物识别模块、用于从图像获取装置测量障碍物距离的障碍物测量模块。其中，障碍物类型包括防震锤、悬垂线夹、过桥装置、可穿越及无法通过。

运动控制子系统包括障碍物分析模块和自主越障模块；所述障碍物分析模块根据障碍物预告信息及传感器检测信息选择相应的越障策略进行越障。小脑感知即采集传感器检测信息。

传感器模块包括超声波传感器、碰撞检测传感器和限位检测传感器，所述运动控制子系统根据超声波传感器给出的近距离障碍有无信息、碰撞传感器给出的碰撞检测信息、以及障碍预告信息，选择相应的越障策略进行越障，并通过所述限位检测传感器感知动作执行情况。

“智能大脑”嵌入式软硬件平台对深度图像信息进行处理，结合机器人坐标信息和线路金具坐标信息给出前方障碍物类型、尺寸和距离，作为障碍物预告信息下发给“小脑”，为“小脑”障碍物分析提供辅助；“小脑”执行巡检任务，接收超声波、碰撞检测传感器的检测信息，综合大脑给出的障碍物预告信息判断出前方障碍物类型，并选择不同的越障策略，实现机器人自主越障。

如图2所示，机器人本体结构包括：机器人前行走轮1、机器人前压紧轮2、双臂滑移机构3、机器人后行走轮4、机器人后压紧轮5、机器人控制箱6。

如图3所示，在前述机器人本体上对称安装的机器人前、后臂传感器包括：行程上限位接近开关传感器7、行程下限位接近开关传感器8、压紧轮外侧超声波传感器9、压紧轮外侧碰撞传感器10、压紧轮内侧超声波传感器11、压紧轮内侧碰撞传感器12，双臂展开限位接近开关传感器13、双臂收拢限位接近开关传感器14、前ZED双目摄像机15、后ZED双目摄像机16。机器人本体搭载GPS系统，可实时获取机器人坐标信息，智能巡检子系统读取线路GIS数据库，能给出线路中原有障碍物类型及距离信息。

利用上述架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统的方法，包括如下步骤：智能巡检子系统根据巡检规划或接收主站的巡检任务向运动控制子系统下发巡检任务，运动控制子系统控制机器人进行巡检；考虑线路中金具出现滑动、GPS定位精度误差、ZED相机识别准确率等问题，在距离障碍物3000mm处机器人由巡检速度0.6m/s降至识别速度0.3m/s；机器人以0.3m/s速度继续前进，智能巡检子系统读取ZED相机图像信息开始进行障碍物识别，依据测试结果，机器人在距离障碍物1.5m时图像识别准确率较高，此处识别结果作为障碍物预告信息依据；机器人以0.3m/s速度继续前进，当超声波传感器检测到前方500mm处存在障碍时，机器人开始减速并进入越障流程；如机器人在行驶过程中大脑未给出障碍物预告信息，而超声波传感器检测到前方500mm处存在障碍时，机器人进入减速停止并报障碍物识别故障错误；如机器人在行驶过程中大脑未给出障碍物预告信息，超声波传感器未检测到前方500mm处存在障碍时，而碰撞传感器检测到前方500mm处存在障碍时，机器人紧急制动并报障碍物识别故障错误、超声波检测故障错误。

如图4所示，为机器人感知与自主越障信息交互图，“智能大脑”通过双目ZED相机获取深度图像信息、通过线路GIS数据库获取线路金具坐标信息、通过机器人GPS信息获取机器人坐标信息；其中，线路GIS数据库中预先存储原有线路中的障碍物类型、尺寸及距离信息。“智能大脑”的存障检测模块首先将机器人坐标信息与线路GIS数据库中的线路金具坐标信息进行对比，若出现一致的情形，则障碍物识别模块读取深度图像信息，获取该处障碍物的类型、尺寸及距离，若障碍物识别模块读取的障碍物类型、尺寸与线路GIS数据库中的不一致，则记录并补充到线路GIS数据库中，同时利用障碍物测量模块测量障碍物与机器人之间的距离，并将获取到的障碍物类型、尺寸及距离作为障碍物预告信息传递给“小脑”。

“小脑”依据“智能大脑”给出的障碍物预告信息，调用“小脑”中越障流程；“小脑”以超声波传感器及碰撞传感器检测信息作为流程的触发条件，开始执行相应的越障动作；在越障过程中，“小脑”以超声波传感器、碰撞传感器、限位检测传感器信息作为每一具体动作的触发条件，实现连续的越障动作；机器人针对障碍物间距的不同，选择不同的越障策略。例如，当“小脑”接收到的障碍物预告信息为防震锤这一障碍类型时，超声波传感器检测到有近距离障碍信息，则执行防震锤的越障流程；而每一种障碍类型均包含有非连续障碍或连续障碍两种情形。

针对非连续障碍，机器人采用先后压紧轮交替压紧松脱的越障策略进行穿越越障，如图5为机器人正向穿越越障策略示意图。

针对线路中的连续障碍情况，制订一套动作简洁、过程可靠、适应性强、方便编码的越障动作—周期性变化的蠕动穿越越障动作，如图6所示为机器人正向蠕动越障策略示意图。

Claims (10)

1.一种架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，其特征在于，包括智能巡检子系统和运动控制子系统，所述智能巡检子系统包括障碍物信息感知模块，所述障碍物信息感知模块将所感知到的障碍物类型、尺寸及距离作为障碍物预告信息传递给运动控制子系统；所述运动控制子系统根据障碍物预告信息及从传感器模块获取的传感器检测信息选择相应的越障流程进行自主越障。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，其特征在于，所述障碍物信息感知模块接收由图像获取装置获取的巡检位点的深度图像信息、由线路GIS数据库获取的线路金具坐标信息以及由机器人GPS获取的机器人坐标信息，并通过将机器人坐标信息与线路GIS数据库中的线路金具坐标信息对比获得障碍物类型，以及通过深度图像信息获得障碍物尺寸距离。

3.根据权利要求2所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，其特征在于，所述障碍物信息感知模块包括用于从图像获取装置或者机器人GPS与线路GIS数据库的比对结果判断是否存在障碍的存障检测模块、用于从图像获取装置识别障碍物类型及尺寸的障碍物识别模块、用于从图像获取装置测量障碍物距离的障碍物测量模块。

4.根据权利要求2所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，其特征在于，所述图像获取装置为双目ZED相机。

5.根据权利要求1所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，其特征在于，所述运动控制子系统包括障碍物分析模块和自主越障模块；所述障碍物分析模块根据障碍物预告信息及传感器检测信息选择相应的越障策略进行越障。

6.根据权利要求1所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，其特征在于，所述传感器模块包括超声波传感器、碰撞检测传感器和限位检测传感器，所述运动控制子系统根据超声波传感器给出的近距离障碍有无信息、碰撞传感器给出的碰撞检测信息及障碍预告信息，选择相应的越障策略进行越障，并通过所述限位检测传感器感知动作执行情况。

7.根据权利要求6所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，其特征在于，所述超声波传感器、碰撞传感器分别对称设置于机器人压紧轮内、外侧；所述限位传感器包括分别设置于机器人前、后臂上的行程上限位接近开关传感器、行程下限位接近开关传感器、双臂展开限位接近开关传感器、双臂收拢限位接近开关传感器。

8.根据权利要求1所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，其特征在于，所述智能巡检子系统还包括用于用于向运动控制子系统下发巡检任务的巡检任务规划模块。

9.根据权利要求1所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统，其特征在于，所述障碍物类型包括防震锤、悬垂线夹、过桥装置、可穿越及无法通过。

10.一种利用权利要求1所述的架空输电线路巡检机器人障碍检测控制系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)智能巡检子系统根据巡检规划或接收主站的巡检任务向运动控制子系统下发巡检任务，利用图像获取装置进行巡检拍照，障碍物信息感知模块读取拍照信息，障碍物信息感知模块通过将机器人坐标信息与线路GIS数据库中的线路金具坐标信息对比获得障碍物类型，以及通过深度图像信息获得障碍物尺寸及距离，将障碍物类型、尺寸及距离作为障碍物预告信息传递给运动控制子系统；

(2)运动控制子系统接收智能巡检子系统下发的巡检任务并执行，在执行过程中，根据障碍物预告信息及传感器检测的障碍物信息选择相应的越障策略，实现自主越障。

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