CN113608080B - 一种地下管廊输电线路故障检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地下管廊输电线路故障检测机器人，包括运动系统，包括运动控制模块和执行机构；检测系统，包括热成像检测模块和/或局部放电检测模块；电源系统，包括设置于机器人本体上的电源模块，以及设置于轨道起点或/和终点的安全屋；信息系统，包括机器人中央信息处理模块和机器人本体无线通信模块。本发明提供的地下管廊输电线路故障检测机器人，可以实现复杂环境的地下管廊输电线路故障检测与故障定位，且能够对机器人的运行进行精确定位；而且通过安全屋自动充电，使用非常方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种巡检用机器人，具体涉及一种地下管廊输电线路故障检测机器人。
背景技术
目前我国电力输送主要依赖铁塔地上输电线路，电力管廊建设处于初期阶段，一般只依靠人工沿管廊进行排查。人工巡检存在时效性低和安全性差的问题：从人工巡检方式看，需人工手持红外热像仪测温、人工表计抄录，完成后手动导入设备照片，并将纸质记录数据再次录入电子存档；从人工巡检工作量看，每天巡检4公里，至少1个工作日；从人工巡检客观性看，因检测人员、检测角度、检测时间不同，数据存在差异，客观性不够高；从人工巡检准确性看，红外测温数据因距离远近，表计位置、读数误差等因素，精度额度不够高；从人工巡检便利性看，对于监测站点比如有人值守，特别是地下管廊这种特殊环境，存在环境湿度大、积水险情、有毒气体存在等对人员不安全的因素。
基于人工巡检存在的诸多问题，且随着电网智能化速度加快，电力线路安全运行和供电可靠性要求增高，人工巡检正在由电力巡检机器人代替。电力巡检机器人对于特定环境下电力设备的及时有效巡检变得非常重要。
而由于地下管廊常规宽度1.5m，高度2.3m，中心通道宽0.8m左右。为了防止漏水等环境问题，在管廊地面还设置有格栅排水设施；此外，除了直线运行以外，还会有转弯与坡道升降问题。因此，现有常见的地面轮式或履带式地面行走类巡检机器人并不适合曲折复杂的管廊环境。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种地下管廊输电线路故障检测机器人。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种地下管廊输电线路故障检测机器人，包括：
运动系统，包括运动控制模块和执行机构，所述执行机构在所述运动控制模块的控制下以实现机器人在地下管廊的悬挂轨道上的运动、所述机器人自身的升降以及所述机器人的检测角度调节；
检测系统，包括热成像检测模块和/或局部放电检测模块，用于对地下管廊的电力线路进行高温故障点检测和/或局部放电故障点检测；
电源系统，包括设置于所述机器人本体上的电源模块，以及设置于轨道起点或/和终点的安全屋，所述电源模块在所述运动系统的配合下实现在所述安全屋的自动充电；
信息系统，包括机器人中央信息处理模块和机器人本体无线通信模块，所述机器人中央信息处理模块接收所述运动系统、所述检测系统、所述电源系统反馈的数据并通过所述机器人本体无线通信模块实现与外部的数据传输。
进一步地，所述执行机构包括：
驱动机构，设置于所述机器人的上端部，所述驱动机构在所述运动控制模块的控制下在地下管廊的悬挂轨道上运动；
升降机构，设置于所述机器人的两侧，所述升降机构在所述运动控制模块的控制下带动设置与所述机器人下端的所述采集平台的升降；
采集平台角度调节装置，包括俯仰角度调节装置和水平角度调节装置，在所述运动控制模块的控制下对所述检测系统的采集模块进行俯角角度或水平旋转角度的调节。
进一步地，所述驱动机构包括主体底板、驱动电机组件、驱动轮组件、导向轮组件和驱动控制器；所述驱动电机组件、所述驱动轮组件、所述导向轮组件和所述驱动控制器均设置于所述主体底板上；所述驱动轮组件悬挂于工字型轨道的下缘，所述驱动电机组件在所述驱动控制器的控制下驱动所述驱动轮组件转动，以带动所述机器人在所述工字型轨道上运动；所述导向轮组件抵紧所述工字型轨道下缘的外缘，跟随轨道弧度实现弹性伸展压缩，以带动机器人在所述工字型轨道上转向运动。
进一步地，所述驱动电机组件包括步进电机，所述驱动控制器在所述运动控制模块的控制下对所述步进电机的进行运动控制及定位，以实现对所述机器人的运动控制和定位。
进一步地，所述升降机构包括升降杆、升降电机、升降距离检测电路和升降驱动控制器，所述升降杆的上端与所述主体底板固定连接，下端与固定所述检测系统的采集平台安装底板固定连接；所述升降电机、所述升降距离检测电路和所述升降驱动控制器固定于所述主体底板上；所述升降电机与所述升降杆和所述升降驱动控制器分别连接，所述驱动控制器与所述运动控制模块和所述升降距离检测电路分别连接；所述升降驱动控制器在所述运动控制模块的控制下驱动所述驱动电机转动，以实现所述升降杆带动固定有所述检测系统的采集平台在预设的距离内上下运动；所述预设的距离根据可升降幅度设置且由所述升降距离检测电路和所述升降驱动控制器控制。
进一步地，所述热成像检测模块包括热成像图像采集装置、可见光图像采集装置，以及热成像故障检测单元；其中，所述热成像故障检测单元设置于云台内，且所述云台的上端部通过所述水平角度调节装置与所述采集平台安装底板固定连接，下端部通过所述俯仰角度调节装置与所述热成像图像采集装置和所述可见光图像采集装置固定连接。
进一步地，所述热成像故障检测单元的故障检测方法包括：
采集热成像图像；
对所述热成像图像进行二值化处理；
根据二值化处理结果进行高温区域有效面积计算；
若所述高温区域有效面积大于预先设定的报警温度阈值，则报警，并同时查询管廊布局数据库以获取管廊电缆信息；若所述高温区域有效面积小于等于预先设定的报警温度阈值，则重新采集热成像图像；
若所述高温区域有效面积大于预先设定的报警温度阈值，则进行可见光图像采集；并对所述可见光图像和所述热成像图像分别进行特征提取；
利用FLANN算法对所提取的可见光图像特征和热成像图像特征进行特征配准；
根据所述特征配准结果获取故障点坐标；并根据所述故障点坐标和所述管廊电缆信息对故障电缆定位。
进一步地，对所述机器人进行定位的方法，包括：
对所述步进电机采用二次分步定位方法进行定位以获取所述机器人的第一位置信息；
在所述机器人上安装FRID读写器，在所述轨道两侧安装FRID标签，所述FRID标签中存储有定位信息，通过所述FRID读写器对所述FRID标签的读取以获取所述机器人的第二位置信息；
融合所述第一位置信息和所述第二位置信息以实现对所述机器人的定位。
进一步地，所述电源模块包括蓄电池组、无线通信模块和充电接口；所述蓄电池组为所述机器人本体进行供电；所述无线通信模块连接所述蓄电池组，并与所述安全屋接驳通信；所述充电接口连接所述蓄电池组，并在所述机器人进入所述安全屋且接驳稳定后，对接所述安全屋的电源以对所述蓄电池组进行充电。
进一步地，所述检测系统还包括环境检测模块，所述环境检测模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和有害气体传感器，且所述温度传感器、所述湿度传感器、所述烟雾传感器和所述有害气体传感器分别与所述电源系统和所述信息系统连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的地下管廊输电线路故障检测机器人，可以实现复杂环境的地下管廊输电线路故障检测与故障定位，且能够对机器人的运行进行精确定位；而且通过安全屋自动充电，使用非常方便。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种地下管廊输电线路故障检测机器人的结构框图；
图2是本发明实施例提供的机器人的驱动机构整体结构示意图；
图3是本发明实施例提供的驱动机构的驱动电机组件2结构示意图；
图4是本发明实施例提供的驱动机构的驱动轮组件结构示意图；
图5是本发明实施例提供的驱动机构的导向轮组件结构示意图；
图6是本发明实施例提供的包含支撑轮组件的轮系组件在主体底板上的安装结构示意图；
图7是本发明实施例提供的包含升降机构的机器人结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种故障检测方法流程示意图；
图9是本发明实施例提供的一种故障检测方法执行过程示意图；
图10是本发明实施例提供的一种机器人进行定位的方法流程示意图；
图11是本发明实施例提供的二次分布空位控制系统框图；
图12是本发明实施例提供的一种电源系统结构框图；
图13是本发明实施例提供的安全屋安全门闭合状态下的结构示意图；
图14是本发明实施例提供的安全屋安全门开启状态下的结构示意图；
图15是本发明实施例提供的电源系统的机器人本体准备进入锁紧机构的状态示意图；
图16是本发明实施例提供的锁紧机构的结构示意图；
图17是本发明实施例提供的锁紧机构的局部结构示意图；
图18是本发明实施例提供的机器人充电工作流程图。
图中，10、运动系统；20、检测系统；30、电源系统；40、信息系统；11、运动控制模块；12、执行机构、13、驱动机构、14、升降机构；15、采集平台角度调节装置；21、热成像监测模块；22、局部放电检测模块；23、环境监测模块；31、电源模块；32、安全屋；41、机器人中央信息处理单元；42、机器人本体无线通信单元；131、主体底板；132、驱动电机组件；133、驱动轮组件；134、转向轮组件；135、驱动控制器；136、轨道；137、支撑轮组件；138、安装板；1320、同步带；1311、电机本体；1312、减速器；1313、轴承；1314、联轴器；1315、安装法兰；1316、第一同步轮；1317、驱动轮；1318、第二同步轮；1319、转轴；1321、导向管、1322、安装座；1323、伸缩杆；1324、弹性部件；1325、导向轮；1326、导向轮固定部；1327、支撑轮；1328、支撑杆；141、升降杆；142、升降电机；151、水平角度调节装置；152、俯仰角度调节装置；211、热成像图像采集装置；212、可见光图像采集装置；213、云台；214、采集平台安装底板；311、无线通信模块；312、蓄电池组；313、充电接口；321、安全屋主体；323、安全屋左门；323、安全屋右门；324、接近传感器模块；325、导轨；326、充电机；327、充电伸出机构；328、锁紧机构、329、锁紧横梁、330、锁紧立柱；331、锁紧电机；332、锁紧片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
为了解决现有行走类巡检机器人不适合曲折复杂的管廊环境的技术问题，本发明实施例提供了一种地下管廊输电线路故障检测机器人。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种地下管廊输电线路故障检测机器人的结构框图。该故障检测机器人包括运动系统10、检测系统20、电源系统30和信息系统40，下面对各部分进行具体说明。
(一)运动系统10
本发明实施例的运动系统10包括运动控制模块11和执行机构12，执行机构12在运动控制模块11的控制下以实现机器人在地下管廊的悬挂轨道136上的运动、机器人自身的升降以及机器人的检测角度调节。
具体地，执行机构12又包括驱动机构13、升降机构14和采集平台角度调节装置15。驱动机构13，设置于机器人的上端部，驱动机构13在运动控制模块11的控制下在地下管廊的悬挂轨道136上运动。升降机构14，设置于机器人的两侧，升降机构14在运动控制模块11的控制下带动设置与机器人下端的采集平台的升降。采集平台角度调节装置15，包括俯仰角度调节装置152和水平角度调节装置151，在运动控制模块11的控制下对检测系统20的采集模块进行俯角角度或水平旋转角度的调节。
下面对本发明实施例的驱动机构13进行说明。
请参见图2，图2是本发明实施例提供的机器人的驱动机构13整体结构示意图。
示例的，驱动机构13包括主体底板131、驱动电机组件132、驱动轮组件133、导向轮组件和驱动控制器135；驱动电机组件132、驱动轮组件133、导向轮组件和驱动控制器135均设置于主体底板131上；驱动轮组件133悬挂于工字型轨道136的下缘，驱动电机组件132在驱动控制器135的控制下带动驱动轮组件133转动，以带动机器人在工字型轨道136上运动；导向轮组件抵紧工字型轨道136下缘的外缘，跟随轨道136弧度实现弹性伸展压缩，以带动机器人在工字型轨道136上转向运动。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的驱动机构13的驱动电机组件1322结构示意图。驱动电机组件132包括步进电机，驱动控制器135在运动控制模块11的控制下对步进电机的进行运动控制及定位，以实现对机器人的运动控制和定位。
驱动电机组件132还包括与步进电机连接的减速器1312，减速器1312两个对称的输出端均连接有一轴承1313，轴承1313上套接有联轴器1314和安装法兰1315，且安装法兰1315与减速器1312固定连接；轴承1313的自由端固定有第一同步轮1316；第一同步轮1316在电机本体1311的驱动下随轴承1313转动而同步转动。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的驱动机构13的驱动轮组件133结构示意图。该驱动组件有一对，对称设置于工字型轨道136两侧与主体底板131上表面垂直连接的安装板138上。示例的，该驱动轮组件133可以包括驱动轮1317、第二同步轮1318，以及连接驱动轮1317和第二同步轮1318的转轴1319；驱动轮1317用以置放于工字型轨道136上，第二同步轮1318与第一同步轮1316通过同步带1320连接，以实现在电机组件驱动下，第二同步轮1318和第一同步轮1316同步转动从而带动驱动轮1317在工字型轨道136上的同步运动。本发明实施例提供的驱动轮组件133，采用双轴承结构，可以保证整体受力的合理性。
请参见图5，图5是本发明实施例提供的驱动机构13的导向轮组件结构示意图。该导向轮组件有两对，分别设置于主体底板131的前后两端；且每一对的两组分别对称设置于工字型轨道136两侧与主体底板131上表面垂直连接的安装板138上。示例的，该导向轮组件可以包括导向管1321、安装座1322、伸缩杆1323、弹性部件1324、导向轮1325和导向轮固定部1326，其中，导向管1321与安装座1322垂直连接，导向管1321套接在伸缩杆1323上，安装座1322固定于与主体底板131上表面垂直连接的安装板138上；伸缩杆1323靠近导向轮1325的一端与导向轮固定部1326固定连接；弹性部件1324套设于安装座1322与导向轮固定部1326之间的伸缩杆1323上；导向轮1325与导向轮固定部1326可转动连接，且导向轮1325抵紧工字型轨道136下缘的外缘，导向轮1325跟随轨道136弧度运动以通过弹性部件1324和伸缩杆1323带动机器人在工字型轨道136上转向运动。
需要说明的是，驱动轮组件133中的安装座1322上设置有螺孔，通过螺钉将安装座1322固定于安装板138上；弹性部件1324优选为压缩弹簧。由于导向轮组件一共有组，相当于分别安装于主体底板131的四角，当驱动机构13直线运行时，底板四角个四组导向轮组件均匀受力，满足机器人主体向前平稳运行。当遇到转弯时，导向轮1325分作左右侧各两组，弯道内侧的一组导向轮1325继续压缩，弯道外侧的一组导向轮1325则逐渐拉伸，但均保持与轨道136外沿的紧密贴合。保证了机器人本体的平稳过弯。
请参见图6，图6是本发明实施例提供的包含支撑轮1327组件137的轮系组件在主体底板131上的安装结构示意图。在上述实施例的基础上，本发明实施例的驱动机构13，还可以包括支撑轮1327组件137，同样的，支撑轮1327组件137有一对，设置于驱动轮组件133和转向轮组件134之间，且一对支撑轮1327组件137对称设置于工字型轨道136两侧与主体底板131上表面垂直连接的安装板138上。示例的，支撑轮1327组件137设包括支撑轮1327和支撑杆1328，支撑轮1327用以置放于工字型轨道136上，支撑杆1328的一端和支撑轮1327连接，另一端固定于与主体底板131上表面垂直连接的安装板138上，以使支撑轮1327在驱动组件的带动下沿工字型轨道136运动。
本发明实施例提供的机器人的驱动机构13，驱动控制器135通过机器人主体上设置的机器人主体无线通信单元接收巡检命令，控制驱动电机组件132开启工作，驱动电机组件132上的第一同步轮1316通过同步带1320带动驱动轮组件133中的第二同步轮1318同步旋转，第二同步轮1318的运动通过转轴1319带动设置于工字型轨道136上的驱动轮1317的同步旋转，进而带动支撑轮1327组件137中的支撑轮1327和导向轮组件中的导向轮1325同步沿轨道136运动。当在宽阔平摊的管廊环境中时，轨道136直线铺设，驱动机构13沿轨道136直线运动，各轮的受力均衡，匀速向前运动；当管廊环境复杂需要转弯时，机器人在弯曲的轨道136上运动，设置于主体底板131前后两端的导向轮1325跟随轨道136弧度运动以通过弹性部件1324和伸缩杆1323带动机器人在工字型轨道136上转向运动，以实现复杂管廊环境电力线缆的巡检。
下面对本发明实施例的升降机构14进行说明。
请参见图7，图7是本发明实施例提供的包含升降机构14的机器人结构示意图。
示例的，本发明实施例的升降机构14包括升降杆141、升降电机142、升降距离检测电路和升降驱动控制器135，升降杆141的上端与主体底板131固定连接，下端与固定检测系统20的采集平台安装底板214固定连接；升降电机142、升降距离检测电路和升降驱动控制器135固定于主体底板131上；升降电机142与升降杆141和升降驱动控制器135分别连接，驱动控制器135与运动控制模块11和升降距离检测电路分别连接；升降驱动控制器135在运动控制模块11的控制下带动驱动电机转动，以实现升降杆141带动固定有检测系统20的采集平台在预设的距离内上下运动；预设的距离根据可升降幅度设置且由升降距离检测电路和升降驱动控制器135控制。
本发明实施例通过对升降机构14的控制，可以实现机器人在垂直方向上的上下运动，从而便于检测不同高度的电缆；或者在遇到管廊地面坡道升降造成的电缆高低位置发生变化时及时调整采集平台的高度。
(二)检测系统20
本发明实施例的检测系统20包括热成像检测模块21和/或局部放电检测模块22，用于对地下管廊的电力线路进行高温故障点检测和/或局部放电故障点检测。也即，检测系统20可以单独包括热成像检测模块21或局部放电检测模块22，也可以同时包括热成像检测模块21和局部放电检测模块22。
请继续参见图7，热成像检测模块21包括热成像图像采集装置211、可见光图像采集装置212，以及热成像故障检测单元；其中，热成像故障检测单元设置于云台213内，且云台213的上端部通过水平角度调节装置151与采集平台安装底板214固定连接，下端部通过俯仰角度调节装置152与热成像图像采集装置211和可见光图像采集装置212固定连接。
可以理解的是，云台213内还设置有水平旋转角度调节电机和俯仰角度调节电机，分别由相应的控制器控制，且该控制器受驱动控制模块的统一控制。通过水平角度调节装置和俯仰角度调节装置152，可以实现多方位的图像采集，从而实现更加全面的故障点检测。
本发明实施例的热成像图像采集装置211可以选用高精度电动热成像模组，分辨率达到381*288，NETD≤60mk,测温范围-20℃～150℃；100℃～350℃，测温精度±2℃。可见光图像采集装置212可以选用1200万像素工业面阵相机，分辨率达到4024*3036，可以自动变焦、自动补光。
请参见图8和图9，图8是本发明实施例提供的一种故障检测方法流程示意图，图9是本发明实施例提供的一种故障检测方法执行过程示意图。本发明实施例的热成像故障检测单元的故障检测方法，可以包括：
S101、采集热成像图像；
S102、对热成像图像进行二值化处理；
S103、根据二值化处理结果进行高温区域有效面积计算；
S104、若高温区域有效面积大于预先设定的报警温度阈值，则报警，并同时查询管廊布局数据库以获取管廊电缆信息；若高温区域有效面积小于等于预先设定的报警温度阈值，则重新采集热成像图像；
S105、若高温区域有效面积大于预先设定的报警温度阈值，则进行可见光图像采集；并对可见光图像和热成像图像分别进行特征提取；
S106、利用FLANN算法对所提取的可见光图像特征和热成像图像特征进行特征配准；
S107、根据特征配准结果获取故障点坐标；并根据故障点坐标和管廊电缆信息对故障电缆定位。
本发明采用的热成像故障识别与定位方法，通过对采集的热成像图像的高温区域面积S与设定的阈值进行比较，进而在S大于阈值时再对采集的可见光图像和热成像图像分别进行特征提取，利用FLANN算法实现可见光图像和热成像图像匹配，结合视觉定位结果推算出热成像故障位置，与管廊内部布局模板进行对比，确定故障位置。需要说明的是，管廊内部布局模板由首次测量获取，并存于数据库中，以作后期比对之用。
本发明实施例提供的热成像故障识别与定位方法，能够以远距离、不停电、不取样、不接触、不解体的方式对电力设备的表面温度和红外辐射进行采集成像，实现对电力设备的实时状态监测和故障诊断，可以准确的捕捉电力设备的异常和缺陷表征，有效的判断并定位设备存在的内部缺陷和外部缺陷及发生位置，从而使部分故障性检修转变为预见性检修，实现故障提早发现和及时处理。
本发明实施例的局部放电传感器，优选采用超声波加地电波测量方案。选择超声波接收传感器接收局部放电激发的超声信号，可在被测电气设备外围进行非侵入式检测，不受电磁场影响，不受噪声影响。配合暂态地电波测量，测量暂态电压脉冲信号，通过电容糅合出来，通过降噪放大，检测频带1MHz～15MHz，检测灵敏度高。
作为进一步的方案，本发明实施例的检测系统20，还可以包括环境检测模块，环境检测模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和有害气体传感器，且温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和有害气体传感器分别与电源系统30和信息系统40连接。
温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和有害气体传感器分别对管廊内温度、湿度、烟雾及有害气体进行检测，并可将实时检测结构通过信息系统40传输至地面上位机，以供工作人员对管廊电力线缆的环境进行准备把控。具体地，温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和有害气体传感器可以设置于机器人的采集平台安装底板214上。
下面对本发明实施例的机器人进行定位的方法进行说明。
由于机器人运行于地下的电力管廊，无法接收室外卫星米级定位信号。常用的室内定位技术有WiFi定位方法、RFID定位方法、Bluetooth定位方法、ZigBee定位方法、可见光定位方法。上述定位方法再搭配适量数据纠正点的情况下完全可以超过卫星定位精度，达到分米级。但对于电力系统巡检要求则是远远不够的，需要在巡检过程中针对特殊设备、易生故障点、环境复杂节点进行精确定位，同时要对前后多次巡检结果比对分析。这些应用场景决定着，在狭小管廊内定位精确需要达到厘米级精度，因此需要采用多种手段融合定位，已达到提高定位精度的目的。
请参见图10，图10是本发明实施例提供的一种机器人进行定位的方法流程示意图。
作为一种优选的方案，本发明实施例的机器人进行定位的方法，可以包括：
S201、对步进电机采用二次分步定位方法进行定位以获取机器人的第一位置信息。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构12。可以通过控制脉冲个数来控制角度位移量以达到准确定位的目的。同时可以控制脉冲频率来控制电动机转动速度和加速度而达到调速的目的。步进电机作为一种控制用特种电机，广泛用于开环控制。但在多次运动的积累误差，以及机械传动误差等原因，使得位置定位存在一定误差。
本方法采用二次分步定位方法，在闭环控制方法的基础上，去掉前反馈环节，增加位置反馈环节，构成“粗位反馈+精位反馈”的双位置环，消除电机丢步误差、运动累计误差、机械传动误差等影响，实现快速准确定位，改进运动系统动态性能，提高了大行程位置控制的定位精度。
在对位置驱动装置进行闭环的基础上，增加直接检测运动部件最终位置的另一个位置反馈环，实现对系统最终部件定位的粗位反馈，这样可以获取系统位置信息并加以利用，实现系统高速运动阶段的实时定位，即第一次定位。同时，将一次定位过程中的位置信息传递给驱动装置控制部分，驱动装置控制部分根据此位置信息来控制驱动装置，而驱动装置本身的反馈环实时检测驱动装置本身执行情况，实时对驱动装置执行情况的精位反馈，在最终定位阶段实现对驱动装置的精准控制，即第二次定位。二次分布空位控制系统框图如图11所示。
S202、在机器人上安装FRID读写器，在轨道136两侧安装FRID标签，FRID标签中存储有定位信息，通过FRID读写器对FRID标签的读取以获取机器人的第二位置信息。
FRID识别是一种非接触式自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可以适用各种恶劣环境，尤其适用于本发明的管廊环境。FRID识别可应用于高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。本发明用到的FRID电子标签分为有源标签，内部有电池，寿命长，功率高。工作的主要频段为：433MHz、900MHz、2.45GMHz、5.8GHz，有效通信距离120～150m。
S203、融合第一位置信息和第二位置信息以实现对机器人的定位。
本发明实施例以步进电机二次分步定位方法为主，RFID定位方法为辅助的管廊融合定位方法，步进电机定位是执行机构12的运动过程的主动定位方法，RFID定位是环境变化过程的被动定位方法；两种方法原理差异大，互不干涉，因此在工程实际中互为备份，具有较高可靠性，且可以互补冗余，在长距离运动中，对于位置信息波动较大时，可根据另一方法进行重新校准，避免位置信息出错。
本发明实施例通过采用二次分步定位方法的步进电机来提供动力，通过给定脉冲数来测算运行距离，可以设置固定长度的测量段，防止误差积累；同时配合RFID定位，在运行图像中，进行携带位置信息的电子标签识别，进一步减少定位误差，实现管廊电力巡检机器人的精准定位。
(三)电源系统30
请参见图12，图12是本发明实施例提供的一种电源系统30结构框图；该电源系统30包括设置于机器人本体上的电源模块31，以及设置于轨道136起点或/和终点的安全屋32，电源模块31在运动系统10的配合下实现在安全屋32的自动充电。
具体地，电源模块31可以包括蓄电池组312、无线通信模块311和充电接口313；蓄电池组312为机器人本体进行供电；无线通信模块311连接蓄电池组312，并与安全屋32接驳通信；充电接口313连接蓄电池组312，并在机器人进入安全屋32且接驳稳定后，对接安全屋32的电源以对蓄电池组312进行充电。
本发明实施例的蓄电池组312可以根据巡检轨道136的长度以及机器人的用电量而来具体设置蓄电池组312的总电池容量，保证机器人在安全屋32一次充电后可以在轨道136上完成完整的一次巡检路线(比如2Km不间断运行)，而不会发生半路没电的情况。
本发明实施例的无线通信模块311可以采用短距无线通信模块，比如可以是NRF2L01无线通信模块，也可以是蓝牙无线射频模块或者Zibee无线模块。短距无线通信模块具有低功耗、低成本和对等通信等优点。
作为进一步地方案，在安全屋32前的轨道136上设置有接近传感器模块324，用于在检测到机器人与安全屋32的距离达到预先设置的安全距离时，向安全屋32发送入屋信号。机器人与安全屋32的安全距离可以是1～2m，优选为1.5m。通过接近传感器模块324的检测，可以使安全屋32提前做好开门准备，以便机器人顺利进入充电。
下面对本发明实施例的安全屋32进行具体说明。
请参见图13和图14，图13是本发明实施例提供的安全屋安全门闭合状态下的结构示意图，图14是本发明实施例提供的安全屋安全门开启状态下的结构示意图。安全屋32包括安全屋主体321、安全屋左门322和安全屋右门323，安全屋主体321内设置有充电机326，且充电机326在接收到入屋信号后控制安全屋左门322和安全屋右门323开启，以及在机器人进入安全屋32后对机器人进行充电。
安全屋主体321的上下门框分别设置有导轨325，安全屋左门322和安全屋右门323分别通过驱动轮1317固定于导轨325内，并在安全门电机带动下在导轨325内滑动，以使充电机326在收到入屋信号后控制安全门电机带动安全屋左门322和安全屋右门323分别向两侧滑开。
可以理解的是，安全屋32内的充电机326也包括有一无线通信模块，用于和机器人本体上的无线通信模块311接驳通信；此外，充电机326还包括有控制模块，和安全屋32内的无线通信模块以及安全门电机均连接，在收到安全屋32内的无线通信模块传来的入屋信号后控制器控制安全门电机启动，两扇安全门在安全门电机的驱动下向两侧滑开。在实际工程中，安全屋32内的无线通信模块和控制模块和具有充电功能的充电机326集成为一体，方便使用。
请参见图15，图15是本发明实施例提供的电源系统30的机器人本体准备进入锁紧机构328的状态示意图。当机器人进入安全屋32后，为了保证充电的稳定性，作为更进一步的方案，可以在安全屋32内设置有锁紧机构328，锁紧机构328在机器人本体到达安全屋32内的预定位置时，对机器人本体进行锁定以进行充电，并在充电完成时松开。
请参见图16和图17，图16是本发明实施例提供的锁紧机构328的结构示意图，图17是本发明实施例提供的锁紧机构328的局部结构示意图。具体地，锁紧机构328可以包括锁紧横梁329和垂直固定于锁紧横梁329下方的两个锁紧立柱330，两个锁紧立柱330的内侧分别安装有一锁紧电机331，外侧分别安装有以锁紧片332；锁紧机构328架设于轨道136上，且发生锁紧时机器人本体上与主体底板131垂直固定的安装板138伸入锁紧立柱330和锁紧片332之间；锁紧片332在锁紧电机331的带动下靠近或远离锁紧立柱330，以实现机器人本体的锁紧或松开。
其中，锁紧片332在锁紧电机331的带动下靠近或远离锁紧立柱330，具体可以是锁紧电机331固定于锁紧立柱330的一侧，锁紧电机331的输出端连接有一丝杠，该丝杠穿过锁紧立柱330并与锁紧立柱330另一侧的锁紧片332固定连接，通过锁紧电机331的正转与反转通过丝杠以带动锁紧片332靠近或远离锁紧立柱330，以实现对机器人本体的锁紧或松开。
本发明实施例的充电机326上设置有充电伸出机构327，充电伸出机构327在机器人本体被锁定后自动伸出，以对接设置于机器人上的充电接口313。可以理解的是，该充电伸出机构327受充电机326内控制器的控制，在锁紧机构328对机器人本体进行锁紧操作后，充电伸出机构327自动伸出去对接充电接口313。充电伸出机构327可以是现有的旋出式或弹出式自动伸出机构。该充电伸出机构327相当于充电接口313公头，可以包括一个伸出管、对接锥和对接锥顶部触点，机器人本体上的充电接口313相当于充电接口313母头，可以包括导向锥和锥底部触点；充电接口313公头与母头接近过程中，通过导向锥与接口锥进行位置纠偏微调。
本发明实施例的安充电机326还包括电源管理单元，电源管理单元用于对蓄电池组312在充电过程中以及充电完成后的电池状态进行管理。该电源管理单元为充电机326中的一个功能模块，可以管理机器人到达安全屋32后的自主维护充电工作。由于机器人采用蓄电池供电，长时间运行及使用中，电池本身性能会逐渐出现衰减等问题，因此电源管理单元通过充电过程中、以及充电完成后的，电压电流状况，来判断电池状态；此外，电源管理单元还可以满足除充电功能以外的调节过程，改变充电过程电流、电池模块的主动均衡等电池维护操作。
请参见图18，图18是本发明实施例提供的机器人充电工作流程图。结合上述实施例的结构说明以及该图，本发明实施例提供的电源系统30，在机器人本体靠近安全屋32时，机器人本体上电源系统30的无线通信模块311与安全屋32内的充电机326建立通信，安全屋32接收机器人进屋信号后自动打开安全屋32门，机器人进入安全屋32，当到达指定位置时，安全屋32内的锁紧机构328将机器人本体锁紧，充电机326上的充电伸出机构327自动伸出，对接设置于机器人上的充电接口313，对接完成后便可以开始充电。本发明实施例提供的机器人的电源系统30，可以实现机器人的自动充电，避免了人工从管廊取出充电的麻烦，大大提高工作效率。
(四)信息系统40
本发明实施例的信息系统40包括机器人中央信息处理模块41和机器人本体无线通信模块42，机器人中央信息处理模块41接收运动系统10、检测系统20、电源系统30反馈的数据并通过机器人本体无线通信模块42实现与外部的数据传输。
此外，需要说明的是，由于管廊环境可能会存在弯道，因此本发明实施例的巡检机器人所采用的轨道136优选为直线工字型轨道136和90°弯角工字型轨道136。需要连接时，在轨道136两端中心梁处，采用连接板加螺钉锁死。如转弯正好90°，则直接连接。如转弯大于90°，则对弯角轨道136进行施工加工，从中间所需角度截断，以满足转弯角度。
本发明提供的地下管廊输电线路故障检测机器人，可以实现复杂环境的地下管廊输电线路故障检测与故障定位，且能够对机器人的运行进行精确定位；而且通过安全屋自动充电，使用非常方便。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种地下管廊输电线路故障检测机器人，其特征在于，包括：
运动系统，包括运动控制模块和执行机构，所述执行机构在所述运动控制模块的控制下以实现机器人在地下管廊的悬挂轨道上的运动、所述机器人自身的升降以及所述机器人的检测角度调节；
检测系统，包括热成像检测模块和/或局部放电检测模块，用于对地下管廊的电力线路进行高温故障点检测和/或局部放电故障点检测；
电源系统，包括设置于所述机器人本体上的电源模块，以及设置于轨道起点或/和终点的安全屋，所述电源模块在所述运动系统的配合下实现在所述安全屋的自动充电；
信息系统，包括机器人中央信息处理模块和机器人本体无线通信模块，所述机器人中央信息处理模块接收所述运动系统、所述检测系统、所述电源系统反馈的数据并通过所述机器人本体无线通信模块实现与外部的数据传输；
其中，所述执行机构包括：
驱动机构，设置于所述机器人的上端部，所述驱动机构在所述运动控制模块的控制下在地下管廊的悬挂轨道上运动；
升降机构，设置于所述机器人的两侧，所述升降机构在所述运动控制模块的控制下带动设置与所述机器人下端的采集平台的升降；
采集平台角度调节装置，包括俯仰角度调节装置和水平角度调节装置，在所述运动控制模块的控制下对所述检测系统的采集模块进行俯角角度或水平旋转角度的调节；
所述驱动机构包括主体底板、驱动电机组件、驱动轮组件、导向轮组件和驱动控制器；所述驱动电机组件、所述驱动轮组件、所述导向轮组件和所述驱动控制器均设置于所述主体底板上；所述驱动轮组件悬挂于工字型轨道的下缘，所述驱动电机组件在所述驱动控制器的控制下驱动所述驱动轮组件转动，以带动所述机器人在所述工字型轨道上运动；所述驱动电机组件包括步进电机，所述驱动控制器在所述运动控制模块的控制下对所述步进电机进行运动控制及定位，以实现对所述机器人的运动控制和定位；
所述升降机构包括升降杆、升降电机、升降距离检测电路和升降驱动控制器，所述升降杆和所述升降电机均有两个，对称设置于所述检测系统的采集平台的两侧，所述升降杆的上端与所述主体底板固定连接，下端与固定所述检测系统的采集平台安装底板固定连接；所述升降电机、所述升降距离检测电路和所述升降驱动控制器固定于所述主体底板上；所述升降电机与所述升降杆和所述升降驱动控制器分别连接，所述驱动控制器与所述运动控制模块和所述升降距离检测电路分别连接；所述升降驱动控制器在所述运动控制模块的控制下驱动所述驱动电机转动，以实现所述升降杆带动固定有所述检测系统的采集平台在预设的距离内上下运动；所述预设的距离根据可升降幅度设置且由所述升降距离检测电路和所述升降驱动控制器控制；
所述热成像检测模块包括热成像图像采集装置、可见光图像采集装置，以及热成像故障检测单元；其中，所述热成像故障检测单元设置于云台内，且所述云台的上端部通过所述水平角度调节装置与所述采集平台安装底板固定连接，下端部通过所述俯仰角度调节装置与所述热成像图像采集装置和所述可见光图像采集装置固定连接；
所述热成像故障检测单元的故障检测方法包括：
采集热成像图像；
对所述热成像图像进行二值化处理；
根据二值化处理结果进行高温区域有效面积计算；
若所述高温区域有效面积大于预先设定的报警温度阈值，则报警，并同时查询管廊布局数据库以获取管廊电缆信息；若所述高温区域有效面积小于等于预先设定的报警温度阈值，则重新采集热成像图像；
若所述高温区域有效面积大于预先设定的报警温度阈值，则进行可见光图像采集；并对所述可见光图像和所述热成像图像分别进行特征提取；
利用FLANN算法对所提取的可见光图像特征和热成像图像特征进行特征配准；
根据所述特征配准结果获取故障点坐标；并根据所述故障点坐标和所述管廊电缆信息对故障电缆定位；
所述对所述机器人进行定位的方法，包括：
对所述步进电机采用二次分步定位方法进行定位以获取所述机器人的第一位置信息；
在所述机器人上安装FRID读写器，在所述轨道两侧安装FRID标签，所述FRID标签中存储有定位信息，通过所述FRID读写器对所述FRID标签的读取以获取所述机器人的第二位置信息；
融合所述第一位置信息和所述第二位置信息以实现对所述机器人的定位。
2.根据权利要求1所述的地下管廊输电线路故障检测机器人，其特征在于，所述电源模块包括蓄电池组、无线通信模块和充电接口；所述蓄电池组为所述机器人本体进行供电；所述无线通信模块连接所述蓄电池组，并与所述安全屋接驳通信；所述充电接口连接所述蓄电池组，并在所述机器人进入所述安全屋且接驳稳定后，对接所述安全屋的电源以对所述蓄电池组进行充电。
3.根据权利要求1所述的地下管廊输电线路故障检测机器人，其特征在于，所述检测系统还包括环境检测模块，所述环境检测模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和有害气体传感器，且所述温度传感器、所述湿度传感器、所述烟雾传感器和所述有害气体传感器分别与所述电源系统和所述信息系统连接。
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