CN115000879B - 基于图像学习的输电线路巡检机器人及巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于图像学习的输电线路巡检机器人及巡检方法，涉及线路巡检技术领域，包括基座，所述基座的内部为中空结构，且基座的上部等距设置有三个伺服电机一，所述基座的两侧均等距设置有三个与各个伺服电机一相对应的凹槽块，相对的两个所述凹槽块的一侧设置有限位壳板，且凹槽块的内部设置有避障驱动件，两个所述限位壳板的内部均嵌入滑动安装有滑动板，其中一个所述滑动板的下方一侧安装有行走电机，且两个滑动板的下侧之间设置有行走件。本发明根据图像识别方法，判断巡检路径上的异物，通过设置避障驱动件，在伺服电机一的工作下，能够依次的将各个导轮给抬起，进而对线路上的障碍物依次的给避开。

Description

基于图像学习的输电线路巡检机器人及巡检方法

技术领域

本发明涉及线路巡检技术领域，具体为基于图像学习的输电线路巡检机器人及巡检方法。

背景技术

随着我国的电力网络和通讯网络的迅速壮大，加上国民经济对电力通讯网络的日益增长的需求，对电力通讯网络的稳定性和可靠性提出了更高的要求。需要全天候对电力网络的实时监测与维。

中国专利公开号为CN203632111U的专利公开了一种线路巡检机器人，车轮电机穿过电机壳体通过平键将车轮电机的输出轴与压线轮固定连接，车轮电机通过螺栓与电机壳体固定连接，连接架一端用螺栓与电机壳体固定连接，连接架的另一端通过平键与升降电机轴连接，升降电机通过螺栓与外壳体固定连接，摇臂电机通过平键与摇臂机构连接，摇臂电机通过螺栓与外壳体固定连接，摄像电机穿过摇臂机构，通过平键与摄像头固定连接。该巡检机器人的优点在于：结构新颖，设计合理，可以跨越线路上的多种障碍，便于线路的巡检。

但是该巡检机器人在线路上遇到障碍物时，如振动锤，该巡检机器人则无法通过线路，从而无法对远程的线路进行巡检工作。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于图像学习的输电线路巡检机器人及巡检方法，解决了目前线路巡检机器人无法通过线路上的障碍物的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于图像学习的输电线路巡检机器人，包括基座，所述基座的内部为中空结构，且基座的上部等距设置有三个伺服电机一，所述基座的两侧均等距设置有三个与各个伺服电机一相对应的凹槽块，相对的两个所述凹槽块的一侧设置有限位壳板，且凹槽块的内部设置有避障驱动件，两个所述限位壳板的内部均嵌入滑动安装有滑动板，其中一个所述滑动板的下方一侧安装有行走电机，且两个滑动板的下侧之间设置有行走件，中间位置的两个滑动板下端相背的一侧均设置有L形板，两个所述L形板的下侧之间设置有配重组件。

进一步的，所述避障驱动件包括转动安装于凹槽块内部的丝杆，所述丝杆的一端外部套设有与其相适配的螺母套，所述螺母套的下侧铰接有调节杆，所述调节杆的另一端铰接于限位壳板的一侧，相对的两个凹槽块内部的丝杆的外部螺牙齿互为相反。

进一步的，所述限位壳板的一侧设置有与调节杆相对应的导槽，所述调节杆的另一端滑动穿过导槽的内部。

进一步的，所述基座的内部转动安装有与各个丝杆相对应的限位轴一，所述限位轴一的两端分别与两个丝杆的一端相连接，且限位轴一的外部中间位置处设置有蜗轮，所述伺服电机一的输出轴连接有与蜗轮相适配的蜗杆，所述蜗杆与蜗轮相啮合。

进一步的，所述行走件包括分别转动安装于两个滑动板下端一侧的限位板，所述行走电机的输出轴与限位板的一端相连接，两个所述限位板的上侧之间连接有导向轴，所述导向轴的外部对称滑动套设有两个导轮，且导向轴的上部中间位置处设置有定位螺栓。

进一步的，两个所述限位板的下侧之间转动安装有双牙螺杆，所述双牙螺杆的外部中间位置处设置有旋转套，所述旋转套的外侧表面等距设置有若干个与定位螺栓相适配的螺栓孔。

进一步的，两个所述导轮均通过螺纹套设于双牙螺杆的外部，所述双牙螺杆的外部位于中心两侧的螺牙齿互为相反。

进一步的，所述配重组件包括有配重筒，所述配重筒的两端均设置有定位轴，所述定位轴的一端两侧均设置有凸块，所述凸块与L形板之间通过螺栓固定连接。

进一步的，所述配重筒的两端下侧均设置有活动槽，且配重筒的内部水平转动安装有限位轴二，所述限位轴二的两端下侧均连接有限位杆，两个所述限位杆的下端分别滑动穿过两个活动槽的内部并连接有配重球，所述配重筒的下部中间位置处安装有伺服电机二，所述伺服电机二的输出轴连接有主锥齿轮，所述限位轴二的外部设置有与主锥齿轮相对应的从锥齿轮，所述从锥齿轮与限位轴二之间相啮合。

进一步的，所述基座的下部中间位置处分别安装有云台和中控机，所述云台上安装有摄像机。

提供一种巡检方法，具体的包括：

S1、实时采集巡检视频；

S2、根据步骤S1所述视频识别巡检线路上的异物；

S21、将巡检视频分帧处理，将每帧照片与标准背景图进行相似度匹配，得到对比图；

S22、将对比图进行分割为若干个子区域，根据预设的分割规则，依据灰度与自适应阈值的相对大小关系分离出异物图像；所述自适应阈值为：

Yh=max（H*D/α）-min（H*X/α）

其中，D表示最高灰度值概率点的最大值，X表示最高灰度值概率点的最小值，H表示灰度值，Yh表示自适应阈值；α表示预设比重值；

S23、根据异物图像提取异物位置信息与面积信息；

S3、根据步骤S2中的异物信息控制机器人调整自身通过巡检路线。

有益效果

本发明提供了基于图像学习的输电线路巡检机器人，与现有技术相比具备以下有益效果：

1、该基于图像学习的输电线路巡检机器人，根据图像识别方法，判断巡检路径上的异物，通过设置避障驱动件，当巡检机器人在线路上遇到障碍物时，在伺服电机一的工作下，能够依次的将各个导轮给抬起，进而对线路上的障碍物依次的给避开，从而能够对更长的输线路进行巡检工作。

2、该基于图像学习的输电线路巡检机器人，通过调节双牙螺杆，能够调整两个导轮之间的距离，方便使巡检机器人在不同间距的线路上进行行走，当两个导轮之间的距离调整好后，通过设置定位螺栓，能够对双牙螺杆起到固定的作用，进而保证两个导轮的稳定性。

3、该基于图像学习的输电线路巡检机器人，通过设置配重组件，当巡检机器人在避障时，能够根据导轮的抬起，来调整配重球的位置，保证巡检机器人在过障碍物时的稳定性，使其不易发生掉落情况。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明避障驱动件和行走件结构的安装示意图；

图3为本发明行走件的结构示意图；

图4为本发明基座的内部结构示意图；

图5为本发明配重组件的结构示意图；

图6为本发明配重筒的内部结构示意图。

图中：1、基座；101、限位轴一；102、蜗轮；2、伺服电机一；21、蜗杆；3、凹槽块；31、丝杆；32、螺母套；33、调节杆；4、限位壳板；41、导槽；5、滑动板；6、行走电机；7、行走件；71、限位板；72、导向轴；73、导轮；74、定位螺栓；75、双牙螺杆；76、旋转套；77、螺栓孔；8、L形板；9、配重组件；91、配重筒；92、定位轴；93、凸块；94、活动槽；95、限位轴二；96、限位杆；97、配重球；98、伺服电机二；99、主锥齿轮；910、从锥齿轮；10、云台；11、摄像机；12、中控机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供三种技术方案：

实施例一

请参阅图1，本发明实施例中，基于图像学习的输电线路巡检机器人，包括基座1，基座1的内部为中空结构，且基座1的上部等距设置有三个伺服电机一2，基座1的两侧均等距设置有三个与各个伺服电机一2相对应的凹槽块3，相对的两个凹槽块3的一侧设置有限位壳板4，且凹槽块3的内部设置有避障驱动件，两个限位壳板4的内部均嵌入滑动安装有滑动板5，其中一个滑动板5的下方一侧安装有行走电机6，且两个滑动板5的下侧之间设置有行走件7，中间位置的两个滑动板5下端相背的一侧均设置有L形板8，两个L形板8的下侧之间设置有配重组件9，基座1的下部中间位置处分别安装有云台10和中控机12，云台10上安装有摄像机11，摄像机11用于监测线路上的障碍物和异物，通过中控机12对图像进行分析处理，判断出图像的类型然后将信号通过无线网传输给后台中心，此图像学习方法已经为现有技术，因此不再详细的描述，请参考中国专利公开号为CN202110687728.6的专利公开了一种输电线路图像样本对抗学习增广方法及系统。

或者如本实施例所提供的提供一种巡检方法：

S1、实时采集巡检视频；

S2、根据步骤S1所述视频识别巡检线路上的异物；

S21、将巡检视频分帧处理，将每帧照片与标准背景图进行相似度匹配，得到对比图；

S22、将对比图进行分割为若干个子区域，根据预设的分割规则，依据灰度与自适应阈值的相对大小关系分离出异物图像；所述自适应阈值为：

Yh=max（H*D/α）-min（H*X/α）

其中，D表示最高灰度值概率点的最大值，X表示最高灰度值概率点的最小值，H表示灰度值，Yh表示自适应阈值；α表示预设比重值；

S23、根据异物图像提取异物位置信息与面积信息；

S3、根据步骤S2中的异物信息控制机器人调整自身通过巡检路线。

请参阅图2和图4，本发明实施例中，避障驱动件包括转动安装于凹槽块3内部的丝杆31，丝杆31的一端外部套设有与其相适配的螺母套32，螺母套32的下侧铰接有调节杆33，调节杆33的另一端铰接于限位壳板4的一侧，相对的两个凹槽块3内部的丝杆31的外部螺牙齿互为相反，限位壳板4的一侧设置有与调节杆33相对应的导槽41，调节杆33的另一端滑动穿过导槽41的内部，基座1的内部转动安装有与各个丝杆31相对应的限位轴一101，限位轴一101的两端分别与两个丝杆31的一端相连接，且限位轴一101的外部中间位置处固定套设有蜗轮102，限位轴一101可带动蜗轮102旋转，伺服电机一2的输出轴连接有与蜗轮102相适配的蜗杆21，蜗杆21与蜗轮102相啮合，当遇到障碍物时，使基座1上部最前侧的伺服电机一2工作，伺服电机一2带动蜗杆21转动，蜗杆21带动与其啮合的蜗轮102转动，蜗轮102带动其两端的丝杆31转动，丝杆31外部螺纹互为相反，丝杆31带动螺母套32移动，螺母套32就会使调节杆33带动滑动板5在限位壳板4中滑动，使滑动板5将行走件7给抬起，即将导轮73给抬起，这样基座1前侧下部为悬空状态，当最前面的导轮73越过障碍物时，使基座1上部最前面的伺服电机一2反转，让导轮73回到线路上，接着后面两个导轮73也按照上述的方法进行避障。

实施例二，与实施例一不同之处在于：

请参阅图3，本发明实施例中，行走件7包括分别转动安装于两个滑动板5下端一侧的限位板71，行走电机6的输出轴与限位板71的一端相连接，两个限位板71的上侧之间连接有导向轴72，导向轴72的外部对称滑动套设有两个导轮73，且导向轴72的上部中间位置处设置有定位螺栓74，两个限位板71的下侧之间转动安装有双牙螺杆75，双牙螺杆75的外部中间位置处设置有旋转套76，旋转套76的外侧表面等距设置有若干个与定位螺栓74相适配的螺栓孔77，两个导轮73均通过螺纹套设于双牙螺杆75的外部，双牙螺杆75的外部位于中心两侧的螺牙齿互为相反，转动旋转套76带动双牙螺杆75转动，双牙螺杆75会带动两个导轮73移动，由于导轮73的外部位于中心两侧的螺牙齿互为相反，因此两个导轮73移动的方向会相反，调整两个导轮73之间的距离，使导轮73之间的距离等于两个线路之间的距离，之后将导轮73放入到线路上。

实施例三，与实施例一和二不同之处在于：

请参阅图5-6，本发明实施例中，配重组件9包括有配重筒91，配重筒91的两端均设置有定位轴92，定位轴92的一端两侧均设置有凸块93，凸块93与L形板8之间通过螺栓固定连接，配重筒91的两端下侧均设置有活动槽94，且配重筒91的内部水平转动安装有限位轴二95，限位轴二95的两端下侧均连接有限位杆96，两个限位杆96的下端分别滑动穿过两个活动槽94的内部并连接有配重球97，配重筒91的下部中间位置处安装有伺服电机二98，伺服电机二98的输出轴连接有主锥齿轮99，限位轴二95的外部设置有与主锥齿轮99相对应的从锥齿轮910，从锥齿轮910与限位轴二95之间相啮合，在越障时，使伺服电机二98正转，伺服电机二98带动主锥齿轮99转动，主锥齿轮99带动从锥齿轮910转动，从锥齿轮910带动限位轴二95转动，限位轴二95带动限位杆96摆动，进而带动配重球97的位置，对巡检机器人的重心位置进行调整，提高稳定性。

工作原理：

安装工作：转动旋转套76带动双牙螺杆75转动，双牙螺杆75会带动两个导轮73移动，由于导轮73的外部位于中心两侧的螺牙齿互为相反，因此两个导轮73移动的方向会相反，调整两个导轮73之间的距离，使导轮73之间的距离等于两个线路之间的距离，之后将导轮73放入到线路上，放好后，将配重组件9通过螺栓固定到两个L形板8上，如图1所示；

避障工作：行走电机6带动限位板71转动，限位板71带动导向轴72和双牙螺杆75公转，进而带动导轮73转动，导轮73就会在线路上行走，当遇到障碍物，如振动锤时，按照如下步骤进行避障：

S1、使基座1上部最前侧的伺服电机一2工作，伺服电机一2带动蜗杆21转动，蜗杆21带动与其啮合的蜗轮102转动，蜗轮102带动其两端的丝杆31转动，丝杆31带动螺母套32移动，螺母套32就会使调节杆33带动滑动板5在限位壳板4中滑动，使滑动板5将行走件7给抬起，即将导轮73给抬起，这样基座1前侧下部为悬空状态，与此同时，使伺服电机二98正转，伺服电机二98带动主锥齿轮99转动，主锥齿轮99带动从锥齿轮910转动，从锥齿轮910带动限位轴二95转动，限位轴二95带动限位杆96摆动，使限位杆96下端的配重球97摆动到基座1的后侧位置，将巡检机器人的重心位置调整到基座1后侧的部分，而中间的导轮73和最后一个的导轮73仍然与线路接触，此时机器人继续形走，当最前面的导轮73越过障碍物时，使基座1上部最前面的伺服电机一2反转，让导轮73回到线路上，而伺服电机二98也反转，让限位杆96下端的配重球97处于垂直状态，这样重心位置调整到基座1下部中间的位置；

S2、接着使基座1上部中间位置的伺服电机一2工作，使得中间的导轮73越过障碍物，而此时配重球97保持原位不动，使重心位置仍然处于中间位置，当中间的导轮73越过障碍物时，使其落入到线路上；

S3、之后使基座1上部后侧的伺服电机一2工作，使后部的导轮73抬起，而此时使伺服电机二98反转，让配重球97摆动到前方，将重心位置调整到前方，当导轮73越过障碍物时，使导轮73落下，而此时使配重球97回到垂直状态，最终完成避障工作。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (8)

1.一种基于图像学习的输电线路巡检机器人，包括基座（1），其特征在于：所述基座（1）的内部为中空结构，且基座（1）的上部等距设置有三个伺服电机一（2），所述基座（1）的两侧均等距设置有三个与各个伺服电机一（2）相对应的凹槽块（3），相对的两个所述凹槽块（3）的一侧设置有限位壳板（4），且凹槽块（3）的内部设置有避障驱动件，两个所述限位壳板（4）的内部均嵌入滑动安装有滑动板（5），其中一个所述滑动板（5）的下方一侧安装有行走电机（6），且两个滑动板（5）的下侧之间设置有行走件（7），中间位置的两个滑动板（5）下端相背的一侧均设置有L形板（8），两个所述L形板（8）的下侧之间设置有配重组件（9）；

所述配重组件（9）包括有配重筒（91），所述配重筒（91）的两端均设置有定位轴（92），所述定位轴（92）的一端两侧均设置有凸块（93），所述凸块（93）与L形板（8）之间通过螺栓固定连接；

所述配重筒（91）的两端下侧均设置有活动槽（94），且配重筒（91）的内部水平转动安装有限位轴二（95），所述限位轴二（95）的两端下侧均连接有限位杆（96），两个所述限位杆（96）的下端分别滑动穿过两个活动槽（94）的内部并连接有配重球（97），所述配重筒（91）的下部中间位置处安装有伺服电机二（98），所述伺服电机二（98）的输出轴连接有主锥齿轮（99），所述限位轴二（95）的外部设置有与主锥齿轮（99）相对应的从锥齿轮（910），所述从锥齿轮（910）与限位轴二（95）之间相啮合。

2.根据权利要求1所述的基于图像学习的输电线路巡检机器人，其特征在于：所述避障驱动件包括转动安装于凹槽块（3）内部的丝杆（31），所述丝杆（31）的一端外部套设有与其相适配的螺母套（32），所述螺母套（32）的下侧铰接有调节杆（33），所述调节杆（33）的另一端铰接于限位壳板（4）内部滑动板的一侧，相对的两个凹槽块（3）内部的丝杆（31）的外部螺牙齿互为相反；所述限位壳板（4）的一侧设置有与调节杆（33）相对应的导槽（41），所述调节杆（33）的另一端滑动穿过导槽（41）的内部。

3.根据权利要求1或2所述的基于图像学习的输电线路巡检机器人，其特征在于：所述基座（1）的内部转动安装有与各个丝杆（31）相对应的限位轴一（101），所述限位轴一（101）的两端分别与两个丝杆（31）的一端相连接，且限位轴一（101）的外部中间位置处设置有蜗轮（102），所述伺服电机一（2）的输出轴连接有与蜗轮（102）相适配的蜗杆（21），所述蜗杆（21）与蜗轮（102）相啮合。

4.根据权利要求1所述的基于图像学习的输电线路巡检机器人，其特征在于：所述行走件（7）包括分别转动安装于两个滑动板（5）下端一侧的限位板（71），所述行走电机（6）的输出轴与限位板（71）的一端相连接，两个所述限位板（71）的上侧之间连接有导向轴（72），所述导向轴（72）的外部对称滑动套设有两个导轮（73），且导向轴（72）的上部中间位置处设置有定位螺栓（74）。

5.根据权利要求4所述的基于图像学习的输电线路巡检机器人，其特征在于：两个所述限位板（71）的下侧之间转动安装有双牙螺杆（75），所述双牙螺杆（75）的外部中间位置处设置有旋转套（76），所述旋转套（76）的外侧表面等距设置有若干个与定位螺栓（74）相适配的螺栓孔（77）。

6.根据权利要求5所述的基于图像学习的输电线路巡检机器人，其特征在于：两个所述导轮（73）均通过螺纹套设于双牙螺杆（75）的外部，所述双牙螺杆（75）的外部位于中心两侧的螺牙齿互为相反。

7.根据权利要求1所述的基于图像学习的输电线路巡检机器人，其特征在于：所述基座（1）的下部中间位置处分别安装有云台（10）和中控机（12），所述云台（10）上安装有摄像机（11）。

8.一种使用权利要求1-7任一所述的基于图像学习的输电线路巡检机器人的巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、实时采集巡检视频；

S2、根据步骤S1所述视频识别巡检线路上的异物；

S21、将巡检视频分帧处理，将每帧照片与标准背景图进行相似度匹配，得到对比图；

S22、将对比图进行分割为若干个子区域，根据预设的分割规则，依据灰度与自适应阈值的相对大小关系分离出异物图像；所述自适应阈值为：

Yh=max（H*D/α）-min（H*X/α）

其中，D表示最高灰度值概率点的最大值，X表示最高灰度值概率点的最小值，H表示灰度值，Yh表示自适应阈值；α表示预设比重值；

S23、根据异物图像提取异物位置信息与面积信息；

S3、根据步骤S2中的异物信息控制机器人调整自身通过巡检路线。

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