CN206023052U - 一种高压输电线路巡检机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高压输电线路巡检机器人，通过摄像装置采集高压输电线上的图像视频信息；在自动巡航模式下，工控机根据图像视频信息判断是否有障碍物和是否存在线路表面缺陷，在有障碍物的情况下驱动电机执行越障操作，有缺陷的情况则进行缺陷故障报警；在地面控制模式下，处理器根据接收到的操作控制部件的控制信息驱动电机执行相应动作，以对机器人的运动状态进行控制。本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人，能够对采集到的视频图像进行处理后反馈至巡检机器人执行相应的越障操作。同时，根据拍到的图像对线路情况进行判断，检测出线路的缺陷。可见，本申请大大减轻了巡检人员的工作量，提高了巡检人员的工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及高压输电线路检测技术领域，特别是涉及一种高压输电线路巡检机器人。
背景技术
输电线缺陷检测是保障电力电网正常运行很重要的一部分。如果只是单纯的依靠人工来进行巡检，那样效率会很低，同时也需要大量的巡检人员。为了解决人工巡检带来的一些问题，提供一种高压线巡检机器人是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高压输电线路巡检机器人，以解决现有人工巡检效率低、工作量大的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种高压输电线路巡检机器人，包括：
线上机器人本体以及地面控制单元；所述线上机器人本体包括摄像装置、工控机、第一数传电台以及电机；所述地面控制单元包括处理器、操作控制部件以及第二数传电台；
其中，所述摄像装置用于采集高压输电线上的图像视频信息；
所述工控机与所述摄像装置相连，用于在自动巡航模式下，根据所述图像视频信息判断是否有障碍物和是否存在线路表面缺陷，在有障碍物的情况下驱动所述电机执行越障操作，在有缺陷的情况则进行缺陷故障报警；
所述处理器用于采集所述操作控制部件的控制信息，并将所述控制信息通过所述第二数传电台发送至所述第一数传电台；所述工控机与所述第一数传电台相连，用于在地面控制模式下，根据接收到的所述控制信息驱动所述电机执行相应动作，以对机器人的运动状态进行控制。
可选地，还包括：与所述工控机通过数据采集卡相连的传感器，用于检测高压输电线线路上障碍物与机器人的距离信息。
可选地，所述线上机器人本体还包括与所述工控机相连的数字发送模块，所述地面控制单元还包括数字接收模块以及第一显示器；
所述数字接收模块用于接收所述数字发送模块发送的所述图像视频信息，所述第一显示器用于对所述图像视频信息进行显示。
可选地，所述地面控制单元还包括与所述处理器相连的第二显示器，用于对机器人的参数信息、本体姿态进行显示。
可选地，所述工控机通过CAN总线与所述电机的驱动器相连。
可选地，所述操作控制部件为3D摇杆、控制按钮或速度滑杆的一种或多种。
可选地，所述地面控制单元还包括电源分配单元，用于对各装置的供电电源进行分配。
本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人，通过摄像装置采集高压输电线上的图像视频信息；在自动巡航模式下，工控机根据图像视频信息判断是否有障碍物和是否存在线路表面缺陷，在有障碍物的情况下驱动电机执行越障操作，有缺陷的情况则进行缺陷故障报警；在地面控制模式下，处理器根据接收到的操作控制部件的控制信息驱动电机执行相应动作，以对机器人的运动状态进行控制。本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人，能够对采集到的视频图像进行处理后反馈至巡检机器人执行相应的越障操作。同时，根据拍到的图像对线路情况进行判断，检测出线路的缺陷。可见，本申请大大减轻了巡检人员的工作量，提高了巡检人员的工作效率。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人的一种具体实施方式的结构框图；
图2为本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人的控制系统示意图；
图3为本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人通过对图像的处理进行输电线的缺陷检测的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人的一种具体实施方式的结构框图如图1所示，该机器人具体包括：
线上机器人本体1以及地面控制单元2；所述线上机器人本体1包括摄像装置11、工控机12、第一数传电台13以及电机14；所述地面控制单元2包括处理器21、操作控制部件22以及第二数传电台23；
其中，所述摄像装置11用于采集高压输电线上的图像视频信息；
所述工控机12与所述摄像装置11相连，用于在自动巡航模式下，根据所述图像视频信息判断是否有障碍物和是否存在线路表面缺陷，在有障碍物的情况下驱动所述电机14执行越障操作，在有缺陷的情况则进行缺陷故障报警；
所述处理器21用于采集所述操作控制部件22的控制信息，并将所述控制信息通过所述第二数传电台23发送至所述第一数传电台13；所述工控机12与所述第一数传电台13相连，用于在地面控制模式下，根据接收到的所述控制信息驱动所述电机14执行相应动作，以对机器人的运动状态进行控制。
本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人，通过摄像装置采集高压输电线上的图像视频信息；在自动巡航模式下，工控机根据图像视频信息判断是否有障碍物，在有障碍物的情况下驱动电机执行越障操作；在地面控制模式下，处理器根据接收到的操作控制部件的控制信息驱动电机执行相应动作，以对机器人的运动状态进行控制。本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人，能够对采集到的视频图像进行处理后反馈至巡检机器人执行相应的越障操作。同时，根据拍到的图像对线路情况进行判断，检测出线路的缺陷。可见，本申请大大减轻了巡检人员的工作量，提高了巡检人员的工作效率。
在上述实施例的基础上，本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人还可以进一步包括：与所述工控机通过数据采集卡相连的传感器，用于检测高压输电线线路上障碍物与机器人的距离信息。通过传感器的设置能够对机器人进行二次保护。
作为一种优选实施方式，本申请实施例中线上机器人本体还包括与所述工控机相连的数字发送模块，所述地面控制单元还包括数字接收模块以及第一显示器；
所述数字接收模块用于接收所述数字发送模块发送的所述图像视频信息，所述第一显示器用于对所述图像视频信息进行显示。
进一步地，本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人地面控制单元还可以包括与所述处理器相连的第二显示器，用于对机器人的参数信息、本体姿态进行显示。
其中，工控机与所述电机之间可以通过CAN总线相连。
进一步地，本实用新型中操作控制部件可以具体为3D摇杆、控制按钮或速度滑杆的一种或多种。
作为一种具体实施方式，本申请实施例中地面控制单元还可以包括电源分配单元，用于对各装置的供电电源进行分配。
一种机器人结构为：采用对称结构，由完全相同的两个吊臂组成，每个吊臂包含了开合驱动装置、压紧装置和行走单元，两部分之间再由中间主梁加两个转动关节连接起来，从而构成了整个巡线机器人。
该方案共包含4个功能单元，由8个无刷直流电机驱动，各单元间相互独立。因此，这4个功能单元可以同时驱动，也可以单独驱动，从而最大化的提高越障效率。该方案最大的特点就是利用轮组的开合实现快速稳定通过障碍物的功能。
针对此机器人结构，巡检机器人控制系统可以采用分级控制结构，由地面控制单元与线上机器人本体组成。
线上机器人本体又划分为由工控机、数传电台与传感器组构成的组织级和电机驱动器与电机组成的执行级。其中通过合理布局的传感器测头及检测传感器的输出，经过特定的逻辑算法即可完成高压巡检机器人驱动轮与导线“对中”实现空间定位，完成巡线机器人自主越障。本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人的控制系统示意图如图2所示。
地面控制单元是操作中心，操作员通过它利用数传电台发送命令给线上机器人本体，从而实现对巡检机器人的远程控制。地面控制单元用于紧急指令发送和人工控制模式下控制指令发送以及显示机器人本体各种必要信息。
地面控制单元中，处理器负责采集各种控制杆的信息并通过数传电台发送到机器人本体对其实施控制作用，同时还负责接收数传电台数据，分析并显示在显示器上，操作人员可以通过显示器显示内容判断巡线机器人本体运行情况。
高速数字接收模块用于接收线上机器人本体传下来视屏图像信号，并显示在专门的显示器上，用于实时查看机器人和障碍物状态。
机器人线上本体主控机采用工业控制计算机，保证机器人在500KV超高压的输电线路的强电场与强磁场情况下稳定的工作。组织级主要负责将地面控制单元发来的指令信息与传感器组采集的信息进行融合，产生相应的电机运动序列，并通过CAN总线发送给执行级。执行级的电机驱动接收到指令后驱动电机产生相应动作。
线上机器人本体由驱动控制和视频图像处理两个核心功能部分。其中电机驱动控制采用具有CAN总线通信的电机驱动器，工控机通过内部的CAN卡作为通信桥梁实现对各个电机的控制。图像处理功能由相机、工控机图像算法、高速数字发送模块组成。图像算法集成在工控机内部，它负责采集和分析与工控机连接的相机数据，做出判断是否需要改变机器人运动状态(机器人处于自动巡航模式下)，并将数据处理后通过高速数字发送模块发送到地面站，用于操作人员对整个机器人巡航过程的掌控。
本实施例中巡线机器人采用地面站主动控制以及机器人自主巡航两种模式。
地面站主动控制模式下，机器人工控机不允许主动给电机驱动器发送控制命令，但具备根据自己传感器信息做出判断来自地面的控制命令是否合法，从而达到安全目的。该模式开机默认。
自主巡航模式为机器人工控机主动发送控制命令给电机驱动器，从而实现自主巡航目的。工控机接收来自地面站进入自主巡航模式命令后做出必要的准备，即如果此时巡线机器人处于越障过程则需要等待完成本次越障过程后方可进入该模式。
在该模式下，工控机软件通过图像算法判断前方是否有障碍物做出是否需要越障功能，在越障过程中，工控机软件通过采集数据采集卡中的各个传感器信息，分析判断后，做出对各个电机的控制，从而实现整个越障过程。
此外，图像算法是实时调用的，但算法反馈线路有故障或者异物信息时，工控机软件将对图像数据做出特殊标记处理，从而明显提示观看地面站时时接收图像信息的操作人员。
控制箱上3D滑杆用于正常行走控制以及摄像头切换控制，整个机器人装有4个模拟摄像头，为了方便查看机器人全局状态所设计。按钮是各个驱动电机操作安装，本着安全操作的原则，每个机构动作电机采用两个按键控制，分别是正转和反转，按钮松开电机停止运动。
与微处理器相连接的显示器用于显示机器人传感器和电池等参数信息，操作手可以很方便观看机器人本体电池用量情况以及本体姿态。
巡线机器人完成一次巡检任务的工作过程为：首先将机器人安装到相线/地线上，打开电源，线上机器人本体处于待机状态；然后地面控制器发出控制命令，机器人本体接收到运行命令后，作出相应的动作；行走过程中，传感器和检测装置不断检测前方障碍物情况，如遇障碍物则反馈信号或直接干预控制器相应的控制指令；同时可视摄像头传回多角度画面至控制器屏幕，方便控制人员判断线上情况。巡线机器人携带的高速网络摄像头对线路进行拍摄，拍到的图像通过无线设备实时传输到地面监控设备，地面监控设备利用图像算法对线路情况进行判断，检查线路缺陷。
下面对本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人通过对图像的处理进行输电线的缺陷检测的具体过程进行介绍。如图3本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人通过对图像的处理进行输电线的缺陷检测的流程图所示，该过程包括：
在进行缺陷检测前首先对图像进行一系列的预处理，然后在提取图像中需要检测的输电线，再遍历输电线两边的像素，对两像素进行比较，最后判断输电线是否存在缺陷。
图像预处理过程能进一步凸显出图像的特征，滤除不相关背景，减少图像数据量，提高特征提取效率和准确性。
预处理过程可以具体包括：灰度化处理、滤波处理以及形态学处理。
图像灰度化处理是为了更好的反应图像的形态特征，为后续的处理做准备。
本实施例可以具体采用中值滤波。通过中值滤波处理有效的去除了一些小的背景和噪声干扰。
中值滤波的输出为：g(x,y)＝med{f(x-k,y-i),)(k,i∈W)}
上式中，f(x,y)为原始图像，g(x,y)为处理后图像。W为一个设计的二维模板，模板尺寸可以是3*3或者5*5等。
预处理后，对图像进行边缘检测。
边缘检测是对亮度发生突变的点进行标识，从而提取出图像的轮廓，便于后续的特征检测。边缘检测保留了原始图像的属性，大大减少了数据的操作量，剔除了一些不需要的信息，保留了图像的重要属性。
本实施例采用的是Canny边缘检测，其目标是找到一个最优的边缘检测算法，减少漏检和误检的可能性，使得检测的边缘点与实际的边缘点一一对应，实现边缘轮廓提取的目的，该方法检测效果较好。
检测后对高压输电线进行提取，具体可以为根据霍夫变换检测到图像中有足够多的数量的点经过的直线，对每个单独的像素点进行分析，找出所有可能经过它的直线。检测到的许多点都在同一条直线上时，就意味着这条直线的存在，再将这条直线画出来。根据检测到的直线上累积的点数进行判断，最终选取出点数最多的一条直线为我们的目标输电线。
当检测出高压输电线后，对前面的预处理后的图像再进行形态学处理，在处理后的图像中沿着输电线的方向遍历输电线两边与输电线相差四个像素点的像素，比较两像素，如果像素值一样都为0，那么就没有缺陷存在，否则就存在缺陷。
本实施例根据输电线两边像素点的灰度值比较来判断是否存在缺陷。这样的检测方法减少了计算量与检测范围，能减少检测时间，提高检测的效率。同时断股与异物悬挂缺陷能统一用一种方法进行检测，提高了算法的利用率，使得缺陷检测更为简单方便。
本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人，能够对采集到的视频图像进行处理后反馈至巡检机器人执行相应的越障操作。同时，根据拍到的图像对线路情况进行判断，检测出线路的缺陷。可见，本申请大大减轻了巡检人员的工作量，提高了巡检人员的工作效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本实用新型所提供的高压输电线路巡检机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种高压输电线路巡检机器人，其特征在于，包括：
线上机器人本体以及地面控制单元；所述线上机器人本体包括摄像装置、工控机、第一数传电台以及电机；所述地面控制单元包括处理器、操作控制部件以及第二数传电台；
其中，所述摄像装置用于采集高压输电线上的图像视频信息；
所述工控机与所述摄像装置相连，用于在自动巡航模式下，根据所述图像视频信息判断是否有障碍物和是否存在线路表面缺陷，在有障碍物的情况下驱动所述电机执行越障操作，在有缺陷的情况则进行缺陷故障报警；
所述处理器用于采集所述操作控制部件的控制信息，并将所述控制信息通过所述第二数传电台发送至所述第一数传电台；所述工控机与所述第一数传电台相连，用于在地面控制模式下，根据接收到的所述控制信息驱动所述电机执行相应动作，以对机器人的运动状态进行控制。
2.如权利要求1所述的高压输电线路巡检机器人，其特征在于，还包括与所述工控机通过数据采集卡相连的传感器，用于检测高压输电线线路上障碍物与机器人的距离信息。
3.如权利要求1或2所述的高压输电线路巡检机器人，其特征在于，所述线上机器人本体还包括与所述工控机相连的数字发送模块，所述地面控制单元还包括数字接收模块以及第一显示器；
所述数字接收模块用于接收所述数字发送模块发送的所述图像视频信息，所述第一显示器用于对所述图像视频信息进行显示。
4.如权利要求3所述的高压输电线路巡检机器人，其特征在于，所述地面控制单元还包括与所述处理器相连的第二显示器，用于对机器人的参数信息、本体姿态进行显示。
5.如权利要求4所述的高压输电线路巡检机器人，其特征在于，所述工控机通过CAN总线与所述电机的驱动器相连。
6.如权利要求5所述的高压输电线路巡检机器人，其特征在于，所述操作控制部件为3D摇杆、控制按钮或速度滑杆的一种或多种。
7.如权利要求6所述的高压输电线路巡检机器人，其特征在于，所述地面控制单元还包括电源分配单元，用于对各装置的供电电源进行分配。
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