多旋翼式智能架空線路巡檢機器人的製作方法
2023-04-24 13:09:36
多旋翼式智能架空線路巡檢機器人的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種多旋翼式智能架空線路巡檢機器人，包括線上行走模塊、多旋翼飛行系統模塊、自主落線模塊、線上平臺和地面站接收處理平臺；線上行走模塊包括行走車架、行走支撐輪、行走驅動輪和行走電機，行走支撐輪的內端面和外端面分別設有內引導圈和外引導圈；多旋翼飛行系統模塊包括飛控設備倉、旋翼臂、旋翼和飛行電機、雲臺、巡檢相機和起落支架，飛控設備倉的上部通過連接支杆與行走車架連接；自主落線模塊包括左落線相機、右落線相機和飛控設備倉內的多傳感器模塊；線上平臺與地面站接收處理平臺無線連接。既能夠在線上方飛行巡檢輸電線路，又能夠自主落線、離線，實現線上行走巡檢，大大降低了勞動強度和人工成本，提高了巡檢效率。
【專利說明】多旋翼式智能架空線路巡檢機器人
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多旋翼式智能架空線路巡檢技術，尤其涉及一種多旋翼式智能架空線路巡檢機器人。
【背景技術】
[0002]電力工業關係到國民經濟的發展和人民群眾的正常生活，電力架空線路是現代社會的生命線，尤其是高壓和超高壓輸電線路。
[0003]高壓架空線路由杆塔、導線、地線、絕緣子、線夾、間隔棒、金具等構成。其中構成整個輸電線路的電能輸送網絡的安全平穩運行是國民經濟和百姓生活正常利用電能的基本前提，但由於架空線路架設在野外，在複雜的自然環境和特殊氣候條件下，運行的輸電網絡會出現這樣那樣的問題，如:導線或地線的斷股、散股、絕緣子的劣化導致的放電和閃落、防振錘等金具的鬆動導致的防振錘遊走、線路上懸掛風箏或編織袋等懸掛物、大風導致線路舞動進而導致相間放電、線路覆冰等自然災害、鳥窩鳥糞隱形危害等等。因此，需要對線路進行定期的巡視，以檢查電力輸送是否正常並排除故障，從而保證國家電網安全和電能的正常輸送。
[0004]現有技術中，對架空線路進行巡檢的方法主要有三種:
[0005]一種是人工檢測，通過巡視人員的目測，或藉助望遠鏡觀察。這種方法很難達到理想的效果，特別是在地形複雜的山區，不僅巡線人員體力消耗大，而且效率低、可靠性低。
[0006]另外一種方法就是用一種能夠在架空輸電線上穩定行走、可以實時觀測線路情況的智能化的機器人來取代人工巡視，這樣既可以提高巡線的精度，又可以提高工作效率，節省了大量的人力。但是，現有的機器人只能在兩桿塔間的直線段巡線，跨越障礙物的功能較差，應用過程中需要將機器人通過人工爬塔，將其送上巡檢線路的導線或地線上，上下塔很不方便，尤其在帶電運行的線路，會給帶電作業人員帶來安全隱患，而且人力成本也很高。
[0007]還有一種方法是藉助直升機技術對輸電線路進行巡視，通過機載的視頻攝像機在線路上方進行巡視。這種方法通過直升機在線路上方飛行將線路的運行狀態通過視頻圖像的方式傳輸到地面站，能夠初步解決線路安全運行的巡檢問題，但也存在一些問題，如直升機只能在線路上方進行單角度、單方向的觀察，同時只能在較遠距離進行視頻成像，這種方法只能粗測線路上的導線、地線、絕緣子、金具和杆塔上已經形成損壞的故障問題，不能精細觀察和記錄線路一些潛在的隱患和問題，如導線地線的斷股而未散股的潛在隱患。同時，這種遠距離巡檢只能是觀察和知道，無法對潛在的或已出現的故障進行處理，如線路上懸掛著風箏和塑料膜等危險，只是通過直升機巡檢無法對線路上的隱患或問題進行處理操作。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種既能夠在線上方飛行巡檢輸電線路，又能夠自主落線、離線，實現線上行走巡檢的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人。[0009]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0010]本發明的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人，包括線上行走模塊、多旋翼飛行系統模塊、自主落線模塊、線上平臺和地面站接收處理平臺；
[0011]所述線上行走模塊包括行走車架，所述行走車架上設有行走驅動輪和行走支撐輪，所述行走驅動輪連接有行走驅動電機，所述行走支撐輪的內端面和外端面分別設有內引導圈和外引導圈；
[0012]所述多旋翼飛行系統模塊包括飛控設備倉，所述飛控設備倉的上部通過連接支杆與所述行走車架連接，所述飛控設備倉的周邊設有旋翼臂和斜拉支架，所述旋翼臂的端部設有旋翼和飛行電機，所述飛控設備倉的下部設有雲臺和起落支架，所述雲臺上設有巡檢相機；
[0013]所述自主落線模塊包括設於所述飛控設備倉上部的左落線相機和右落線相機，還包括設有所述飛控設備倉內的多傳感器模塊；
[0014]所述行走驅動電機、飛行電機、巡檢相機、左落線相機、右落線相機和多傳感器模塊分別與所述線上平臺通過信號線連接，所述線上平臺與所述地面站接收處理平臺無線連接。
[0015]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人，由於包括線上行走模塊、多旋翼飛行系統模塊、自主落線模塊、線上平臺和地面站接收處理平臺，既能夠在線上方飛行巡檢輸電線路，又能夠自主落線、離線，實現線上行走巡檢，大大降低了勞動強度和人工成本，提高了巡檢效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明實施例提供的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人的立體結構示意圖；
[0017]圖2為本發明實施例提供的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人的俯視結構示意圖。
[0018]圖3為本發明實施例提供的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人的系統功能示意圖。
[0019]圖中:
[0020]1、行走車架，2、行走驅動電機，3、內引導圈，4、外引導圈，5、旋翼，6、飛行電機，7、斜拉支架，8、巡檢相機，9、雲臺，10、起落支架，11、飛控設備倉，12、旋翼臂，13、左落線相機，14、右落線相機，15、連接支杆。16、行走驅動輪，17、行走支撐輪，18、架空線。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0022]本發明的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人，其較佳的【具體實施方式】是:
[0023]包括線上行走模塊、多旋翼飛行系統模塊、自主落線模塊、線上平臺和地面站接收處理平臺；
[0024]所述線上行走模塊包括行走車架，所述行走車架上設有行走驅動輪和行走支撐輪，所述行走驅動輪連接有行走驅動電機，所述行走支撐輪的內端面和外端面分別設有內引導圈和外引導圈；
[0025]所述多旋翼飛行系統模塊包括飛控設備倉，所述飛控設備倉的上部通過連接支杆與所述行走車架連接，所述飛控設備倉的周邊設有旋翼臂和斜拉支架，所述旋翼臂的端部設有旋翼和飛行電機，所述飛控設備倉的下部設有雲臺和起落支架，所述雲臺上設有巡檢相機；
[0026]所述自主落線模塊包括設於所述飛控設備倉上部的左落線相機和右落線相機，還包括設有所述飛控設備倉內的多傳感器模塊；
[0027]所述行走驅動電機、飛行電機、巡檢相機、左落線相機、右落線相機和多傳感器模塊分別與所述線上平臺通過信號線連接，所述線上平臺與所述地面站接收處理平臺無線連接。
[0028]所述多傳感器模塊包括GPS模塊、高度計、陀螺儀、電子羅盤、加速度計和接近傳感器。
[0029]所述雲臺為二自由度雲臺。
[0030]所述行走驅動輪和行走支撐輪的表面設有橡膠層。
[0031]本發明根據現有技術中各種方法的優缺點，將機器人技術和無人機技術巧妙結合，在原有機器人基礎上融入了近年快速發展並逐漸成熟的多旋翼無人機技術，實現了機器人自主飛行和自主落線離線，機器人既能夠在線上飛行巡檢輸電線路，同時根據需要自主落線，實現線上行走巡檢，當遇到障礙或行走到塔端，機器人能夠藉助無人機飛行技術通過飛躍的方式離線，從而較好的破解了原有越障機器人越障難題，同時不需要人工上下塔，只需在地面站進行觀察和操控即可。這種架空輸電線路巡檢方法彌補了人工望遠鏡法和單純的直升機線上方巡檢的粗測不足及人為偏差，實現了粗測和精細化巡檢的融合；解決了直升機巡檢只能巡視不能處理的難題，通過落線行走機器人的機械手臂模塊對存在的線路問題隱患進行帶電操作；解決了人工上下塔的問題，無需人工上塔和下塔，藉助於飛行技術實現自主落線和離線，大大降低了勞動強度和人工成本，大大提高了巡檢效率；解決了單純通過機器人技術進行越障的難題，由於原有的越障機器人僅僅通過機械臂和通用的傳感器反饋伺服系統在強電磁場環境下的幹擾問題，存在誤動作或傳感器失靈的情況，因此一直阻礙著越障機器人技術的實用化推廣；通過雙目視覺技術和多傳感信息融合技術使得機器人能夠識別導線或地線等小目標並給出其不同坐標系中的精確位置，進而通過飛控系統和多傳感反饋信息的融合實現機器人自主落線和離線，這種小目標識別定位方法可以廣泛應用到其他飛行器的飛行控制中。
[0032]具體實施例:
[0033]如圖1、圖2所示，包括線上行走模塊、自主落線模塊、多旋翼飛行系統模塊、線上平臺和地面站接收處理平臺。
[0034]線上行走模塊包括:行走車架1、行走驅動電機2、內引導圈3、外引導圈4、行走驅動輪16、行走支撐輪17等。
[0035]行走驅動電機通過鍵連接行走驅動輪，將驅動電機法蘭盤固緊在行走車架的中部。兩個行走支撐輪通過軸承連接到輪軸上，並通過螺紋連接到行走車架上。其中內引導圈和外引導圈固定在行走支撐輪的兩端，主要用於落線時的引導，使輸電線能夠順利在較大尺度內落入支撐輪槽中。支撐輪表面是橡膠，為了增大機器人行走過程中的摩擦力，從而保證機器人有更大的爬坡能力。
[0036]自主落線模塊包括:左落線相機13、右落線相機14和飛控設備倉11內的多傳感器模塊，如=GPS模塊、高度計、陀螺儀、電子羅盤、加速度計、接近傳感器等。
[0037]通過雙目相機和飛控設備倉內的傳感器實現架空線的精確定位。整個定位過程是:通過飛控系統控制機器人在地上起飛，這時飛控系統和雙目相機同時工作，飛控設備倉內的GPS模塊給出機器人相對大地的坐標，而通過雙目相機及其快速圖像處理算法對要著落的架空線18進行視覺跟蹤和定位，給出架空線相對機器人本體的三維坐標，通過坐標系變換和相關的計算方法，最終機器人會給出架空線目的坐標系與機器人自身坐標系的三維補償數據，通過高級的PID算法，對補償坐標實時修正，並將坐標差補信息反饋回飛控系統，最終機器人自主的識別並向所要著落的架空線靠近，最終通過接近傳感器和雙目相機來最終確認機器人所要著落的架空線的位置，控制系統通過這些反饋信息控制機器人自主著落。
[0038]多旋翼飛行系統模塊包括:旋翼5、飛行電機6、斜拉支架7、巡檢相機8、雲臺9、起落支架10、飛控設備倉11、旋翼臂12、連接支杆15等。
[0039]採用六旋翼無人機作為機器人飛行落線、離線、巡檢的載體。其中六個旋翼均勻分布到間隔60度角的圓周上，旋翼與飛行電機相連，通過旋翼臂連接到飛行設備倉底座上。共有六個斜拉支架，通過與旋轉臂連接固緊加強連接支杆的強度和整個機器人上下兩部分的載荷平衡布置。飛控設備倉地板與起落支架通過連接件進行連接，起落支架主要由T字型的碳纖維空管拼接而成。整個多旋翼飛行系統模塊均採用碳纖維材料構成，保證了飛行電源和起飛重量的協調配置。巡檢相機固定在二自由度雲臺上，雲臺具有增穩功能，保證機器人在飛行過程中的氣流振動對巡檢相機拍攝影響最小。
[0040]本發明的上述多旋翼式智能架空線路巡檢機器人控制方法，如圖3所示，包括步驟:
[0041]整個定位過程是:通過飛控系統控制機器人在地上起飛，這時飛控系統和雙目相機同時工作，飛控設備倉內的GPS模塊給出機器人相對大地的坐標，而通過雙目相機及其快速圖像處理算法對要著落的架空線進行視覺跟蹤和定位，給出架空線相對機器人本體的三維坐標，通過坐標系變換和相關的計算方法，最終機器人會給出架空線目的坐標系與機器人自身坐標系的三維補償數據，通過高級的PID算法，對補償坐標實時修正，並將坐標差補信息反饋回飛控系統，最終機器人自主的識別並向所要著落的架空線靠近，最終通過接近傳感器和雙目相機來最終確認機器人所要著落的架空線的位置，控制系統通過這些反饋信息控制機器人自主著落。在落線過程中，需要飛控系統根據現有機器人的多旋翼姿態和反饋的雙目視覺圖像以及其他相關附加傳感器的多傳感融合信息，將機器人的落線姿態調整到兩個行走支撐輪的外引導圈端面與架空線的鉛直面平行的位置，同時兩個行走支撐輪的輪槽中心鉛直面與架空線的鉛直面重合，這時飛控系統控制機器人下落，知道下落到架空線和行走支撐輪槽重合為止，這時機器人停止下降，並通過接近傳感器的反饋信號判斷落線成功，多旋翼電機停止轉動，整個機器人的飛行落線過程結束，控制系統開始啟動行走驅動電機，控制機器人在線上行走。當機器人遇到障礙時，實施機器人落線控制的逆過程，控制系統先將行走驅動電機停止，然後根據飛機的運行姿態，實施起飛程序，當所有多旋翼飛行電機加速到一定程度時，機器人離線並在架空線離開內引導圈時，向外加力使得機器人飛離架空線，並完成降落或著落到杆塔另一端的過程。這樣機器人就實現了完整的起飛、找線、定位、調姿、落線、停機、行走、離線起飛、著陸等多個複雜過程。在以上過程中雲臺上的視頻巡檢相機一直在工作，進行線路巡檢，通過數傳模塊可以傳遞地面站控制指令，通過圖傳模塊傳輸巡檢視頻圖像和兩路落線相機的定位圖像。地面站的快速圖像處理模塊對兩路落線相機的定位圖像進行快速處理，通過相關算法快速解算出小目標架空線相對於機器人本體的坐標，進而反饋個控制系統，控制六旋翼飛行電機的飛行。
[0042]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種多旋翼式智能架空線路巡檢機器人，其特徵在於，包括線上行走模塊、多旋翼飛行系統模塊、自主落線模塊、線上平臺和地面站接收處理平臺； 所述線上行走模塊包括行走車架，所述行走車架上設有行走驅動輪和行走支撐輪，所述行走驅動輪連接有行走驅動電機，所述行走支撐輪的內端面和外端面分別設有內引導圈和外引導圈； 所述多旋翼飛行系統模塊包括飛控設備倉，所述飛控設備倉的上部通過連接支杆與所述行走車架連接，所述飛控設備倉的周邊設有旋翼臂和斜拉支架，所述旋翼臂的端部設有旋翼和飛行電機，所述飛控設備倉的下部設有雲臺和起落支架，所述雲臺上設有巡檢相機； 所述自主落線模塊包括設於所述飛控設備倉上部的左落線相機和右落線相機，還包括設有所述飛控設備倉內的多傳感器模塊； 所述行走驅動電機、飛行電機、巡檢相機、左落線相機、右落線相機和多傳感器模塊分別與所述線上平臺通過信號線連接，所述線上平臺與所述地面站接收處理平臺無線連接。
2.根據權利要求1所述的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人，其特徵在於，所述多傳感器模塊包括GPS模塊、高度計、陀螺儀、電子羅盤、加速度計和接近傳感器。
3.根據權利要求1所述的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人，其特徵在於，所述雲臺為二自由度z?臺。
4.根據權利要求1所述的多旋翼式智能架空線路巡檢機器人，其特徵在於，所述行走驅動輪和行走支撐輪的表面設有橡膠層`。
【文檔編號】B64C27/08GK103855644SQ201410096183
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】劉凱 申請人:劉凱