CN110112674A - 一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人及越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人及越障方法，通过将多旋翼飞行装置与输电线路行走装置相结合，利用机器人双目视觉传感器感知障碍物，利用机载AI控制器自主分析障碍物、自主飞行越障、自主降落到输电线路地线上行走执行巡检任务，实现机器人的全自动运行及越障。机器人通过机载摄像设备采集输电线路设施的图片及视频，利用机载AI控制器分析故障并自动向控制中心发送数据，实现机器人全自主巡检。本发明使输电线路机器人的结构大为简化，利用飞行越障的方法极大地提高了输电线路巡检机器人的越障灵活性，极大地节约了成本，提高了输电线路巡检机器人的应用可行性及广泛性。

Description

一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人及越障方法

技术领域

本发明涉及一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人及越障方法，属于输电线路巡检技术领域。

背景技术

目前，随着近几年国民经济的迅猛发展，我国输电线路公里数同比不断增加。由于输电线路设备大多暴露在野外环境运行，气象条件复杂、现场环境多变，导线、避雷线、绝缘子、金具在长时间运行后，由于各种外力的长期作用，可能发生断股、锈蚀、过热等情况。过去依靠人工逐杆塔巡视的作业方法，巡视工作量大、复杂的地理环境给巡视人员带来未知的安全风险，落后的人工巡检方式消耗了大量的人力和资源，使得更多深入的工作无法有效展开。随着我国电网规模增大，而相应运维资源、人力物力并未等比例提升，急切需要先进巡检手段提高电力线路巡检能力。

随着机器人及人工智能技术的发展，电力输电线路巡检开始引入机器人巡检的方案，目前普遍采用的方案是使用在输电线路或架空地线上通过行走轮滚动行驶的输电线路巡检机器人方案。

这些机器人由两个或三个行走臂及下方与行走臂连接的机器人机箱组成，行走臂上的行走轮挂在输电线路或架空地线上滚动行走。由于输电线路的复杂性，线路上有较多类型的障碍，如防振锤、悬垂线夹等，机器人需要通过行走臂的各种活动结构及避障策略进行越障。这种机器人虽然可用于对输电线路的巡检，但是结构较为复杂，重量较重。且因为机器人结构上的限制，其避障能力存在很大的瓶颈，无法满足所有类型障碍的越障需求，大多都需要对线路或杆塔进行一定的改造，这导致了输电线路巡检机器人无法得到广泛的应用，限制了机器人技术在输电巡检方向的发展。

现有输电线路巡检机器人方案的主要缺点有：

1、结构较为复杂，重量较重。因为机器人结构上的限制，其避障能力存在很大的瓶颈，无法满足所有类型障碍的越障需求，大多都需要对线路或杆塔进行一定的改造，这导致了输电线路巡检机器人无法得到广泛的应用。

2、机器人的人工智能程度较低，无法实现全自主巡检。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，有必要设计一种基于多旋翼飞行越障的输电线路自主巡检机器人，解决以往输电线路巡检机器人结构复杂，越障流程复杂，无法满足输电线路复杂多样的障碍物越障需求的问题，并提出一种基于多旋翼飞行越障的输电线路自主巡检机器人的自主巡检方法及自主避障的方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人，包括：机器人机箱，所述机器人机箱上设置有多旋翼飞行装置，所述多旋翼飞行装置包括：多旋翼悬臂，多旋翼悬臂自由端设置有飞行电机，飞行电机上设置有飞行螺旋桨，飞行电机通过位于机器人机箱内部的电机驱动模块进行控制，多旋翼悬臂另一端与机器人机箱相连接；机器人机箱内设置有输电线路行走装置，所述输电线路行走装置包括：输电线路行走轮，所述输电线路行走轮位于机器人机箱底部的开口凹槽内；开口凹槽内平行设置有多个输电线路行走轮，输电线路行走轮一端转轴与行走轮电机相连接，行走轮电机设置在机器人机箱内，通过电机驱动模块进行控制；机器人机箱内设置有电源管理模块，所述电源管理模块用于管理直流充电设备及机载太阳能充电设备；所述直流充电设备包括：机器人机箱外侧设置有外部充电站连接手臂，连接手臂上端设置有外部充电站插头，连接手臂下端设置有推杆电机，用于驱动连接手臂的伸缩；机载太阳能充电设备包括：位于机器人机箱顶部的小型太阳能帆板，机器人机箱内设置有机器人蓄电池；机器人机箱内设置有机器人控制模块，机器人控制模块分别与避障导航设备、电机驱动模块相连接；所述避障导航设备包括：前视双目视觉传感器、下视双目视觉传感器，所述前视双目视觉传感器、下视双目视觉传感器分别设置在机器人机箱前方和底部；机器人机箱上设置有远端通信设备，所述远端通信设备包括：机器人机箱后方的远端通信天线，远端通信天线与机器人机箱内部的通信控制器相连接；机器人机箱下方设置有机载拍摄设备。

作为优选方案，所述开口凹槽设置于机器人机箱底部居中位置。

作为优选方案，所述机器人机箱内部设置有机器人配重，用于调节机器人两边重量平衡。

作为优选方案，所述机载拍摄设备采用可见光摄像机、红外摄像机或紫外摄像机。

一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人的越障方法，包括如下步骤：

步骤1：当线路上没有障碍物时，巡检机器人通过行走轮电机驱动输电线路行走轮在输电线路地线上运行，可以节约能源；

步骤2：巡检机器人通过前视双目视觉传感器获取前方的图像，通过机器人控制模块识别前方障碍物类型及距离；

步骤3：当前方发现障碍物时，输电线路行走装置停止运行，输电线路行走轮停止工作，多旋翼飞行装置启动，机器人从输电线路上飞起，根据步骤2识别出的障碍物类型及距离，生成最优的越障飞行路径，按照该飞行路径飞行自动越过障碍物，飞到障碍物后方的输电线路地线上空；

步骤4：巡检机器人通过下视双目视觉传感器获取下方的图像，通过机器人控制模块识别下方输电线路地线的位置及距离，通过机器人控制模块控制机器人缓慢降落到输电线路地线上；多旋翼飞行装置关闭，输电线路行走装置重新启动，输电线路行走轮启动工作,巡检机器人继续执行巡检任务；

步骤5：当机器人在输电线路地线上运行时，如果监测到姿态出现倾斜，多旋翼飞行装置启动，利用螺旋桨的动力调整倾斜角度，使机器人保持平衡，极大地提高机器人在地线上运行的可靠性。

一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人的自主巡检方法，包括如下步骤：

步骤1：机器人通过输电线路行走装置在输电线路上运行，通过多旋翼飞行装置进行飞行越障，在机器人控制模块的管理下，实现全自主的运行及越障；

步骤2：机器人通过所述机载摄像设备拍摄输电线路上各种设备的照片，通过机器人控制模块就地分析，自动分析线路上的各种故障，通过所述远端通信设备将故障类型、照片或视频发回地面控制中心；实现全自主的巡视检查；

步骤3：机器人通过外部充电站连接设备从架设在输电线路杆塔上的充电站充电，或者通过机载太阳能充电设备进行小功率的充电。确保了机器人电池续航的可靠性。

有益效果：本发明提供了一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人及越障方法，通过将多旋翼飞行装置与输电线路行走装置相结合，利用机器人双目视觉传感器感知障碍物，利用机载AI控制器自主分析障碍物、自主飞行越障、自主降落到输电线路地线上行走执行巡检任务，实现机器人的全自动运行及越障。机器人通过机载摄像设备采集输电线路设施的图片及视频，利用机载AI控制器分析故障并自动向控制中心发送数据，实现机器人全自主巡检。

本发明使输电线路机器人的结构大为简化，利用飞行越障的方法极大地提高了输电线路巡检机器人的越障灵活性，无需对输电线路或杆塔进行二次改造，就能满足所有类型障碍物的越障需求，极大地节约了成本，提高了输电线路巡检机器人的应用可行性及广泛性。同时利用机载AI控制器提高了输电线路巡检机器人的自主性。使机器人能在最少人工干预的前提下自动完成巡检任务。

附图说明

图1是巡检机器人的顶部视图；

图2是巡检机器人的底部视图；

图3是巡检机器人的侧面视图；

图4是巡检机器人的正面视图。

其中附图标记如下，机器人机箱2，多旋翼悬臂4，飞行电机9，飞行螺旋桨1，小型太阳能帆板6，远端通信天线3，输电线路地线5，输电线路行走轮11，外部充电站连接手臂7，外部充电站插头8，下视双目视觉传感器10，机载拍摄设备12，前视双目视觉传感器18，机器人蓄电池17，电源管理模块13，电机驱动模块14，机器人控制模块15，机器人配重16，推杆电机19，行走轮电机20。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文描述的实施例。相反地，提供本实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

如图1-4所示，一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人，包括：机器人机箱2，多旋翼飞行装置、输电线路行走装置、外部充电站连接设备、机载太阳能充电设备、避障导航设备、机器人控制模块、远端通信设备、机载摄像设备。

其中，多旋翼飞行装置包括：多旋翼悬臂4，多旋翼悬臂4自由端设置有飞行电机9，飞行电机9上设置有飞行螺旋桨1，飞行电机9通过位于机器人机箱2内部的电机驱动模块14进行控制，多旋翼悬臂4另一端与机器人机箱2相连接，多旋翼飞行装置位于机器人机箱的上部分。

其中，输电线路行走装置包括：输电线路行走轮11，输电线路行走轮11位于机器人机箱2底部的开口凹槽内。开口凹槽设置机器人机箱底部居中位置，开口凹槽内平行设置有多个输电线路行走轮，输电线路行走轮11一端转轴与行走轮电机20相连接，行走轮电机20设置在机器人机箱2内，通过电机驱动模块14进行控制。

其中，电源管理模块13用于管理直流充电设备及机载太阳能充电设备。直流充电设备包括，机器人机箱外侧设置的可伸缩的外部充电站连接手臂7，连接手臂上端设置有外部充电站插头8，连接手臂下端设置有推杆电机19，用于驱动连接手臂的伸缩。机载太阳能充电设备包括：位于机器人机箱顶部的小型太阳能帆板6，机器人机箱内部的电源管理模块分别与外部充电站插头、机器人蓄电池、小型太阳能帆板相连接。机器人采用内置的机器人蓄电池17供电，采用直流充电设备及机载太阳能帆板充电。由于内置蓄电池比较重，机器人机箱内部采用机器人配重16来调节机器人两边重量平衡。

其中，机器人控制模块15分别与避障导航设备、电机驱动模块14相连接。避障导航设备包括：前视双目视觉传感器18、及下视双目视觉传感器10。机器人通过前视双目视觉传感器采集前方图像，由机器人控制模块就地分析机器人在行走在输电线路地线5上时前方的障碍物类别及距离；通过下视双目视觉传感器采集下方图像，由机器人控制模块就地分析机器人下方输电线路地线的位置，使机器人能通过多旋翼飞行装置降落在输电线路地线5上。

其中，远端通信设备包括机器人机箱后方的远端通信天线3及位于机器人机箱内部的通信控制器。用于与地面控制中心通信，发送巡检数据及机器人状态。

其中，机载拍摄设备12，包括用于输电线路巡检拍摄用的可见光摄像机、红外摄像机或紫外摄像机，安装于机器人机箱的下方，用于自主巡检时拍摄照片。

一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人越障方法，包括如下步骤：

步骤1：当线路上没有障碍物时，巡检机器人通过行走轮电机驱动输电线路行走轮在输电线路地线上运行，可以节约能源；

步骤2：巡检机器人通过前视双目视觉传感器获取前方的图像，通过机器人控制模块识别前方障碍物类型及距离；

步骤3：当前方发现障碍物时，输电线路行走装置停止运行，输电线路行走轮停止工作，多旋翼飞行装置启动，机器人从输电线路上飞起，根据步骤2识别出的障碍物类型及距离，生成最优的越障飞行路径，按照该飞行路径飞行自动越过障碍物，飞到障碍物后方的输电线路地线上空；

步骤4：巡检机器人通过下视双目视觉传感器获取下方的图像，通过机器人控制模块识别下方输电线路地线的位置及距离，通过机器人控制模块控制机器人缓慢降落到输电线路地线上；多旋翼飞行装置关闭，输电线路行走装置重新启动，输电线路行走轮启动工作,巡检机器人继续执行巡检任务；

步骤5：机器人在输电线路地线上运行时，当监测到姿态出现倾斜时，多旋翼飞行装置启动，利用螺旋桨的动力调整倾斜角度，保持机器人的平衡，极大地提高机器人在地线上运行的可靠性。

一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人自主巡检方法，包括如下步骤：

步骤1：机器人通过输电线路行走装置在输电线路上运行，通过多旋翼飞行装置进行飞行越障，在机器人控制模块的管理下，实现全自主的运行及越障；

步骤2：机器人通过所述机载摄像设备拍摄输电线路上各种设备的照片，通过机器人控制模块就地分析，自动分析线路上的各种故障，通过所述远端通信设备将故障类型、照片或视频发回地面控制中心；实现全自主的巡视检查；

步骤3：机器人通过外部充电站连接设备从架设在输电线路杆塔上的充电站充电，或者通过机载太阳能充电设备进行小功率的充电。确保了机器人电池续航的可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人，包括：机器人机箱，其特征在于：所述机器人机箱上设置有多旋翼飞行装置，所述多旋翼飞行装置包括：多旋翼悬臂，多旋翼悬臂自由端设置有飞行电机，飞行电机上设置有飞行螺旋桨，飞行电机通过位于机器人机箱内部的电机驱动模块进行控制，多旋翼悬臂另一端与机器人机箱相连接；机器人机箱内设置有输电线路行走装置，所述输电线路行走装置包括：输电线路行走轮，所述输电线路行走轮位于机器人机箱底部的开口凹槽内；开口凹槽内平行设置有多个输电线路行走轮，输电线路行走轮一端转轴与行走轮电机相连接，行走轮电机设置在机器人机箱内，通过电机驱动模块进行控制；机器人机箱内设置有电源管理模块，所述电源管理模块用于管理直流充电设备及机载太阳能充电设备；所述直流充电设备包括：机器人机箱外侧设置有外部充电站连接手臂，连接手臂上端设置有外部充电站插头，连接手臂下端设置有推杆电机，用于驱动连接手臂的伸缩；机载太阳能充电设备包括：位于机器人机箱顶部的小型太阳能帆板，机器人机箱内设置有机器人蓄电池；机器人机箱内设置有机器人控制模块，机器人控制模块分别与避障导航设备、电机驱动模块相连接；所述避障导航设备包括：前视双目视觉传感器、下视双目视觉传感器，所述前视双目视觉传感器、下视双目视觉传感器分别设置在机器人机箱前方和底部；机器人机箱上设置有远端通信设备，所述远端通信设备包括：机器人机箱后方的远端通信天线，远端通信天线与机器人机箱内部的通信控制器相连接；机器人机箱下方设置有机载拍摄设备。

2.根据权利要求1所述的一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人及越障方法，其特征在于：所述开口凹槽设置于机器人机箱底部居中位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人及越障方法，其特征在于：所述机器人机箱内部设置有机器人配重，用于调节机器人两边重量平衡。

4.根据权利要求1所述的一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人及越障方法，其特征在于：所述机载拍摄设备采用可见光摄像机、红外摄像机或紫外摄像机。

5.根据权利要求1所述的一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人的越障方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：当线路上没有障碍物时，巡检机器人通过行走轮电机驱动输电线路行走轮在输电线路地线上运行；

步骤2：巡检机器人通过前视双目视觉传感器获取前方的图像，通过机器人控制模块识别前方障碍物的类型及距离；

步骤3：当前方发现障碍物时，输电线路行走装置停止运行，输电线路行走轮停止工作，多旋翼飞行装置启动，机器人从输电线路上飞起，根据步骤2识别出的障碍物类型及距离，生成最优的越障飞行路径，按照该飞行路径飞行自动越过障碍物，飞到障碍物后方的输电线路地线上空；

步骤4：巡检机器人通过下视双目视觉传感器获取下方的图像，通过机器人控制模块识别下方输电线路地线的位置及距离，通过机器人控制模块控制机器人降落到输电线路地线上；多旋翼飞行装置关闭，输电线路行走装置重新启动，输电线路行走轮启动工作,巡检机器人继续执行巡检任务；

步骤5：当机器人在输电线路地线上运行时，如果监测到姿态出现倾斜，多旋翼飞行装置启动，利用螺旋桨的动力调整倾斜角度，使机器人保持平衡。

6.根据权利要求1所述的一种基于飞行越障的输电线路自主巡检机器人的自主巡检方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：机器人通过输电线路行走装置在输电线路上运行，通过多旋翼飞行装置进行飞行越障，在机器人控制模块的管理下，实现全自主的运行及越障；

步骤2：机器人通过所述机载摄像设备拍摄输电线路上各种设备的照片，通过机器人控制模块就地分析，自动分析线路上的各种故障，通过所述远端通信设备将故障类型、照片或视频发回地面控制中心；实现全自主的巡视检查；

步骤3：机器人通过外部充电站连接设备从架设在输电线路杆塔上的充电站充电，或者通过机载太阳能充电设备进行小功率的充电。