新型输电线路高空智能巡检机器人及巡检方法：提高效率与安全性

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本发明属于电力设备领域，具体涉及一种用于输电线路高空巡检的智能巡检机器人及巡检方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，电动特种机器人已成为特种机器人领域的研究热点。传统的巡检方式一般采用人工巡检、人工记录，需要工作人员逐塔巡检。这种方法费时费力，且受恶劣自然环境影响。工作条件艰苦，检验周期长，效率低。同时，人工登塔、在线巡检给工作人员带来安全隐患。线路巡检机器人可以替代人工巡检，提高效率和检测精度，降低成本，并大幅提高操作安全性，从而实现高压线路巡检的全自动化。因此，提出一种新型输电线路高空智能巡检机器人具有重要意义。

中国专利公开了一种高压输电线路巡检机器人，能够在高空强风环境下安全稳定工作并克服障碍，同时具有一定的负载能力。但其结构复杂、体积庞大、检测方法单一。它不能充电，电池寿命长。虚弱的;该中国专利公开了一种方法，以解决现有人工巡检采用直升机巡检时存在的劳动强度大、工作效率低、可靠性差、巡检盲区、巡检效率低、巡检精度低、巡检成本高等问题。高压巡线机器人存在的问题较多，但结构庞大、灵活性差、无检测手段、无法进行流程充电和在线充电、续航能力差、无防风能力；中国专利公开的一种超高压输电巡线机器人检测方式单一，摄像头检测范围小，检测效率低，且不能充电，电池寿命有限；中国专利中公开的机器人无法克服障碍，也无法长距离巡检线路。

技术实现要素：

本发明的架空线路智能巡检机器人能够测量导线与周围树木的距离，识别导线断股、雷击点、绝缘子自爆、杆塔倾斜、鸟巢等异常情况等通过图像；通过滚轮进行高精度距离定位，辅以GPS定位故障点；机器人自主处理数据加后台辅助处理、接触充电、与地面巡检人员人机交互、智能越障。该机器人智能性强，采用远程无线监控。它可以独立攀爬、跨越障碍物，并携带各种检测设备完成各种检测任务。省电模式下，只需一台电机即可驱动机器人移动，延长电池寿命。本发明机器人融合了多种技术，解决了巡检机器人功能单一、难以应用于实际巡检的瓶颈，深化了机器人技术在电力巡检工作中的应用。

为了实现上述功能，本发明的输电线路智能高空巡检机器人包括：

在输电线路地面上安装了用于输电线路高空巡检的智能巡检机器人。其特征在于，包括安装在弧形悬臂两端的左连接板和右连接板。悬臂两端有旋转电机，左右连接板两侧安装有内置陀螺仪的舵机；

左右连接板分别连接有沿地线方向滚动的行走装置。行走装置包括位于地线上方的行走轮和位于地线下方的夹紧轮。行走轮与夹轮相互啮合，行走轮固定连接在连接板上，夹轮铰接在连接板上，夹轮内设有驱动电机，驱动夹轮转动。铰接接头。在各个位置上转动，从而实现走行轮与夹紧轮的开合以及走行轮与地线的摩擦；走轮内设有驱动电机2，用于为走轮提供滚动动力。走行轮侧面装有传感器，走行轮和夹轮上设有相应的凹槽。两者啮合后，凹槽位置形成地面通道；

悬臂中部上方有一个控制箱。控制箱内安装有控制器和电池。控制器与智能终端无线连接。控制箱上方安装有第一块用于给电池充电的太阳能电池板。悬臂侧面有激光雷达、可见光摄像头、红外摄像头、充电插头；

控制器和电池分别连接旋转电机、舵机、第一驱动电机、第二驱动电机、传感器、激光雷达、可见光摄像头和红外摄像头；

该巡检机器人还包括设置在塔上的风光互补充电装置。

进一步地，所述风光互补充电装置包括充电盒、设置在充电盒上的风力发电装置和太阳能发电装置以及设置在充电盒下方一侧的充电插座，所述充电插座与所述充电盒相匹配。充电插头；风力发电装置由多个叶片、主轴、发电机、控制器和储能电源组成。叶片固定在主轴上，吸收风能。叶片具有更大的与风接触的表面。当风速足够大时，带动叶片旋转，进而带动主轴旋转。主轴与发电机相连。主轴的旋转将带动发电机旋转并发电。机器达到速度后，开始产生电流。电流通过电缆输入控制器2，控制器2与储能电源连接。

进一步地，充电盒内和充电插头上分别设有线圈，用于对巡线机器人进行无线充电。

进一步地，各行走轮由相互连接的前轮和后轮组成。两个轮子均配备驱动电机，并由控制器单独控制。

进一步地，所述悬臂梁为中空结构。

进一步地，控制箱内安装有GPS定位器，GPS定位器分别与控制器和电池连接。

此外，悬臂下方还设有风速计和PM2.5设备。

此外，激光雷达的测量距离可达40米，扫描角度为360度，测距分辨率小于10厘米，角分辨率小于0.5度。

本发明还提供一种利用权利要求1所述的机器人进行检查的方法，包括以下步骤：

步骤1：巡线机器人通过引接线从地面自主爬升到塔上，引接线与地面倾斜一定角度；

步骤2：机器人爬到塔上后，利用测量手段记录塔周围的环境信息，测量塔的倾斜角度、塔的一些结构、塔的位置等，并收集和记录塔的周围环境信息。存储该信息；

步骤3：机器人开始在地面线上行走，执行巡检任务。它利用图像来识别断线、雷击、绝缘子自爆、铁塔倾斜、鸟巢等异常情况。采用滚轮高精度距离定位，利用GPS定位故障点。 ；机器人自主处理数据加后台辅助处理；

步骤4、巡检过程中，如果遇到防震锤等障碍物，机器人会采取既定策略避障行走；同时，由于两塔之间的连线并非完全水平，与水平面有一定的角度，机器人会根据不同的角度采取不同的行走策略，保证较高的巡检效率；

步骤5.机器人巡检过程中，会实时记录剩余电量，并预估可巡检距离。此时机器人会选择合适的塔台停下来充电，增强续航能力，完成既定的巡线任务；

第六步：预定巡线任务完成后，机器人将自动沿引线返回地面。

进一步地，步骤4中机器人采用既定策略避障的具体实现方法如下：

以机器人右侧的导向板为例，当机器人遇到障碍物时，传感器将信号传输给控制器，控制器进而控制驱动电机2使机器人减速或停止，进而控制驱动左侧行走装置中的电机1使夹纸轮绕铰链向外旋转，打开行走轮和夹纸轮。进一步控制旋转电机使悬臂绕其右端旋转。当悬臂旋转180°时，控制左行走装置驱动。电机使夹轮绕铰链向内转动，使行走轮与夹轮闭合，然后控制右行走装置中的驱动电机使夹轮绕铰链向外转动，使行走轮与夹轮闭合。轮和夹紧轮关闭。张紧轮打开，控制旋转电机使悬臂绕其左端旋转。最后控制右行走装置中的驱动电机使夹轮绕铰链向内旋转，从而使行走轮与夹轮闭合，完成一个循环。避开障碍物。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、结构简单，采用单曲臂作为整个机器人的骨架，刚性好，使得机器人在线行走本体结构紧凑，重量轻，适合携带； 2.本发明的前后行走轮各有一对由电机驱动的轮子提供动力，实现动力强劲的四轮驱动，四个轮子独立控制。可根据不同的工况采取不同的工作策略，最大限度地提高能源利用率； 3、本发明电池续航能力强，机器人可在线充电，利用风光互补发电，即使在阳光不足的情况下仍能为机器人提供电力； 4、本发明检测手段丰富，不仅配备可见光摄像头等常规检测设备，还配备激光雷达、红外摄像头等高端检测设备。检测设备使机器人几乎无盲区检测，大大提高了检测的效率和准确性； 5、本发明的机器人可以实现地图定位，实时确定机器人的位置； 6、机器人可以进行塔架倾斜检测。

附图说明

图1：本发明实施例整体结构图；

图2：本发明实施例的行走装置的结构示意图，其中(a)为行走轮与夹轮处于闭合状态的示意图，(b)为行走轮的示意图夹轮处于打开状态；

图3：本发明实施例自动防风示意图；

图4：本发明实施例的地图定位示意图；

图5：本发明实施例的激光雷达扫描示意图；

图6：本发明实施例的塔架倾斜检测示意图；

图7：本发明实施例机器人的红外热成像检测图；

图8：本发明实施例图像识别智能检测图；

图9：本发明实施例的机器人风光互补发电装置的结构示意图。

图10：本发明实施例的机器人越障示意图；

图中标记：1-悬臂、2-左连接板、3-右连接板、4-伺服机构、5-行走装置、51-行走轮、52-夹紧轮、53-凹槽、6-导向板、7 -控制盒、8-第一太阳能电池板、9-控制器、10-电池、1 1-激光雷达、12-可见光摄像头、13-红外摄像头、14-充电插头、15-风光互补充电装置、151-充电盒、152-风力发电装置、153-太阳能发电装置、154-充电插座。

具体实施

为了便于本领域的普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用以说明和解释本发明，并不用于限定本发明。发明。

图1为本发明整体结构示意图：智能巡检机器人安装在输电线路的地线上，包括安装在弧形两端的左连接板2和右连接板3。形悬臂1，悬臂1内置有绕悬臂1两端旋转的旋转电机，左连接板2和左连接板2的两侧分别安装有内置陀螺仪的舵机4。右连接板 3.

左连接板2和右连接板3分别连接有沿地线方向滑动的行走装置5。行走装置5包括位于地线上方的行走轮51和位于地线下方的夹紧轮52。 51与夹紧轮52相互啮合，行走轮51与连接板固定连接，夹紧轮52铰接于连接板，夹紧轮52内设有驱动电机，驱动夹紧轮52绕铰链转动，从而实现行走。轮51夹轮52的开合及与地线的摩擦力；行走轮51内设有驱动电机2，为行走轮51提供滚动动力，行走轮51侧面设有导向板6。导向板6上设有传感器，行走轮51转动时，导向板6上设置有传感器。轮51和夹轮52上设有相应的凹槽53(凹槽的数量可以是多个，以在避障和行走时更好地阻挡地线)。两者啮合后，凹槽53处形成接地通道；

悬臂1中部上方设有控制箱7，控制箱7内安装有控制器9和电池10。控制器9与智能终端无线连接。控制箱7上方设有用于给电池10充电的第一太阳能电池板。 8、悬臂1中部底部设有激光雷达11、可见光摄像头12、红外摄像头13，悬臂1侧面还设有充电插头14。

控制器9和电池10分别与旋转电机、舵机4、第一驱动电机、第二驱动电机、传感器、激光雷达11、可见光摄像头12和红外摄像头13连接。检查机器人还包括安装在铁塔上的系统。风光互补充电装置 15.

为了进一步节省材料，悬臂1为中空结构。

如图2所示，行走轮51连接有前轮511和后轮512，两轮均装有驱动电机，由控制器9单独控制。实现四轮驱动，动力强劲，行驶平稳。四轮驱动。车轮独立控制，可根据不同的工况采取不同的工作策略，最大限度地提高能源利用率。为了保证机器人可靠运行，采用多组电机驱动器和控制器模块实现机器人本体的冗余控制。当驱动器因过载而离线，或控制器因干扰、断电而离线时，冗余备份驱动器或控制器将自动接管原有设备，继续控制机器人，防止事故发生。

如图3所示，机器人可以实现自动防风。当机器人行驶到b点时，地面人员从天气预报得知将有大风。此时机器人避风程序启动，机器人自动移动到高压杆塔与地线相连的a点，进行避风。

如图4所示，控制箱7内还安装有GPS定位器，GPS定位器分别与控制器9和电池10连接，从而使巡检机器人实现地图定位。控制器9读取GPS信息，配合百度地图的SDK实现地图定位功能。虽然GPS有漂移，但由于机器人的位置只能在地线上，所以GPS漂移范围会收敛到地线坐标。当机器人从某个塔出发时，GPS会汇聚到一点，从而确定机器人的初始位置。

如图5所示，智能巡线机器人配备有激光雷达12。激光雷达12可以最大限度地减少巡线机器人行驶过程中太阳光的干扰，并且可以对巡线机器人所行驶的区域进行全方位高精度测量。实时通过，无盲点。测量。激光雷达10的测量距离可达40米，扫描角度360度，测距分辨率小于10厘米，角度分辨率小于0.5度，极大提升巡线机器人的探测能力。 LiDAR 12的扫描频率可以通过软件设置轻松更改。

如图6所示，智能巡线机器人在巡线过程中可以检测铁塔的倾斜情况。通过可见光摄像头12和舵机4中的陀螺仪配合完成塔架倾斜检测。首先，舵机4中的陀螺仪确定当前智能循线机器人的倾斜度，校准可见光摄像头12的角度，生成挂线d。然后可见光摄像头12对塔进行拍照，提取塔的轮廓，即检测塔桁架的角度，并生成悬挂线c。通过比较当前塔相对于悬挂线d的角度关系。然后，通过将上述角度与铁塔通过验收时的角度值进行比较，就可以判断铁塔是否倾斜以及倾斜角度是多少。另外，舵机4还可以检测机器人是否处于平衡状态，防止机器人倾斜影响测量数据的准确性。

如图7所示，智能巡线机器人在巡检过程中可以利用自身的红外摄像头13进行红外热成像巡检。当巡检机器人以规则速度行进时，对整个视野范围内的发热设备逐一提取和分析温度值，并将温度数据和分析结果传输到管理平台进行存储和汇总实时分析。对于设备温度数据异常，巡检机器人会发出预警或报警。同时，还可以基于热成像自动识别来判断山火的危险级别。

如图8所示，预先采集各种异常情况的模型图，将现场可见光摄像头12采集的图像与系统库中的模型进行比较，以快速判断异常情况的类型。因此，智能巡线机器人可以自动识别断线、雷击点、绝缘子自爆、防振锤移位、鸟巢等异常情况。当机器人判断线路或铁塔出现异常时，会将数据传回后端服务器，通过后端更强大、更精细的算法进行进一步分析。当后台判断这是异常情况时，会自动报告给工作人员，并生成日志。

如图9所示，智能巡线机器人可在线充电，采用风光互补发电。高压塔顶部安装风光互补充电装置15，保证机器人日常工作有充足的电力。风光互补充电装置15包括充电箱151、设置在充电箱上的风力发电装置152和太阳能发电装置153以及设置在充电箱151下侧的充电插座154。充电插座154与充电插头14相连接。风力发电装置152由多个叶片(叶片为旋转叶片)、主轴、发电机、控制器和储能电源组成。叶片通过多根细杆固定在主轴上，吸收风能。叶片与风接触的面积很大。当风速足够大时，带动叶片旋转，进而带动主轴旋转。主轴与发电机相连，主轴的旋转会带动发电机旋转。发电机达到转速后，开始产生电流。电流通过电缆输入到控制器2。控制器2与储能电源连接，向储能电源输入稳定的电能，使得储能电源能够更好地存储。当阳光充足时，太阳能发电装置153中的太阳能电池板发电量为500W，并配合风力发电装置152对电池进行充电。风力发电装置152中的风力发电机的额定功率为100w，输出电压为24v，启动风速为2m/s。智能巡线机器人配备24V/20AH电池10节，可以持续提供高达20A的电流供系统运行。每隔三个线路塔设置一个风光互补充电装置15。充电盒151内和充电插头14上均设有线圈，可以对充电插头14进行无线充电，充电效率达到95％以上。当电池充足时，机器人可以满足4公里以上的巡检任务。当电量低于阈值时，机器人会自动返回最近的充电站充电。同时，智能巡线机器人本身安装的第一块太阳能电池板8还可以在运动过程中收集太阳能并储存在电池中，以延长智能巡线机器人的巡航能力，实现“边巡线边充电”。同时”。如果有足够的阳光，电能的消耗和补充就能达到动态平衡，智能巡线机器人就能“永远”工作。

如图10所示，智能循线机器人通过行走轮51和夹轮52的松紧结合，加上悬臂1的转动来越障。取右侧的导板6以机器人遇到障碍物为例，传感器将信号传输给控制器9。控制器9依次控制驱动电机2使机器人减速或停止，然后控制驱动电机1行走设备在左侧。夹轮绕铰链向外旋转，从而打开行走轮和夹轮。进一步控制旋转电机使悬臂绕其右端旋转。当悬臂旋转180°时，控制左行走轮。行走装置的驱动电机使夹轮绕铰链向内旋转，从而使行走轮与夹轮闭合，然后控制右行走装置中的驱动电机使夹轮绕铰链向外转动，从而走行轮和夹紧轮闭合。打开行走轮和夹紧轮，控制旋转电机使悬臂绕其左端旋转。最后控制右行走装置中的驱动电机使夹轮绕铰链向内旋转，从而将行走轮和夹轮闭合。

智能巡线机器人搭载的手持智能终端集成了虚拟摇杆、各种功能按钮、各种状态信息等，非常直观、简单。巡检人员可以在现场通过WiFi直接连接巡检机器人的控制器9，从而向机器人发送各种指令并实时获取各种监控数据。

智能巡线机器人还可以进行环境检测。通过可见光摄像机12、红外摄像机13、风速计、pm2.5设备等，可以检测高压线路一定范围内的环境状况。机器人会根据检测情况定期检测环境。向后台发送数据，上报本地环境信息。

本发明智能机器人进行巡线的具体步骤如下：

1、巡线机器人通过引线从地面自动爬升到塔上，引线与地面倾斜一定角度。自主爬升过程中，机器人采用四轮驱动模式，以最大驱动力爬升至塔顶；

2、机器人爬到塔上后，利用测量手段（即悬臂上的测量装置、舵机、激光雷达、可见光摄像机、红外摄像机）记录此时塔周围的环境信息，测量倾角塔身角度、塔高。机体的一些结构、塔的位置等，并收集并存储这些信息；

3、机器人开始在地面线路上行走执行巡检任务，通过图像识别断线、雷击、绝缘子自爆、斜塔、鸟巢等异常情况；采用滚轮高精度距离定位，采用GPS定位故障点；机器人自主处理数据加后台辅助处理；

4、巡检过程中，如果遇到防震锤等障碍物，机器人会采取既定策略避障行走；同时，由于两塔之间的连线不是完全水平的，与水平面有一定的夹角，因此机器人会根据不同的角度行走，采用不同的行走策略（即四个轮子分别驱动）上坡可采用四轮驱动，下坡可采用两轮驱动），保证检测效率高；

5. 机器人巡检过程中，实时记录剩余电量并预估可巡检距离。此时机器人会选择合适的塔停下来充电，增强续航能力，完成既定的巡线任务；

6、预定巡线任务完成后，机器人将自动沿引线返回地面。此时将不再采用四轮驱动，而是采用两轮驱动，以减少能量损失，保证稳定的下降速度；

7、如此重复，巡线机器人完成预设任务。不需要人工干预，由机器人独立完成。

应当理解，本说明书中未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，以上优选实施例的描述较为详细，不能认定本发明的专利保护范围仅限于此。本领域普通技术人员在本发明的启发下，不会背离本发明的权利要求。在本发明的保护范围内，可以进行各种替换或修改，均落入本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所附权利要求的保护范围为准。