[发明专利]自适应去冰的输电线路巡视机器人

说明书

本发明是申请号为2015109563779、申请日为2015年12月17日、发 明名称为“自适应去冰的输电线路巡视机器人”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及输电线路检测领域，尤其涉及一种自适应去冰的输电线路 巡视机器人。

背景技术

目前，对输电电网中的输电线路结冰情况的处理一般采用人工方式或 输电线路预处理方式，但是，前者耗费大量的人力物力，且除冰效率不高， 除冰危险度高，后者经济成本不菲，关键是克服结冰的能力也有限。目前 还有一些机器人在远程控制在线除冰的技术方案，然而，由于现有的机器 人结构不够合理，尚不能适应复杂的输电线路环境，仍旧需要大量的人工 介入，综合成本也很高。

更重要的是，目前缺少有效的输电线路冰层厚度自动检测设备和有效 的输电线路冰层自动消除设备，这是采用机器人进行输电线路机械化除冰 的重要门槛，缺乏他们，就必须增加更多的人工操作，这样容易降低除冰 的效率，增加除冰的成本。

因此，需要一种新的输电线路除冰方案，能够优化现有的机器人结构， 使其更适应各种复杂的现场环境，同时，能够将高精度的输电线路冰层厚 度自动检测设备和输电线路冰层自动消除设备搭载在机器人结构上，尽可 能地减少人工的参与。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种自适应去冰的输电线路巡视机 器人，引入了汽缸活塞机构和扳机，实现现场冲击式电子除冰，引入基于 图像采集和处理的现场冰层厚度检测设备，提高现场冰层厚度检测的精度 和自动化水平，同时将汽缸活塞机构、扳机和现场冰层厚度检测设备集成 在优化结构后的机器人主体上，从而实现了一台机器人自动除冰整条输电 线路。

根据本发明的一方面，提供了一种自适应去冰的输电线路巡视机器 人，所述机器人包括图像采集设备、图像处理设备、输电线路去冰设备和 机器人主体，图像采集设备、图像处理设备和输电线路去冰设备都搭载在 机器人主体上，机器人主体行走在输电线路上，图像采集设备对输电线路 进行拍摄，图像处理设备对拍摄的图像进行处理，输电线路去冰设备根据 图像处理设备的处理结果控制自身的去冰操作。

更具体地，在所述自适应去冰的输电线路巡视机器人中，包括：高清 摄像设备，位于行走机构上，与MSP430单片机电性连接，用于采集除冰 刀具前方输电线路的高清图像并通过MSP430单片机压缩编码，以将压缩 后的图像通过无线链路发送给远端的供电运营服务器；汽缸活塞机构，搭 载在机器人主体上，包括螺线管、旋转式弹药存储筒、无线通信接口、燃 烧室和活塞连杆；活塞连杆顶部配有开端夹钳，用于夹住输电线路的地线， 活塞连杆底部与燃烧室连接；燃烧室底部连接旋转式弹药存储筒；旋转式 弹药存储筒底部连接螺线管和扳机；扳机，用于将旋转式弹药存储筒内弹 药推送到燃烧室内并触发弹药在燃烧室内爆炸，以对输电线路的地线产生 瞬间的冲击载荷，实现除冰效果；螺线管用于推动扳机，能够多次执行对 扳机的推动以实现多次触发弹药在燃烧室内爆炸；MS存储卡，设置在控 制箱内，用于预先存储预设输电线路灰度阈值取值范围和预设输电线路径 向距离；环境亮度检测设备，搭载在机器人主体上，用于实时检测周围的 环境亮度，以输出实时环境亮度；邻域平均值滤波设备，设置在控制箱内， 与高清摄像设备连接，用于接收输电线路图像，并对输电线路图像进行邻 域平均值滤波处理，以输出滤波图像；二值化处理设备，设置在控制箱内， 与环境亮度检测设备和MS存储卡分别连接，基于实时环境亮度在预设输 电线路灰度阈值取值范围内确定输电线路灰度阈值，预设输电线路灰度阈 值取值范围为150-180，输电线路灰度阈值用于将输电线路和冰层从图像 背景处分离，二值化处理设备还与邻域平均值滤波设备连接，基于输电线 路灰度阈值对滤波图像进行二值化处理以获得二值化图像，具体为，将滤 波图像中灰度值大于输电线路灰度阈值的像素点设置为白像素点，将滤波 图像中灰度值小于等于输电线路灰度阈值的像素点设置为黑像素点；边缘 检测设备，设置在控制箱内，与二值化处理设备连接，对二值化处理设备 输出的二值化图像进行轮廓增强处理，以获得增强图像；图像旋转处理设 备，设置在控制箱内，与边缘检测设备连接，对增强图像中白色像素点组 成的输电线路目标进行旋转，使得输电线路目标为垂直方向排列；覆冰厚 度计算设备，设置在控制箱内，与图像旋转处理设备和MS存储卡分别连 接，对垂直方向排列的输电线路目标确定其最大径向距离，将最大径向距 离减去预设输电线路径向距离并除以2以获得输电线路的实时冰层厚度； 机器人主体，包括防倾斜结构、控制箱、无刷直流电机、吊装环、行走机 构、锁紧机构和压紧机构，防倾斜结构位于前方输电线路上，控制箱和无 刷直流电机都位于输电线路的下方，吊装环用于将机器人主体吊装到输电 线路上，行走机构和锁紧机构都位于输电线路上，压紧机构位于输电线路 的下方；防倾斜结构包括防倾斜轮、固定螺栓和连接板，连接板分别与防 倾斜轮和固定螺栓连接，防止机器人主体向后倾斜；控制箱内设有主控板 和电池，主控板上集成了MSP430单片机和无线通信设备，无线通信设备 用于与远端的供电运营服务器建立双向无线通信链路；无刷直流电机通过 减速器与行走机构的驱动轮和压紧机构的压紧轮分别连接；行走机构包括 同步带、同步带张紧机构、驱动轮和水平放置的三个V型轮，驱动轮为三 个V型轮在输电线路上的行走提供动力，同步带依次经过驱动轮、同步带 张紧机构和三个V型轮以保持三个V型轮的同步行走；锁紧机构包括顺序 连接的活动扳手、中间支撑件、底部销件和U型螺栓，用于防止机器人主 体从输电线路处坠落；压紧机构与无刷直流电机连接，包括压紧轮、棘轮、 棘爪、复位弹簧和压紧弹簧；接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与 MSP430单片机电性连接，用于在接触到输电线路障碍时，发送接触障碍 信号；红外传感器，位于防倾斜结构上，与MSP430单片机电性连接，用 于在距离前方输电线路障碍400毫米时，发出障碍预警信号；其中，MSP430 单片机还与覆冰厚度计算设备和螺线管分别连接，以接收实时冰层厚度， 根据实时冰层厚度确定扳机推动次数，将扳机推动次数打包在除冰指令中 并发送给螺线管，以便于螺线管根据扳机推动次数多次执行对扳机的推 动。