本发明公开了一种多分裂式高压电线巡检用无人机嵌入式机器人装置和方法。本发明包括无人机、抓取电线固定模块，采用机械抓手抓取电线进行巡检，机器人装置在电线上的爬行，此时无人机处于低功耗状态，考虑到高压电线存在多种分裂模式，设置了四个热传感摄像头和一个全彩摄像头，并且增设了多分裂巡检模式，通过四个热传感摄像头分别拍摄对应的电线，实现多种分裂模式的巡检；在遇到间隔棒时能实现避障的功能，并且在避障的同时保证巡检过程中拍摄的完整与清晰。本发明可用于巡检多种分裂模式的高压电线，实时监测高压电线的状态，应对多种复杂的巡检环境，迅速快捷、工作效率高、不受地域影响。
所述方法采用多分裂式高压电线巡检用无人机嵌入式机器人装置，装置包括无人机、抓取电线固定模块；所述无人机包括多个旋翼装置、保护罩和机架平台，多个旋翼装置均在同一水平面上，每个旋翼装置包括无刷电机(7)和桨翼(6)，桨翼(6)固定在无刷电机(7)的输出轴上，每个无刷电机(7)底部安装有一个底部保护罩(12)，多个旋翼装置顶部共同安装有一个顶部保护罩(11)；多个底部保护罩(12)通过螺纹柱相连到顶部保护罩(11)底面的四角组成了所述保护罩；所述抓取电线固定模块主要由两个机械抓手(2)组成，两个机械抓手(2)通过L型连接件(10)相平行固定于顶部保护罩(11)上端面中心位置处，两个机械抓手(2)周围的顶部保护罩(11)上端面通过螺栓连接固定有五个云台，其中四个云台分布在机械抓手的四周，四个云台上均固定有一热传感摄像头(5)，另一个云台置于机械抓手(2)一侧且其上固定有一全彩摄像头(4)；所述顶部保护罩(11)的机头和机尾前后两端均安装有限位开关(14)与避障挡板(15)，每一端的限位开关(14)的探头朝向径向外侧，限位开关(14)的探头与避障挡板(15)相连；
开始巡检时，所述机器人装置的桨翼(6)转动，飞到高压电线(17)下方附近，然后所述机器人装置靠拢高压电线(17)使得机械抓手(2)抓取高压电线(17)，然后桨翼(6)停止转动，所述机器人装置在机械抓手(2)的带动下沿高压电线(17)移动巡检，巡检时发现电线损坏则记录损坏位置；
在巡检过程中，所述机器人装置沿高压电线(17)前进，当机头处的避障挡板(15)碰撞到前方障碍物时，限位开关(14)被触发，所述机器人装置沿高压电线(17)向后返回一段距离后，桨翼(6)重新转动，机械抓手(2)放开高压电线(17)；所述机器人装置向下飞离高压电线(17)，再沿高压电线(17)向前飞行一段距离，飞过障碍物后，再向上靠拢高压电线(17)使得机械抓手(2)再次抓取高压电线(17)，桨翼(6)再停止转动，所述机器人装置沿高压电线(17)向后返回直至后端避障挡板(15)碰到障碍物，限位开关(14)被触发，所述机器人装置向前继续巡检；
巡检结束之后，无刷电机(7)启动，桨翼(6)转动，机械抓手(2)松开高压电线(17)，完成巡检。
2.根据权利要求1所述的一种高压电线巡检方法，其特征在于：
所述的机器人装置根据高压电线(17)不同的分裂模式，采取不同的巡检模式，并根据不同的巡检模式调整四个热传感摄像头(5)角度进行拍摄，所述的巡检模式包括低分裂巡检模式和高分裂巡检模式；
低分裂巡检模式包括巡检单分裂电线、双分裂电线、三分裂电线和四分裂电线，在巡检单分裂电线时，机械抓手(2)抓取电线，其中一个热传感摄像头(5)拍摄电线；在巡检双分裂电线时，机械抓手(2)抓取任意一根电线，其中两个热传感摄像头(5)分别对应拍摄两根电线；在巡检三分裂电线时，机械抓手(2)抓取底部的一根电线，其中三个热传感摄像头(5)分别对应拍摄三根电线；在巡检四分裂电线时，机械抓手(2)抓取底部其中一根电线，四个热传感摄像头(5)分别对应拍摄四根电线；
高分裂巡检模式包括巡检六分裂电线和八分裂电线，采用往返巡检进行拍摄；在巡检六分裂电线时，启程时，机械抓手(2)抓取底部任意一根电线，其中三个热传感摄像头(5)分别对应拍摄抓取的电线以及处于抓取的电线间位的两根电线，返程时，机械抓手(2)抓取底部另一根电线，其中三个热传感摄像头(5)分别对应拍摄返程时抓取的电线以及处于返程时抓取的电线间位的两根电线；在巡检八分裂电线时，启程时，巡检机器人机械抓手(2)抓取底部任意一根电线，四个热传感摄像头(5)分别对应拍摄其中四根电线，四根电线分别为:抓取的电线、以抓取的电线为起点按逆时针或顺时针方向开始计数的第二、第三、第五顺位上的三根电线，返程时，巡检机器人机械抓手(2)抓取底部另一根电线，热传感摄像头(5)拍摄其余未拍摄到的四根电线。
3.根据权利要求1所述的一种高压电线巡检方法，其特征在于：
所述的记录损坏的具体位置的方法如下，当装置开始巡检时，飞行控制处理器(1607)的定时器从起始点从零开始计时，当判断出高压电线(17)存在缺陷，记录此时的时间T1，由于机械抓手(2)上的无刷电机(7)转速恒定，则判断出此时高压电线(17)故障位置距离起始点的精确距离为X1＝V*T1；当碰到障碍物时，前端避障挡板(15)碰到障碍物时，定时器暂停计时，记录此时的时间T2，判断出障碍物距离起始点的距离X2＝V*T2，当跨过障碍物后，后端避障挡板(15)碰到障碍物时，定时器继续计时。
多分裂式高压电线巡检用无人机嵌入式机器人装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种巡检高压电线的装置和方法，具体为一种多分裂式高压电线巡检用无人机嵌入式机器人装置和方法。
背景技术
[0002] 近年来，我国国民经济的高速发展对我国电力工业提出了越来越高的要求，由于高压线路分布点多、面广，绝大部分远离城镇，所处地形复杂，自然环境恶劣，且电力线及杆塔附件长期暴漏在野外，会持续地受到机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤。因此，对高压线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解高压线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况，是供电部门一项繁重的日常工作。
[0003] 现有的无人机巡检主要是巡检人员控制无人机在电线周围飞行，通过无人机连接的摄像头对高压电线进行拍摄，从而分析电线的缺陷情况。但这种巡检方式存在几个问题，首先是航模电池的续航情况，由于要一直控制无人机的飞行姿态，无刷电机持续工作，会大量地消耗电量；其次，现有巡检机器人一般只能巡检一根电线，若遇到四分裂、六分裂或者八分裂电线时，无法提出高效的巡检措施；第三，无人机巡检时在电线周围飞行，由于桨翼缺少保护罩，存在打到电线，使电线受损的问题；第四，尽管采用了全彩摄像头以及热传感摄像头来更好地观测缺陷，但由于避免发生无人机桨翼打到电线的情况发生，无人机要远离高压电线进行航拍，所以摄像距离较远，而且摄像头无法智能聚焦，导致拍摄时无法精准观测电线损坏情况。
发明内容
[0004] 为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供多分裂式高压电线巡检用无人机嵌入式机器人装置，用于架空输电线路的巡检工作，通过机械抓手抓取高压电线，电机驱动机器人装置在高压电线上移动巡检，通过电机测距获得电线缺陷具体位置，同时设置了用于多种分裂电线的巡检模式，通过全彩摄像头和热传感摄像头拍摄电线的情况，在遇到障碍物时实现避障的功能，
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一、一种多分裂式高压电线巡检用无人机嵌入式机器人装置：
[0007] 本发明所述的机器人装置包括无人机、抓取电线固定模块；所述无人机包括多个旋翼装置、保护罩和机架平台，多个旋翼装置均在同一水平面上，每个旋翼装置包括无刷电机和桨翼，桨翼固定在无刷电机的输出轴上，每个无刷电机底部安装有一个底部保护罩，多个旋翼装置顶部共同安装有一个顶部保护罩；多个底部保护罩通过螺纹柱相连到顶部保护罩底面的四角组成了所述保护罩；
[0008] 所述抓取电线固定模块主要由两个机械抓手组成，两个机械抓手通过L型连接件相平行固定于顶部保护罩上端面中心位置处，两个机械抓手周围的顶部保护罩上端面通过螺栓连接固定有五个云台，其中四个云台对称分布在机械抓手的四周，四个云台上均固定有一热传感摄像头，另一个云台置于机械抓手一侧且其上固定有一全彩摄像头；
[0009] 所述顶部保护罩的机头和机尾前后两端均安装有限位开关与避障挡板，每一端的限位开关的探头朝向径向外侧，前端的限位开关探头朝向前方，后端的限位开关探头朝向后方，限位开关的探头与避障挡板相连，所述的避障挡板呈“U”形。
[0010] 所述机架平台包括机架上平台和机架下平台，机架上平台顶面通过螺纹柱与顶部保护罩底面的中间相连，机架下平台固定于机架上平台下面，机架下平台底面中央通过螺纹柱连接有吊舱，机架下平台底面安装有加速度传感器、地磁传感器和气压传感器，机架下平台下方另一侧安装有下位机通讯器，起落架安装于机架下平台下方。
[0011] 所述顶部保护罩上安装有GPS传感器，所述吊舱用于放置电池、存储卡卡槽、飞行控制处理器和信号处理器。
[0012] 所述GPS传感器用于监测机器人的飞行轨迹和记录无人机的地理坐标，加速度传感器和地磁传感器用于监测机器人飞行姿态，气压传感器用于监测机器人的飞行高度；全彩摄像头用于清晰拍摄高压电线的情况，热传感摄像头用于拍摄高压电线的热图。
[0013] 所述飞行控制处理器分别与无刷电机、GPS传感器、地磁传感器、加速度传感器、气压传感器、信号处理器相连，所述信号处理器分别与机械抓手、全彩摄像头，热传感摄像头、限位开关、存储卡卡槽相连。
[0014] 所述飞行控制处理器根据加速度传感器和地磁传感器的数据控制所述机器人装置的飞行姿态，同时实时读取GPS传感器的数据，记录机器人的飞行轨迹和地理位置，通过气压传感器用于监测机器人的飞行高度，并将飞行的数据同时传递给信号处理器；全彩摄像头和热传感摄像头将拍摄到的画面传输至信号处理器；在信号传输过程中，信号处理器将传输的飞行数据和巡检图像同时保存到放置于存储卡开槽中的存储卡，以便巡检人员复查。
[0015] 所述云台装有两个舵机，具有在x和y方向的两个旋转自由度，底部的舵机控制云台水平方向的360度旋转，上部的舵机控制云台垂直的360度旋转，实现摄像头的全方位拍摄的功能。
[0016] 二、一种高压电线巡检方法：
[0017] 开始巡检时，所述机器人装置的桨翼转动，飞到高压电线下方附近，然后所述机器人装置靠拢高压电线使得机械抓手抓取高压电线，然后桨翼停止转动，所述机器人装置在机械抓手的带动下沿高压电线巡检；当在巡检时发现电线损坏，记录损坏的具体位置；
[0018] 在巡检过程中，所述机器人装置沿高压电线前进，当机头处的避障挡板碰撞到前方障碍物时，限位开关被触发，无刷电机反转，所述机器人装置沿高压电线向后返回一段距离后，桨翼重新转动，机械抓手放开高压电线；所述机器人装置向下飞离高压电线，再沿高压电线向前飞行一段距离，飞过障碍物后，再向上靠拢高压电线使得机械抓手再次抓取高压电线，桨翼再停止转动，所述机器人装置沿高压电线向后返回直至后端避障挡板碰到障碍物，被限位开关检测到，所述机器人装置向前继续巡检；
[0019] 巡检结束之后，无刷电机启动，桨翼转动，机械抓手松开高压电线，完成巡检。
[0020] 所述的机器人装置根据高压电线不同的分裂模式，采取不同的巡检模式，并根据不同的巡检模式调整四个热传感摄像头角度进行拍摄，所述的巡检模式包括低分裂巡检模式和高分裂巡检模式；低分裂巡检模式包括巡检单分裂电线、双分裂电线、三分裂电线和四分裂电线，在巡检单分裂电线时，机械抓手抓取电线，其中一个热传感摄像头拍摄电线；在巡检双分裂电线时，机械抓手抓取任意一根电线，其中两个热传感摄像头分别对应拍摄两根电线；在巡检三分裂电线时，机械抓手抓取底部的一根电线，其中三个热传感摄像头分别对应拍摄三根电线；在巡检四分裂电线时，机械抓手抓取底部其中一根电线，四个热传感摄像头分别对应拍摄四根电线；高分裂巡检模式包括巡检六分裂电线和八分裂电线，采用往返巡检进行拍摄；在巡检六分裂电线时，启程时，机械抓手抓取底部任意一根电线，其中三个热传感摄像头分别对应拍摄抓取的电线以及处于抓取的电线间位的两根电线，返程时，机械抓手抓取底部另一根电线，其中三个热传感摄像头分别对应拍摄返程时抓取的电线以及处于返程时抓取的电线间位的两根电线；在巡检八分裂电线时，启程时，巡检机器人机械抓手抓取底部任意一根电线，四个热传感摄像头分别对应拍摄其中四根电线，四根电线分别为:抓取的电线、以抓取的电线为起点按逆时针或顺时针方向开始计数的第二、第三、第五顺位上的三根电线，返程时，巡检机器人机械抓手抓取底部另一根电线，热传感摄像头拍摄其余未拍摄到的四根电线。
[0021] 所述的记录损坏的具体位置的方法如下，当装置开始巡检时，飞行控制处理器的定时器从起始点从零开始计时，当判断出高压电线存在缺陷，记录此时的时间T1，由于机械抓手上的无刷电机转速恒定，则判断出此时高压电线故障位置距离起始点的精确距离为X1＝V*T1，当碰到障碍物时，前端避障挡板碰到障碍物时，定时器暂停计时，记录此时的时间T2，判断出障碍物距离起始点的距离X2＝V*T2，当跨过障碍物后，后端避障挡板碰到障碍物时，定时器继续计时。
[0022] 所述的障碍物为间隔棒或电塔。
[0023] 本发明的有益效果如下：
[0024] 本发明为一种机动性高，同时兼顾精确反馈电路损伤情况，可用于巡检多种分裂模式的高压电线巡检机器人；合无人机巡检以及吊舱机器人巡检的优势为一体，具有迅速快捷、工作效率高、不受地域影响等优点。采用机械抓手抓取电线进行巡检，机器人装置在电线上的爬行，此时无人机处于低功耗状态，大大减少了电量消耗。
[0025] 本发明考虑到高压电线存在多种分裂模式，设置了四个热传感摄像头和一个全彩摄像头，并且增设了多分裂巡检模式，通过四个热传感摄像头分别拍摄对应的电线，实现多种分裂模式的巡检。在遇到间隔棒时实现避障的功能，并且在避障的同时保证巡检过程中拍摄的完整与清晰，这使得巡检工件方便快捷，实时监测高压电线的状态，可以应对多种复杂的巡检环境。
[0026] 本发明采用电机测距的方式，可通过公式准确算出缺陷距离起始点的位置。且考虑到安全问题，在桨叶外具有保护罩，保证桨叶安全的同时也保障了电线的安全。
附图说明
[0027] 图1为本发明机器人的抓取高压电线状态图；
[0028] 图2为本发明巡检四分裂电线时云台角度示意图；
[0029] 图3为本发明机器人机架平台示意图；
[0030] 图4为本发明巡检流程图；
[0031] 图5为本发明多分裂模式示意图；
[0032] 图6为本发明避障模式流程图；
[0033] 图7为本发明避障模式分解状态图。
[0034] 图中：1、机架，2、机械抓手，3、云台，4、全彩摄像头，5、热传感摄像头，6、桨翼，7、无刷电机，8、GPS传感器，9、间隔棒，10、L型连接键， 11、顶部保护罩，12、底部保护罩，13、螺纹柱，14、限位开关，15、避障挡板，16、机架平台，17、高压电线；第一热传感摄像头501，第二热传感摄像头502，第三热传感摄像头503，第四热传感摄像头504；1601、机架上平台， 1602、机架下平台，1603、地磁传感器，1604、加速度传感器，1605、气压传感器，1606、信号处理器，1607、飞行控制处理器，1608、下位机通讯器， 1609、存储卡卡槽，1610、吊舱，1611、起落架，
1612、电源。
[0035] 单分裂电线A1，双分裂电线B1、B2，三分裂电线C1、C2、C3，四分裂电线D1、D2、D3、D4，六分裂电线E1、E2、E3、E4、E5、E6，八分裂电线F1、 F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0037] 如图1所示，本发明包括包括无人机、抓取电线固定模块；无人机包括多个旋翼装置、保护罩和机架平台，多个旋翼装置均在同一水平面上，每个旋翼装置包括无刷电机7和桨翼6，桨翼6固定在无刷电机7的输出轴上，每个无刷电机7底部安装有一个底部保护罩12，多个旋翼装置顶部共同安装有一个顶部保护罩11；多个底部保护罩12通过螺纹柱相连到顶部保护罩11底面的四角组成了所述保护罩。
[0038] 如图1所示，抓取电线固定模块主要由两个机械抓手2组成，两个机械抓手2通过L型连接件10相平行固定于顶部保护罩11上端面中心位置处，两个机械抓手2周围的顶部保护罩11上端面通过螺栓连接固定有五个云台，其中四个云台对称分布在机械抓手的四周，四个云台上均固定有一热传感摄像头5，另一个云台置于机械抓手2一侧且其上固定有一全彩摄像头4。
[0039] 如图1所示，顶部保护罩11的机头和机尾前后两端均安装有限位开关14 与避障挡板15，每一端的限位开关14的探头朝向径向外侧，前端的限位开关探头朝向前方，后端的限位开关探头朝向后方，限位开关14的探头与避障挡板15相连，避障挡板呈“U”形。
[0040] 如图3所示，机架平台包括机架上平台1601和机架下平台1602，机架上平台1601顶面通过螺纹柱与顶部保护罩11底面的中间相连，机架下平台1602 固定于机架上平台1601下面，机架下平台1602底面中央通过螺纹柱连接有吊舱1610，机架下平台1602底面安装有加速度传感器1604和气压传感器1605，机架下平台1602下方另一侧安装有下位机通讯器1608，起落架安装于机架下平台下方。
[0041] 顶部保护罩11上安装有GPS传感器8和地磁传感器1603，吊舱用于放置电池、存储卡卡槽1609、飞行控制处理器1607和信号处理器1606。飞行控制处理器1607分别与无刷电机7、GPS传感器8、地磁传感器1603、加速度传感器1604、气压传感器1605、信号处理器1606相连，所述信号处理器1606分别与机械抓手2、全彩摄像头4，热传感摄像头5、限位开关14、存储卡卡槽 1609相连。
[0042] 如图2所示，云台装有两个舵机，具有在x和y方向的两个旋转自由度，底部的舵机控制云台水平方向的360度旋转，上部的舵机控制云台垂直的360 度旋转，实现摄像头的全方位拍摄的功能。
[0043] 本发明的具体实施例如下：
[0044] 巡检开始前，机器人装置根据高压电线17不同的分裂模式，采取不同的巡检模式，并根据不同的巡检模式调整四个热传感摄像头5角度进行拍摄。
[0045] 如图4所示，开始巡检时，机器人装置的桨翼6转动，飞到高压电线17下方附近，然后所述机器人装置靠拢高压电线17使得机械抓手2抓取高压电线 17，然后桨翼6停止转动，无刷电机7关闭，所述机器人装置在机械转手2的带动下沿高压电线17巡检，全彩摄像头4和热传感摄像头5将拍摄到的画面传输至信号处理器1606；当在巡检时发现电线损坏，记录损坏的具体位置。
[0046] 如图6和7所示，在巡检过程中，机器人装置沿高压电线17前进，当机头处的避障挡板15碰撞到前方障碍物时，限位开关14被触发，无刷电机7反转，机器人装置沿高压电线17向后返回一段距离后，桨翼6重新转动，机械抓手2 放开高压电线17；机器人装置向下飞离高压电线17，再沿高压电线17向前飞行一段距离，飞过障碍物后，再向上靠拢高压电线17使得机械抓手2再次抓取高压电线17，桨翼6再停止转动，所述机器人装置沿高压电线17向后返回直至后端避障挡板15碰到障碍物，限位开关14被触发，机器人装置向前继续巡检。
[0047] 具体实施的障碍物为间隔棒9或电塔。
[0048] 巡检结束之后，无刷电机7启动，桨翼6转动，机械抓手2松开高压电线 17，完成巡检。具体实施中，完成此处高压电线17巡检后进入下一级电塔的巡检工作。
[0049] 如图2和5所示，巡检模式包括低分裂巡检模式和高分裂巡检模式。低分裂巡检模式包括巡检单分裂电线、双分裂电线、三分裂电线和四分裂电线；在巡检单分裂电线时，机械抓手2抓取电线A1，第一热传感摄像头501拍摄电线 A1；在巡检双分裂电线时，机械抓手2抓取电线B1，第一热传感摄像头501 拍摄电线B1，第二热传感摄像头502拍摄电线B2；在巡检三分裂电线时，机械抓手2抓取电线C1，第一热传感摄像头501拍摄电线C1，第二热传感摄像头502拍摄电线C2，第三热传感摄像头503拍摄电线C3；在巡检四分裂电线时，机械抓手2抓取电线D1，第一热传感摄像头501拍摄电线D1，第二热传感摄像头502拍摄电线D2，第三热传感摄像头503拍摄电线D3，第四热传感摄像头504拍摄电线D4；
[0050] 高分裂巡检模式包括巡检六分裂电线和八分裂电线，采用往返巡检进行拍摄。在巡检六分裂电线时，启程时，机械抓手抓取电线E1，第一感摄像头拍摄电线E1，第二热传感摄像头502拍摄电线E2，第三热传感摄像头503拍摄电线E3，返程时，机械抓手抓取电线E4，第一热传感摄像头501拍摄电线E4，第二热传感摄像头502拍摄电线E5，第三热传感摄像头503拍摄电线E6；在巡检八分裂电线时，启程时，机械抓手2抓取电线F1，第一热传感摄像头
501 拍摄电线F1，第二热传感摄像头502拍摄电线F2，第三热传感摄像头503拍摄电线F3，第四热传感摄像头504拍摄电线F4，返程时，机械抓手2抓取电线F5，第一热传感摄像头501拍摄电线F5，第二热传感摄像头502拍摄电线 F6，第三热传感摄像头503拍摄电线F7，第四热传感摄像头504拍摄电线F8。
[0051] 记录损坏的具体位置的方法如下，当装置开始巡检时，飞行控制处理器 1607的定时器从起始点从零开始计时，先通过GPS传感器8对巡检位置进行初步判定，当判断出高压电线17存在缺陷，记录此时的时间T1，由于机械抓手2上的无刷电机7转速恒定，则判断出此时高压电线17故障位置距离起始点的精确距离为X1＝V*T1，当碰到障碍物时，前端避障挡板15碰到障碍物时，定时器暂停计时，记录此时的时间T2，判断出障碍物距离起始点的距离X2＝V*T2，当跨过障碍物后，后端避障挡板15碰到障碍物时，定时器继续计时。
[0052] 本发明在地面开始飞行有两种飞行模式，第一种是算法规划的飞行，机器人装置根据飞行路径自动飞往高压电塔进行巡检作业，当机器人装置的全彩摄像头4观察到高压电线17，机器人装置根据机械抓手2和高压电线17的相对位置，调整飞行姿态，使机械抓手2与高压电线17保持适当的相对距离，机械抓手2打开并抓取高压电线17，开始巡检作业；第二种是人工操控机器人飞往高压电塔，通过实时传输的图像，控制机械抓手2抓取高压电线17。
