飞行上下线绝缘子串检测机器人系统、平台及方法转让专利
申请号 : CN201910905335.0
文献号 : CN110618358B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 郭锐 , 张峰 , 贾娟 , 仲亮 , 马松 , 贺鑫 , 刘丕玉 , 许玮 , 朱明智 , 周大洲 , 辜超 , 赵富强 , 王万国 , 李路
申请人 : 国网智能科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:包括机器人本体和控制所述机器人本体的监控系统,其中:
所述机器人本体包括飞行平台、移动平台及检测机构,所述飞行平台设置于移动平台上端,带动机器人本体飞行;
所述移动平台包括移动轮腿、传动机构、半环抱式支撑机构和导向机构,所述支撑机构使得机器人本体能够支撑于绝缘子串上,所述移动轮腿为两组,对称设置于支撑机构的两侧,且其移动轮腿的延伸方向与绝缘子串的延伸方向一致;所述传动机构与移动轮腿进行连接传动,所述导向机构的上端连接于传动机构,下端安装有检测机构,所述导向机构为下端直径小于上端的结构,且下端宽度小于上端的宽度,能够插入相邻绝缘子串之间,在绝缘子串轴向长度为至少一片绝缘子片的长度,通过移动轮腿与传动机构的配合,机器人本体带动检测机构在绝缘子串之间不断移动,得到各个检测点数据;
所述监控系统,被配置为对接收的控制指令进行解析,转化为机器人本体的动作指令,控制机器人本体的飞行平台、移动平台和检测机构的动作,并接收机器人本体的飞行平台、移动平台和检测机构反馈的采集或状态数据,根据反馈的采集或状态数据实时控制或调整机器人的姿态和/或工作状态。
2.如权利要求1所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述飞行平台包括无人机本体、旋转轴和连接桥,所述无人机本体为多旋翼无人机,所述旋翼围绕旋转轴均匀分布,所述旋转轴通过连接桥与移动平台进行连接,所述旋转轴旋转,带动移动平台与飞行平台相对转动。
3.如权利要求1所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述半环抱式支撑机构包括前后支架、左右导板和左右支架,前后支架和左右支架依次连接,形成回字型,对称布置于绝缘子串上方,所述左右支架将移动轮腿包围在内侧。
4.如权利要求3所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述左右导板分别布设于左右支架上,且左右导板与对应的绝缘子串外缘进行贴合接触。
5.如权利要求1所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述导向机构具有若干容纳室,容纳室具有一凹部,能够容纳所述检测机构,并赋予检测机构一定的活动范围。
6.如权利要求1所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述检测机构包括探针和驱动机构,所述驱动机构驱动各个探针靠近检测点。
7.如权利要求1所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述监控系统,包括控制系统以及与其通讯的检测系统、飞控系统和机器人监视系统,其中:所述检测系统,包括第一控制单元和取样电阻,所述取样电阻采集绝缘子串检测机器人的检测机构采集的模拟信号,所述第一控制单元被配置为对采集的模拟信号进行处理,得到检测结果;
所述飞控系统,包括第二控制单元和传感器组,所述传感器组中的传感器分别采集检测机器人相对于绝缘子串的方位信息、距离绝缘子串的距离和姿态信息,传输给第二控制单元,所述第二控制单元对比采集的信息和控制指令中的目标检测点,控制飞行及执行动作,改变机器人的飞行状态;
所述机器人监视系统,包括若干摄像头、红外和紫外采集模块、第三控制单元,所述摄像头监视机器人的飞行空域,红外和紫外采集模块分别采集绝缘子串的发热点和电晕放电的位置信息,所述第三控制单元被配置为接收上述摄像头、红外和紫外采集模块的图像采集信息,根据控制指令对采集的画面进行分割、合成、存储和/或显示;
所述控制系统,被配置为对接收的控制指令进行解析,转化为绝缘子串检测机器人的动作指令,控制绝缘子串检测机器人的移动轮腿和检测机构的动作,将解析的控制指令传输给检测系统、飞控系统和机器人监视系统,并接收其反馈的采集或状态数据,实时控制或调整机器人的动作与状态。
8.如权利要求7所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述控制系统包括无线数传收发模块、第一限位机构、第二限位机构和第四控制单元,所述第四控制单元对接收的控制指令解析后转化为控制信号,控制机器人移动轮腿的运动;所述第一限位机构用于检测绝缘子串的端部,当检测到机器人走到绝缘子串两侧端部的时候发出信号给第四控制单元控制移动轮腿停止运动;所述第二限位机构用于检测绝缘子串瓶沿,当检测到绝缘子串瓶沿的时候,第四控制单元控制移动轮腿和检测机构同时停止动作。
9.如权利要求7所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述第一控制单元包括第一控制器、滤波模块和运算放大器,所述检测机构采集的模拟信号引入取样电阻,取样电阻的信号通过滤波模块进入运算放大器,运算放大器将信号放大后进入第一控制器的采集端口,第一控制器将信号采集运算后传输给机器人控制系统。
10.如权利要求7所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述传感器组包括位置传感器、距离传感器、定位模块、陀螺仪和倾角传感器,其中,所述位置传感器采集机器人相对于绝缘子串的方位信息;所述距离传感器采集机器人距离绝缘子串的距离;所述定位模块采集机器人所处的经纬度信息;所述陀螺仪和倾角传感器分别采集机器人的姿态信息。
11.如权利要求7所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述机器人监视系统包括前视摄像头、后视摄像头、红外摄像头和紫外摄像头,所述前视摄像头观察机器人前方空域,包括机器人相对铁塔、绝缘子串的位置;所述后视摄像头观察机器人后方空域,包括机器人相对地面的位置信息;所述红外摄像头观察绝缘子串的发热点;所述紫外摄像头观察绝缘子串电晕放电的位置。
12.如权利要求7所述的一种飞行上下线绝缘子串检测机器人系统,其特征是:所述第三控制单元包括第三控制器,各个摄像头的视频信息传输给第三控制器,所述第三控制器接收机器人控制系统的控制信号,根据需要将各路视频信息的某一路单独显示或若干路视频信息合成一路信息。
13.一种可飞行上下线的绝缘子串检测机器人平台,其特征是:包括地面控制中心和如权利要求7‑12中任一项所述的机器人系统,其特征是:所述地面控制中心包括地面控制系统和地面监控系统,其中:
所述地面控制系统包括第一无线数传收发模块、输入装置和控制器,所述第一无线数传收发模块接收来自机器人控制系统的反馈信息,所述控制器采集输入装置的动作信息,处理后形成控制指令;所述第一无线数传收发模块将控制指令发送给机器人控制系统;
所述地面监控系统,包括第二无线数传收发模块、解码模块和显示装置,所述第二无线数传收发模块接收来自机器人监视系统的视频信号,将该信号传输至解码模块得到视频信息;所述显示装置接收解码后的视频信息并实时显示。
14.如权利要求13所述的一种可飞行上下线的绝缘子串检测机器人平台,其特征是:所述第二无线数传收发模块包括视频接收机和视频发射机,所述视频发射机设置于机器人上,视频发射机接收来自第三控制单元处理后的视频信息,并发射,设置在地面控制中心的相适配的视频接收机接收到上述发射的信息,将接收到的视频发射机发射的信息传输至解码模块得到视频信息。
15.基于如权利要求7‑12中任一项所述的系统或权利要求13‑14中任一项所述的平台的工作方法,其特征是:包括以下步骤:对控制指令进行解析,转化为绝缘子串检测机器人的动作指令,控制绝缘子串检测机器人飞行平台的动作,带动移动平台飞至绝缘子串上方;监视系统通过摄像头对机器人周围的场景进行采集,利用目标检测技术从采集的图像中识别出绝缘子串,根据绝缘子串在图像中的位置以及摄像头坐标系与飞行平台坐标系的位置关系,调整飞行平台的航向,避开铁塔及金具,调整飞行至绝缘子串的正上方,并测算机器人与绝缘子串之间的距离,到达安全落串高度;移动平台旋转进行微调,移动轮腿调整至落串状态;
飞控系统根据监视系统传输过来的信息,实时调整飞行平台的姿态和高度;飞行平台带动整机进行下落,导向机构进入相邻绝缘子串中间进行导向;通过位置、距离、倾角传感器的判断确定飞行平台安全后,停止飞行平台的旋翼转动,机器人完全降落在绝缘子串上,完成自主落串过程;移动平台和检测机构在监控系统的作用下,启动移动及检测工作,实时接收及显示检测数据;
分别采集绝缘子串的发热点和电晕放电的位置信息,根据控制指令对采集的画面进行分割、合成、存储和/或显示,记录采集的绝缘子串状态;
根据控制指令,实时控制或调整机器人的动作与状态,进行不同检测点的数据的采集。
说明书 :
飞行上下线绝缘子串检测机器人系统、平台及方法
技术领域
背景技术
污秽。特高压输电线路全长达上千公里,绝缘子用量巨大,维护工作尤为费时费力。
子的检测技术研究还不够成熟,仍存在一些问题,比如机器人移动平台体积、重量比较大,
移动效率低,攀爬稳定性差,而正如前面所提到的,特高压输电线路全长达上千公里,绝缘
子用量巨大,如果机器人的移动速度较慢,移动效率低,并不利于检测工作的进度,需要投
入大量的检测机器人,增加成本;同时,当机器人移动平台体积、重量比较大时,在上线和移
动的过程中又容易压损或压裂绝缘子,对绝缘子串带来多次伤害,与绝缘子串检测的初衷
相悖。
成上下线动作,操作不便、检测效率低,缺乏有效的远程监控系统及后台数据管理系统,操
作使用不便。
发明内容
度高,降低劳动强度。
与移动轮腿进行连接传动,所述导向机构的上端连接于传动机构,下端安装有检测机构,所
述导向机构为下端直径小于上端的结构,且下端宽度小于上端的宽度,能够插入相邻绝缘
子串之间,在绝缘子串轴向长度为至少一片绝缘子片的长度,通过移动轮腿与传动机构的
配合,机器人本体带动检测机构在绝缘子串之间不断移动,得到各个检测点数据;
平台、移动平台和检测机构反馈的采集或状态数据,根据反馈的采集或状态数据实时控制
或调整机器人的姿态和/或工作状态。
台进行连接,所述旋转轴旋转,带动移动平台与飞行平台相对转动。
侧。
理,得到检测结果;
控制单元,所述第二控制单元对比采集的信息和控制指令中的目标检测点,控制飞行执行
动作,改变机器人的飞行状态;
电晕放电的位置信息,所述第三控制单元被配置为接收上述摄像头、红外和紫外采集模块
的图像采集信息,根据控制指令对采集的画面进行分割、合成、存储和/或显示;
令传输给检测系统、飞控系统和机器人监视系统,并接收其反馈的采集或状态数据,实时控
制或调整机器人的动作与状态。
制机器人的移动轮腿的运动;所述第一限位机构用于检测绝缘子串的端部,当检测到机器
人走到绝缘子串两侧端部的时候发出信号给第四控制单元控制移动轮腿停止运动;所述第
二限位机构用于检测绝缘子串瓶沿,当检测到绝缘子串瓶沿的时候,第四控制单元控制移
动轮腿和检测机构同时停止动作。
器,运算放大器将信号放大后进入第一控制器的采集端口,第一控制器将信号采集运算后
传输给机器人控制系统。
传感器采集检测到的机器人距离绝缘子串的距离;所述定位模块采集机器人所处的经纬度
信息;所述陀螺仪和倾角传感器分别采集机器人的姿态信息。
位置;所述后视摄像头观察机器人后方空域,包括机器人相对地面的位置信息;所述红外摄
像头观察绝缘子串的发热点;所述紫外摄像头观察绝缘子串电晕放电的位置。
频信息的某一路单独显示或若干路视频信息合成一路信息。
息,处理后形成控制指令;所述第一无线数传收发模块将控制指令发送给机器人控制系统;
频信息;所述显示装置接收解码后的视频信息并实时显示。
并发射,设置在地面控制中心的相适配的视频接收机接收到上述发射的信息,将接收到的
视频发射机发射的信息传输至解码模块得到视频信息。
人周围的场景进行采集,利用目标检测技术从采集的图像中识别出绝缘子串,根据绝缘子
串在图像中的位置以及摄像头坐标系与无人机坐标系的位置关系,调整无人机的航向,避
开铁塔及金具,调整飞行至绝缘子串的正上方,并测算机器人与绝缘子串之间的距离,到达
安全落串高度;移动平台旋转进行微调,移动平台轮腿调整至落串状态;
离、倾角传感器的判断确定飞行平台安全后,停止飞行平台的旋翼转动,机器人完全降落在
绝缘子串上,完成自主落串过程;移动平台和检测机构在机器人本体的监控系统的作用下,
启动移动及检测工作,实时接收及显示检测数据;
登高作业危险性大的问题。
员的安全,提高了检测效率,自动化程度高。
人落串难题。
器人在工作过程中的稳定性、安全性和便捷性,减少了人工投入,有效缩短了检测时间。
附图说明
右支架,700耐张绝缘子串,800导向机构,900检测机构;
电机IV;
具体实施方式:
理解的相同含义。
也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
开各部件或元件结构关系而确定的关系词,并非特指本公开中任一部件或元件,不能理解
为对本公开的限制。
本领域的相关科研或技术人员,可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义,
不能理解为对本公开的限制。
体飞行;移动平台400包括移动轮腿410、传动机构、支撑机构600和导向机构800,所述支撑
机构600使得机器人本体能够支撑于绝缘子串上,移动轮腿410设置于支撑机构600的两侧;
传动机构与移动轮腿 410进行连接传动,导向机构800的上端连接于传动机构,下端的宽度
小于上端,能够插入相邻绝缘子串之间,以固定检测机构900,通过移动轮腿410与传动机构
的配合,机器人本体带动检测机构900在绝缘子串之间不断移动,得到各个检测点数据;
系统15控制并得到绝缘子的图像检测结果。
210与机器人移动平台400进行连接;飞控模块安装在机架上;连接桥210上有一旋转轴可进
行转动,通过连接桥210,实现飞行平台200和移动平台400的相对角度可调,实现移动平台
在落串过程中的姿态调整;摄像头300有若干个,悬挂布置在机架上。
接结构需要进行适应性调整,其为本领域技术人员的惯常手段,在此不再赘述。
III415、电机IV417的动作,调整机器人本体的飞行状态和姿态。
I901与机器人控制系统10连接;机器人监视系统807接收机器人控制系统10的控制信号,并
将视频信号通过无线传输给地面监视系统 12。地面监视系统12接收来自机器人监视系统
15的视频信号并实时显示。
其转动。
缘子串外缘进行贴合接触,起导向作用,其中,左右支架630将移动轮腿410包围在内侧。
为至少一片绝缘子片的长度。
布置有控制板、检测板、电池和视频模块等;遥控器包括操作杆、显示屏和开关等,具有飞行
控制、移动检测控制、检测数据同步显示等功能;限位机构520安装在移动轮腿410与控制箱
510之间,由发射接收端和限位块组成,发射接收端固定于控制箱510外壳、限位块均布安装
在移动轮腿410上;天线安装在控制箱510上。
限位位置。
800上留有开槽。
I809、行走电机II810、检测探针摆动电机811。机器人控制系统10接收来自无线数传收发模
块II801的控制指令到MCU‑II800,对该指令解析后转化为控制信号,控制行走电机I809、行
走电机II810、探针摆动电机811的运动。所述激光限位传感器802用于检测绝缘子串的两
头,当检测到机器人走到绝缘子串两头的时候发出信号给MCU‑II800,MCU‑II800控制控制
行走电机I809、行走电机II810停止运动。所述接近开关803用于检测绝缘子串瓶沿,当检测
到绝缘子串瓶沿的时候,机器人行走电机I809、行走电机II810 停止运动,同时检测探针摆
动电机811动作。
取样电阻503,取样电阻503的信号通过滤波模块504进入运算放大器505,运算放大器505将
信号放大后进入MCU‑IV506的 AD采集端口。MCU‑IV506将信号采集运算后通过485通信传输
给机器人控制系统10。
倾角传感器405都设置在检测机器人本体上,设置的位置可以根据具体的检测机器人的结
构和待检测参数进行综合考量,在此不再赘述。
GPS403将机器人所处的经纬度信息实时传输给MCU‑III400。陀螺仪404和倾角传感器405将
机器人的姿态信息实时传输给MCU‑III400。 MCU‑III400综合上述信息通过电调I410、电调
II412、电调III414、电调IV416 来分别控制电机I411、电机II413、电机III415、电机IV417。
空域,包括机器人相对铁塔、绝缘子串的位置。后视摄像头602观察机器人后方空域,包括机
器人相对地面的位置信息。红外摄像头 603观察绝缘子串的发热点。所述紫外摄像头604观
察绝缘子串电晕放电的位置。
两路信息单独显示也可将四路视频信息合成一路信息。视频发射机606接收来自画面分割
模块600的视频信息后将该信息通过天线发射给地面监视系统12。
I901接收来自机器人的反馈信息。所述MCU‑I900 采集旋钮电位器902、按键903、摇杆904的
信息,处理后形成控制指令907。无线数传收发模块I901将控制指令发送给机器人。MCU‑
I900通过液晶屏908 显示状态信息905、检测信息906和控制指令907。
模块702得到视频信息。所述显示器700接收视频信息并实时显示。所述键盘704用于设置显
示器700的显示模式、显示亮度等参数。
安装的飞控模块和摄像头300可监控机器人整体飞行上下线绝缘子串;移动平台400成对称
布置,位于绝缘子串700之间,其上移动轮腿410在传动机构作用下可使机器人沿绝缘子串
进行往返移动,移动平台400上的支撑机构600环绕机器人一周,将移动平台400与监控系统
500的控制箱510进行连接;控制箱510布置在整机正中间,并与传动机构和移动轮腿410进
行连接,导向机构800位于绝缘子串700两串中间,上端连接于传动机构,下端为过渡尖端,
在绝缘子串轴向长度为至少一片绝缘子片的长度,并在检测机构900探针活动范围内在导
向机构800上留有开槽。
串位置上方,并通过连接桥210带动移动平台400旋转微调,移动平台400轮腿调整至落串状
态,此时飞行平台200带动整机进行下落,导向机构800进入相邻绝缘子串700中间进行导
向,将整机释放到绝缘子串700 上,此步骤结束后,飞行平台200停止运行,移动平台400和
检测机构900在监控系统500作用下,启动移动及检测工作,并通过遥控器终端实时接收及
显示检测数据,通过以上步骤,实现飞行平台200与机器人移动平台400在落串及在线检测
过程中的的信息交互及动作配合。
像的采集。
至地面,上述过程由地面监视系统12和地面控制系统11完成。
改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。