一种基于无人机平台的高压输电线巡检维护机器人 |
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| 申请号 | CN202410110770.5 | 申请日 | 2024-01-26 | 公开(公告)号 | CN117922212A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 南通理工学院; | 发明人 | 刘金金; 陈涵; 顾海; 张捷; 贺雨轩; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于无人机平台的高压输电线巡检维护 机器人 ，涉及电 力 检修设备技术领域，包括轮式无人车和视觉传感机构，所述轮式无人车上安装模 块 化 电池 组 件，以及与之相连的 单片机 ，还包括减震系统底盘和 机身 稳定系统。本发明通过底盘本体上预留 电子 通信 接口 ，且载机板预留过线孔和螺丝孔位，可装配如 机械臂 、火焰发射装置等多种执行机构，从而实现多场合下的高效巡检。与人工巡检相比，机器人巡检不仅减轻了劳动强度、降低了检测成本，而且显著提高了检测的准确性和效率。此外，机器人应用还显著提升了线路的管理和维护 水 平，降低了安全 风 险。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于无人机平台的高压输电线巡检维护机器人，包括轮式无人车(1)和视觉传感机构(2)，所述轮式无人车(1)上安装模块化电池组件(3)，以及与之相连的单片机(4)，所述视觉传感机构(2)包括前视传感器(5)、后视传感器(6)、无人机抓取平台(7)、无人机引导灯(8)以及无人机钩爪(9)，其特征在于，还包括减震系统底盘(10)和机身稳定系统(11)，所述减震系统底盘(10)安装于轮式无人车(1)的中部，并用于实现多场合下的高效巡检，所述机身稳定系统(11)安装于减震系统底盘(10)上，并用于避免机器人在维护过程中运动状态所产生的重心偏移。 |
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| 说明书全文 | 一种基于无人机平台的高压输电线巡检维护机器人技术领域背景技术[0002] 高压输电线路作为电力系统的核心组件，承担着电力传输的关键职责，其地位堪比国家基础设施和社会发展的“生命线”。然而，由于高压线路通常暴露于外部环境，易受到自然和人为因素的双重影响，导致各类故障的风险增加。若此类隐患未得到及时排查，将对整个电力系统构成潜在威胁。为确保输电线路的稳定运行，实施定期的巡检工作显得尤为重要。 [0003] 维护高压输电线路的工作不仅劳动强度大，而且涉及诸多复杂因素。传统的巡检方式主要包括飞机巡检、车辆巡检和人工巡检。然而，这些传统方法普遍存在一系列问题，如对气候的依赖性强、运行成本高昂、劳动强度大、危险系数高、巡检效率和准确度欠佳以及可靠性不足等。当前，巡检人员主要携带各类维护设备沿线路执行任务，但这种方式效率低下、成本高昂，且误检漏检的情况时有发生。因此，高压输电线路维护的自动化已成为迫切需求。 发明内容[0005] 一种基于无人机平台的高压输电线巡检维护机器人，包括轮式无人车和视觉传感机构，所述轮式无人车上安装模块化电池组件，以及与之相连的单片机，所述视觉传感机构包括前视传感器、后视传感器、无人机抓取平台、无人机引导灯以及无人机钩爪，还包括减震系统底盘和机身稳定系统，所述减震系统底盘安装于轮式无人车的中部，并用于实现多场合下的高效巡检，所述机身稳定系统安装于减震系统底盘上，并用于避免机器人在维护过程中运动状态所产生的重心偏移。 [0006] 优选的，所述减震系统底盘包括底盘本体、驱动电机以及弹簧减震器，所述底盘本体安装于轮式无人机的中部，底盘本体上安装有载机板，所述载机板上开设有过线孔和螺丝孔位，底盘本体上还安装有电子通信接口，所述驱动电机通过电机铰链安装于底盘本体的侧端，电机铰链上通过限位杆安装有限位开关，所述限位开关与驱动电机电性连接，驱动电机的输出端安装有连轴杆，所述连轴杆的另一端与轮式无人车的轮子相连，所述弹簧减震器的下端铰接于驱动电机上，弹簧减震器的上端通过弹簧铰链与轮式无人车相连。 [0007] 优选的，所述机身稳定系统包括整流罩和配重块，所述整流罩安装于底盘本体上，底盘本体上于整流罩的内部安装有旋转角度可调的电动机，所述配重块安装于电动机的输出端上，电动机的输出端与驱动电机的输出端相配合。 [0008] 优选的，所述线路除障机构包括安装架、破拆爪以及自转防振盘，所述安装架固定于轮式无人车上，安装架上安装有电机二和导向板，所述电机二的输出端安装有曲柄，所述曲柄的两端均铰接有连杆，所述破拆爪滑动设置于导向板上，破拆爪的上端铰接于连杆的另一端，所述自转防振盘对称安装于安装架上，并置于电机二的两侧。 [0009] 优选的，所述模块化电池组件为可拆卸式。 [0010] 优选的，所述连轴杆与轮式无人车的轮子均为可更换设置，并分别与高压输电线的线距和高压输电线线缆直径相配合。 [0011] 优选的，所述底盘本体上还安装有姿态传感器。 [0012] 本发明的优点在于：通过底盘本体上预留电子通信接口，且载机板预留过线孔和螺丝孔位，可装配如机械臂、火焰发射装置等多种执行机构，从而实现多场合下的高效巡检。与人工巡检相比，机器人巡检不仅减轻了劳动强度、降低了检测成本，而且显著提高了检测的准确性和效率。此外，机器人应用还显著提升了线路的管理和维护水平，降低了安全风险。因此，高压输电线巡检维护机器人在市场上具有广阔的应用前景。提升电力部门的自动化作业水平，从而获得更高的经济效益和社会效益，具有重大实际意义。附图说明 [0013] 图1为本发明的结构示意图。 [0014] 图2为图1中A处的结构放大图。 [0015] 图3为本发明中减震系统底盘的结构示意图。 [0016] 图4为本发明中机身稳定系统与部分结构的装配示意图。 [0017] 图5为本发明中机身稳定系统的工作流程图。 [0018] 图6为本发明中视觉传感机构的旋转状态示意图。 [0019] 其中，1‑轮式无人车，2‑视觉传感机构，3‑模块化电池组件，4‑单片机，5‑前视传感器，6‑后视传感器，7‑无人机抓取平台，8‑无人机引导灯，9‑无人机钩爪，10‑减震系统底盘，11‑机身稳定系统，1001‑底盘本体，1002‑驱动电机，1003‑弹簧减震器，1004‑载机板，1005‑过线孔，1006‑螺丝孔位，1007‑‑电子通信接口，1008‑电机铰链，1009‑限位杆，1010‑限位开关，1011‑连轴杆，1012‑弹簧铰链，111‑整流罩，112‑配重块，113‑电动机。 具体实施方式[0020] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。 [0021] 如图1至图6所示，一种基于无人机平台的高压输电线巡检维护机器人，包括轮式无人车1和视觉传感机构2，所述轮式无人车1上安装模块化电池组件3，以及与之相连的单片机4，所述视觉传感机构2包括前视传感器5、后视传感器6、无人机抓取平台7、无人机引导灯8以及无人机钩爪9，还包括减震系统底盘10和机身稳定系统11，所述减震系统底盘10安装于轮式无人车1的中部，并用于实现多场合下的高效巡检，所述机身稳定系统11安装于减震系统底盘10上，并用于避免机器人在维护过程中运动状态所产生的重心偏移。 [0022] 在本实施例中，所述减震系统底盘10包括底盘本体1001、驱动电机1002以及弹簧减震器1003，所述底盘本体1001安装于轮式无人机的中部，底盘本体1001上安装有载机板1004，所述载机板1004上开设有过线孔1005和螺丝孔位1006，底盘本体1001上还安装有电子通信接口1007，使得用户可以自行安装想要的执行机构并通过电子通信接口1007使用机器人底盘的主控系统对自行安装的执行机构进行操控，所述驱动电机1002通过电机铰链 1008安装于底盘本体1001的侧端，电机铰链1008上通过限位杆1009安装有限位开关1010，所述限位开关1010与驱动电机1002电性连接，驱动电机1002的输出端安装有连轴杆1011，所述连轴杆1011的另一端与轮式无人车1的轮子相连，所述弹簧减震器1003的下端铰接于驱动电机1002上，弹簧减震器1003的上端通过弹簧铰链1012与轮式无人车1相连。 [0023] 值得注意的是，所述机身稳定系统11包括整流罩111和配重块112，所述整流罩111安装于底盘本体1001上，底盘本体1001上于整流罩111的内部安装有旋转角度可调的电动机113，所述配重块112安装于电动机113的输出端上，电动机113的输出端与驱动电机1002的输出端相配合，当遇到输电线单侧线缆出现障碍物时，关停相应一侧的驱动电机1002，并由电动机113的输出端带动配重块112转动至该侧，以此增大减震系统底盘10在障碍物一侧的前进阻力。 [0024] 在本实施例中，所述模块化电池组件3为可拆卸式，实现设备的快速启动，允许用户方便地拆卸和更换电池。单片机4及其相关元器件则负责处理设备信息、下达控制指令以及实现与控制端的远程通信功能。 [0025] 在本实施例中，所述连轴杆1011与轮式无人车1的轮子均为可更换设置，并分别与高压输电线的线距和高压输电线线缆直径相配合。 [0026] 此外，所述底盘本体1001上还安装有姿态传感器。 [0027] 工作过程及原理：本发明在使用过程中，减震系统底盘10使得机器人底盘具备足够的强度和稳定性，以承受无人机降落时的冲击力，轮式无人车1的轮子轮接触到高压电线时弹簧减震器1003发生形变，限位开关1010判断机器人是否安全降落于高压线缆，限位开关1010触发时，信号将发往主控系统，告知操作员机器人安全降落，提高作业安全性，此外，驱动电机1002为直流电机配备的编码器，用于确定无人机在输电线上的位置与行进速度。为了满足不同线距与直径的高压线缆需求，可以通过更换本系统中的连轴杆1011与轮，实现适配效果，如更换更长的连轴杆1011、更宽的轮； [0028] 无人机引导灯8通过发出特定而又明亮的光源，使得无人机搭载的视觉传感组件及其算法即使在夜晚环境也能够准确定位机器人的位置并计算角度到达机器人上方。当无人机到达机器人上方时，无人机钩爪9开始运作，精准地钩住无人机的脚架，使无人机能够挂载机器人前往工作区域。抵达工作区域并安全降落后，无人机钩爪9会反向旋转，将无人机释放。此时，机器人即可开始执行工作任务。任务完成后，系统将再次启动上述流程，使机器人返回原地或前往下一个工作站点。 [0029] 出于对机器人运行过程的平稳考虑，设计使用MPU姿态传感器、电动机113、配重块112结合PID算法应对机器人工作过程中由于机械臂等执行机构运动所产生的重心偏移。该系统的工作流程可视为一个闭环控制系统，其工作流程如下： [0032] 控制算法：闭环控制系统使用PID算法来计算出电机应该输出的控制信号。PID算法根据当前倾斜角度的偏差(比例项)、偏差的累积值(积分项)以及偏差的变化率(微分项)来调整电动机113的输出。 [0033] 电机控制：根据PID算法计算得到的控制信号，控制系统调节电动机113旋转的角度，使得轮式无人车1能够保持平衡。 [0034] 反馈调节：通过不断地采集传感器数据、计算控制信号并调节电机输出，系统实时地对轮式无人车1的倾斜进行调节，以保持平衡状态。 [0035] 基于上述，本发明通过底盘本体1001上预留电子通信接口1007，且载机板1004预留过线孔1005和螺丝孔位1006，可装配如机械臂、火焰发射装置等多种执行机构，从而实现多场合下的高效巡检。与人工巡检相比，机器人巡检不仅减轻了劳动强度、降低了检测成本，而且显著提高了检测的准确性和效率。此外，机器人应用还显著提升了线路的管理和维护水平，降低了安全风险。因此，高压输电线巡检维护机器人在市场上具有广阔的应用前景。提升电力部门的自动化作业水平，从而获得更高的经济效益和社会效益，具有重大实际意义。 [0036] 由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。 |
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