一种基于无人机的巡检机器人控制系统及方法与流程

本发明涉及输电线巡检领域，尤其是一种基于无人机的巡检机器人控制系统。

背景技术：

高压输电线路故障而引发停电，给人民生活、工业企业和国家造成了巨大的经济损失。需要及时发现输电线路的隐患和缺陷，并进行修复，防患于未然，必须对输电线进行定期的巡检。输电线路的缺陷主要有断股、松股、生锈、缺损、缺失、移位、雷击、污秽、磨损、腐蚀等，尤其是输电线路上金具的氧化腐蚀、接头松动以及绝缘子老化、开裂和击穿等缺陷及故障严重威胁输电系统的安全运行。

高压输电线路巡检是为了掌握线路的运行状况,及时发现设备缺陷和沿线情况,为线路维修提供资料。目前,高压输电线路巡检有人工巡检和直升机巡检两种方式。人工巡检即由巡线工人采用目测方法沿线路逐塔巡检,地面巡视与登塔检查相结合。这种方式劳动强度大、费用高且危险性较大。直升机巡检又称航测法,指直升机携带红外热像仪及可见光摄像机等设备进行巡检。其优点是巡线效率高,对于高海拔、高寒地区及人迹罕至的路段可进行巡检,缺点是巡线费用昂贵,巡检质量受到气候等因素的影响。

巡检机器人是一种近距离巡检线路和修复缺陷的工具。巡检机器人以高压输电线路的地线为作业路径，通过利用各种传感器及其检测获得外部环境信息，实现自我定位，判定自身状态，根据目标进行轨迹规划运动，完成巡检任务。机器人在执行巡检任务时，由工作人员在地面工作站通过无线通信来进行监控。

现有的巡检机器人存在以下的缺陷：1、在越障中需要进行复杂的操作，无法快速通过，巡检效率低；2、巡检机器人无法自动上下输电线；3、直升机巡检成本高，同时检测装置与输电线的距离远，易受环境的影响。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于无人机的巡检机器人控制系统，通过多种传感器，检测和控制无人机和巡检机器人的工作，控制无人机将巡检机器人上下输电线，并避开现有巡检机器人繁琐的越障方式，基于无人机快速和方便的越过障碍和铁塔，有效的提高巡检机器人的巡检效果。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种基于无人机的巡检机器人控制系统，其特征在于：包括上线模块、行走模块、越障模块和下线模块；所述上线模块，用于控制无人机将巡检机器人提到输电线上；所述行走模块，用于牵引巡检机器人在输电线上行走；所述越障模块，用于控制机器人越过输电线上的障碍；所述下线模块，用于控制无人机将机器人降落到地面。

进一步，所述上线模块包括定位单元、第一感应单元和第一控制单元；定位单元包括视觉传感器，通过视觉传感器获得目标图像，计算目标的位置；所述感应单元，用于感应巡检机器人的行走轮是否接触输电线；第一控制单元，用于控制无人机上升，调整无人机的姿态和飞行。

进一步，所述行走模块包括牵引夹角检测单元、第二感应单元和第二控制单元；所述牵引夹角检测单元包括倾角传感器，倾角传感器用于检测无人机与巡检机器人之间牵引线，牵引线与水平线之间的夹角；第二感应单元，用于检测巡检机器人的行走轮是否离开输电线；第二控制单元，用于计算无人机为机器人提供的牵引力，以及对应无人机的速度和姿态，发送到飞控系统。

进一步，所述越障模块包括障碍物检测单元和第三控制单元；所述障碍物检测单元包括图像传感器和超声波传感器；所述图像传感器，用于识别障碍物；所述超声波传感器，用于检测障碍物的体积；所述第三控制单元，用于判断障碍物的体积，选择越长执行方式，控制无人机进行越障。

进一步，所述下线模块包括第四控制单元和执行单元；所述第四控制单元，用于控制无人机，将巡检机器人降落到地面；所述执行单元，用于将无人机和巡检机器人之间的牵引线松开。

本发明一种基于无人机的巡检机器人控制方法，包括以下步骤：

s1：当接收到巡检开始指令，将无人机和巡检机器人通过牵引线连接，无人机上升，无人机通过定位单元找到目标输电线的位置，到达输电线上方，调整无人机的姿态，将巡检机器人的行走轮和输电线对应接触，巡检机器人停放在输电线上；

s2：将无人机飞行在巡检机器人的前方，调整无人机的牵引线与水平线之间的夹角，计算牵引力，同时在牵引中，根据输电线的倾角，调整牵引力，牵引机器人在输电线上行走；

s3：当越到输电线上的障碍物时，检测障碍物的体积，当障碍物的体积小于预设值，直接通过牵引力，越过障碍，当障碍物的体积大于预设值时，直接将机器人向上提升，越过障碍物；当越到铁塔时，直接将机器人向上提升，绕过铁塔，将机器人放在输电线上，继续巡检；

s4：当巡检结束后，将机器人提起，离开输电线，同时定位降落点，控制无人机降落，同时将无人机和机器人之间的活动连接松开。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、实现基于无人机的输电线巡检装置在输电线上的自动上下，不需要设置其他辅助装置，并且上下方便和快速。

2、快速的通过输电线上的障碍物，在巡检中不需要停止进行越障，能够快速的通过障碍物，对于不同的障碍物都能够越过。

3、实现输电线的近距离检测，检测装置和输电线接触，既能保证检测装置的稳定性，不易受环境的影响，同时提高检测的效果。

4、能够用于局部输电线的巡检，当需要检测局部输电线段时，无人机能够不受环境的限制将检测装置放置在输电线上进行检测，从而实现精准的巡检，对于不需要检测的线段，可以跳过巡检，灵活巡检，提高巡检效率。

5、实现巡检机器人的自动控制，通过多种传感器，采集无人机在将巡检机器人提到输电线上和在输电线上运行中的数据，精确的控制无人机的飞行，从而自动控制无人机牵引机器人，实现巡检。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是一种基于无人机的巡检机器人的结构示意图。

图2是基于无人机的巡检机器人的右视图。

图3是本发明一种基于无人机的巡检机器人控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1，一种基于无人机的巡检机器人，包括无人机8和巡检机器人，所述无人机8和巡检机器人之间活动连接；所述无人机8，为巡检机器人提供向上的升力和巡检动力；所述巡检机器人，用于进行输电线的巡检；所述巡检机器人包括机体1，所述机体1通过前行走机构5和后行走机构6的支撑而设置在输电线上；所述前行走机构5和后行走机构6分别包括支撑臂4和行走轮2，所述支撑臂4上端与机体1连接，下端设置有行走轮2，所述行走轮2设置在输电线上带动机体1沿输电线移动。

如图2，所述行走轮2均通过驱动轴设置在支撑臂4下端，驱动轴与驱动电机相连，驱动电机带动行走轮2转动；所述机体1前后开口包裹在输电线上，使输电线从前至后贯穿机体1；所述机体1顶部、顶部和/或两侧可打开；所述机体1内设置障碍检测传感器7，所述传感器与设置在机体1内的控制器相连；所述障碍检测传感器7设置在机体1顶部，它包括前端障碍检测传感器和后端障碍检测传感器；所述前端障碍检测传感器设置在前行走机构5前方，所述后端障碍检测传感器设置在前行走机构5和后行走机构6之间；所述机体1内设置有控制箱，所述控制箱位于机体1底部，所述控制箱内设置有控制器，所述控制器与障碍检测传感器和驱动电机相连；所述控制器、障碍检测传感器和驱动电机均由设置在控制箱内的电源供电。

如图3，本发明一种基于无人机的巡检机器人控制系统，其特征在于：包括上线模块、行走模块、越障模块和下线模块；所述上线模块，用于控制无人机将巡检机器人提到输电线上；所述行走模块，用于牵引巡检机器人在输电线上行走；所述越障模块，用于控制机器人越过输电线上的障碍；所述下线模块，用于控制无人机将机器人降落到地面。

所述上线模块包括定位单元、第一感应单元和第一控制单元；定位单元包括视觉传感器，通过视觉传感器获得目标图像，计算目标的位置；所述感应单元，用于感应巡检机器人的行走轮是否接触输电线；第一控制单元，用于控制无人机上升，调整无人机的姿态和飞行。

所述行走模块包括牵引夹角检测单元、第二感应单元和第二控制单元；所述牵引夹角检测单元包括倾角传感器，倾角传感器用于检测无人机与巡检机器人之间牵引线，牵引线与水平线之间的夹角；第二感应单元，用于检测巡检机器人的行走轮是否离开输电线；第二控制单元，用于计算无人机为机器人提供的牵引力，以及对应无人机的速度和姿态，发送到飞控系统。

所述越障模块包括障碍物检测单元和第三控制单元；所述障碍物检测单元包括图像传感器和超声波传感器；所述图像传感器，用于识别障碍物；所述超声波传感器，用于检测障碍物的体积；所述第三控制单元，用于判断障碍物的体积，选择越长执行方式，控制无人机进行越障。

所述下线模块包括第四控制单元和执行单元；所述第四控制单元，用于控制无人机，将巡检机器人降落到地面；所述执行单元，用于将无人机和巡检机器人之间的牵引线松开。

本发明一种基于无人机的巡检机器人控制方法，包括以下步骤：

s1：当接收到巡检开始指令，将无人机和巡检机器人通过牵引线连接，无人机上升，无人机通过定位单元找到目标输电线的位置，到达输电线上方，调整无人机的姿态，将巡检机器人的行走轮和输电线对应接触，巡检机器人停放在输电线上；

s2：将无人机飞行在巡检机器人的前方，调整无人机的牵引线与水平线之间的夹角，计算牵引力，同时在牵引中，根据输电线的倾角，调整牵引力，牵引机器人在输电线上行走；

s3：当越到输电线上的障碍物时，检测障碍物的体积，当障碍物的体积小于预设值，直接通过牵引力，越过障碍，当障碍物的体积大于预设值时，直接将机器人向上提升，越过障碍物；当越到铁塔时，直接将机器人向上提升，绕过铁塔，将机器人放在输电线上，继续巡检；

s4：当巡检结束后，将机器人提起，离开输电线，同时定位降落点，控制无人机降落，同时将无人机和机器人之间的活动连接松开。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。