专利名称：线路巡检机器人和系统的制作方法
技术领域：
本申请要求2010年2月10日提交的、申请号为61/303,046的临时申请的权益。本发明主要涉及一种线路巡检系统，并且更具体地涉及一种架空输电线路巡检机器人和系统，用于巡检传输线路部件和线路走廊状况。
背景技术：
架空输电线路是在电力工业中分布最为广泛的资产之一，跨越千里，经常处于偏远的环境中。可靠性要求的提高、部件的老化、线路走廊的巡检合规性以及预算的限制都增加了对于沿传输线路整个长度进行彻底、及时和节约成本的巡检的需求。
发明内容
因此，对于一种提供自动远程巡检并监测传输线路部件、间隙和线路走廊状况以及快速获得意外故障的位置从而为操作人员提供实时信息的架空传输线路巡检机器人和系统存在需求。根据本发明的一种应用，一种架空传输线路巡检机器人包括适合用于控制机器人并传输信息的通信和控制系统；用于沿屏蔽线推进机器人以使得能够在较大的区域上进行巡检的驱动系统，适合用于巡检线路走廊和部件状况的照相机；适合用于测量导体位置、植被和附近结构件的激光探测及测距(LiDar)传感器；以及适合用于识别机器人位置和速度的全球定位系统。根据本发明的另一种应用，一种架空传输线路巡检系统包括线路巡检机器人，具有适合用于控制机器人并传输信息的通信和控制系统，用于沿屏蔽线推进机器人以使得能够在较大的区域上进行巡检的驱动系统，以及适合用于巡检线路走廊和部件状况的巡检系统。该系统还包括安装在支撑结构件上以允许机器人跨越结构件的转向器系统，转向器系统具有多个轨道支撑件以允许机器人脱离屏蔽线跨越结构件，然后再与屏蔽线重新接合。根据本发明的另一种应用，一种架空传输线路巡检系统包括适合用于巡检架空传输线路的线路巡检机器人，以及沿架空传输线路设置的多个传感器，其中传感器收集关于架空传输线路及其部件健康度的数据，并且其中当机器人靠近传感器附近时，传感器就向机器人传输数据以供分析。
通过结合附图参照以下的说明内容即可更好地理解与本发明相关的主题内容，在附图中
图1示出了根据本发明的实施例的线路巡检机器人； 图2示出了连接至图1中巡检机器人底部的照相机； 图3示出了图1中巡检机器人的透视图4根据本发明的实施例示出了图1中的巡检机器人靠近转向器的情况；图5示出了图1中巡检机器人的驱动系统； 图6示出了图5中的驱动系统围绕图4中的转向器展开的情况； 图7示出了图1中的巡检机器人沿着图4中的转向器跨越结构件的情况； 图8示出了图2中的照相机检查侵入物的情况； 图9示出了 LiDar系统检查侵入物的情况；
图10示出了由图2中的照相机获得的图像，用于检查传输线路部件的状况； 图11示出了识别放电行为的电磁放电传感器； 图12示出了根据本发明的实施例的机器人和传感器系统；以及图13示出了从图12的系统中的传感器接受并传输信息的巡检机器人。
具体实施例方式参照附图，图1中示出了根据本发明的实施例的用于巡检架空传输线路的示范性巡检机器人并且通常用附图标记10来表示。机器人10被设计用于在架空传输线路上移动以收集让设施能够立刻采取措施的高保真信息。机器人10在屏蔽线11上行进并利用各种巡检技术来识别高风险的植被、线路走廊的侵入物以及部件状况。如图所示，机器人包括用于收集来自太阳的能量的太阳能电池板12以给电池(未示出)再充电，电池为机器人供电，由此为行动、通信、巡检传感器和加工处理提供电力。尽管只示出了太阳能电池板，但是应该意识到也可以使用其他的电力收集源。进一步还应该意识到可以同时使用多于一种电力收集源以形成混合系统。除了太阳能电池板12以外，还可以使用以下的电力收集解决方案
1、可以使用位于沿线路散布的结构件上的多个充电站来给机器人10中的电池充电。 充电站可以在几周的时段内利用各种技术例如电场、磁场、太阳能、风、温差和振动向电池内缓慢充电，以使得在机器人10停靠时，将能量从充电站传送至机器人10的电池中；
2、也可以利用电场给机器人10充电。在此情况下，一块“面板”被置于机器人下面，其电容性地耦合来自励磁状态的电场并连续地给电池充电；
3、可以利用磁场给机器人10充电。如果屏蔽线被接地至结构件，那么电流就会由于相电流的不平衡而在线内流动。可以使用电感器或电流互感器收集来自于该电流的电力并发送至电池进行充电；以及
4、在屏蔽线(一侧或两侧)被绝缘的情况下，机器人10可以移动至屏蔽线绝缘体所在的结构件并用一定的阻抗或者完全短路地将间隙电桥接至结构件。这会造成电流的流动。 会形成电流和电压并用于给电池充电。机器人10随后根据其巡检任务行进，直到机器人10 的电池需要再充电为止，此时机器人10移动到机器人10可以给自身再次充电的下一个可用结构件。参照图2和3，机器人10包括各种传感器和变送器以使机器人10能够为设施提供准确和最新的信息。机器人包括用于巡检线路走廊和部件状况的具有视觉处理能力的高分辨率照相机13，用于识别传输线路部件上高温点的红外光学照相机，用于识别不合需要的电晕和电弧位置的紫外照相机，用于识别鸟类或其他潜在问题的位置的麦克风，用于测量导体位置、植被和附近结构件的激光探测及测距(LiDar)传感器14，带有天线17的通信和控制系统16，带有天线19以从沿着传输线路布置在关键位置处的远程传感器收集数据的传感器读取系统18，带有天线21用于识别附近的电晕或电弧放电行为的电磁干扰检测系统20，以及用于识别机器人10的位置和速度的全球定位系统(GPS) 22。通信和控制系统16向系统操作人员传递关键信息并提供控制选择。机器人10被设计为在预先编程设定的路径上自主行进并向系统操作人员无线地送回关于线路和机器人10状况的数据。机器人10在线收集数据和处理数据，并随后仅将关键结果送回给操作人员。操作人员可以通过向机器人10发出请求而下载更为详细的数据。机器人10还允许远程操作人员给它指令以移动到特定的场所或位置，采用特定动作例如前后移动，以及获取特定图像等。利用机载GPS系统22来确定机器人的位置和速度。在正常情况下，机器人10以保留电力同时执行非常详细评估的速度经过屏蔽线 11。目的是提供超过或者至少是等价于综合式悬停直升机巡检的巡检。在检测到架空传输线路中有问题的情况下，操作人员可以使机器人10加速并将机器人10送往检测到问题的地方以进行检查。而且，如果机器人10上的风速传感器确定风速过大，或者如果内部温度传感器确定机器人10的内部温度过高，那么机器人10就自我关机以避免损坏。如图4-7中所示，机器人10沿屏蔽线11行进以使得能够更简单地跨越结构件23、 更易于维护并降低电场和磁场的影响。转向系统M在构建期间被安装到每一个结构件23 上以使机器人10能够跨越结构件23。转向系统M包括多个轨道支撑件沈-28以允许机器人脱离屏蔽线11，接合支撑件26-28，然后再与屏蔽线11重新接合。如图所示，支撑件 26-28在结构件23的相对两侧被连接至屏蔽线11。支撑件在连接至屏蔽线11的位置汇集到一起并且在支撑件26- 跨越结构件23时展开。如图5和6中所示，当机器人10接近结构件23时，驱动系统30脱离屏蔽线11并接合转向系统M。驱动系统30包括多个装有弹簧的滚轮31-34用于接合屏蔽线11的相对侧和转向系统对。装有弹簧的滚轮31-34彼此独立地工作。如图所示，滚轮31-34中的每一个都被枢转地连接至沿屏蔽线11运行的中心引导件25。这种结构允许滚轮31-34中的每一个在必要时从图5中的正常运行位置移动到图6中的展开位置。在机器人10接合转向系统M时，驱动系统30展开以将自身从屏蔽线11释放并接合支撑件沈和观。一旦机器人10已跨越结构件23，驱动系统就脱离支撑件沈和观并重新接合屏蔽线11。这种方法降低了机器人的复杂性并允许机器人轻易地跨越结构件23。这种方法还降低了功率要求并且不需要复杂的控制系统，从而增加了可靠性。参照图8和9，示出了两种线路走廊的巡检方法。两种方法可以单独使用或者同时一起使用。图8中的第一种方法使用高分辨率照相机13在多个位置获取图像和视差测量值以确定线路走廊内到树木和其他目标的间隙。通过通信和控制系统16处理并发送来自照相机13的信息。图9中的第二种方法使用LiDar来直接测量线路走廊上导体和植被的位置。通过通信和控制系统16处理并发送来自LiDar的信息。GPS 22将任何线路走廊有问题的位置提供给系统操作人员或维修人员。如图10和11中所示，公开了两种用于提供部件状况评估的方法。第一种方法使用具有图像检测功能的高分辨率照相机13以获取特定部件的图像。利用图像分析技术分析图像以识别出高风险的状况或部件的退化。比较当前图像与先前获取的图像使得能够实现该过程。第二种方法使用电磁干扰检测系统20来识别放电行为例如电晕和电弧。一旦接收到通过两种方法获得的信息，就通过通信和控制系统16来处理这些信息并传送给工作人员以供维修。随后可以调动工作人员着手利用日间放电照相机来解决问题。红外和日间放电照相机也可以被结合到机器人10内。GPS 22将任何部件有问题的位置提供给系统操作人员或维修人员。如图12和13中所示，示出了通常用附图标记100表示的根据本发明的实施例的机器人和传感器系统。系统100包括机器人110以及沿传输线路设置的在多个关键位置放置的传感器(例如RF传感器)130。机器人100包括与机器人10相关联的所有技术内容， 也就是高分辨率照相机113、LiDar传感器114、带有天线117的通信和控制系统116，带有天线119的传感器读取系统118、带有天线121的电磁干扰检测系统120和GPS 122。系统100可以被实施为监测和巡检架空传输线路并连续地评估部件例如绝缘体、 导体和压缩连接器的相关事项。例如，传感器130可以被布置在环境压力有影响的区域内或者已经装有特定部件类型的区域内。布置的传感器130连续地收集数据，由此形成直方图并确定最大值。历史结果和当前的测量值如图13中所示在机器人110靠近传感器130 附近时被发送给机器人110以供分析。尽管已经参照机器人110介绍了系统100，但是应该意识到传感器130也可以与地面人员、直升机以及能够从传感器130接收数据的其他巡检方法结合使用。而且，应该意识到可以安装本地基站以连续地进行监测并从传感器130收集数据。系统100允许远程定位的人员获得传输线路部件和线路走廊状况的最新情况，由此在减少操作和维护成本的同时还提高了可靠性。以上已经介绍了线路巡检机器人和系统。尽管已经介绍了本发明的特定实施例， 但是可以对本发明进行各种修改而并不背离本发明的实质和保护范围，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，对本发明优选实施例和用于实施本发明的最佳模式提供上述说明仅仅是为了进行解释，而并不是为了加以限制。
权利要求
1.一种架空传输线路巡检机器人，包括(a)适合用于控制机器人并传输信息的通信和控制系统；(b)用于沿屏蔽线推进机器人以使得能够在较大区域上进行巡检的驱动系统；(c)适合用于巡检线路走廊和部件状况的照相机；(d)适合用于测量导体位置、植被和附近结构件的激光探测及测距(LiDar)传感器；以及(e)适合用于识别机器人位置和速度的全球定位系统。
2.如权利要求1所述的架空传输线路巡检机器人，进一步包括用于从布置在不同位置处的远程传感器收集数据的传感器读取系统。
3.如权利要求1所述的架空传输线路巡检机器人，进一步包括用于识别附近的电晕或电弧放电行为的电磁干扰检测系统。
4.如权利要求1所述的架空传输线路巡检机器人，其中所述驱动系统包括适合用于接合屏蔽线相对侧的多个装有弹簧的滚轮。
5.如权利要求1所述的架空传输线路巡检机器人，其中所述驱动系统包括沿屏蔽线运行的中心引导件。
6.如权利要求5所述的架空传输线路巡检机器人，其中所述驱动系统进一步包括枢转地连接至中心引导件的多个滚轮。
7.如权利要求1所述的架空传输线路巡检机器人，其中所述驱动系统包括枢轴连接至中心引导件的多个装有弹簧的滚轮，每一个滚轮都被独立地连接至中心引导件以使得能够独立操作每一个滚轮。
8.如权利要求1所述的架空传输线路巡检机器人，进一步包括用于收集能量并给机器人再充电的太阳能电池板。
9.一种架空传输线路巡检系统，包括(a)线路巡检机器人，具有(i)适合用于控制机器人并传输信息的通信和控制系统；( )用于沿屏蔽线推进机器人以使得能够在较大区域上进行巡检的驱动系统；以及(iii)适合用于巡检线路走廊和部件状况的巡检系统；(b)安装在支撑结构件上以允许机器人跨越结构件的转向器系统，转向器系统具有多个轨道支撑件以允许机器人脱离屏蔽线跨越结构件，然后与屏蔽线重新接合。
10.如权利要求9所述的架空传输线路巡检系统，其中所述轨道支撑件在转向器系统的相对端汇集到一起以允许在相对端中的每一端连接至屏蔽线并且允许机器人脱离屏蔽线以及与屏蔽线重新接合。
11.如权利要求9所述的架空传输线路巡检系统，其中所述巡检系统包括(a)适合用于巡检线路走廊和部件状况的照相机；以及(b)适合用于测量导体位置、植被和附近结构件的激光探测及测距(LiDar)传感器。
12.如权利要求9所述的架空传输线路巡检系统，其中所述驱动系统包括枢转地连接至中心引导件的多个装有弹簧的滚轮，每一个滚轮都被独立地连接至中心引导件以使得能够独立操作每一个滚轮。
13.如权利要求12所述的架空传输线路巡检系统，其中当机器人与转向器系统相接合时，每一个滚轮都脱离屏蔽线以允许将机器人输送到转向器系统上，随着机器人前进到转向器系统上，驱动系统展开以使多个滚轮中的第一组沿最外侧的轨道行进而多个滚轮中的第二组沿最内侧的轨道行进，同时中心引导件沿转向器系统的中心轨道行进。
14.如权利要求13所述的架空传输线路巡检系统，其中当机器人脱离转向器系统然后与屏蔽线重新接合时，驱动系统收回以使得第一组滚轮、第二组滚轮和中心引导件都沿着屏蔽线行进。
15.一种架空传输线路巡检系统，包括(a)适合用于巡检架空传输线路的线路巡检机器人；以及(b)沿架空传输线路设置的多个传感器，其中传感器收集关于架空传输线路及其部件健康度的数据，并且其中当机器人靠近传感器附近时，传感器就向机器人传输数据以供分析。
16.如权利要求15所述的架空传输线路巡检系统，其中所述机器人包括传感器读取系统，用于收集由传感器发送的数据。
17.如权利要求15所述的架空传输线路巡检系统，其中所述机器人包括通信系统，用于向系统操作人员发送收集到的数据。
18.如权利要求15所述的架空传输线路巡检系统，其中所述机器人包括全球定位系统，用于识别机器人的位置并且由此识别发送数据的传感器的位置，从而允许操作人员定位问题区域。
全文摘要
本发明涉及一种用于巡检传输线路部件和线路走廊状况的架空传输线路巡检机器人及系统。架空传输线路巡检机器人包括适合用于控制机器人并传输信息的通信和控制系统以及用于沿屏蔽线推进机器人以使得能够在较大区域上进行巡检的驱动系统。机器人进一步包括适合用于巡检线路走廊和部件状况的照相机；适合用于测量导体位置、植被和附近结构件的激光探测及测距(LiDar)传感器；以及适合用于识别机器人位置和速度的全球定位系统。
文档编号B25J13/00GK102317040SQ201180001055
公开日2012年1月11日 申请日期2011年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者J. 菲利普斯 A., R. 巴特莱特 G., 马约 M. 申请人:电力研究所有限公司