高压输电线路地线巡检机器人的制作方法

专利名称：高压输电线路地线巡检机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人，具体地说，本发明涉及一种架设在高压输电线路 地线上的、用于检测高压架空线路中地线表皮是否存在损伤、断股及腐蚀等缺 陷的实时可视化巡检机器人。
本发明属于光机电一体化领域。
背景技术：
电力工业的发展关系到国民经济的发展和人民群众的正常生活，对电力系 统经济的、有效的检测和维护以保证其供给消费者高质量和高可靠性的电力已 经成为当今电力工业最需要的任务。
用于完成电力运输的高压架空输电线路可以说是现代社会的生命线，是保 证人们正常生活、维护社会正常秩序的关键。由于高压架空输电线路处于野外 环境中，长期风吹雨淋，常常会出现电线表皮损伤、电线散股、断股、金具松 脱等现象，影响正常的电力输送，因此，必须保证高压架空线路的完好。
对于高压架空线路的地线来说，地线内部是光缆通信线，在光缆通信线的 外层缚有钢管保护层，钢管外层包缚着缠绕钢丝，这些钢丝很容易断股，因此， 需要对高压输电线路的地线进行定期巡视，以检查电力输送是否正常并排除故 障，这种定期巡视检査是保证输电线路畅通无阻的重要手段之一。
目前，国内巡线的方法主要是依靠巡线人员通过望远镜目测。这种巡线方 法很难达到理想的效果，特别是在地形复杂的山区，不仅巡线人员体力消耗大，
而且效率也非常低；另外，人工望远镜检测存在极大的误差，由于距离较远，
很难分辨真实的地线断股情况；而且巡检的人工成本相当高。据统计500kv高 压线路，每公里巡检费用大约4000多元人民币，而全国仅500kv线路就约几 万公里，巡检成本相当高。国外有些国家采用巡线工人乘坐悬挂在架空线上的 吊篮的方式进行巡视，效率也非常低；而且，在一些特殊的工作场合中，如铁 路电力机车供电系统，巡视人员在工作中的人身安全常常受到威胁。
近年来，人们提出了解决这一问题的两种途径 一种是采用直升机进行空 中巡视，这种方法可以减少人力，效率比较高，但其成本也较高，且很难达到 需要的巡视精度；另一种方法是用一种能够在架空输电线上稳定行走，可以实 时观测线路情况的智能化的机器人来取代人工巡视，这样既可以提高巡线的精
度，又可以提高工作效率，节省了大量的人力。
国外巡线机器人的研究始于20世纪80年代末，日本、美国、加拿大、泰
国的一些研究机构先后开展了巡线机器人的研究。他们研制的巡线机器人可以
分为两类 一类是具有跨越障碍物功能的机器人，但其结构尺寸大、质量大， 因而使用性差，并仍处于实验室样机研制阶段；另一类机器人则只能在两杆塔 间的直线段巡线，不具备跨越障碍物功能，此种机器人技术上较为成熟，但是 由于现有的研究成果使得机器人结构尺寸大、质量大，不便于携带，不利于野 外使用，所以仍未见实用化案例。国内巡线机器人的研究始于20世纪90年代 末，如中科院自动化所等多家科研院所研制的手抓式巡线机器人，但此种机器 人在越障设计的控制步法和传感器的系统使用中仍有很多问题需要解决，机器 人仍处于实验室研究阶段，没有实用化。

发明内容
为了克服人工望远镜地下巡检的不确定性和工作量大等缺点，实现高压输 电线路地线自动机器巡检的实用化，本发明的目的是提供一种结构尺寸小、便 于携带、适于野外使用的、具有实时可视化巡检功能的高压输电线路地线巡检
机器人。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案 一种高压输电线路地线巡检 机器人，其特征在于它由线上爬车部分和线下图像接收控制部分组成；
所述线上爬车部分包括一个双轮双臂悬挂、单电机同步驱动的线上行走车 体、安装在线上行车车体上的沿地线方向的左、右两个摄像头、与左、右摄像 头信号输出端相连的两个图像发射机、无线双工通信控制电路、遥控收发机、 电池；无线双工通信控制电路的信号输入/输出端与遥控收发机的信号输入/输 出端相连，其控制信号输出端与线上行走车体的驱动电机控制端相连，控制驱 动电机的旋转；该线上爬车部分悬挂在高压输电线路中的地线上；
所述线下图像接收控制部分由两路图像接收机、双路图像采集卡、工控机、 遥控收发机构成；两路图像接收机的信号输出端与双路图像采集卡的信号输入 端相连；双路图像采集卡的信号输出端与工控机的数据输入/输出口相连；工 控机的信号输入/输出端与遥控收发机相连。
线上爬车部分悬挂在高压输电线路地线上，通过其上安装的双路摄像头对 地线电缆表面情况进行实时拍摄，并将拍摄的图像通过无线图像发射机发射给 线下图像接收控制部分。
线下图像接收控制部分接收线上爬车部分发射的图像信号，将信号送入计
算机进行图像显示和处理，同时，通过无线方式向线上爬车部分发送控制指令， 无线遥控线上爬车部分的运行，如前进、后退、停车等。
在本发明的具体实施例中，所述线上爬车部分的线上行走车体由主动轮、 从动轮、支撑连接体、驱动装置和安装在支撑连接体上的位置传感器构成；
主动轮通过主动轮支撑臂与支撑连接体相连，从动轮通过从动轮支撑臂与 支撑连接体相连；主动轮和从动轮共线水平设计，骑在高压输电线路中的地线 上；
所述驱动装置包括安装在支撑连接体上的直流电机、主同步带轮、从同步 带轮、主动轮传动轴、主动轮轴和同步带；直流电机位于支撑连接体一侧上方， 通过电机法兰固定架固定在支撑连接体上，直流电机的输出轴与主动轮传动轴 的一端对接，主同步带轮通过平键紧固在主动轮传动轴的另一端；主动轮轴的 一端与主动轮过赢配合连接，另一端与从同步带轮过赢配合连接，并且轴端有 螺钉进行端部加强固紧；在主同步带轮和从同步带轮上缠绕有同步带；直流电 机输出的旋转运动通过主动轮传动轴、主同步带轮、同步带、从同步带轮、主 动轮轴传递给主动轮，使主动轮在高压输电线路地线上爬行；主动轮带动从动 轮一起沿高压输电线路地线爬行。
所述构成机器人线上行走车体的支撑连接体包括底骨架组件、用来支撑主 动轮轴/和从动轮轴的支板、用于固定主动轮轴/和从动轮轴的主动轮轴承座和 从动轮轴承座、以及用于将直流电机固定在底骨架组件上的电机法兰固定架。
所述安装在线上行走车体上的位置传感器包括安装在线上行走车体前端的 前位置传感器和安装在线上行走车体后端的后位置传感器；前、后位置传感器 的信号输出端与无线双工通信控制电路的信号输入端相连。
所述线上行走车体在几何形体布局上采用对称布置、镜像布置、 一线布置；
所述对称布置是指机器人线上行走车体在横向、纵向均具有对称分布的重 量和外形尺寸；即所述主动轮及其支板、从动轮及其支板和两个摄像头及其支 架以矩形的底骨架组件的竖直中线和水平中线对称分布；
所述镜像布置是指所述主动轮轴、主动轮及其支板与从动轮轴、从动轮及 其支板沿底骨架组件的水平中线准镜像分布；
所述一线布置是指所述主动轮轮槽下表面水平切面与从动轮轮槽下表面水 平切面共面，左摄像头和右摄像头的水平中心面与两轮槽下表面水平切面共 面，保证空间中的三个点共线在电缆线的中心线上。
在所述机器人线上行走车体上还安装有一个平衡配重块。
在所述机器人线上行走车体的外面包裹有一层屏蔽传输信号受超高压强电 场干扰的蒙皮。
所述安装在线上行走车体上的机器人双工通信控制电路由微处理器、光耦 隔离电路、电机驱动电路、光电码盘、脉冲整形电路、电池电量监测电路构成；
微处理器的I/O 口通过两路光耦隔离电路分别与线上行走车体上的前、后 位置传感器的信号输出端相连，采集线上行车机构是否高压输电线路的端部；
所述光电码盘安装在线上行走车体上的直流驱动电机的输出轴上，该光电 码盘的信号输出端经脉冲整形电路整形后，通过光耦隔离电路与微处理器的另 一 I/O 口相连；
微处理器的另一组1/0 口通过光耦隔离电路、电机驱动电路与直流驱动电 机的控制端相连，驱动直流电机旋转，控制线上行走车体在高压输电线路上行 走；
微处理器的又一组1/0 口与电池电量监测电路相连，对线上行走车体上的 电池剩余电量进行实时监控；
微处理器的又一组1/0 口与无线遥控收发机相连，通过无线方式接收、发 送控制指令和各种数据。
本发明的特点在于1、机器人线上行走车体采用双轮双臂悬挂、单电机 同步驱动及平衡配重模块的设计，使得机器人线上行走车体结构设计紧凑、重 量轻，适合便携。线下图像接收处理控制系统体积小，重量轻，适合便携或车 载，尤其适合野外作业；图像处理软件利用触摸屏进行人机交互，便于对巡线 过程中的图像进行特殊处理，操作非常方便。2、线上行走车体和线下图像接 收处理装置之间通信控制均采用不同频段的无线设备来完成，由于机器人线上 行车部分、双工通信部分和图像发射部分均采用蒙皮屏蔽措施，使得传输信号 受超高压的强电场干扰影响较小，从而保证了图像信号和双工控制信号的传输 质量。3、机器人线上行车部分采用锂电池独立供电，整个设计尽量降低功耗， 从而保证了电池的正常工作时间。4、机器人控制操作简便灵活，能在远端的 线下对线上的机器人车体实现前进、后退、加速、减速等控制动作，同时控制 系统还可以实现机器人的定位、电池电量査询和接收到头传感器信号，使机器 人具有较高的智能性。5、通过机器人线上行车部分视觉技术对地线表面损伤、 断股及腐蚀等缺陷进行实时可视化巡查，从而实现对高压输电线路中的地线定 期机器自动巡査，取代了人工塔下望远镜巡査方法，提高了检测效率，能够有 效的保证电网安全运行；降低了成本和不必要的工作量，更有效地保证电网的
安全可靠运行。


图1为本发明高压输电线路地线巡检机器人工作原理示意图； 图2为本发明高压输电线路地线巡检机器人线上爬车部分主视图； 图3为本发明高压输电线路地线巡检机器人线上爬车部分左视图； 图4为本发明高压输电线路地线巡检机器人线上爬车部分俯视图； 图5为本发明高压输电线路地线巡检机器人线上爬车部分右视图； 图6为本发明高压输电线路地线巡检机器人电气控制系统构成方框图； 图7为本发明高压输电线路地线巡检机器人双工通信控制电路线上部分原 理框图8为本发明高压输电线路地线巡检机器人双工通信控制电路微处理器管 脚接线图9为本发明双工通信控制电路中CAN总线电路和脉冲整形电路具体电 路图10本发明双工通信控制电路中电机驱动电路和电源监测电路具体电路图。
具体实施例方式
如图l所示，本发明提出的高压输电线路地线巡检机器人由线上爬车部分 1和线下图像接收控制部分2构成。线上爬车部分1悬挂在高压输电线路地线 上，其上安装有摄像头，主要用来实现机器人的线上行走、通过双路摄像头对 地线电缆表面进行实时拍摄(目的检测是否存在损伤和断股等情况)，将拍摄 的图像通过无线图像发射机发射给线下图像接收控制部分2。
线下图像接收控制部分2主要用来接收线上爬车部分发射的图像信号，将 信号送入计算机进行图像显示和处理，同时，通过无线方式向线上爬车部分1 发送控制指令，无线遥控线上爬车部分1的运行，如前进、后退、停车等。
图中所示的线上爬车部分l包括线上行走车体和安装在线上行走车体内的 电子设备两部分。本发明的特征在于线上行走车体采用双轮双臂悬挂、单电 机同步驱动和增加平衡配重模块的设计，使机器人行走机构结构设计紧凑、重 量轻，便于便携。
构成机器人线上爬车部分的线上行走车体由主动轮3、从动轮4、支撑连接 体5、驱动装置、安装在支撑连接体上的位置传感器、摄像头构成。如图2所 示，主动轮3通过主动轮支撑臂6与支撑连接体5相连，从动轮4通过从动轮
支撑臂7与支撑连接体5相连。从动轮4与主动轮3共线水平设计，使得机器 人线上爬车部分具有双着力点，如图1所示，主动轮3和从动轮4骑在高压输 电线路地线上，主动轮3和从动轮4通过主动轮支撑臂6和从动轮支撑臂7与 机器人线上爬车部分相连，机器人线上爬车部分通过主动轮3和从动轮4悬挂 在高压输电线路上。
如图2、图3所示，驱动机器人线上行走车体在高压输电线路地线上爬行 的驱动装置包括安装在支撑连接体5上的直流电机8、主同步带轮9、从同步 带轮10、主动轮传动轴ll、主动轮轴12和同步带13。机器人运动动力源直流 电机8位于支撑连接体5 —侧上方，通过电机法兰固定架14固定在支撑连接 体5上。直流电机8的输出轴与主动轮传动轴11的一端对接，主同步带轮9 通过平键15紧固在主动轮传动轴11的另一端。主动轮轴12的一端与主动轮3 过赢配合连接，另一端与从同步带轮IO过赢配合连接，并且轴端有螺钉进行 端部加强固紧。在主同步带轮9和从同步带轮IO上缠绕有同步带13。这样直 流电机8输出的旋转运动就通过主动轮传动轴11、主同步带轮9、同步带13、 从同步带轮IO、主动轮轴12传递给主动轮3，使主动轮3在高压输电线路地 线上爬行；主动轮3又带动从动轮4一起沿高压输电线路地线爬行。由于主动 轮3和从动轮4通过支撑臂与机器人线上行走车体的支撑连接体5相连，所以， 在主动轮3和从动轮4沿高压输电线路地线爬行的同时，带动机器人线上爬车 部分在高压输电线路地线上爬行。本发明线上行走车体就是通过采用单电机同 步驱动主动轮3、从动轮4转动带动机器人线上行走车体在高压输电线路上移 动，使机器人行走机构结构设计紧凑、重量轻，便于便携。
如图3、图4所示，构成机器人线上行走车体的支撑连接体5包括底骨架 组件51、用螺栓固定在其上的用来支撑主动轮轴12的两块支板16、用螺栓固 定在其上的用来支撑从动轮轴17的两块支板18、夹在两支板顶端的用于固定 主动轮轴12的主动轮轴承座19和从动轮轴承座20以及用于将直流电机8固 定在底骨架组件5上的电机法兰固定架14。主动轮轴12通过两个球轴承21 与夹在两块支板16之间的主动轮轴承座19紧固配合；夹在两块支板18之间 的从动轮轴承座20通过螺钉与支板进行连接，从动轮轴17通过两个球轴承22 与从动轮轴承座20紧固配合。
主动轮传动轴11通过对肩放置的球轴承23与电机法兰固定座14的左端配 合固紧，同步带轮通过其两侧的带轮挡圈24来限制同步带13的掉带。
从动轮4通过从动轮轴17支撑，从动轮轴17 —端通过平键42与从动轮4进行连接，另一端通过球轴承22内嵌在从动轮轴承座20里。
线上行走车体主要用来检测高压输电线路地线表皮是否存在损伤、断股及 腐蚀等现象的，故本发明在线上行走车体上还安装有两个摄像头。如图2、图 4所示，本发明在线上行走车体上、沿地线方向的左右两侧各安装有一个摄像 头25，摄像头25通过支架26固定在支撑连接体5上。摄像头25的信号输出 端通过导线与线上行走车体上的电子设备相连。在本发明的具体实施例中，用 来支撑、固定摄像头25的支架26竖立在支撑连接体中的底骨架组件51的中 线上，并通过螺钉与底骨架组件51相连。
为了更好地控制线上行走车体沿高压输电线路地线爬行，检测机器人车体 线上运行是否到头，本发明在线上行走车体的前端设有一个前位置传感器27， 在线上行走车体的后端设有一个后位置传感器28;前、后位置传感器的信号输 出端与电子设备相连。如图1所示，线上行走车体在高压输电线路上爬行时， 当其前端碰到高压线上的防振锤29时，其前端的前位置传感器27就发出控制 信号，当其后端碰到高压线上的防振锤30时，其后端的后位置传感器28就发 出控制信号。
为了使机器人能够平稳地沿高压输电线路爬行，本发明在整个机器人车体 结构设计的几何形体布局上采用对称布置、镜像布置、 一线布置，从而使机器 人线上爬车部分机械结构达到动力学、静力学的平衡。所谓对称布置是指机器 人线上行走车体车体在横向、纵向均具有对称分布的重量和外形尺寸。如图4 所示，底骨架组件51上的主动轮3及其支板、从动轮4及其支板和两个摄像 头25及其支架以矩形的底骨架组件51的两中线(竖直中线和水平中线)对称 分布。而这里的对称分布既包括重量分布也包括几何尺寸分布。另外，为了更 好地使机器人线上爬车部分保持平衡，如图5所示，本发明在车体上还安装有 一个平衡配重块31。镜像布置是指为了保证机器人在线上工作时不从线上脱 落，将主动轮轴12、主动轮3、及其支板16构成的模块与从动轮轴17、从动 轮4及其支板18构成的模块沿底骨架组件51的水平中线准镜像分布，从而实 现了被检测电缆从车体内穿过，保证了机器人车体不易从线上脱落。所谓一线 布置是指主动轮3轮槽下表面水平切面与从动轮4轮槽下表面水平切面共面， 同时保证左摄像头和右摄像头的水平中心面与两轮槽下表面水平切面共面，这 样就保证了空间中的三个点共线，在电缆线的中心线上。
图6为本发明高压输电线路地线巡检机器人电气控制系统构成方框图。如 图所示，整个机器人电气控制系统由两部分构成， 一部分是安装在线上行走车
体上的电子设备；一部分是安装在地面控制室内的线下图像接收控制部分2(如 图1所示)。
如图2、图4所示，安装在线上行走车体上的电子设备包括安装在支撑连 接体5上的电器盒32、电池盒33、位于电池盒两端的前图像发射机34、后图 像发射机35、前发射机天线36、后发射机天线37。在电器盒32内安装有机器 人无线双工通信控制电路板和遥控收发机，在线上行走车体车体上安装有双工 通信天线38。在电池盒33内安装有锂电池。
电器盒32通过螺钉固定在支撑连接体底骨架组件51上面的正中央位置(如 图2所示)。电池盒33外部通过两侧的螺栓固定在底骨架组件51下面正中央 位置。前、后图像发射机分布在电池盒两侧，分别通过螺钉固紧在底骨架组件 51下面两端位置处。
如图6所示，前图像发射机34的信号输入端通过导线与安装在线上行走车 体上的左摄像头/或右摄像头相连，将其拍摄的图像通过前发射机天线36发射 出去；后图像发射机35的信号输入端通过导线与安装在线上行走车体上的右 摄像头/或左摄像头相连，将其拍摄的图像通过后发射机天线37发射出去。安 装在电器盒32内的无线双工通信控制电路板的信号输入/输出端通过导线与遥 控收发机的信号输出端相连，通过遥控收发机、双工通信天线38接收线下图 像接收控制部分发出的控制指令。无线双工通信控制电路板的控制信号输入/ 输出端通过导线与安装在线上行走车体上的直流驱动电机、前、后传感器和电 源监控器相连，接收它们传输的检测信号，控制电机的旋转，从而控制线上机 器人平稳、安全地在高压输电线路上行走。
在本发明的具体实施例中，如图4所示，前发射机天线36、后发射机天线 37在机器人车体同侧伸出，并保持一定距离。如图5所示，双工通信天线38 靠吸盘吸在安装线上行走车体支撑连接体底骨架组件51上的金属平衡配重块 31上。
如图6所示，构成本发明地线巡检机器人的线下图像接收控制部分包括两 路图像接收机、 一个双路图像采集卡、工控机、机器人双工通信控制电路板、 遥控收发机、键盘、显示屏。两路图像接收机通过天线分别接收线上行车机构 前、后图像发射机发出的左、右摄像头拍摄的关于高压输电线地线情况的图像， 经双路图像采集卡处理后，传输给工控机，工控机对接收到的图像进行处理， 将处理结果通过显示屏显示出来，并保存在硬盘中；监控人员通过工控机显示 屏观察高压输电线路的情况，通过键盘输入控制线上机器人动作的指令，机器
人双工通信控制电路板通过遥控收发机将控制指令以无线方式发送给线上行 走车体的机器人双工通信控制电路板，线上行走车体上的机器人双工通信控制
电路板接收到控制指令后，控制驱动电机旋转，带动线上行走车体在高压输电 线路上行走。
机器人线上行走车体电气控制部分和线下图像接收控制部分均由各自的电 池供电，线上和线下之间的通信由各自的两根图像发射机天线和双工通信天线 进行接收和发射控制信号、传感器反馈信号及图像信号。
图7为安装在线上行走车体和线下图像接收控制部分内的机器人双工通信 控制电路板电路原理框图，主要功能是实现对直流电机的驱动控制，使机器人 线上行走车体能够在高压输电线上平稳地行走，以及通过无线方式传输各种数 据、控制指令。如图所示，该机器人双工通信控制电路板主要由微处理器、光
耦隔离电路、RS232电平转换电路、电机驱动电路、光电码盘、脉冲整形电路 构成。
微处理器的I/O 口通过两路光耦隔离电路分别与线上行走车体上的前、后 位置传感器27、 28的信号输出端相连，采集线上行车机构是否高压输电线路 的端部。当微处理器发现机器人线上行走车体已经行走到头时，微处理器会立 即发出控制指令，使直流电机停止转动，机器人自动停止运动，同时，微处理 器立即以无线方式通知线下的双工通信控制电路板，使其上的蜂鸣器报警。
本发明在线上行走车体上的直流驱动电机8的输出轴上安装有一个光电码 盘，该光电码盘的信号输出端经脉冲整形电路整形后，通过光耦隔离电路与微 处理器的i/o口相连。光电码盘是用来确定机器人运行位置的传感器，微处理 器就是通过光电码盘、脉冲整形电路记录电机轴转动的脉冲个数，从而计算出 机器人的位置。
微处理器的另一组1/0 口通过光耦隔离电路、电机驱动电路与直流驱动电 机的控制端相连，驱动直流电机旋转，从而控制线上行走车体在高压输电线路 上行走。如图7所示，其中驱动电路为H型全桥驱动电路。
微处理器的又一组1/0 口与键盘驱动电路的数据输出端相连，接收监控者 输入的控制指令。
微处理器的又一组1/0 口通过显示驱动电路与LCD液晶显示屏相连，实时 显示高压输电线路的状态。
微处理器的又一组I/O 口电池电量监测电路相连。电池电量监测电路是用 来实现对线上行走车体上的电池剩余电量进行实时监控的电路。
微处理器的又一组I/0口与RS232电平转换电路相连。微处理器通过RS232 接口与工控机进行数据传输。
微处理器的又一组1/0 口与无线遥控收发机相连，通过无线方式接收、发 送控制指令和各种数据。无线遥控收发机是用来实现线上和线下通信的主要设 备，这里的通信信号除了控制直流电机运行的指令外，还包括表示机器人行走 到头的信号、电池剩余电量信号以及机器人线上位置信号。
这里需要说明的是上述机器人双工通信控制电路中的键盘主要用于调试， 正式使用时可以将其不用；上述机器人双工通信控制电路为机器人线上行车机 构中的双工通信控制电路，而线下机器人双工通信控制电路可以和线上部分通 用，只是线下部分取消了电机驱动电路，其他部分电路一致，只是控制系统软 件不同。
另外，为了保证图像信号和双工控制信号传输质量，如图2 图5所示， 本发明在线上行走车体的外面包裹了一层蒙皮39，屏蔽传输信号受超高压强电 场的干扰。
图8 图10为本发明机器人双工通信控制电路板具体电路图。图8为本 发明机器人双工通信控制电路板中微处理器U2管脚接线图，如图所示，本发 明选用专门用于电机控制的高性能DSP控制芯片TMS320LF2407作为微处理 器，实现对直流电机的PWM控制。图9为本发明机器人双工通信控制电路板 中CAN总线通讯电路和脉冲整形电路具体电路图。图10为本发明机器人双工 通信控制电路中电机驱动电路和电源监测电路具体电路图。
本发明的工作原理如下将高压输电线路地线巡检机器人送到地线的一端，
将线上的机器人爬车部分的电源开启，同时打开无线图像发射机和遥控收发机
的工作开关，保证线上车体各组成部分正常工作，同时线下工作人员将地面接
收控制端的工控机、'微波图像接收机及遥控收发机的电源开关一一开启，这时
通过触摸屏即可进入计算机软件监控系统，对远端的地线进行检测。其中，线 上机器人车体通过线下的无线控制指令执行相应的动作，如前进、后退、加
速、减速、传递关键信息等。在机器人线上行走过程中，双路摄像头将地线表 面的图像信号通过无线图像发射机发射出去。线上机器人车体通过同步带将单 直流电机圆周转动传递到主动轮的圆周运动，利用电缆和主动轮之间所产生的 摩擦力来实现运动，在另一端的支撑轮保证机器人车体两点悬挂到地线上，同 时为了保证机器人车体初始状态和运行过程中的平衡，在机架上安装了平衡配 重模块。当机器人接收到线下的遥控命令后开始动作，在运行过程中，线下的
工作人员可以根据需要重复巡检比较关心的线路情况，当机器人从一个杆塔行 走到另一个杆塔时，若杆塔边缘的防振锤与机器人车体前端的传感器在规定的 探测距离时，机器人会自动停车，同时通过双工通信模块向线下的接收控制端 报警，示意机器人己经行走到头。
本发明所设计的高压输电线路地线巡检机器人己经成功地应用到实验室 的模拟应用现场和高压输电线路的实际现场中。实际测试，本发明具有以下功 能
(1) 具有一定的行走速度，大约1.0-1.5Km/h;
(2) 由于重量制约，重量可控制在5Kg左右；
(3) 具有一定的爬坡能力，为防止爬坡过程中出现打滑，爬坡角不小于
30。；
(4) 先不考虑越障能力，机器人仅在两个杆塔之间爬行；
(5) 功耗低，连续工作时间可达4一6小时；
(6) 针对地线巡检断股的主要需求，采用图像实时监测的方法，图像通 信质量好，终端能够对图像进行处理，识别断股情况；
(7) 保证机器人的终端可控制性，终端为用户提供傻瓜化的人机操作接
□;
(8) 通过传感得知巡检机器人的行走位置，为终端控制提供可靠依据；
(9) 巡检机器人机构简单紧凑安全可靠，保证机器人行走的稳定。 纵上所述，本发明公开的高压输电线路地线巡检机器人线上行走车体结构
设计紧凑、重量轻，适合便携；功耗低，可保证连续正常工作4一6小时；机 器人控制操作简便灵活，具有较高的智能性；图像接收处理系统体积小，重量 轻，适合便携或车载，尤其适合野外作业；图像处理软件利用触摸屏进行人机 交互，便于对巡线过程中的图像进行特殊处理，操作非常方便。
以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技 术方案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。
权利要求
1、一种高压输电线路地线巡检机器人，其特征在于它由线上爬车部分和线下图像接收控制部分组成；所述线上爬车部分包括一个双轮双臂悬挂、单电机同步驱动的线上行走车体、安装在线上行车车体上的沿地线方向的左、右两个摄像头、与左、右摄像头信号输出端相连的两个图像发射机、无线双工通信控制电路、遥控收发机、电池；无线双工通信控制电路的信号输入/输出端与遥控收发机的信号输入/输出端相连，其控制信号输出端与线上行走车体的驱动电机控制端相连，控制驱动电机的旋转；该线上爬车部分悬挂在高压输电线路中的地线上；所述线下图像接收控制部分由两路图像接收机、双路图像采集卡、工控机、遥控收发机构成；两路图像接收机的信号输出端与双路图像采集卡的信号输入端相连；双路图像采集卡的信号输出端与工控机的数据输入/输出口相连；工控机的信号输入/输出端与遥控收发机相连。线上爬车部分悬挂在高压输电线路地线上，通过其上安装的双路摄像头对地线电缆表面情况进行实时拍摄，并将拍摄的图像通过无线图像发射机发射给线下图像接收控制部分。线下图像接收控制部分接收线上爬车部分发射的图像信号，将信号送入计算机进行图像显示和处理，同时，通过无线方式向线上爬车部分发送控制指令，无线遥控线上爬车部分的运行，如前进、后退、停车等。
2、根据权利要求1所述的高压输电线路地线巡检机器人，其特征在于所 述线上爬车部分的线上行走车体由主动轮、从动轮、支撑连接体、驱动装置和 安装在支撑连接体上的位置传感器构成；主动轮通过主动轮支撑臂与支撑连接体相连，从动轮通过从动轮支撑臂与 支撑连接体相连；主动轮和从动轮共线水平设计，骑在高压输电线路中的地线 上；所述驱动装置包括安装在支撑连接体上的直流电机、主同步带轮、从同步 带轮、主动轮传动轴、主动轮轴和同步带；直流电机位于支撑连接体一侧上方， 通过电机法兰固定架固定在支撑连接体上，直流电机的输出轴与主动轮传动轴 的一端对接，主同步带轮通过平键紧固在主动轮传动轴的另一端；主动轮轴的 一端与主动轮过赢配合连接，另一端与从同步带轮过赢配合连接，并且轴端有 螺钉进行端部加强固紧；在主同步带轮和从同步带轮上缠绕有同步带；直流电 机输出的旋转运动通过主动轮传动轴、主同步带轮、同步带、从同步带轮、主动轮轴传递给主动轮，使主动轮在高压输电线路地线上爬行；主动轮带动从动轮一起沿高压输电线路地线爬行。
3、 根据权利要求2所述的高压输电线路地线巡检机器人，其特征在于所述构成机器人线上行走车体的支撑连接体包括底骨架组件、用来支撑主动轮轴 /和从动轮轴的支板、用于固定主动轮轴/和从动轮轴的主动轮轴承座和从动轮 轴承座、以及用于将直流电机固定在底骨架组件上的电机法兰固定架。
4、 根据权利要求3所述的高压输电线路地线巡检机器人，其特征在于所述安装在线上行走车体上的位置传感器包括安装在线上行走车体前端的前位置传感器和安装在线上行走车体后端的后位置传感器；前、后位置传感器的信号输出端与无线双工通信控制电路的信号输入端相连。
5、 根据权利要求4所述的高压输电线路地线巡检机器人，其特征在于所 述线上行走车体在几何形体布局上采用对称布置、镜像布置、 一线布置；所述对称布置是指机器人线上行走车体在横向、纵向均具有对称分布的重 量和外形尺寸；即所述主动轮及其支板、从动轮及其支板和两个摄像头及其支 架以矩形的底骨架组件的竖直中线和水平中线对称分布；所述镜像布置是指所述主动轮轴、主动轮及其支板与从动轮轴、从动轮及 其支板沿底骨架组件的水平中线准镜像分布；所述一线布置是指所述主动轮轮槽下表面水平切面与从动轮轮槽下表面水 平切面共面，左摄像头和右摄像头的水平中心面与两轮槽下表面水平切面共 面，保证空间中的三个点共线在电缆线的中心线上。
6、 根据权利要求l-5之一所述的高压输电线路地线巡检机器人，其特征在 于在所述机器人线上行走车体上还安装有一个平衡配重块。
7、 根据权利要求6所述的高压输电线路地线巡检机器人，其特征在于在所述机器人线上行走车体的外面包裹有一层屏蔽传输信号受超高压强电场干 扰的蒙皮。 '
8、 根据权利要求1所述的高压输电线路地线巡检机器人，其特征在于所述安装在线上行走车体上的机器人双工通信控制电路由微处理器、光耦隔离电路、电机驱动电路、光电码盘、脉冲整形电路、电池电量监测电路构成；微处理器的I/O 口通过两路光耦隔离电路分别与线上行走车体上的前、后位置传感器的信号输出端相连，采集线上行车机构是否高压输电线路的端部；所述光电码盘安装在线上行走车体上的直流驱动电机的输出轴上，该光电 码盘的信号输出端经脉冲整形电路整形后，通过光耦隔离电路与微处理器的另一 I/O 口相连；微处理器的另一组1/O 口通过光耦隔离电路、电机驱动电路与直流驱动电 机的控制端相连，驱动直流电机旋转，控制线上行走车体在高压输电线路上行 走；微处理器的又一组1/O 口与电池电量监测电路相连，对线上行走车体上的 电池剩余电量进行实时监控；微处理器的又一组1/O 口与无线遥控收发机相连，通过无线方式接收、发 送控制指令和各种数据。
9、根据权利要求8所述的高压输电线路地线巡检机器人，其特征在于所 述电机驱动电路为H型全桥驱动电路。
全文摘要
本发明公开了一种高压输电线路地线巡检机器人，它由线上爬车部分和线下图像接收控制两部分组成。线上爬车部分包括一个双轮双臂悬挂、单电机同步驱动的线上行走车体、安装在车体上左、右两个摄像头、两个图像发射机、无线双工通信控制电路、遥控收发机、电池。线下图像接收控制部分由两路图像接收机、双路图像采集卡、工控机、遥控收发机构成。线上爬车部分悬挂在高压输电线路地线上，通过其上安装的双路摄像头对地线表面进行实时拍摄，并将拍摄的图像通过无线图像发射机发射给线下图像接收控制部分；线下图像接收控制部分接收该图像信号，将信号送入计算机进行图像显示和处理，通过无线方式向线上爬车部分发送控制指令，控制线上爬车部分的运行。
文档编号G01R31/08GK101196551SQ20071009906
公开日2008年6月11日 申请日期2007年5月10日 优先权日2007年5月10日
发明者何守印, 张立燕 申请人:北京深浪电子技术有限公司