本发明涉及电力系统检测研究领域，特别涉及一种高压线智能巡检机器人及其巡检方法。
背景技术
输电线路长期处于恶劣的自然环境中，经常会发生一些如导线的断股等故障，这些缺陷会对整个输电线路的正常运行产生极大的干扰，需要及时发现并维修。传统的“巡线”方式主要靠人工巡线，这种方式工作强度大、工作效率低。
现有技术中提出采用无人机对高压线进行巡检，但是这种方案只采用可见光图像和视频对输电线路进行巡视，检测手段单一，只能对输电线路做粗略的巡检，发现较大的缺陷，并且巡检得到的影像资料只是抽样取点，不能全覆盖地对高压线进行高清拍摄。
为此，研究一种针对高压线缆，能够实现高清检测、具有极高巡线效率的装置和方法具有重要的研究意义和实用价值。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高压线智能巡检机器人，该机器人可以实现不间断地对高压线进行自主往返巡检，实现高清检测，同时还能够跨越前进中障碍，具有使用灵活，效率高，同时检测准确的优点。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述高压线智能巡检机器人的巡检方法，该方法可以实现不间断地对高压线进行自主往返巡检、智能通过视觉识别高压线断股等异常以及跨越前进中障碍的功能。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种高压线智能巡检机器人，包括移动模块、悬臂、测量模块和控制模块，移动模块包括两个轮组，分别设置在悬臂的两端，高压线穿过两个轮组；测量模块设置在悬臂的最下方，控制模块悬挂在悬臂内弧的最低端，包括机器人控制器、通信模块和电源，机器人通过通信模块与地面终端平台进行数据通信，机器人控制器控制轮组压紧高压线并沿高压线移动，电源为机器人各部件供电。本发明中，高压线卡在两个轮组之间，机器人控制器可控制轮组压紧高压线并沿高压线移动，从而可以实现不间断地对高压线进行自主往返巡检。
优选的，每个轮组包括张合爪、张合爪驱动电机、三个橡胶导轮以及橡胶导轮驱动电机，橡胶导轮两侧均有导板，其中两个橡胶导轮在高压线的上方，与张合爪的上端固定连接，一个橡胶导轮在高压线的下方，与张合爪的下端固定连接，三个橡胶导轮呈倒品字形排列，高压线从品字中间横向穿过，橡胶导轮驱动电机驱动橡胶导轮沿高压线移动；张合爪驱动电机控制张合爪的开闭进而让轮组松开或夹紧高压线。采用上述结构，可以使机器人牢固的固定在高压线上，以抵御风或其他危险，同时通过橡胶导轮两侧设置的导板，使橡胶导轮类似火车车轮，保证在机器人运动时不会滑出绳索。
优选的，所述轮组与悬臂之间还设有悬臂扭转电机，悬臂扭转电机控制轮组相对于悬臂做旋转运动。通过悬臂扭转电机可使悬臂跨越高压线上的障碍物。
优选的，所述测量模块包括摄像机，摄像机固定在一云台上，云台带动摄像机转动。从而可以实现机器人巡检时摄像机可灵活的转动，对准被检高压线。
更进一步的，所述摄像机具有调焦功能。从而当发现疑似故障点时，可通过放大画面实现更准确的判断。
优选的，所述测量模块还包括激光雷达，激光雷达设置在悬臂上，激光雷达在一定角度内扫描高压线。从而可以测量高压线与周边树木距离。
优选的，所述测量模块还包括红外热成像仪，该红外热成像仪设置在悬臂上。通过红外热成像仪可以测量高压线缆、电缆接头、接地箱、电缆终端头与终端瓷瓶、电缆终端以及其他部位的温度异常与电流致热性故障，完成温度诊断与预警。
优选的，所述测量模块还包括气体传感器与温湿度传感器。以用于采集当前高压线的环境参数。
优选的，在机器人和/或终端平台上设有报警装置。对于环境数据异常及其他异常情况，机器人与终端平台将实时发出报警信息，提醒管理人员进行关注与处置。
优选的，机器人上部采用金属板封闭，各金属板连接处采用橡胶条填充。从而进行密封，实现防水的功能。
优选的，移动模块、测量模块、控制模块均采用模块化方式，与悬臂以拆装方式进行组装在一起。从而可以实现快速的组装、拆卸、更换和折叠。
优选的，机器人内设有用于检测倾斜或脱线的传感器。一旦机器人突然遇到侧风或其他原因导致机器人有倾斜或脱线危险时，该传感器会向控制器报警，控制器将会执行紧急动作，通过橡胶导轮压紧地线，保证机器人不脱线。
优选的，在轮组和悬臂的受风面进行镂空设计。使得风从镂空处穿过，减少受风面积，减少侧向压力，进而提升机器人抗风性能。
优选的，所述橡胶导轮驱动电机采用伺服电机。通过伺服电机发送的脉冲可对故障点进行精确定位。
优选的，所述电源包括太阳能充电板，太阳能充电板设置在悬臂上。从而使机器人更适于在野外作业。
一种基于上述高压线智能巡检机器人的巡检方法，步骤是：轮组压紧高压线并在电机带动下沿高压线移动，在移动过程中，测量模块中的摄像机拍摄高压线，检测当前高压线是否有断股情况，检测机器人运动方向的前方是否有障碍物，测量模块中的激光雷达测量高压线与周边树木距离，以及获得目标物的距离和方向；控制模块中的通信模块将上述采集的信息发送到终端平台。
优选的，在巡检过程中，若摄像机检测到机器人运动方向的前方有障碍物，则需要跨越障碍物，方法为：
s1：机器人橡胶导轮驱动电机停转；
s2：机器人第一侧轮组张开，使得第一侧橡胶导轮脱离高压线；
s3：第二侧的悬臂扭转电机转动，带动机器人顺时针转；
s4：当张开的第一侧轮组因顺时针转动将要遇到高压线时停止转动；
s5：将第二侧轮组转动180度，使得第一侧轮组面向绳索；
s6：合起第一侧轮组，使得第一侧橡胶导轮夹住高压线，从而实现机器人的第一侧轮组跨过障碍；
s7：重复上述六个步骤，实现机器人的第二侧轮组跨过障碍，从而实现整个机器人跨过障碍。
优选的，所述橡胶导轮驱动电机采用伺服电机，当伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，根据伺服电机接收到的脉冲总数以及轮子的直径能够计算出机器人走过的距离，实现精确定位。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明高压线智能巡检机器人，可以沿着高压线不间断地进行自主往返巡检、异常点自主定位复检，具备测量高压线与周边树木距离、识别高压线断股等异常、高精度进行地图定位，精确故障点定位，数据发送至终端平台，以及智能跨越前进中障碍等多项功能。从而解决巡检机器人功能单一以及难以应用到实际检测术瓶颈，深化机器人技术在电力巡检工作中的应用。同时能够大大降低巡线人员的工作强度，提高巡线效率，具有很大的优势。
2、本发明中摄像机设置在云台上，云台具有转动功能，同时配合相机变焦，可有效保证对智能巡检机器人各方向现场细节进行有效监控。
3、本发明中还设有红外热成像仪，可对缆、电缆接头、配电箱等设备进行热监控。设有用于检测倾斜或脱线的传感器、气体传感器与温湿度传感器等，可以对当前高压线的状态以及环境进行测量，实现机器人的稳定运行。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
图2是本发明实施例轮组闭合时的结构示意图。
图3是本发明实施例轮组打开时的结构示意图。
图4是本发明实施例悬臂底部云台处的结构示意图。
图5是本发明实施例的整体结构俯视图。
图中：1-橡胶导轮，2-张合爪，3-悬臂扭转电机，4-悬臂，5-机盒，6-激光雷达，7-摄像机，8-云台，9-太阳能充电板，10-张合爪驱动电机。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例一种高压线智能巡检机器人，包括移动模块、悬臂4、测量模块和控制模块，控制模块设置在图1所示的机盒5中。下面对各个部件进行具体的说明。
如图2-3所示，移动模块包括两个轮组，分别设置在悬臂4的两端，每个轮组包括张合爪2、张合爪驱动电机10、三个橡胶导轮1以及橡胶导轮驱动电机，橡胶导轮两侧均有导板，其中两个橡胶导轮1在高压线的上方，与张合爪2的上端固定连接，一个橡胶导轮1在高压线的下方，与张合爪2的下端固定连接，三个橡胶导轮1呈倒品字形排列，高压线从品字中间横向穿过，橡胶导轮驱动电机驱动橡胶导轮1沿高压线移动；张合爪驱动电机10控制张合爪2的开闭进而让轮组松开或夹紧高压线。橡胶导轮可以类似火车车轮，但机器人的橡胶导轮两侧均有导板，从而保证在机器人运动时不会滑出绳索。
轮组与悬臂之间还设有悬臂扭转电机3，悬臂扭转电机3控制轮组相对于悬臂做旋转运动。通过悬臂扭转电机可使悬臂跨越高压线上的障碍物。
所述橡胶导轮驱动电机采用伺服电机。伺服电机主要靠脉冲来定位，当伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移。因为伺服电机本身具备发出脉冲的功能，系统通过计算伺服电机传回的脉冲数量，精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位。以某一塔顶作为初始起点，通过伺服电机转过的角度和轮子的直径就可以精确地计算出巡线机器人走过的距离，从而可以精确得到巡线机器人的位置。当巡线机器人发现故障点时，巡线机器人就会把故障点的位置记录下来，并把故障点的信息发送到控制器，这样就可以知道故障点发生的具体发生位置。
本实施例中，测量模块设置在悬臂4的最下方，可包括摄像机7、激光雷达6、红外热成像仪、气体传感器与温湿度传感器等等。
其中，摄像机7固定在一云台8上，云台8负责带动摄像机7运动，实现机器人巡检时摄像机可灵活的转动，对准被检高压线。同时，摄像机7具有调焦功能，当发现疑似故障点时，可通过放大画面实现更准确的判断。
其中，激光雷达6设置在悬臂4上，激光雷达6在一定角度内扫描高压线。本实施例中激光雷达6的测量距离高达30米，扫描角度360度，测距分辨率小于10cm，角度分辨率小于0.5度，这大大提高了巡线机器人的检测能力。
其中，红外热成像仪设置在悬臂4上。在机器人和/或终端平台上设有报警装置。巡检机器人借助搭载的红外热成像仪，可对电缆、电缆接头等设施设备进行成像，结合测温数据与图像分析技术，可以从热成像图中得出设备设施的工作状态，一旦发现有超温现象，即可进行报警。通过自动化的报警功能，工作人员不必24小时不间断监视现场设备设施，只需要在有报警的时候关注和处理报警问题。
其中，多种气体传感器与温湿度传感器设置在悬臂4上，智能巡检机器人搭载后，以移动的方式，进行长期频繁密集的采集。在巡检机器人常规巡检任务下，可以设定每隔10米采集一次环境数据，并实时将环境数据传输至终端平台，用于进行后续的数据存储、深度挖掘与趋势分析预警。同时对于环境数据异常及趋势异常情况，机器人与终端平台将实时发出报警信息，提醒管理人员进行关注与处置。
本实施例中，控制模块悬挂在悬臂4内弧的最低端，包括机器人控制器、通信模块和电源，机器人通过通信模块与地面终端平台进行数据通信，电源为机器人各部件供电。为了便于进行野外作业，本实施例中设有太阳能充电板9，从而可以实现太阳能供电。
为了实现防水功能，本实施例中，机器人上部采用金属板封闭，各金属板连接处有橡胶条填充，类似汽车的前盖钣金与橡胶条密封结构，从而实现防水功能。在机器人的关键部位，如控制器、电机、摄像机7、激光雷达6等处，因有电路或运动结构，故均进行相应的放水设计。
本实施例机器人要进行防风设计，可分为三个方面，第一方面是通过机械方式解决，设置用于检测倾斜或脱线的传感器。当机器人突然遇到侧风或其他原因导致机器人有倾斜或脱线危险时，该传感器会向控制器报警，控制器将会执行紧急动作，通过橡胶导轮1压紧地线，保证机器人不脱线。当然，除了压紧橡胶导轮外，轮组装置可另加一个橡胶夹，当轮组夹紧后再通过橡胶夹直接将地线夹紧，避免机器人倾斜。第二个方面是通过机器人走位实现，当地面人员通过天气预报得知将要有大风时，可以操控机器人或启动机器人避风程序，让机器人运动到高压塔与地线连接的位置，从而实现避风。第三个方面是镂空设计。机器人受风面主要为轮组与悬臂4，通过合理的设置镂空，使得风从镂空处穿过，减少受风面积，从而减少侧向压力，进而提升机器人抗风性能。
基于本实施例所述高压线智能巡检机器人进行巡检的方法，步骤是：轮组压紧高压线并在电机带动下沿高压线移动，在移动过程中，测量模块中的摄像机拍摄高压线，检测当前高压线是否有断股情况，检测机器人运动方向的前方是否有障碍物；测量模块中的激光雷达通过向目标发射一束激光信号，经过目标物反射，然后将接收到的激光信号与发射信号做比较，适当处理后，就可以获得目标物的距离与方向等信息。控制模块中的通信模块将上述采集的信息发送到终端平台。
在巡检过程中，若摄像机检测到机器人运动方向的前方有障碍物，则需要跨越障碍物，具体方法为：
第一步，机器人橡胶导轮驱动电机停转；
第二步，机器人左侧轮组张开，使得左侧橡胶导轮脱离绳索；
第三步，右侧的悬臂电机转动，带动机器人顺时针转；
第四步，当张开的轮组因顺时针转动将要遇到绳索时停止转动；
第五步，将右侧轮组转动180度，使得轮组面向绳索；
第六步，合起轮组，使得橡胶导轮夹住绳索，从而实现机器人的一个轮组跨过障碍；
第七步，重复上述六个步骤，便可实现机器人的第二个轮组跨过障碍，从而实现整个机器人跨过障碍。
由于本实施例机器人中还搭载了多种检测装置，因此该机器人还可用于灾情出资，例如，现场出现灾情时，机器人可将事故现场的图像、红外测温等数据发送回指挥中心，以供指挥中心决策使用；现场出现险情时，可与重要附属配件——智能灭火机器人进行应急联动，远程控制机器人迅速到达异常点，通过红外热以及视觉处理等诊断技术，快速定位异常点；将通过自身搭载的应急广播通知与声光报警，第一时间发出报警信息，并以短信的方式把信息发送至相关负责人那边。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。