[发明专利]自动化除冰机器人

说明书

技术领域

本发明涉及输电电网维护领域，尤其涉及一种自动化除冰机器人。

背景技术

随着经济的发展，各国对电力的需求日益增多，电气设备也不断增加， 输电线路分布越来越广，在远程输电中，最常用的是输电线路输电，其传 输效率胜过其他传输方式。

然而，在冬天，经常发生输电线路结冰的情况。这种现象主要由气象 决定，因为气象的变化引起空气的温度、湿度冷暖空气对流而形成了这种 综合性的物理现象，尤其多发于北方的山区和丘陵地区。严重的冰雪事故 会导致输电线路机械性能急剧下降，甚至导致供电中断以及发生危险情 况。常发的冰雪事故严重威胁供电电网的安全稳定运行，

目前，对输电电网中的输电线路结冰情况的处理存在以下缺陷：(1) 一般采用人工方式或输电线路预处理方式，前者耗费大量的人力物力，且 除冰效率不高，除冰危险度高，后者经济成本不菲，关键是克服结冰的能 力也有限；(2)存在一些机器人在远程控制在线除冰的技术方案，然而， 由于现有的机器人结构不够合理，尚不能适应复杂的输电线路环境，仍旧 需要大量的人工介入，综合成本也很高；(3)缺少高精度的输电线路冰 层厚度现场检测设备。

因此，本发明提出了一种自动化除冰机器人，采用多种有针对性的高 精度的图像处理设备协同操作，在现场采用电子方式即可准确检测出输电 线路的冰层厚度，同时在机器人结构上增加除冰设备，整合机器人内部资 源，从而完成机械除冰到人工除冰的替换。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种自动化除冰机器人，。

根据本发明的一方面，提供了一种自动化除冰机器人，所述机器人包 括覆冰厚度检测子系统和机器人行走子系统，覆冰厚度检测子系统位于机 器人行走子系统上，用于对包括输电线路的图像进行图像处理以确定输电 线路上的覆冰厚度，机器人行走子系统位于输电线路上，用于基于覆冰厚 度对输电线路进行覆冰削除。

更具体地，在所述自动化除冰机器人中，包括：MMC卡，位于控制 盒内，用于预先存储预设输电线路灰度阈值取值范围和预设输电线路径向 距离；环境亮度检测设备，位于前轮子机构上，用于实时检测周围的环境 亮度，以输出实时环境亮度；邻域平均值滤波设备，位于控制盒内，与前 方高清摄像头连接，用于接收前方高清图像，并对前方高清图像进行邻域 平均值滤波处理，以输出滤波图像；二值化处理设备，位于控制盒内，与 环境亮度检测设备和MMC卡分别连接，基于实时环境亮度在预设输电线 路灰度阈值取值范围内确定输电线路灰度阈值，预设输电线路灰度阈值取 值范围为150-180，输电线路灰度阈值用于将输电线路和冰层从图像背景 处分离，二值化处理设备还与邻域平均值滤波设备连接，基于输电线路灰 度阈值对滤波图像进行二值化处理以获得二值化图像，具体为，将滤波图 像中灰度值大于输电线路灰度阈值的像素点设置为白像素点，将滤波图像 中灰度值小于等于输电线路灰度阈值的像素点设置为黑像素点；边缘检测 设备，位于控制盒内，与二值化处理设备连接，对二值化处理设备输出的 二值化图像进行轮廓增强处理，以获得增强图像；图像旋转处理设备，位 于控制盒内，与边缘检测设备连接，对增强图像中白色像素点组成的输电 线路目标进行旋转，使得输电线路目标为垂直方向排列；覆冰厚度计算设 备，位于控制盒内，与图像旋转处理设备和MMC卡分别连接，对垂直方 向排列的输电线路目标确定其最大径向距离，将最大径向距离减去预设输 电线路径向距离并除以2以获得输电线路的实时冰层厚度；机器人行走机 构，包括前轮子机构、中轮子机构、后轮子机构、前方刹车子机构、后方 刹车子机构、前方气动伸缩子机构、后方气动伸缩子机构、中部气动伸缩 子机构、基座、重心调节子机构和控制盒；前轮子机构处于基座上方，包 括前方切削刀片、前方防切削板、前方驱动电机和前方行走轮，前方切削 刀片用于切除前方输电线路处的冰层，前方防切削板与前方切削刀片连 接，用于在前方切削刀片进行切削操作时卡在输电线路上，实现前方切削 刀片与输电线路的隔离，前方行走轮采用塑料材料，具有与输电线路相适 应的圆槽，前方驱动电机与前方切削刀片和前方行走轮分别连接，用于为 前方切削刀片提供切削动力的同时，为前方行走轮提供行走动力；中轮子 机构位于前轮子机构和中轮子机构中间，处于基座上方，包括中部驱动电 机和中部行走轮组成，中部行走轮采用塑料材料，具有与输电线路相适应 的圆槽，中部驱动电机与中部行走轮连接，用于为中部行走轮提供行走动 力；后轮子机构处于基座上方，包括后方驱动电机和后方行走轮，后方行 走轮采用塑料材料，具有与输电线路相适应的圆槽，后方驱动电机与后方 切削刀片和后方行走轮分别连接，用于为后方切削刀片提供切削动力的同 时，为后方行走轮提供行走动力；前方气动伸缩子机构位于前轮子机构和 基座之间，用于将前轮子机构连接到基座上，包括前方腕关节、前方垂直 伸缩臂、前方肘关节、前方水平伸缩臂和前方肩关节，前方腕关节将前轮 子机构和前方垂直伸缩臂连接，前方垂直伸缩臂与前方肘关节连接，前方 水平伸缩臂将前方肘关节与前方肩关节连接，前方肩关节与基座连接，前 方垂直伸缩臂还与DSP处理芯片电性连接以接收前方垂直伸缩控制信号， 前方水平伸缩臂还与DSP处理芯片电性连接以接收前方水平伸缩控制信 号；中部气动伸缩子机构位于中轮子机构和基座之间，用于将中轮子机构 连接到基座上，包括中部腕关节、中部垂直伸缩臂、中部肘关节、中部水 平伸缩臂和中部肩关节，中部腕关节将中轮子机构和中部垂直伸缩臂连 接，中部垂直伸缩臂与中部肘关节连接，中部水平伸缩臂将中部肘关节与 中部肩关节连接，中部肩关节与基座连接，中部垂直伸缩臂还与DSP处理 芯片电性连接以接收中部垂直伸缩控制信号，中部水平伸缩臂还与DSP处 理芯片电性连接以接收中部水平伸缩控制信号；后方气动伸缩子机构位于 后轮子机构和基座之间，用于将后轮子机构连接到基座上，包括后方腕关 节、后方垂直伸缩臂、后方肘关节、后方水平伸缩臂和后方肩关节，后方 腕关节将后轮子机构和后方垂直伸缩臂连接，后方垂直伸缩臂与后方肘关 节连接，后方水平伸缩臂将后方肘关节与后方肩关节连接，后方肩关节与 基座连接，后方垂直伸缩臂还与DSP处理芯片电性连接以接收后方垂直伸 缩控制信号，后方水平伸缩臂还与DSP处理芯片电性连接以接收后方水平 伸缩控制信号；前方刹车子机构包括前方刹车块、前方刹车导向结构和前 方刹车气缸，前方刹车块位于前方输电线路位置，前方刹车导向结构与前 方刹车块和前方刹车气缸分别连接，用于为前方刹车块的刹车制动操作提 供动力；后方刹车子机构包括后方刹车块、后方刹车导向结构和后方刹车 气缸，后方刹车块位于后方输电线路位置，后方刹车导向结构与后方刹车 块和后方刹车气缸分别连接，用于为后方刹车块的刹车制动操作提供动 力；重心调节子机构位于基座下方，采用控制盒为重心调节的配重设备， 包括重心调节气缸和三位电磁阀，重心调节气缸为重心调节提供动力，三 位电磁阀通过调节控制箱和基座之间的相对距离来调节机器人行走机构 的重心位置；控制盒位于基座下方，包括外壳和控制板，所述控制板集成 了DSP处理芯片和无线通信接口，无线通信接口与远端的供电管理服务器 连接，用于接收供电管理服务器无线发送的无线控制指令，DSP处理芯片 与无线通信接口、前方驱动电机、中部驱动电机和后方驱动电机分别连接， 用于解析无线控制指令以确定并输出前方垂直伸缩控制信号、前方水平伸 缩控制信号、中部垂直伸缩控制信号、中部水平伸缩控制信号、后方垂直 伸缩控制信号或后方水平伸缩控制信号，还用于解析无线控制指令以确定 前方驱动电机、中部驱动电机或后方驱动电机的驱动控制信号，DSP处理 芯片还与覆冰厚度计算设备连接以接收实时冰层厚度，并向前方驱动电机 发送前方切冰控制指令，控制前方切削刀片的切削力度；前方高清摄像头， 位于前轮子机构上，与DSP处理芯片电性连接，用于采集前方高清图像并 通过DSP处理芯片压缩编码，以将压缩后的图像通过无线通信接口发送给 远端的供电管理服务器；伸缩限位开关组合，包括六个伸缩限位开关，用 于分别限制前方垂直伸缩臂、前方水平伸缩臂、中部垂直伸缩臂、中部水 平伸缩臂、后方垂直伸缩臂和后方水平伸缩臂的伸缩距离；刹车限位开关 组合，包括两个刹车限位开关，用于分别限制前方刹车块和后方刹车块的 刹车距离；控制盒移动限位开关，用于限制控制盒的移动距离。