巡检机器人的主控软件设计与实现

介绍一种沿架空高压线路行驶的巡检机器人的控制硬件系统结构,并详细分析巡检机器人的功能需求,在此基础上确定巡检机器人控制软件的工作方式并对机器人本体主控程序进行详细设计.为达到实时高效的控制目的,根据WinCE多任务的特点,在EVC环境下采用多线程技术实现了主控软件的功能模块化,并详细介绍每个工作线程的工作过程.使用WINDOWS内核对象有效地实现了线程间的同步控制.利用MFC框架简化了软件设计方法,提高了软件的重用度及开发效率.实验表明,控制软件系统运行稳定,实时性好,能满足应用需求.     

输电线路感应取电电源装置的研究与开发

针对高压输电线路上能耗较大而体积重量要求严格的设备或需要在线快速充电的设备的能量补给问题,提出了一种以蓄电池为储能单元的感应取电电源装置方案.理论分析和实验研究表明:在相同材料的铁芯下,最大取电功率与铁芯截面积、输电导线电流成正比;在相同材料的铁芯和相同的电池电压下,最优次级绕组匝数与铁芯截面积成反比.开发了一种相对独立的、用于输电导线移动或固定设备电能补给的可开合式感应取电电源装置,并在作者研制的巡线机器人上得到了成功应用;最后给出了感应取电电源装置现场运行的实验结果,证明了该方案在实际运用中的稳定性、可靠性和有效性.     

沿输电线路地线行驶巡检机器人定位方法

针对作者所在团队研制的沿输电线路地线行驶的巡检机器人,分别提出了基于倾角传感器、GPS和线路先验信息模型GIS的全局环境定位方法和基于行走轮编码器及其打滑识别、机器视觉、超声波测距传感器和霍尔接近传感器的局部环境定位方法,给出了机器人定位的相关模型或算法.经现场线路试验研究表明,该方法行之有效.     

高压输电线路救援机器人结构设计与分析

针对现有高压输电线路巡检机器人技术尚不成熟,及当巡检机器人在地线上出现故障时需人工上线拖回所存在的弊端,提出一种单档段救援作业机器人。分析了高压输电线路单档段救援机器人的作业环境与救援任务,设计了救援机器人的总体结构形式和各总成的具体结构,并对所设计的结构进行了三维建模仿真。对救援末端夹爪做了力学特性分析,得到夹爪应力云图,验证了设计的合理性。对救援夹爪做了模态分析计算,得到救援夹爪的单元密度分布云图,并在此基础上对夹爪做了拓扑优化,得到优化后的模型。开发出样机且在松长甲线上试验运行成功,验证了设计的实用型与合理性。     

高压线路巡线机器人视觉导航中的单目测距算法

为准确快速地定位高压线路上的障碍物,实现有 效越障,提出了一种用于巡线机器人视觉导航的单目测距算 法。采用Hough变换在视频帧图像中检测出机器人行走导线的两侧边缘;预先测取导线上可 成像 的最近点到镜头的距离且机器人移动过程中保持不变,由此处导线两侧边缘直线纵坐标差和 障碍物处的两直线纵坐标差之比,得到障碍物到镜头的距离并对其进行线性修正,最终可 得到障碍物沿导线到镜头的距离。试验结果表明,提出的方法在5000 mm内测量误差小于5%,可测距离至少能达7.4m;且算法具有精度较 高、速度快、鲁棒性强、需测量参数较少和易于实现等优点。     

设备（系统）故障远程诊断系统的研究与实践

提出了基于网络的设备（系统）故障远程诊断系统的基本组成、远程诊断系统的层次结构模式,并以输电线路故障诊断系统为例,设计了一个基于局域网的有线和无线网络的远程诊断系统。     

基于单目机器视觉的高压输电线路障碍物定位研究

高压输电线巡线机器人运行线路上的障碍物识别定位,是实现巡线机器人自主导航的关键技术之一。针对110k V高压输电线路地线结构的特点,提出了基于单目机器视觉的高压输电线路障碍物定位研究方法。通过在巡检机器人本体上安装单目摄像机,利用单目摄像机采集前方线路图像,对图像中的障碍物进行识别,利用识别出来的障碍物位置中心与摄像机的位置关系建立测距几何模型,来对巡线机器人前方障碍物进行定位。该方法可以较精确地对巡线机器人前方约(1-2)m内的障碍物进行定位并测距,且误差小、识别率高、响应快。最后,通过实验验证该方法有较高的可行性和有效性,能够极大提高巡线机器人自主导航能力。     

四分裂架空线路作业机器人行走姿态优化方法

针对长期暴露于恶劣的自然环境中,容易诱发各种故障的多分裂架空高压输电线路,以500kV四分裂线路为例,提出一种可行走于两上相线,且便于上下线的带电检修作业机器人机构构型方案及其虚拟样机.分析其行走状态,提出一种机器人行走姿态优化方法,即使用轮线力作为机器人行走姿态优劣判定的标准,建立机器人轮线力与机器人重心分布的特征关系数学模型;通过理论计算作业平台连杆关节参数对机器人重心分布特征关系的影响,提出一种求解机器人作业末端连杆关节参数逆解的算法,通过调整关节参数改变轮线力,使得机器人在线上时的行走姿态达到最优.     

带死区的PTZ摄像头模糊PID跟踪方法研究

在移动机器人跟踪目标过程中,主动视觉是经常被采用的方法之一.针对以PTZ摄像机为主体的主动视觉跟踪问题中由于控制等级频繁变化造成视场不稳定和振荡的问题,提出了基于带死区的模糊PID控制方法.通过架空高压输电线巡检机器人搭建PTZ摄像头主动视觉跟踪平台,对选定的杆塔目标进行跟踪,并对比跟踪过程中带死区和不带死区的控制等级变化曲线.实验表明,该方法能较好的控制PTZ摄像头主动视觉跟踪过程中采集图像的稳定性,降低图像振荡.     

高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人的研究

为了保障电力安全输送,污秽绝缘子的清扫以及零值绝缘子的检测是高压输电线路维护的日常工作。针对目前以人工登塔为主的作业方式,提出了一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人,它携带清扫机构和检测装置,能够在沿绝缘子串自动攀爬时实现对绝缘子的带电清扫与检测工作。介绍了机器人的主要机械结构,阐述了其工作原理。通过理论计算和Adams仿真,确定了主要机构的驱动力,并选择了适当的电机。该机器人结构简单,操作方便,为今后的实体样机奠定了基础。