[發明專利]一種自動化除冰方法

在審

• 申請號: 201510958657.3
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN105375429A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 無錫桑尼安科技有限公司
• 主分類號: H02G7/16
• 分類號: H02G7/16;G06T7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及輸電電網維護領域，尤其涉及一種自動化除冰方法。

背景技術

隨著經濟的發展，各國對電力的需求日益增多，電氣設備也不斷增加， 輸電線路分布越來越廣，在遠程輸電中，最常用的是輸電線路輸電，其傳 輸效率勝過其他傳輸方式。

然而，在冬天，經常發生輸電線路結冰的情況。這種現象主要由氣象 決定，因為氣象的變化引起空氣的溫度、濕度冷暖空氣對流而形成了這種 綜合性的物理現象，尤其多發于北方的山區和丘陵地區。嚴重的冰雪事故 會導致輸電線路機械性能急劇下降，甚至導致供電中斷以及發生危險情 況。常發的冰雪事故嚴重威脅供電電網的安全穩定運行，

目前，對輸電電網中的輸電線路結冰情況的處理存在以下缺陷：(1) 一般采用人工方式或輸電線路預處理方式，前者耗費大量的人力物力，且 除冰效率不高，除冰危險度高，后者經濟成本不菲，關鍵是克服結冰的能 力也有限；(2)存在一些機器人在遠程控制在線除冰的技術方案，然而， 由于現有的機器人結構不夠合理，尚不能適應復雜的輸電線路環境，仍舊 需要大量的人工介入，綜合成本也很高；(3)缺少高精度的輸電線路冰 層厚度現場檢測設備。

因此，本發明提出了一種基于圖像檢測的自動化除冰機器人，采用多 種有針對性的高精度的圖像處理設備協同操作，在現場采用電子方式即可 準確檢測出輸電線路的冰層厚度，同時在機器人結構上增加除冰設備，整 合機器人內部資源，從而完成機械除冰到人工除冰的替換。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于圖像檢測的自動化除冰機 器人，。

根據本發明的一方面，提供了一種基于圖像檢測的自動化除冰機器 人，所述機器人包括覆冰厚度檢測子系統和機器人行走子系統，覆冰厚度 檢測子系統位于機器人行走子系統上，用于對包括輸電線路的圖像進行圖 像處理以確定輸電線路上的覆冰厚度，機器人行走子系統位于輸電線路 上，用于基于覆冰厚度對輸電線路進行覆冰削除。

更具體地，在所述基于圖像檢測的自動化除冰機器人中，包括：MMC 卡，位于控制盒內，用于預先存儲預設輸電線路灰度閾值取值范圍和預設 輸電線路徑向距離；環境亮度檢測設備，位于前輪子機構上，用于實時檢 測周圍的環境亮度，以輸出實時環境亮度；鄰域平均值濾波設備，位于控 制盒內，與前方高清攝像頭連接，用于接收前方高清圖像，并對前方高清 圖像進行鄰域平均值濾波處理，以輸出濾波圖像；二值化處理設備，位于 控制盒內，與環境亮度檢測設備和MMC卡分別連接，基于實時環境亮度 在預設輸電線路灰度閾值取值范圍內確定輸電線路灰度閾值，預設輸電線 路灰度閾值取值范圍為150-180，輸電線路灰度閾值用于將輸電線路和冰 層從圖像背景處分離，二值化處理設備還與鄰域平均值濾波設備連接，基 于輸電線路灰度閾值對濾波圖像進行二值化處理以獲得二值化圖像，具體 為，將濾波圖像中灰度值大于輸電線路灰度閾值的像素點設置為白像素 點，將濾波圖像中灰度值小于等于輸電線路灰度閾值的像素點設置為黑像 素點；邊緣檢測設備，位于控制盒內，與二值化處理設備連接，對二值化 處理設備輸出的二值化圖像進行輪廓增強處理，以獲得增強圖像；圖像旋 轉處理設備，位于控制盒內，與邊緣檢測設備連接，對增強圖像中白色像 素點組成的輸電線路目標進行旋轉，使得輸電線路目標為垂直方向排列； 覆冰厚度計算設備，位于控制盒內，與圖像旋轉處理設備和MMC卡分別 連接，對垂直方向排列的輸電線路目標確定其最大徑向距離，將最大徑向 距離減去預設輸電線路徑向距離并除以2以獲得輸電線路的實時冰層厚 度；機器人行走機構，包括前輪子機構、中輪子機構、后輪子機構、前方 剎車子機構、后方剎車子機構、前方氣動伸縮子機構、后方氣動伸縮子機 構、中部氣動伸縮子機構、基座、重心調節子機構和控制盒；前輪子機構 處于基座上方，包括前方切削刀片、前方防切削板、前方驅動電機和前方 行走輪，前方切削刀片用于切除前方輸電線路處的冰層，前方防切削板與 前方切削刀片連接，用于在前方切削刀片進行切削操作時卡在輸電線路 上，實現前方切削刀片與輸電線路的隔離，前方行走輪采用塑料材料，具 有與輸電線路相適應的圓槽，前方驅動電機與前方切削刀片和前方行走輪 分別連接，用于為前方切削刀片提供切削動力的同時，為前方行走輪提供 行走動力；中輪子機構位于前輪子機構和中輪子機構中間，處于基座上方， 包括中部驅動電機和中部行走輪組成，中部行走輪采用塑料材料，具有與 輸電線路相適應的圓槽，中部驅動電機與中部行走輪連接，用于為中部行 走輪提供行走動力；后輪子機構處于基座上方，包括后方驅動電機和后方 行走輪，后方行走輪采用塑料材料，具有與輸電線路相適應的圓槽，后方 驅動電機與后方切削刀片和后方行走輪分別連接，用于為后方切削刀片提 供切削動力的同時，為后方行走輪提供行走動力；前方氣動伸縮子機構位 于前輪子機構和基座之間，用于將前輪子機構連接到基座上，包括前方腕 關節、前方垂直伸縮臂、前方肘關節、前方水平伸縮臂和前方肩關節，前 方腕關節將前輪子機構和前方垂直伸縮臂連接，前方垂直伸縮臂與前方肘 關節連接，前方水平伸縮臂將前方肘關節與前方肩關節連接，前方肩關節 與基座連接，前方垂直伸縮臂還與DSP處理芯片電性連接以接收前方垂直 伸縮控制信號，前方水平伸縮臂還與DSP處理芯片電性連接以接收前方水 平伸縮控制信號；中部氣動伸縮子機構位于中輪子機構和基座之間，用于 將中輪子機構連接到基座上，包括中部腕關節、中部垂直伸縮臂、中部肘 關節、中部水平伸縮臂和中部肩關節，中部腕關節將中輪子機構和中部垂 直伸縮臂連接，中部垂直伸縮臂與中部肘關節連接，中部水平伸縮臂將中 部肘關節與中部肩關節連接，中部肩關節與基座連接，中部垂直伸縮臂還 與DSP處理芯片電性連接以接收中部垂直伸縮控制信號，中部水平伸縮臂 還與DSP處理芯片電性連接以接收中部水平伸縮控制信號；后方氣動伸縮 子機構位于后輪子機構和基座之間，用于將后輪子機構連接到基座上，包 括后方腕關節、后方垂直伸縮臂、后方肘關節、后方水平伸縮臂和后方肩 關節，后方腕關節將后輪子機構和后方垂直伸縮臂連接，后方垂直伸縮臂 與后方肘關節連接，后方水平伸縮臂將后方肘關節與后方肩關節連接，后 方肩關節與基座連接，后方垂直伸縮臂還與DSP處理芯片電性連接以接收 后方垂直伸縮控制信號，后方水平伸縮臂還與DSP處理芯片電性連接以接 收后方水平伸縮控制信號；前方剎車子機構包括前方剎車塊、前方剎車導 向結構和前方剎車氣缸，前方剎車塊位于前方輸電線路位置，前方剎車導 向結構與前方剎車塊和前方剎車氣缸分別連接，用于為前方剎車塊的剎車 制動操作提供動力；后方剎車子機構包括后方剎車塊、后方剎車導向結構 和后方剎車氣缸，后方剎車塊位于后方輸電線路位置，后方剎車導向結構 與后方剎車塊和后方剎車氣缸分別連接，用于為后方剎車塊的剎車制動操 作提供動力；重心調節子機構位于基座下方，采用控制盒為重心調節的配 重設備，包括重心調節氣缸和三位電磁閥，重心調節氣缸為重心調節提供 動力，三位電磁閥通過調節控制箱和基座之間的相對距離來調節機器人行 走機構的重心位置；控制盒位于基座下方，包括外殼和控制板，所述控制 板集成了DSP處理芯片和無線通信接口，無線通信接口與遠端的供電管理 服務器連接，用于接收供電管理服務器無線發送的無線控制指令，DSP處 理芯片與無線通信接口、前方驅動電機、中部驅動電機和后方驅動電機分 別連接，用于解析無線控制指令以確定并輸出前方垂直伸縮控制信號、前 方水平伸縮控制信號、中部垂直伸縮控制信號、中部水平伸縮控制信號、 后方垂直伸縮控制信號或后方水平伸縮控制信號，還用于解析無線控制指 令以確定前方驅動電機、中部驅動電機或后方驅動電機的驅動控制信號， DSP處理芯片還與覆冰厚度計算設備連接以接收實時冰層厚度，并向前方 驅動電機發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 清攝像頭，位于前輪子機構上，與DSP處理芯片電性連接，用于采集前方 高清圖像并通過DSP處理芯片壓縮編碼，以將壓縮后的圖像通過無線通信 接口發送給遠端的供電管理服務器；伸縮限位開關組合，包括六個伸縮限 位開關，用于分別限制前方垂直伸縮臂、前方水平伸縮臂、中部垂直伸縮 臂、中部水平伸縮臂、后方垂直伸縮臂和后方水平伸縮臂的伸縮距離；剎 車限位開關組合，包括兩個剎車限位開關，用于分別限制前方剎車塊和后 方剎車塊的剎車距離；控制盒移動限位開關，用于限制控制盒的移動距離。