远程机器人巡检系统的制作方法

1.本技术涉及自动化领域，具体而言，涉及一种远程机器人巡检系统。


背景技术：

2.跟随经济发展，城市用电情况更加普遍，为实现电力系统的稳定运行，变电、输电等相关步骤的检测需求也不断提升，需要对电网输电线路进行巡检。当前电力公司所选择的巡检手段依旧是采用人工完成输电线路巡检任务，这种传统的线路巡检技术过于简单，并且实行的成本高，还存在无法准确、实时获取输电线路状态等问题。


技术实现要素：

3.本技术的主要目的在于提供一种远程机器人巡检系统，以至少解决现有技术中线路巡检技术中存在无法准确、实时获取输电线路状态的问题。
4.为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种远程机器人巡检系统，包括：监控终端，监控终端用于获取和展示巡检机器人的反馈信息，还用于根据反馈信息确定驱动控制指令对巡检机器人进行控制，其中，反馈信息包括巡检数据和驱动数据；巡检机器人用于对待巡检区域进行巡检，巡检机器人包括：主控模块，主控模块与监控终端无线通信连接，主控模块用于接收驱动控制指令并根据驱动控制指令控制驱动模块；驱动模块与主控模块连接，驱动模块用于驱动巡检机器人运动，驱动模块还用于确定驱动数据并将驱动数据发送至主控模块；采集模块，采集模块与主控模块连接，采集模块用于对待巡检区域进行信息采集得到巡检数据。
5.可选地，监控终端包括第一无线通信模块，主控模块中包括第二无线通信模块，主控模块和监控终端通过第一无线通信模块和第二无线通信模块通信连接。
6.可选地，远程机器人巡检系统还包括：监控终端包括信息处理模块和控制发送模块，控制发送模块和信息处理模块通信连接；信息处理模块用于接收巡检数据和驱动数据，信息处理模块还用于分别对巡检数据和驱动数据进行加密、压缩处理得到图像压缩包和驱动信息压缩包；控制发送模块用于根据驱动信息压缩包确定并输出驱动控制指令。
7.可选地，远程机器人巡检系统还包括：控制发送模块包括控制子模块和指令输出模块；控制子模块用于根据驱动信息压缩包，采用闭环控制算法确定待发送驱动控制指令，指令输出模块用于对待发送驱动控制指令进行解压、解密处理得到驱动控制指令，指令输出模块还用于输出驱动控制指令。
8.可选地，远程机器人巡检系统还包括：指令输出模块还用于对驱动控制指令进行实时性检测并根据实时性检测结果输出驱动控制指令。
9.可选地，远程机器人巡检系统还包括：监控终端还用于根据巡检数据输出警报信息，其中，警报信息用于表示待巡检区域存在预设异常情况。
10.可选地，远程机器人巡检系统还包括：监控终端还用于存储、显示和编辑反馈信息。
11.可选地，远程机器人巡检系统还包括：主控模块包括主控芯片和与主控芯片连接的串行通信接口、输入/输出接口、脉宽调制接口；主控芯片用于通过串行通信接口与监控终端进行异步串行通信，主控芯片还用于通过输入/输出接口与采集模块连接以获取巡检数据，主控模块还用于通过脉宽调制接口发送驱动控制指令至驱动模块。
12.可选地，远程机器人巡检系统还包括：采集模块包括红外摄像仪和图像采集卡。
13.可选地，远程机器人巡检系统还包括：驱动模块包括压力传感器、单片机、限位开关、驱动器和减速电机，单片机分别与压力传感器、限位开关和驱动器连接，减速电机与驱动器连接。
14.应用本技术的技术方案，采用一种远程机器人巡检系统，包括监控终端，监控终端用于获取和展示巡检机器人的反馈信息，还用于根据反馈信息确定驱动控制指令对巡检机器人进行控制，其中，反馈信息包括巡检数据和驱动数据；巡检机器人用于对待巡检区域进行巡检，巡检机器人包括：主控模块，主控模块与监控终端无线通信连接，主控模块用于接收驱动控制指令并根据驱动控制指令控制驱动模块；驱动模块与主控模块连接，驱动模块用于驱动巡检机器人运动，驱动模块还用于确定驱动数据并将驱动数据发送至主控模块；采集模块，采集模块与主控模块连接，采集模块用于对待巡检区域进行信息采集得到巡检数据。通过一种远程机器人巡检系统，达到了可以基于无线通信网络技术的远程机器人巡检系统的目的，从而实现了可以通过巡检机器人和监控终端的配合远程实时的确定输电线路的状态的技术效果，进而解决了现有技术中线路巡检技术无法准确、实时获取输电线路状态的技术问题。
附图说明
15.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
16.图1示出了根据本技术的实施例中提供的远程机器人巡检系统的移动终端的硬件结构框图；
17.图2示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的结构示意图；
18.图3示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的系统总体结构图；
19.图4示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的主控芯片资源部署的示意图；
20.图5示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的无线通信网络结构示意图；
21.图6示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的can总线通信节点的硬件与接口的示意图；
22.图7示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的驱动器接口电路的结构图；
23.图8示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的监控终端的结构图；
24.图9示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的系统通信界面图的示意图；
25.图10示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的巡检机器人巡检路线的示意图；
26.图11示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的故障监控结果的示意图；
27.图12示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的输电线路风偏角巡检结果的示意图；
28.图13示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的无线通信功能测试结果的示意图；
29.图14示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的信息传输性能的示意图；
30.图15示出了根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统的系统热启动次数的示意图。
具体实施方式
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
33.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
34.为了便于描述，以下对本技术实施例涉及的部分名词或术语进行说明：
35.stm32f103芯片：该芯片功耗低，数据处理能力强，i/o口数量多，工作电压区间为[1.8,3.6]v，内核是16位risc处理器。
[0036]
tl-wn781n型无线网卡：可有效使用各种通信协议，数据传输速率最高为25mbps，且数据传输间隔相对较长。
[0037]
pid(微分-积分-比例)控制算法：该算法被广泛应用于各种连续控制系统，其实质是根据比例、积分与微分的函数关系计算输入误差，再按照计算结果完成输出控制。
[0038]
正如背景技术中所介绍的，现有技术中电力公司所选择的巡检手段依旧是采用人工完成输电线路巡检任务，这种传统的线路巡检技术过于简单，并且实行的成本高，还存在无法准确、实时获取输电线路状态等问题，为解决前述问题，本技术的实施例提供了一种远程机器人巡检系统。
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述。
[0040]
本技术实施例中所提供的远程机器人巡检系统中的监控终端可以为移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中。以移动终端上为例，图1是本发明实施例的一种远程机器人巡检系统的移动终端的硬件结构框图。如图1所示，移动终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，其中，上述移动终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述移动终端的结构造成限定。例如，移动终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
[0041]
存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的设备信息的显示方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(network interface controller，简称为nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(radio frequency，简称为rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
[0042]
图2是根据本技术的实施例提供的远程机器人巡检系统200的结构示意图，如图2所示，该系统包括以下模块和终端：
[0043]
监控终端202，监控终端202用于获取和展示巡检机器人201的反馈信息，还用于根据反馈信息确定驱动控制指令对所述巡检机器人201进行控制，其中，反馈信息包括巡检数据和驱动数据。
[0044]
可选的，监控终端202可以获取巡检机器人201的反馈信息并将反馈信息展示在监控终端202的界面上，再根据上述反馈信息中包含的巡检数据和驱动数据确定用于控制巡检机器人201的控制指令。
[0045]
可选地，巡检数据包括巡检机器人201在巡检过程中通过传感器采集的多种数据，例如，其中包括环境数据，温度数据，光感数据等，在此不作进一步的限定。
[0046]
可选地，展示在监控终端202界面上可以包括多种形式，例如可以将采集到的画面直接展示在监控终端202界面上，也可以将采集到的画面中的有用信息进行进一步的处理，再将技术人员需要预知的信息显示在监控终端202的界面上。
[0047]
具体的，巡检机器人201用于对待巡检区域进行巡检，上述巡检机器人201包括：
[0048]
主控模块204，主控模块204与监控终端202无线通信连接，主控模块204用于接收驱动控制指令并根据驱动控制指令控制驱动模块206。
[0049]
具体的，主控模块204与监控终端202可以实现无线连接，主控模块204还可以用于接收到上述监控终端202确定的驱动控制指令，然后根据接收到的驱动控制指令对驱动模
块206进行控制，其中驱动模块206和主控模块204通过can(控制器局部网络)总线相连接后还用于确定驱动控制指令之中包含的数据再将驱动数据发送到主控模块204。
[0050]
可选地，举例说明，机器人巡检主控模块204可以选择芯片stm32f103作为控制核心。该芯片功耗低，数据处理能力强，i/o(输入/输出)口数量多，工作电压区间为[1.8，3.6]v，内核是16位risc处理器(微处理器)，其主要功能包括：与其它模块通信、预处理传感器信息、处理来自限位开关的信号、对电机发送驱动信号并完成调速。
[0051]
可选地，无线通信连接是实现机器人巡检远程监控的重要手段，而无线通信的效率又直接关系到从机器人巡检中获得指令数据传输的实时性。因此为了提高远程机器人巡检系统的通信传输性能，在无线通信模块内使用tl-wn781n型无线网卡进行系统内机器人巡检数据的传输，tl-wn781n型无线网卡可有效使用各种通信协议，数据传输速率最高为25mbps，且数据传输间隔相对较长。
[0052]
驱动模块206，驱动模块206与主控模块204连接，驱动模块206用于驱动所述巡检机器人201运动，驱动模块206还用于确定驱动数据并将驱动数据发送至主控模块204。
[0053]
具体的，驱动模块206可以接收来自主控模块204的指令进行控制，其中驱动模块206和主控模块204通过can总线相连接后还用于确定驱动控制指令之中包含的数据再将驱动数据发送到主控模块204。
[0054]
采集模块208，采集模块208与主控模块204连接，采集模块208用于对待巡检区域进行信息采集得到巡检数据。
[0055]
具体的，采集模块208和主控模块204通过i/o端口相连接，采集模块208用于对目标巡检区域进行巡检，再将巡检采集得到的信息进行整合处理得到巡检数据。
[0056]
可选地，采集模块208采集巡检数据可以利用图像采集设备、红外摄像仪与不同类型传感器来采集机器人巡检信息，其中，采集到的巡检信息可以包括图像信息，声音信息，温度信息，环境信息等。
[0057]
综上所述，本技术提供一种远程机器人巡检系统200，包括监控终端202，监控终端202用于获取和展示巡检机器人201的反馈信息，还用于根据反馈信息确定驱动控制指令对巡检机器人201进行控制，其中，反馈信息包括巡检数据和驱动数据；巡检机器人201用于对待巡检区域进行巡检，巡检机器人201包括：主控模块204，主控模块204与监控终端202无线通信连接，主控模块204用于接收驱动控制指令并根据驱动控制指令控制驱动模块206；驱动模块206与主控模块204连接，驱动模块206用于驱动巡检机器人201运动，驱动模块206还用于确定驱动数据并将驱动数据发送至主控模块204；采集模块208，采集模块208与主控模块204连接，采集模块208用于对待巡检区域进行信息采集得到巡检数据。通过一种远程机器人巡检系统，达到了可以基于无线通信网络技术的远程机器人巡检系统的目的，从而实现了可以通过巡检机器人201和监控终端202的配合远程实时的确定输电线路的状态的技术效果，进而解决了现有技术中线路巡检技术无法准确、实时获取输电线路状态的技术问题。
[0058]
可以理解的是，本技术提出的基于远程机器人巡检系统，结合无线通信技术与智慧机器人技术可以实现输电线路的状态监控，在克服了传统巡检方式问题的同时使巡检变得更加灵活、先进，有着巨大的使用前景。
[0059]
可选的，本技术一些实施例提供的远程机器人巡检系统的总体结构如图3所示。采
集模块208利用图像采集设备、红外摄像仪与不同类型传感器采集机器人巡检信息；主控模块204通过i/o端口与can调度所采集的信息与驱动模块206的电机信息至远程监控模块，在监控终端202完成监测的同时，在控制子模块内采用增量式pid控制算法控制机器人巡检驱动，通过远程监控模块的远程监控终端202可以实时查看监控结果。将所得控制指令下发至控模块，再经由can总线传输至驱动模块206，驱动电机实现调速，电源管理模块为系统提供供电服务。
[0060]
下面对上述实施例的进行进一步地详细介绍。
[0061]
作为一种可选的实施方式，监控终端包括第一无线通信模块，主控模块中包括第二无线通信模块，主控模块和监控终端通过第一无线通信模块和第二无线通信模块通信连接。
[0062]
在该实施例中，如图5所示，无线通信网络技术是实现机器人巡检远程监控的重要手段，而无线通信的效率又直接关系到从机器人巡检中获得指令数据传输的实时性。因此为了提高远程机器人巡检系统的通信传输性能，在第一无线通信模块和第二无线通信模块内使用tl-wn781n型无线网卡进行系统内机器人巡检数据的传输。针对巡检机器人201，通过pc/104总线技术接入机器人上的巡检设备并扩展为单一的pci无线网卡，实现巡检机器人201侧的远程机器人巡检系统的无线通信网络搭建。巡检机器人201的pc/104总线连接主板、显卡、多串口卡和以太网等，而多个多串口卡连接机器人上的巡检设备(对应采集模块208)，以通过第二无线通信模块将机器人巡检设备的数据发送至第一无线通信吗模块，进而实现巡检机器人201和监控终端的通信传输。can总线接口卡与机器人上的数据记录仪相连，可实时获取机器人位置信息。以太网卡连接信息网实现网络数据传输。pc/104转pci接口卡实现第一无线通信模块与机器人上信息通道格式转换，并开拓pci无线网卡实现特殊信息的传输。
[0063]
tl-wn781n型无线网卡可有效使用各种通信协议，数据传输速率最高为25mbps，且数据传输间隔相对较长。
[0064]
可选地，can总线通信节点的硬件及接口设计如图6所示。can总线通信节点使用的微处理器选择单片机at89c51，通过i/o接口收集传感器数据控制单片机；can总线控制器负责实现can总线的数据链路层协议；can收发器负责传输信息至总线，此处需要其接口的电气功能必须完全符合can总线要求；以提高系统抗干扰性为目的，须保持can总线的稳定，并须注意对信号的光电屏蔽等问题。can控制器与总线间的传输接口应用了接发器，其能够差动发送、接受can控制器信号、总线信号。以确保收发器的工作可靠性为其设计保护电路：在can引脚设置电阻后接入can总线，在一定程度上完成限流，防止收发器遭受过流冲击。can引脚和地面中间设置并联电容，过滤总线干扰以及防电磁辐射。can引脚之间添加终端电阻，完成总线阻抗匹配，提升can总线的抗干扰性能。
[0065]
作为一种可选的实施方式，监控终端202包括信息处理模块和控制发送模块，控制发送模块和信息处理模块通信连接；信息处理模块用于接收巡检数据和驱动数据，信息处理模块还用于分别对巡检数据和驱动数据进行加密、压缩处理得到图像压缩包和驱动信息压缩包；控制发送模块用于根据驱动信息压缩包确定并输出驱动控制指令。
[0066]
在该实施例中，远程监控模块的结构具体如图8所示，由图8可知，整个远程监控模块主要分为信息处理模块与控制发送模块。远程监控模块中的信息处理模块的功能是接收
来自采集模块208采集的图像信息以及驱动模块206的电机信息，然后对其展开加密、压缩处理，并在完成封包后，将驱动信息压缩包依据系统通讯协议发送给控制发送模块，控制发送模块根据驱动信息压缩包确定并输出驱动控制指令。
[0067]
具体的，控制发送模块输出的驱动控制指令，可以为控制机器人进行旋转、前进或后退方向行驶或变速等行为。
[0068]
作为一种可选的实施方式，控制发送模块包括控制子模块和指令输出模块；控制子模块用于根据驱动信息压缩包，采用闭环控制算法确定待发送驱动控制指令，指令输出模块用于对待发送驱动控制指令进行解压、解密处理得到驱动控制指令，指令输出模块还用于输出驱动控制指令。
[0069]
在该实施例中，远程监控模块控制发送区域中，在控制子模块利用pid控制算法对电机信息包中的驱动信号进行控制，并将控制驱动的信号输出为高级任务指令，对指令展开实时检测的同时，对其进行解包、解压、解密，并输出机器人巡检驱动控制指令，通过实时下发对应命令至串口，帮助机器人完成相应操作。通过远程监控终端202可以查看、管理机器人的巡检结果、图像信息以及控制过程中相关数据。
[0070]
可选地，在控制发送模块中的控制子模块中，通过应用pid控制算法控制驱动模块206的电机驱动信号实现机器人巡检驱动。该算法被广泛应用于各种连续控制系统，其实质是根据比例、积分与微分的函数关系计算输入误差，再按照计算结果完成输出控制。将pid控制算法应用在机器人巡检驱动控制中，pid的规律公式表示为：
[0071][0072]
其中，e(t)为驱动信号的实际值与期望值的误差，n
p
、ni、nd分别为比例、积分、微分系数。
[0073]
为实现机器人巡检驱动控制，需先转换驱动信号，此时需要应用位置式数字pid算法，该算法的公式表示为：
[0074][0075]
可选地，由于应用位置式数字pid算法后容易发生积分饱和引起系统超调。所以本文系统选择应用增量式pid控制算法，该算法可实现自动识别，能够完成高精度、稳定度的电机驱动信号控制。采用该算法在极大程度上防止了饱和现象的发生，能够保持远程机器人巡检系统稳定运行。
[0076]
通过转换上述公式获取增量式pid控制的公式为：
[0077]
δm(t)＝m(t)-m(t-1)
[0078]
＝n
p
[e(t)-e(t-1)]+nie(t)
[0079]
+nd[e(t)-2e(t-1)+e(t-2)]
[0080]
式中，e(t)、e(t-1)、e(t-2)分别表示第t、t-1、t-2次采样的误差。
[0081]
通过增量式pid控制能够降低机器人巡检驱动控制超调量，降低积分饱和导致的影响，提升控制精度。
[0082]
可选地，远程监控模块的控制子模块，应用增量式pid控制机器人巡检驱动的具体
过程描述为：远程监控模块通过无线通信网络获取来自驱动模块206的电机信息，并通过a/d转换其为数字信号并将其一分为二，由其中之一负责显示，而其余部分则用于与所设定的期望驱动阈值作比较得出。将所得正负的输入pid控制器获取驱动控制信号，通过机器人巡检主控模块204将远程监控模块所得驱动信号输出为指令形式，并发送至驱动模块206，完成机器人巡检驱动控制。
[0083]
作为一种可选的实施方式，指令输出模块还用于对驱动控制指令进行实时性检测并根据实时性检测结果输出驱动控制指令。
[0084]
在该实施例中，机器人将控制驱动的信号输出为高级任务指令，其中远程机器人巡检系统中的指令输出模块对指令展开实时检测的同时，并输出机器人巡检驱动控制指令，通过实时下发对应命令至串口，帮助机器人完成相应操作。
[0085]
可选地，指令输出模块可以对指令进行实时检测，在机器人进行巡检时可以实时检测到指令的合理性并进行实时的调整，再将调整后的指令输出以控制机器人行动。
[0086]
作为一种可选的实施方式，监控终端202还用于根据巡检数据输出警报信息，其中，警报信息用于表示待巡检区域存在预设异常情况。
[0087]
在该实施例中，远程机器人巡检系统中的监控终端202还可以根据机器人在巡检过程中通过传感器采集的数据进行分析，得到分析后的结果后，如果存在预设异常情况则输出警报信息，其中上述警报信息用于报警。
[0088]
可选地，以输电线路运行时常见的覆冰故障为例，如果不能及时控制覆冰跳闸，会导致输电线路出现变形甚至断裂，严重破坏电线绝缘层，引起电力事故。研究本文系统在覆冰情况下对输电线路的监控效果，控制后的巡检机器人201巡检路线和覆冰监控结果如图10所示。通过图10可以看出，本文系统可有效控制机器人巡检输电线路，采集覆冰情况下输电线路的图像，实现覆冰故障的监测，同时对该故障情况发出报警，监测结果较为准确，根据该结果后台工作人员可及时发现输电线路中存在的故障问题，及时对其进行管理，减少安全风险。
[0089]
可选地，监控终端202在对采集到的巡检数据进行分析时，可以采用图像区域重点识别的方法识别到重点异常区域，又如监控终端202可以对采集到的图像进行图像聚类处理，得到目标区域后和预设的故障图片进行对比，对异常的情况进行判断得到最终判断结果。
[0090]
作为一种可选的实施方式，监控终端202还用于存储、显示和编辑反馈信息。
[0091]
在该实施例中，监控终端202还可以存储、显示和编辑远程监控模块的控制子模块中应用pid算法所得到的反馈信息。
[0092]
可选地，如图9所示，通过图9可以看出，远程机器人巡检系统在通信界面为用户提供了控制监控启动与停止的服务，用户可通过该界面及时了解当前系统的网络状态，保证远程监控操作的稳定运行，通过接口的添加与删除选项，用户随时都可以接入其他无线网络，具有较好的灵活性。
[0093]
作为一种可选的实施方式，主控模块204包括主控芯片和与主控芯片连接的串行通信接口、输入/输出接口、脉宽调制接口；主控芯片用于通过串行通信接口与监控终端202进行异步串行通信，主控芯片还用于通过输入/输出接口与采集模块208连接以获取巡检数据，主控模块204还用于通过脉宽调制接口发送驱动控制指令至驱动模块206。
[0094]
在该实施例中，机器人巡检主控模块204选择芯片stm32f103作为控制核心，上述芯片主要功能包括：与其它模块通信、预处理传感器信息、处理来自限位开关的信号、对电机发送驱动信号并完成调速。主控芯片的资源部署情况如图4所示。利用usci串口完成异步串行通信；通过中断i/o口的p1、p2获取来自限位保护传感器的信号；通过pwm接口发送电机驱动信号驱动电机；利用多个i/o口控制外部按键、继电器等，并收集不同类型传感器数据。主控芯片同其外围电路于1块主控板上汇聚。
[0095]
作为一种可选的实施方式，采集模块208包括红外摄像仪和图像采集卡。
[0096]
在该实施例中，采集模块208可以利用图像采集设备、红外摄像仪与不同类型传感器采集机器人巡检信息。
[0097]
可选地，采集模块208在采集数据的过程中，不仅可以采集图像数据还可以采集声音数据，温度数据，光感数据等，在此不作具体限定。
[0098]
作为一种可选的实施方式，驱动模块206包括压力传感器、单片机、限位开关、驱动器和减速电机，单片机分别与压力传感器、限位开关和驱动器连接，减速电机与驱动器连接。
[0099]
在该实施例中，驱动模块206中包括驱动器，驱动器接口电路是控制机器人巡检的逻辑电路，利用该电路可控制机器人内电机驱动。驱动器接口电路结构如图7所示。驱动器接口电路联通电源后，接收来自远程监控模块下发的指令，然后将该指令传输至逻辑切换开关，该开关内设置有模拟开关，通过模拟开关连接机器人的左、右主控制器和从控制器。模拟开关遵从差异控制指令，驱动控制器运行，完成机器人巡检控制。
[0100]
可选地，基于如下示例对本技术提供的远程机器人巡检系统在不同场景下的应用过程进行简要说明。其中，在如下场景中，监控某地区输电线路，系统电源电压为12v，机器人轮距为30cm、最大的线速度、转角速度分别为0.5m/s、0.25弧度/s，转动角度为360
°
，扫描频率是540khz，测距范围360m，视场角330
°
。该地区杆塔数量为71个，平均间隔500m。
[0101]
具体地，当场景为覆冰情况时，远程机器人巡检系统如果不能及时控制覆冰跳闸，会导致输电线路出现变形甚至断裂，严重破坏电线绝缘层，引起电力事故。研究远程机器人巡检系统在覆冰情况下对输电线路的监控效果，控制后的巡检机器人201巡检路线和覆冰监控结果如图8所示。通过图8可以看出，远程机器人巡检系统可有效控制机器人巡检输电线路，采集覆冰情况下输电线路的图像，实现覆冰故障的监测，同时对该故障情况发出报警，监测结果较为准确，根据该结果后台工作人员可及时发现输电线路中存在的故障问题，及时对其进行管理，减少安全风险。
[0102]
在正常、覆冰以及雷击故障下，以故障监控的概率估计结果作为测试指标，衡量本文系统监控到输电线路故障的概率估计结果，具体见图11。(设置期望概率估计值为80％)。依据图11可知，远程机器人巡检系统可有效监控正常、覆冰以及雷击故障状态下的输电线路，且监控到输电线路故障的概率估计结果均超出期望值，综上，远程机器人巡检系统可准确监控不同类型的输电线路故障，具有可靠性。
[0103]
在该地区随机选取一个杆塔，利用远程机器人巡检系统监控该杆塔在不同风荷载时的输电线路风偏角，实现输电线路风偏角智能巡检，分析结果如图12所示。根据图12可知，在不同风载荷时，风速增长，输电线路风偏角均随之扩大，在稳定风时，风速超过2m/s后输电线路风偏角稳定提升，在脉动风时，风速超过1m/s后，输电线路风偏角开始扩大，输电
线路风偏角摆动较为复杂，波动幅度较大。实验证明：远程机器人巡检系统能够精准巡检输电线路风偏角，风速越大，输电线路风偏角越大。
[0104]
无线通信功能是影响机器人巡检远程监控效果的核心指标，测试远程机器人巡检系统在不同长度的通信队列情况下，随通信时间不断增长的通信数据量变化，结果如图13所示。分析图13可知，远程机器人巡检系统在进行远程监控时，不同通信队列长度的通信数据量在通信时间不断增长的情况下随之增长，通信队列越长，数据传输量越大；同等通信队列长度下，跟随通信时间不断增长，通信数据量不发生明显变化，在通信队列长度为300bytes、500bytes时，可实现数据的完整传输，在通信队列长度为800bytes时，通信传输过程存在些许的数据丢失，但数据丢包量极少。实验结果表明，远程机器人巡检系统在进行机器人巡检时，整体的数据传输能力较好。
[0105]
通过叠加本文系统采集信息时的传输波构建眼图波形，用以衡量远程机器人巡检系统的信息传输效果，眼图有效时间窗与信息传输性能呈正相关关系，结果如图14所示。根据图14可知，远程机器人巡检系统叠加的信息采集传输波较为平滑，且最上层信息传输波变化较小，所构建眼图波形较为流畅，有效时间窗较大，说明远程机器人巡检系统具有较好的信息传输效果。
[0106]
当远程机器人巡检系统运行时，出现故障会导致发生自动热启动，以自动热启动次数为指标，评价远程机器人巡检系统的可靠性，连续运行远程机器人巡检系统10000min，统计系统自动热启动次数，结果如图15所示。分析图15可知，远程机器人巡检系统在运行时间持续增加时，其自动热启动累计次数呈阶梯式提升态势。系统在运行时长约为3500min前自动热启动次数为0次，在其运行时间为3500～7000min过程中的自动热启动次数始终为1。跟随系统运行时间的不断提升，远程机器人巡检系统自动热启动累计次数有所增加。系统持续运行10000min时，远程机器人巡检系统的自动热启动次数仅为3次。上述结果表明：远程机器人巡检系统在运行时中断次数较少，出现监控故障几率小，可靠性较高。
[0107]
根据电力输电线路巡检现场作业要求对远程机器人巡检系统进行操作，通过检测系统的功能参数，检验其是否满足设计条件。系统功能参数检测结果如表1所示。通过表1系统功能参数检测结果可以看出，该系统的信息传输误码率低于0.08％，通信可靠性高，且响应时间最大也低于1.0s，说明本文系统的运行速度快且信息传输效果好，高度符合设备配置，便于实际应用。
[0108]
表1系统功能参数检测结果
[0109][0110]
在本技术所提供的一些实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，可以为一种
逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0111]
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0112]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0113]
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0114]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种远程机器人巡检系统，其特征在于，包括：监控终端，所述监控终端用于获取和展示巡检机器人的反馈信息，还用于根据反馈信息确定驱动控制指令对所述巡检机器人进行控制，其中，所述反馈信息包括巡检数据和驱动数据；所述巡检机器人用于对待巡检区域进行巡检，所述巡检机器人包括：主控模块，所述主控模块与所述监控终端无线通信连接，所述主控模块用于接收所述驱动控制指令并根据所述驱动控制指令控制驱动模块；所述驱动模块与所述主控模块连接，所述驱动模块用于驱动所述巡检机器人运动，所述驱动模块还用于确定所述驱动数据并将所述驱动数据发送至所述主控模块；采集模块，所述采集模块与所述主控模块连接，所述采集模块用于对所述待巡检区域进行信息采集得到所述巡检数据。2.根据权利要求1所述的远程机器人巡检系统，其特征在于，所述监控终端包括第一无线通信模块，所述主控模块中包括第二无线通信模块，所述主控模块和所述监控终端通过所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块通信连接。3.根据权利要求1所述的远程机器人巡检系统，其特征在于，所述监控终端包括信息处理模块和控制发送模块，所述控制发送模块和所述信息处理模块通信连接；所述信息处理模块用于接收所述巡检数据和所述驱动数据，所述信息处理模块还用于分别对所述巡检数据和所述驱动数据进行加密、压缩处理得到图像压缩包和驱动信息压缩包；所述控制发送模块用于根据所述驱动信息压缩包确定并输出所述驱动控制指令。4.根据权利要求3所述的远程机器人巡检系统，其特征在于，所述控制发送模块包括控制子模块和指令输出模块；所述控制子模块用于根据所述驱动信息压缩包，采用闭环控制算法确定待发送驱动控制指令，所述指令输出模块用于对所述待发送驱动控制指令进行解压、解密处理得到所述驱动控制指令，所述指令输出模块还用于输出所述驱动控制指令。5.根据权利要求4所述的远程机器人巡检系统，其特征在于，所述指令输出模块还用于对所述驱动控制指令进行实时性检测并根据实时性检测结果输出所述驱动控制指令。6.根据权利要求1所述的远程机器人巡检系统，其特征在于，所述监控终端还用于根据所述巡检数据输出警报信息，其中，所述警报信息用于表示所述待巡检区域存在预设异常情况。7.根据权利要求1所述的远程机器人巡检系统，其特征在于，所述监控终端还用于存储、显示和编辑所述反馈信息。8.根据权利要求1所述的远程机器人巡检系统，其特征在于，所述主控模块包括主控芯片和与主控芯片连接的串行通信接口、输入/输出接口、脉宽调制接口；所述主控芯片用于通过所述串行通信接口与所述监控终端进行异步串行通信，所述主控芯片还用于通过输入/输出接口与所述采集模块连接以获取所述巡检数据，所述主控模块还用于通过所述脉宽调制接口发送所述驱动控制指令至所述驱动模块。9.根据权利要求1所述的远程机器人巡检系统，其特征在于，所述采集模块包括红外摄像仪和图像采集卡。
10.根据权利要求1所述的远程机器人巡检系统，其特征在于，所述驱动模块包括压力传感器、单片机、限位开关、驱动器和减速电机，所述单片机分别与所述压力传感器、所述限位开关和所述驱动器连接，所述减速电机与所述驱动器连接。

技术总结
本申请提供了一种远程机器人巡检系统，该系统包括：监控终端，监控终端用于获取和展示巡检机器人的反馈信息，还用于根据反馈信息确定驱动控制指令对巡检机器人进行控制；巡检机器人用于对待巡检区域进行巡检，巡检机器人包括：主控模块，主控模块与监控终端无线通信连接，主控模块用于接收驱动控制指令并根据驱动控制指令控制驱动模块；驱动模块与主控模块连接，驱动模块用于驱动巡检机器人运动，驱动模块还用于确定驱动数据并将驱动数据发送至主控模块；采集模块，采集模块与主控模块连接，采集模块用于对待巡检区域进行信息采集得到巡检数据。本发明解决了现有技术中线路巡检技术中存在无法准确、实时获取输电线路状态的技术问题。问题。问题。


技术研发人员：刘会军 王高 闫瑞兵 李康 王成辉 冉丛江 尹石岭 刘金花 徐作瑜
受保护的技术使用者：国家能源集团新疆能源有限责任公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/2