110Kv输电线路自动巡检机器人及图像处理研究.pdf

中国科学院研究生院博士学位论文婆匿硒究旦生国登堂院自麴丝婴塑匮鋈自竖型班塞旦生旦型堂瞳自动丝受童压申请学位级别王堂丝±学科专业名称蕉剑堡迨皇控剑王程答辩委员会主席王田茧熬援綣乏‘指导教师论文提交日期星互:垒:墨论文答辩日期培养单位中国科学院自动化研究所学位授予单位竺曼:墨分类号密级编号
摘要现有的高光检测方法进行了分析,提出了一种基于P偷募觳夥椒ǎ为保证高压输电线路的安全稳定运行,对输电线路的监控与维护是非常必要的。目前常采用人工方式进行输电线路的检测,这种工作方式工作量较大、危险性较高。随着机器人技术的发展,有必要开发一种能取代人工巡检方式的输电线路自动巡检机器人,用于减轻输电线路巡检的工作量、提商工作效率、降低维护成本和确保输电线路的安全运行。本文主要针对绺哐故涞缦呗纷远巡检机器人韵录虺蒲蚕呋魅开展研究工作。本文首先介绍巡线机器人的国内外研究状况,对一些典型的巡线机器人样机进行了较为详细地描述,并提出了巡线机器人的主要研究方向。其次,结合高压输电线路的实际路况和障碍物类型,确定了巡线机器人的机构设计方案及其工作原理。并对该机构进行了运动学分析,验证了该机构的合理性及可行性。第三,针对巡线机器人机构复杂和传感器信息多样的特性,开发了一套控制系统,以实现巡线机器人的自主爬行和越障功能。该控制系统采用分层递阶的体系结构设计,能灵活、可靠地控制巡线机器人的运动。第四,针对实验室模拟线路上的几种常见障碍物,确定了巡线机器人的导航任务,开发了一套可用于障碍物识别的视觉导航系统。该导航系统综合利用多种图像处理技术与模糊模式识别方法,可较准确、可靠地识别障碍物类型。第五,根据巡线机器人视觉导航系统对图像分割的要求,对现有的图像分割方法进行了分析与比较,总结了各自的优缺点及适用范围,并选择将适用性较强的最小交叉熵的闽值分割方法用于视觉导航系统中。第六,针对巡线机器人视觉导航系统中图像的光照影响,探讨了基于模型的彩色图像增强方法的增强效果,并将灰色关联度引入到该增强图像的颜色逼真度的分析中,提出了一种客观的评价准则。第七,为检测巡线机器人视觉导航系统中图像上的金属反光面吖,对方法简单实用,对于背景简单的图像有良好的检测效果。最后对本文所取得的研究成果进行了总结,并对下一步工作提出了展望。关键词:巡线机器人,视觉导航,阈值分割,P停吖饧觳
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签名::日期:型迹阂躲垒堕受独创性声明关于论文使用授权的说明本人声明所成交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的磅究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确地说明并表示了谢意。本人完全了解中国科学院自动化研究所有关保留、使用学位论文的规定,即:中国科学院自动化研究所有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅:可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。期日
引言第一章绪论得开发一种能取代传统巡检方式的高压输电线路自动巡检机器人韵录虺蒲器人的工作环境哐瓜呗非常复杂,不仅存在着支撑高空输电线路的多个电力系统最重要的任务是提供高质量和高可靠性的电力。而电力传输必须依靠高压输电线路,它的安全稳定运行直接影响到电力系统的可靠性。由于输电线路分布点多面广,而且绝大部分处在地形复杂、自然环境恶劣的地方,因此必须对输电线路进行巡检,以便掌握和了解架空输电线路的运行状况、线路周围环境和线路保护区的变化情况等,从而及时发现已存在和可能存在的损伤和缺陷,然后根据缺陷的轻重缓急,以合理的费用安排必要的检修和维护,从而消除事故隐患,预防大面积停电等情况的发生,以提高输电设备运行的可靠性。目前输电线路巡检工作主要采用常规的人工巡检和航测两种方法。人工巡检主要是由巡检人员通过肉眼或望远镜等工具对线路进行观测,该方法不仅工作量大而且条件艰苦,尤其是在自然条件恶劣的时候,有一些巡检项目纾壕缘子是否破损、电缆是否断股等岩酝瓿伞6艺庵止ぷ鞣绞绞苤疃嗳宋R素的影响,即巡检结果往往与巡检人员的责任心、素质和相关的工作经验等有密切的关系。航测法是在直升飞机上利用红外热成像仪或全球定位系统“裙ぞ进行巡检,该方法虽然提高了巡检的效率和精度,但运行费用和技术难度较高。随着机器人技术、计算机技术、自动控制理论和机械电子等学科的发展,使线机器人晌1匾:涂赡埽淠康脑谟诩跚崾涞缦呗费布斓墓ぷ髁俊⑻岣吖作效率、降低维护成本和确保输电线路的安全运行。从世纪年代末开始