CN104808687B - 基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，无人驾驶飞艇控制装置包括有缆绳牵引装置、通过缆绳与缆绳牵引装置连接的飞艇、设置于飞艇上的艇载装置、以及遥控装置，缆绳牵引装置、艇载装置均与遥控装置连接。本发明采用遥控装置控制缆绳牵引装置和艇载装置，保证飞艇可对带电检测体进行近距离观测，且和带电检测体的距离控制在安全距离，避免了飞艇与带电检测体碰撞的问题，提高了观测的安全性和电力行业的观测维修效率，降低了维修人员的劳动强度，也能减少维修人员对高压带电检测体作业次数，降低了工作危险性。

Description

基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法

技术领域

本发明涉及无人驾驶飞艇近距离观测、侦测应用领域，具体是一种基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法。

背景技术

电力是进行现代化建设必不可少的基础原动力，对国民经济和人民生活有着重要意义，用于电力传输的高压线路分布广，架空线路长，又处于露天运行，常受到周围环境与自然变化的影响，特别在气候剧烈变化(如大风、大雪、大雾、导线结冰、暴雨等)、自然灾害(如地震、河水泛滥、山洪暴发、森林起火等)、线路过负荷和其他特殊情况时，经常发生故障，影响正常供电，给国民经济与人民生活带来很大的影响。当发生以上故障时，怎样快速修复故障就显得尤为重要。

然而，要想快速修复野外高压输电装置，一个重要的前提是如何对故障进行准确的定位与对损坏部件的准确判断。目前，普遍是通过工作人员登杆塔巡查，对杆塔上部的部件进行观察了解，寻找故障部位，这种方式需要耗费较多的人力，效率低，并且具有一定的危险性。

针对这种情况，电力行业曾提出利用无人机或无人驾驶飞艇空中观测的优势，对带电检测体进行近距离的观测，但是无人机在进行观测带电检测体时，受到外部风力等外部影响比较大，当遥控稍有不及时时，非常容易与带电检测体发生碰撞，发生危险。这一情况的客观存在，使得无人驾驶飞艇在电力维护方面一直得不到很好的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，使无人驾驶飞艇可对带电检测体进行近距离安全观测，节省了人力、提高了效率。

本发明的技术方案为：

观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置，包括有缆绳牵引装置、通过缆绳与缆绳牵引装置连接的飞艇、设置于飞艇上的艇载装置、以及遥控装置，所述的缆绳牵引装置、艇载装置均与遥控装置连接。

所述的缆绳牵引装置包括电机，与电机连接的卷筒、电机控制板，设置于卷筒上的光电计米器，拉力传感器，以及缆绳牵引装置高度仪；所述的缆绳缠绕于卷筒上且通过拉力传感器输出；所述的电机控制板、光电计米器、拉力传感器和缆绳牵引装置高度仪均与遥控装置连接。

所述的艇载装置包括有控制板，与控制板分别连接的飞艇高度仪、摄像机、飞艇控制器、电池和艇载无线收发模块，所述的艇载无线收发模块通过遥控无线收发模块与遥控装置连接。

所述的遥控装置包括有微控制单元，分别与微控制单元连接的遥控按钮、显示屏和存储器，所述的缆绳牵引装置、艇载装置均与微控制单元连接。

所述的缆绳牵引装置还包括设置于卷筒上且与遥控装置连接的电动刹车片，与卷筒连接的手动摇臂，以及用于连接电机和卷筒的传动皮带。

所述的缆绳选用尼龙绳或凯夫拉绳。

基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)、首先将无人驾驶飞艇控制装置运到带电检测体作业现场附近，通过缆绳牵引装置高度仪测量缆绳牵引装置的海拔高度H2，激光测距仪测量缆绳牵引装置与带电检测体之间的距离D1，并将这一距离值录入到遥控装置中，同时在遥控装置中录入安全距离D_max、缆绳密度ρ，遥控装置得出飞艇的最大作业半径Lmax，其中，Lmax<D1-D_max，D_max为经验值；

(2)、艇载装置开机启动，飞艇充气升空，同时缆绳牵引装置通过光电计米器测出所放出的缆绳长度L，艇载装置的控制板通过飞艇高度仪实时测量飞艇所处的海拔高度H1，并开启摄像机进行摄像，同时高度信息H1与视频信息无线传输给遥控装置，艇载装置的控制板同时接收遥控装置发出的飞艇控制指令，并通过飞艇控制器控制飞艇飞行；

(3)、人工操作遥控装置遥控飞艇逐渐向带电检测体靠近，遥控装置会通过电机控制板自动控制缆绳牵引装置的卷筒缓慢放出缆绳，并通过拉力传感器测量缆绳所受的拉力，当所放出的缆绳长度L超过最大作业半径Lmax时，缆绳牵引装置将通过缆绳所受的拉力F与缆绳密度ρ，并结合悬链线公式，计算飞艇距离缆绳牵引装置的距离D2以及飞艇距离带电检测体的距离D；当D小于安全距离D_max时，遥控装置控制电机控制板收回缆绳，当D大于安全距离D_max时，遥控装置控制电机控制板放出缆绳。

所述的悬链线公式为其中a＝ρ/F,ρ为缆绳的密度，F为缆绳所受的拉力；即有：y＝sinh(ax)，设X＝ax，得y＝sinh(X)，然后通过其反函数：可以得到：其中，H＝H1-H2。

所述的步骤(2)中遥控装置发出的飞艇控制指令包括有前进、旋转和悬停。

所述的飞艇处于安全距离附近时，操作人员通过遥控装置上的显示屏对带电检测体进行观测，同时遥控装置将接收到的视频信息存储到存储器备用；当飞艇在空中作业出现遥控故障时，或者遥控装置出现故障时，通过缆绳牵引装置上的手动摇臂进行缆绳的收放，安全收回飞艇。

本发明的优点：

本发明采用遥控装置控制缆绳牵引装置和艇载装置，保证飞艇可对带电检测体进行近距离观测，且和带电检测体的距离控制在安全距离，避免了飞艇与带电检测体碰撞的问题，提高了观测的安全性和电力行业的观测维修效率，降低了维修人员的劳动强度，也能减少维修人员对高压带电检测体作业次数，降低了工作危险性。

本发明不限于对带电检测体的观测、监测或监视，对其它对象，如：大型储油设施、重点保护文物、反恐场所、大型人群聚集地等的观测、监测或监视，同样适用。

附图说明

图1是本发明无人驾驶飞艇控制装置的结构示意图。

图2是本发明缆绳牵引装置的结构示意图。

图3是本发明艇载装置的结构框图。

图4是本发明遥控装置的结构框图。

图5是本发明各参数的图解。

图6是本发明中缆绳的悬链线曲线图。

具体实施方式

见图1，观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置，包括有缆绳牵引装置2、通过缆绳3与缆绳牵引装置2连接的飞艇1、设置于飞艇1上的艇载装置4、以及遥控装置5；

见图4，遥控装置5包括有微控制单元51，分别与微控制单元51连接的遥控按钮52、显示屏53和存储器54；显示屏53用于显示人机交互界面与视频观测信息，遥控按钮52用于录入控制参数与遥控飞艇飞行，微控制单元51用于处理各种数据和实现集中控制，存储器54用处存储视频信息。

见图2，缆绳牵引装置2包括电机21，与电机21连接的卷筒22、电机控制板23，安装于卷筒22上的光电计米器24和电动刹车片25，拉力传感器26，缆绳牵引装置高度仪27，与卷筒22连接的手动摇臂28，以及用于连接电机21和卷筒22的传动皮带29；缆绳3缠绕于卷筒22上且通过拉力传感器26输出；电机控制板23、光电计米器24、电动刹车片25、拉力传感器26、缆绳牵引装置高度仪27均与遥控装置的微控制单元51连接；电机控制板23用于控制电机的正、反转与转动速度，光电计米器24用于计量卷筒22所放出的缆绳3长度，电动刹车片25用于锁定卷筒转动，拉力传感器26用于测量缆绳3所受到的拉力，缆绳牵引装置高度仪27用于测量缆绳牵引装置所处的海拔高度，手动摇臂28用于手动转动卷筒22转动。卷筒22具有手动与自动两种操作方式，当手动摇臂28展开时，电机控制板23对于电机21的控制无效，卷筒22通过手动摇臂28对卷筒22进行手动卷动，当手动摇臂28收回时，电机控制板23对于电机21的控制有效，可以对卷筒22进行自动控制。手动摇臂28与电机控制机械开关相互联动，当手动摇臂28打开时，电机控制板23断开对电机21的控制；当手动摇臂23收回时，电机控制板23连通对电机21的控制。

缆绳3选用非常柔软的凯夫拉尼龙线，质地柔软，刚性小，其悬挂于空中的几何形状不受其刚性影响，基本符合架空悬链线特征，应用中采用架空悬链线方程进行描述计算。

见图3，艇载装置4包括有控制板41，与控制板41分别连接的飞艇高度仪42、摄像机43、飞艇控制器44、电池45和艇载无线收发模块46，艇载无线收发模块46通过遥控无线收发模块55与遥控装置的微控制单元51连接，遥控无线收发模块55通过内部总线与遥控装置的微控制单元51连接；飞艇高度仪42用于测量飞艇1所处的海拔高度，摄像机43用于观测带电检测体6，飞艇控制器44用于控制飞艇1的飞行，实现飞艇1的前进、旋转、悬浮，控制板41用于控制飞艇高度仪42与摄像机43的工作，同时与飞艇控制器44互连，用于间接控制飞艇1的飞行动作，艇载无线收发模块46用于与遥控装置之间进行无线通讯。

见图1-图5，基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)、首先将无人驾驶飞艇控制装置运到带电检测体6作业现场附近，通过缆绳牵引装置高度仪27测量缆绳牵引装置2的海拔高度H2，激光测距仪测量缆绳牵引装置2与带电检测体6之间的距离D1，并将这一距离值录入到遥控装置5中，同时在遥控装置5中录入安全距离D_max、缆绳密度ρ，遥控装置得出飞艇的最大作业半径Lmax；飞艇1与带电检测体6之间的安全距离不得小于D_max，D_max的值一般根据带电检测体6的电压等级而定，为测试经验值，但是为了使得对带电检测体1的视频观测清晰度尽可能高，飞艇1与带电检测体6之间的观测距离D应尽量缩小；

为了作业安全，要求飞艇1与带电检测体6之间的距离D满足：D>D_max；因为D＝D1-D2；其中D2为飞艇1与缆绳牵引装置2之间的距离；所以D＝D1-D2>D_max，即D2<D1-D_max；又根据直角三角形的直边小于斜边的定理，以及两点之间直线最短公式，可以得出：D2<L1<L，所以，在最坏情况下，只要当L<D1-D_max满足时，可以满足D2<L<D1-D_max，达到安全作业的要求，这时L即为飞艇1的最大作业半径Lmax；

在这一条件下，超过安全距离D_max的余量长度D_byd为：D_byd＝D-D_max＝D1-D2-D_max；所以，当H越大时，余量长度D_byd越大，也即观测距离越远，视频观测的清晰度将受影响。为了缩小D_byd的距离，遥控装置5可以通过收放缆绳3动态控制D2的距离；

(2)、艇载装置4开机启动，飞艇1充气升空，同时缆绳牵引装置2通过光电计米器24测出所放出的缆绳长度L，艇载装置的控制板41通过飞艇高度仪42实时测量飞艇所处的海拔高度H1，并开启摄像机43进行摄像，同时高度信息H1与视频信息依次通过艇载无线收发模块46、遥控无线收发模块55无线传输给遥控装置5，艇载装置的控制板41同时接收遥控装置5发出的飞艇控制指令，并通过飞艇控制器44控制飞艇飞行，控制的内容有前进、旋转、悬停；

(3)、人工操作遥控装置的遥控按钮52遥控飞艇1逐渐向带电检测体6靠近，遥控装置5同时会通过电机控制板23自动控制卷筒22缓慢放出缆绳3，并通过拉力传感器26测量缆绳3所受的拉力，当所放出的缆绳长度L超过最大作业半径Lmax时，缆绳牵引装置2将通过缆绳3所受的拉力F与缆绳密度ρ，并结合悬链线公式，计算飞艇1距离缆绳牵引装置2的距离D2以及飞艇1距离带电检测体6的距离D；当D小于安全距离D_max时，遥控装置5控制电机控制板23收回缆绳，当D大于安全距离D_max时，遥控装置5控制电机控制板放出缆绳。

其中，悬链线公式为：其中a＝ρ/F,ρ为缆绳的密度，F为缆绳所受的拉力；即有：y＝sinh(ax)，设X＝ax，得y＝sinh(X)(见图6)，然后通过其反函数：可以得到：其中，H＝H1-H2。

飞艇1处于安全距离D_max附近时，操作人员通过遥控装置上的显示屏53对带电检测体6进行观测，同时遥控装置将接收到的视频信息存储到存储器54备用；当飞艇1在空中作业出现遥控故障时，或者遥控装置5出现故障时，可以通过缆绳牵引装置2上的手动摇臂28进行缆绳3的收放，安全收回飞艇1。

Claims (9)

1.基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，所述的观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置包括有缆绳牵引装置、通过缆绳与缆绳牵引装置连接的飞艇、设置于飞艇上的艇载装置、以及遥控装置，所述的缆绳牵引装置、艇载装置均与遥控装置连接；其特征在于：所述的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法包括以下步骤：

(1)、首先将无人驾驶飞艇控制装置运到带电检测体作业现场附近，通过缆绳牵引装置高度仪测量缆绳牵引装置的海拔高度H2，激光测距仪测量缆绳牵引装置与带电检测体之间的距离D1，并将这一距离值录入到遥控装置中，同时在遥控装置中录入安全距离D_max、缆绳密度ρ，遥控装置得出飞艇的最大作业半径Lmax，其中，Lmax<D1-D_max，D_max为经验值；

(2)、艇载装置开机启动，飞艇充气升空，同时缆绳牵引装置通过光电计米器测出所放出的缆绳长度L，艇载装置的控制板通过飞艇高度仪实时测量飞艇所处的海拔高度H1，并开启摄像机进行摄像，同时高度信息H1与视频信息无线传输给遥控装置，艇载装置的控制板同时接收遥控装置发出的飞艇控制指令，并通过飞艇控制器控制飞艇飞行；

(3)、人工操作遥控装置遥控飞艇逐渐向带电检测体靠近，遥控装置会通过电机控制板自动控制缆绳牵引装置的卷筒缓慢放出缆绳，并通过拉力传感器测量缆绳所受的拉力，当所放出的缆绳长度L超过最大作业半径Lmax时，缆绳牵引装置将通过缆绳所受的拉力F与缆绳密度ρ，并结合悬链线公式，计算飞艇距离缆绳牵引装置的距离D2以及飞艇距离带电检测体的距离D；当D小于安全距离D_max时，遥控装置控制电机控制板收回缆绳，当D大于安全距离D_max时，遥控装置控制电机控制板放出缆绳。

2.根据权利要求1所述的基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，其特征在于：所述的缆绳牵引装置包括电机，与电机连接的卷筒、电机控制板，设置于卷筒上的光电计米器，拉力传感器，以及缆绳牵引装置高度仪；所述的缆绳缠绕于卷筒上且通过拉力传感器输出；所述的电机控制板、光电计米器、拉力传感器和缆绳牵引装置高度仪均与遥控装置连接。

3.根据权利要求1所述的基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，其特征在于：所述的艇载装置包括有控制板，与控制板分别连接的飞艇高度仪、摄像机、飞艇控制器、电池和艇载无线收发模块，所述的艇载无线收发模块通过遥控无线收发模块与遥控装置连接。

4.根据权利要求1所述的基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，其特征在于：所述的遥控装置包括有微控制单元，分别与微控制单元连接的遥控按钮、显示屏和存储器，所述的缆绳牵引装置、艇载装置均与微控制单元连接。

5.根据权利要求2所述的基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，其特征在于：所述的缆绳牵引装置还包括设置于卷筒上且与遥控装置连接的电动刹车片，与卷筒连接的手动摇臂，以及用于连接电机和卷筒的传动皮带。

6.根据权利要求1所述的基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，其特征在于：所述的缆绳选用尼龙绳或凯夫拉绳。

7.根据权利要求1所述的基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，其特征在于：所述的悬链线公式为其中a＝ρ/F,ρ为缆绳的密度，F为缆绳所受的拉力；即有：y＝sinh(ax)，设X＝ax，得y＝sinh(X)，然后通过其反函数：可以得到：其中，H＝H1-H2。

8.根据权利要求1所述的基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤(2)中遥控装置发出的飞艇控制指令包括有前进、旋转和悬停。

9.根据权利要求1所述的基于观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置的控制方法，其特征在于：所述的飞艇处于安全距离附近时，操作人员通过遥控装置上的显示屏对带电检测体进行观测，同时遥控装置将接收到的视频信息存储到存储器备用；当飞艇在空中作业出现遥控故障时，或者遥控装置出现故障时，通过缆绳牵引装置上的手动摇臂进行缆绳的收放，安全收回飞艇。