CN105045287B - 一种基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机，包括本体，本体上部设有包括悬挂杆、主动轮、从动轮和两个连接板的悬挂机构；主从动轮相平行设置，二者形成的中心点连线与输电线路相平行；主动轮轮轴由本体内的电机驱动***驱动运动，使得主从动轮二者外部分别形成的凹形圆环可同时与输电线路相滑动配合；两个连接板相对中心点连线设置且与主从动轮轮轴相固定；两个连接板之中其一在朝向中心点连线一侧侧面设有摄像头及至少一个超声波雷达；悬挂杆固定于主动轮背离中心点连线一侧侧面上。实施本发明，在输电线路上精确落线，减少多旋翼无人机用电量，延长续航时间，达到长时间稳定巡检的目的。
Description
技术领域
本发明涉及无人机和电力巡检技术领域，尤其涉及一种基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机及操作方法。
背景技术
架空输电线路的覆冰、舞动、断线、漂浮物时常影响着电网的安全运行，随着国家电网公司关于建设“坚强智能电网”战略规划的提出，对输电线路的巡检作业提出了更高的要求，因此架空输电线路的自动化和智能化巡线作业日益成为急需解决的重要课题。
近年来，由于传感器的小型化和轻量化以及飞行控制***的日趋完善，无人机技术得到了快速的发展，为输电线路的巡检作业提供了新的思路和技术方法。目前，多旋翼无人机由于其机机动灵活、悬停稳定性高及抗风能力强等优点，使得其在输电线路巡检作业中得到广泛的应用，但是缺点在于：由于存在电源轻量化的技术瓶颈，从而导致续航时间较短，无法实现在输电线路上长时间稳定的巡检作业。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机及操作方法，能够在输电线路上精确落线，减少多旋翼无人机用电量，延长续航时间，达到长时间稳定巡检的目的。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机，其与输电线路相配合，所述多旋翼无人机包括本体，所述本体上部设有包括悬挂杆、主动轮、从动轮和两个连接板的悬挂机构；其中，
所述主动轮与所述从动轮相平行设置，且二者形成的中心点连线与所述输电线路相平行；其中，所述主动轮轮轴由所述本体内的电机驱动***驱动运动，使得所述主动轮及所述从动轮二者外部分别形成的凹形圆环可同时与所述输电线路相滑动配合；
所述两个连接板相对设置于所述中心点连线的两侧，其中，一连接板的两端分别与所述主动轮轮轴及所述从动轮轮轴位于所述中心点连线一侧的一端相固定，另一连接板的两端分别与所述主动轮轮轴及所述从动轮轮轴位于所述中心点连线另一侧的一端相固定；且所述两个连接板之中其一在朝向所述中心点连线一侧侧面上设有与用于确定所述输电线路位置的地线视频跟踪***相配合的摄像头以及至少一个与用于检测所述悬挂机构和所述输电线路之间距离的超声波测距***相配合的超声波雷达；
所述悬挂杆固定于所述主动轮背离所述中心点连线一侧侧面上。。
其中，所述悬挂杆与所述摄像头及所述超声波雷达位于所述中心点连线同一侧。
其中，所述悬挂机构还包括一侧掠翼，所述侧掠翼呈半椭圆环状，且与远离所述悬挂杆的连接板相固定。
其中，所述超声波雷达有两个，所述两个超声波雷达分别位于所述摄像头的两侧。
其中，所述悬挂杆由空心碳纤维材料制作而成。
其中，所述主动轮及所述从动轮均由尼龙材料制作而成。
本发明实施例还提供了一种基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机操作方法，其在前述的多旋翼无人机中实现，所述方法包括：
开启所述多旋翼无人机升空垂直导航，通过摄像头在地线视频跟踪***中获取输电线路的影像，并根据所述获取到的输电线路的影像，确定所述输电线路的位置；
根据所述确定的输电线路的位置，调整所述多旋翼无人机飞行高度，直至所述获取到的输电线路的影像位于所述地线视频跟踪***图像区中预设的第一高度校准线及预设的第二高度校准线之间为止；
开启超声波雷达发射超声波脉冲，通过超声波测距***实时检测所述多旋翼无人机上悬挂机构与所述输电线路之间的距离，并当检测到所述悬挂机构与所述输电线路之间的距离小于预设的阈值时，调整所述多旋翼无人机飞行状态，使其缓慢降落至所述输电线路上；
待所述多旋翼无人机落线成功后，停止所述多旋翼无人机的旋翼工作，启动电机驱动***驱动主动轮在所述输电线路上滑行，实现所述多旋翼无人机自动巡线。
其中，所述方法进一步包括：
当所述多旋翼无人机预置的重力感应***检测到所述多旋翼无人机处于失重状态时，确定所述多旋翼无人机落线失败，则重新开启所述多旋翼无人机升空垂直导航。
其中，所述预设的阈值为20cm。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在本发明实施例中，由于多旋翼无人机可通过摄像头采集确定地线视频跟踪***中悬挂机构对输电线路的相对高度，通过超声波雷达对输电线路定向发射可准确得到悬挂机构到输电线路的水平距离，从而能够确保多旋翼无人机的精确落线，并待多旋翼无人机落线成功后，进一步通过电机驱动***使得驱动轮可在输电线路上滑动，实现多旋翼无人机自动巡检，从而降低了用电量，延长了续航时间，达到长时间稳定巡检的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机的正视平面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机的后视平面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机操作方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机操作方法应用场景中输电线路位置校准的一平面示意图；
图5为本发明实施例提供的基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机操作方法应用场景中输电线路位置校准的另一平面示意图；
图6为本发明实施例提供的基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机操作方法应用场景中输电线路位置校准的又一平面示意图；
图中：1-悬挂杆，2-主动轮，3-从动轮，4-连接板，5-摄像头，6-超声波雷达，7-侧掠翼，K-输电线路，L-多旋翼无人机本体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对发明保护范围的限制。
如图1和图2所示，为本发明实施例中，提出的一种基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机，其与输电线路K相配合，多旋翼无人机包括本体L，本体L上部设有包括悬挂杆1、主动轮2、从动轮3和两个连接板4的悬挂机构；其中，
主动轮2与从动轮3相平行设置，且二者形成的中心点连线与输电线路K相平行；其中，主动轮2轮轴由本体L内的电机驱动***驱动运动，使得主动轮2及从动轮3二者外部分别形成的凹形圆环可同时与输电线路K相滑动配合；
两个连接板4相对设置于中心点连线的两侧，其中，一连接板3的两端分别与主动轮2轮轴及从动轮3轮轴位于中心点连线一侧的一端相固定，另一连接板4的两端分别与主动轮2轮轴及从动轮3轮轴位于中心点连线另一侧的一端相固定；且两个连接板4之中其一在朝向中心点连线一侧侧面上设有与用于确定输电线路K位置的地线视频跟踪***相配合的摄像头5以及至少一个与用于检测悬挂机构和输电线路K之间距离的超声波测距***相配合的超声波雷达6；
悬挂杆1固定于主动轮2背离中心点连线一侧侧面上。
应当说明的是，电机驱动***包括电源、马达、无线接收器、传动机构等部件组成，该传动机构会与主动轮2轮轴相连，可通过多旋翼无人机的遥控器的指令，实现开启、停止等动作功能，从而可由传动机构带动主动轮2轮轴转动，使得主动轮2可在输电线路K上来回运动进行自动巡检，降低多旋翼无人机本体L的用电量，延长了续航时间，达到长时间稳定巡检的目的。
应当说明的是，摄像头4和超声波雷达5均会采用导线与多旋翼无人机本体L的相关器件进行连接，从而实现各自与相应***配合，如摄像头4采集输电线路K的位置图像后，通过导线传回给地线视频跟踪***。
在一个实施例中，主要承载悬挂多旋翼无人机所需重力的悬挂杆1由空心碳纤维材料制作而成，主动轮2及从动轮3均由尼龙材料制作而成，两个驱动轮2轮轴之间由第一连接板3和第二连接板4连接，可抵抗在偏风载荷下或多旋翼无人机偏航时产生在水平面内的扭矩，保证落线的可靠性。
为了便于导线管理及使用寿命的延长，并确保多旋翼无人机飞行状态，因此悬挂杆1与摄像头5及超声波雷达6位于中心点连线同一侧，使得相关的导线可以通过悬挂杆1的内腔与多旋翼无人机本体L相连。
为了约束并引导多旋翼无人机落线的安全性，增加多旋翼无人机落线的可靠性，因此悬挂机构还包括一侧掠翼7，该侧掠翼7呈半椭圆环状，且与远离悬挂杆1的连接板3相固定。
为了增强悬挂机构与输电线路K之间测距的准确性，因此超声波雷达6有两个，两个超声波雷达6分别位于摄像头5的两侧。
如图3所示，为本发明实施例中，提供的一种基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机操作方法，其在上述的多旋翼无人机中实现，所述方法包括：
步骤S101、开启所述多旋翼无人机升空垂直导航，通过摄像头在地线视频跟踪***中获取输电线路的影像，并根据所述获取到的输电线路的影像，确定所述输电线路的位置；
步骤S102、根据所述确定的输电线路的位置，调整所述多旋翼无人机飞行高度，直至所述获取到的输电线路的影像位于所述地线视频跟踪***图像区中预设的第一高度校准线及预设的第二高度校准线之间为止；
步骤S103、开启超声波雷达发射超声波脉冲，通过超声波测距***实时检测所述多旋翼无人机上悬挂机构与所述输电线路之间的距离，并当检测到所述悬挂机构与所述输电线路之间的距离小于预设的阈值时，调整所述多旋翼无人机飞行状态，使其缓慢降落至所述输电线路上；
步骤S104、待所述多旋翼无人机落线成功后，停止所述多旋翼无人机的旋翼工作，启动电机驱动***驱动主动轮在所述输电线路上滑行，实现所述多旋翼无人机自动巡线。
在本发明实施例中，多旋翼无人机地线视频跟踪***的摄像头置于多旋翼无人机悬挂机构两个连接板之中其一的下侧中间，以确保输电线路在高度校准线之内时(如图4至图6所示)，悬挂机构侧掠翼最下端在该输电线路的上侧。超声波测距***采用双超声波雷达布置，水平排列于多旋翼无人机悬挂机构连接板的下侧的两端，超声波测距***中定时器的晶振频率为10MHz，以保证精度达到1μs以上，从而保证超声波测距***的测距精度可控制在1mm以内，实现悬挂机构对输电线路距离的精确测量。当多旋翼无人机的悬挂机构对输电线路距离小于预设的阈值(如20cm)时，降低多旋翼无人机旋翼转速，使其开始落线，待多旋翼无人机落线成功后，停止多旋翼无人机的旋翼工作，启动电机驱动***驱动多旋翼无人机的主动轮在输电线路上滑行，实现多旋翼无人机自动巡线。
其中，所述方法进一步包括：
当所述多旋翼无人机预置的重力感应***检测到所述多旋翼无人机处于失重状态时，确定所述多旋翼无人机落线失败，则重新开启所述多旋翼无人机升空垂直导航。
具体过程为，在多旋翼无人机的重力感应***测得多旋翼无人机加速度等于9.8m/s，判定多旋翼无人机处于失重状态，即确定多旋翼无人机落线失败，多旋翼无人机的旋翼即时重新工作，使得多旋翼无人机进入悬停模式。
其中，预设的阈值为20cm。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在本发明实施例中，由于多旋翼无人机可通过摄像头采集确定地线视频跟踪***中悬挂机构对输电线路的相对高度，通过超声波雷达对输电线路定向发射可准确得到悬挂机构到输电线路的水平距离，从而能够确保多旋翼无人机的精确落线，并待多旋翼无人机落线成功后，进一步通过电机驱动***使得驱动轮可在输电线路上滑动，实现多旋翼无人机自动巡检，从而降低了用电量，延长了续航时间，达到长时间稳定巡检的目的。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (2)
1.一种基于超声波精确落线巡检的多旋翼无人机操作方法，其特征在于，其在多旋翼无人机中实现，所述多旋翼无人机包括本体，所述本体上部设有包括悬挂杆(1)、主动轮(2)、从动轮(3)和两个连接板(4)的悬挂机构；其中，
所述主动轮(2)与所述从动轮(3)相平行设置，且二者形成的中心点连线与输电线路相平行；其中，所述主动轮(2)轮轴由所述本体内的电机驱动***驱动运动，使得所述主动轮(2)及所述从动轮(3)二者外部分别形成的凹形圆环可同时与所述输电线路相滑动配合；
所述两个连接板(4)相对设置于所述中心点连线的两侧，其中，一连接板(4)的两端分别与所述主动轮(2)轮轴及所述从动轮(3)轮轴位于所述中心点连线一侧的一端相固定，另一连接板(4)的两端分别与所述主动轮(2)轮轴及所述从动轮(3)轮轴位于所述中心点连线另一侧的一端相固定；且所述两个连接板(4)之中其一在朝向所述中心点连线一侧侧面上设有与用于确定所述输电线路位置的地线视频跟踪***相配合的摄像头(5)以及至少一个与用于检测所述悬挂机构和所述输电线路之间距离的超声波测距***相配合的超声波雷达(6)；
所述悬挂杆(1)固定于所述主动轮(2)背离所述中心点连线一侧侧面上；
其中，所述超声波雷达(6)有两个，所述两个超声波雷达(6)分别位于所述摄像头(5)的两侧；
所述方法包括：
开启所述多旋翼无人机升空垂直导航，通过摄像头在地线视频跟踪***中获取输电线路的影像，并根据所述获取到的输电线路的影像，确定所述输电线路的位置；
根据所述确定的输电线路的位置，调整所述多旋翼无人机飞行高度，直至所述获取到的输电线路的影像位于所述地线视频跟踪***图像区中预设的第一高度校准线及预设的第二高度校准线之间为止；
开启超声波雷达发射超声波脉冲，通过超声波测距***实时检测所述多旋翼无人机上悬挂机构与所述输电线路之间的距离，并当检测到所述悬挂机构与所述输电线路之间的距离小于预设的阈值时，调整所述多旋翼无人机飞行状态，使其缓慢降落至所述输电线路上；
待所述多旋翼无人机落线成功后，停止所述多旋翼无人机的旋翼工作，启动电机驱动***驱动主动轮在所述输电线路上滑行，实现所述多旋翼无人机自动巡线；
其中，所述方法进一步包括：
当所述多旋翼无人机预置的重力感应***检测到所述多旋翼无人机处于失重状态时，确定所述多旋翼无人机落线失败，则重新开启所述多旋翼无人机升空垂直导航。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的阈值为20cm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20220629 Address after: 518000 electric power dispatching and communication building, 4020 Shennan East Road, Luohu District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: Shenzhen Power Supply Co.,Ltd. Address before: 518000 electric power dispatching and communication building, 4020 Shennan East Road, Luohu District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: Shenzhen Power Supply Co.,Ltd. Patentee before: BEIJING GUOWANG FUDA SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |