CN102570345A - 一种无人机输电线路航巡系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机输电线路航巡系统，由无人机、摄像系统、控制系统构成，摄像系统安装在云台架上，该云台架与无人机固定连接，摄像系统包括陀螺仪部分及摄像部分。本发明在无人机上装备陀螺稳定的可见光检测仪与红外热成像仪等载荷设备，对输电线路进行检查和录像拍照，这样将多种设备结合对线路进行多种手段的检查和记录，大大提高了输电线路巡视的技术含量，并且在高山大岭或特(超)高压输电线路等人工难以巡视的地方更能显出其优越性，在线路巡视上是一个巨大飞跃，具有高科技、高效率、不受地域影响等优点，对提高巡线效率、提高巡线设备经济性、安全性、可靠性具有重要的现实意义，同时对优化有人机输电线路航巡的任务设备也有极大的帮助和促进作用。

Description

一种无人机输电线路航巡系统

技术领域

本发明属于无人机领域，涉及无人机巡线，尤其是一种无人机输电线路航巡系统。

背景技术

输电线路的安全运行不但关系到国民生产生活，而且关系到电力系统的稳定运行。输电线路巡检工作是保证安全、可靠供电的重要的、不可缺少的工作。目前的电力巡查的方式主要由人工巡线和航空巡线构成。人工巡线，执行和监管困难，劳动强度大，安全性较差；而有人直升机电力巡查的运营成本较高，不仅机体的租用成本高，机场的建设成本高昂，而且专业的飞行和维护团队管理和培训不易，在实际使用过程中，始终难以避免“人”的因素，在高危领域的作业过程中，一旦发生事故将带来难以弥补的损失。

近几年，伴随着我国无人驾驶飞机技术的逐渐成熟和国外无人机及其控制设备进入中国，采用无人机巡查电力线路已经具备了技术上的可行性，推进无人机航巡输电线路工作具有了实际的现实意义。无人直升机电力巡线通过较快的速度全面检查线路和电塔的各种设备情况，同时搭载的精密仪器可以探测到深层次的线路故障和隐故障，数据及时返回，问题当日处理，巡线速度快，操作简便，使用成本低廉，为电网的安全和高效运行提供了重要保障。采用无人机巡线可大大增加安全系数，增加巡航检查次数，减少运营管理的成本，提高作业的效率，且操作更简单、性能可靠，具有更加优良的经济效益与社会效益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单合理、性能可靠、稳定性好、可用于高清拍摄的无人机输电线路航巡系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种无人机输电线路航巡系统，由无人机、摄像系统、控制系统构成，摄像系统固装在无人机上，其特征在于：摄像系统通过云台架与无人机固定连接，摄像系统包括陀螺仪部分及摄像部分，所述陀螺仪部分包括机械陀螺仪、云台架、陀螺架，所述摄像部分包括摄像机、摄像机机架、摄像机托，具体结构为：

(1)陀螺仪部分：所述陀螺架由内框及外框同径构成，内框上固装机械陀螺仪，内框与外框之间在径向上均通过转轴连接，在外框两侧的轴向上均通过中心轴安装云台架，在对应内框一侧转轴的外框上延伸有外轴的输出端，在该转轴的输出端端部固装有一主动轮；

(2)摄像部分：在云台架其中轴向一侧的中心轴伸出云台架，该中心轴的端部同轴固装向前开口的摄像机机架，在该摄像机机架的框内径向通过铰轴安装摄像机托，该摄像机托上与中心轴同轴向固装摄像机，在对应摄像机托一侧摄像机机架上，摄像机托的铰轴的端部固装一从动轮；

(3)陀螺仪部分的外框的主动轮与摄像部分的摄像机托的从动轮同向，在主动轮的径向盘面上径向对称铰装有两个同步传动杆，该两个同步传动杆的另一端铰装在从动轮的径向盘面上。

而且，所述两个云台架为框式结构，中间设置有加强筋。

而且，所述主动轮与从动轮设置为同径，所铰装的两个同步传动杆的位置相同。

本发明的优点和积极效果是：

1、本航巡系统在无人机上装备陀螺稳定的可见光检测仪与红外热成像仪等载荷设备，对输电线路进行检查和录像拍照，这样将多种设备结合对线路进行多种手段的检查和记录，大大提高了输电线路巡视的技术含量，并且在高山大岭或特(超)高压输电线路等人工难以巡视的地方更能显出其优越性，在线路巡视上是一个巨大飞跃，具有高科技、高效率、不受地域影响等优点，对提高巡线效率、提高巡线设备经济性、安全性、可靠性具有重要的现实意义，同时对优化有人机输电线路航巡的任务设备也有极大的帮助和促进作用。

2、本航巡系统利用机载陀螺稳定红外成像测试设备与无人机在线路附近的悬停飞行结合，寻找输电设备上局部发热类型的缺陷，利用机载可见光数录影技术发现输电设备上可视缺陷，利用GPS技术及语音录制系统对各杆塔的缺陷位置进行记录，当各种故障发生后，无人直升机可以第一时间飞入电力事故区域进行监测，赢取抢修时间。

3、本航巡系统由地面远距离控制系统通过数据链进行操控，然后进行精控实时传递图片或视频，并且具备GPS自主线路导航控制、地理匹配自动控制、线路杆塔自动跟踪等飞行控制功能，使无人飞机巡线进入真正的全自动化飞行阶段，以其经济性、安全性和便利性，大规模的在航空巡线中使用也成为一种必然的趋势。

附图说明

图1为本发明的控制系统方框图；

图2为本发明的摄像系统结构主视图；

图3为图2的右视图；

图4为图2的俯视图；

图5为图4的陀螺仪局部放大俯视图

图6为本发明的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种无人机输电线路航巡系统，由无人机、摄像系统、控制系统构成，无人机包括无人直升机及无人飞行器，摄像系统固装在无人机下方的起落架上，也可以固装在无人机的其他部位，控制系统包括无人机接收系统、摄像控制系统、地面控制系统及地面接收系统。由于无人机接收系统、摄像控制系统、地面控制系统及地面接收系统也可采用一般的智能操作系统，因此本发明只给出整个控制系统的控制方框图，参见图1。

下面主要叙述摄像系统的结构。参见图2、3、4、5、6。

本实施例中，摄像系统最好固装在无人机下方的起落架上，摄像机或相机与云台架组成云台，在云台上安装有机械陀螺仪，云台采用托板及紧固螺丝与无人机的起落架固定连接。

摄像系统包括陀螺仪部分及摄像部分，陀螺仪部分包括机械陀螺仪9、云台架5、陀螺架8，摄像部分包括摄像机1、摄像机机架4、摄像机托12。下面分别予以描述：

陀螺仪部分：

机械陀螺仪安装在陀螺架上，参见图2、3、4、5，具体结构是：所述陀螺架由内框15及外框14同径构成，内框与外框之间在径向上均通过转轴16连接，实现安装机械陀螺仪的内框在外框内径向摆转；在外框两侧的轴向上均通过中心轴10安装云台架，该两个云台架为框式结构，中间设置有加强筋，云台架可与无人机固装。通过上述结构，可以实现陀螺仪绕中心轴和转轴的两个维度进行摆动；在对应内框一侧转轴的外框上延伸有外轴的输出端，在该转轴的输出端端部固装有一主动轮7。

摄像部分：

参见图2、4、6，在云台架其中轴向一侧的中心轴伸出云台架，该中心轴的端部同轴固装向前开口的U形的摄像机机架，在该摄像机机架的框内径向通过铰轴3安装摄像机托，该摄像机托上与中心轴同轴向通过托板13采用紧固螺钉11固装摄像机，由此实现在中心轴转动时，该中心轴带动摄像机机架同轴转动；在对应摄像机托一侧摄像机机架上，摄像机托的铰轴的端部固装一从动轮2。

陀螺仪部分的外框的主动轮与摄像部分的摄像机托的从动轮同向，在主动轮的径向盘面上径向对称铰装有两个同步传动杆6，该两个同步传动杆的另一端铰装在从动轮的径向盘面上，主动轮与从动轮设置为同径，所铰装的两个同步传动杆的位置也相同，由此实现主动轮与从动轮的同步摆转，由此调节摄像机的径向角度。

本实施例中，机械陀螺仪为现有技术，其具体结构在此不再赘述。

本摄像系统的工作过程为：

使用前，将云台架安装在无人机上，并调整好摄像机位置，无人机飞行工作中，陀螺仪通过主动轮控制摄像机镜头角度，采用红外成像检测技术，可以对正在运行的设备进行非接触检测，拍摄其温度场的分布、测量任何部位的温度值，据此对各种外部及内部故障进行诊断，具有实时、遥测、直观和定量测温等优点，用来检测发电厂、变电所和输电线路的运转设备和带电设备非常方便、有效。红外热相扫描能探测线路的过热点，利用红外成像仪对线路上的导线接续管、耐张管、跳线线夹、导地线线夹、金具、防震锤、绝缘子等进行拍摄，分析数据，判断其是否正常。同时，通过机械陀螺仪实时修正因不规则运动造成的对航摄摄像机拍摄效果的影响，令摄像、拍摄画面不再摇晃，无延迟反应时间，从而使航摄摄像机保持相对稳定，提高拍摄质量，实现当无人机因飞行而使角度发生变化后由陀螺仪纠偏，不会因飞行而脱离拍摄目标。

无人机巡线控制系统的工作原理为：

无人机起飞前预先设定好巡线程序，起飞后将数据传送回地面站并由地面站实时监控，如有突发状况，则通过地面操控系统发出信号，无人机的接收系统收到信号后传送给舵机，以此来控制无人机。

本发明的巡线电路的工作原理：

根据三维巡查航线，无人机进行飞行巡查与悬停巡查相结合的方式，在巡查线路时按电力线路走廊，自主导航进行沿线飞行巡查，在到达每一个需详细检查的变电塔时，悬停于待检电塔附近，通过人工辅助控制云台使红外与可见光摄像机进行转动、拉伸变焦，对待检电塔进行详细检查；为从各角度进行详细检查，无人可接受地面操作员超视距通过数传电台发送的指令，自动围绕待检电塔进行各不同角度位置的悬停，在地面操作员完成电塔的检测后，继续自动导航沿线自动飞向下一个待检电塔；无人机巡查到终点后，转到线路另一侧向回飞行，再巡查一遍，完成任务后回到地面站位置自动降落.

数据控制原理：

无人机在巡线过程中由自动驾驶系统记录一切飞行姿态、数据经由无线数据传输系统反馈给地面控制系统，同时地面控制系统如在监控过程中发现摄录系统偏离预设轨道时可通过无线数据传输系统将指令传输给自动驾驶系统，由自动驾驶系统传达至云台陀螺仪，纠正摄录系统。

图传原理：

无人机搭载的摄(照)像系统在巡线过程中将实时图像由图像传输系统发送至地面接收站，同时将画面保存到设备自带的存储器中，地图接收系统通过显示器将画面表达出来。

Claims (3)

1.一种无人机输电线路航巡系统，由无人机、摄像系统、控制系统构成，摄像系统固装在无人机上，其特征在于：摄像系统通过云台架与无人机固定连接，摄像系统包括陀螺仪部分及摄像部分，所述陀螺仪部分包括机械陀螺仪、云台架、陀螺架，所述摄像部分包括摄像机、摄像机机架、摄像机托，具体结构为：

(1)陀螺仪部分：所述陀螺架由内框及外框同径构成，内框上固装机械陀螺仪，内框与外框之间在径向上均通过转轴连接，在外框两侧的轴向上均通过中心轴安装云台架，在对应内框一侧转轴的外框上延伸有外轴的输出端，在该转轴的输出端端部固装有一主动轮；

(2)摄像部分：在云台架其中轴向一侧的中心轴伸出云台架，该中心轴的端部同轴固装向前开口的摄像机机架，在该摄像机机架的框内径向通过铰轴安装摄像机托，该摄像机托上与中心轴同轴向固装摄像机，在对应摄像机托一侧摄像机机架上，摄像机托的铰轴的端部固装一从动轮；

(3)陀螺仪部分的外框的主动轮与摄像部分的摄像机托的从动轮同向，在主动轮的径向盘面上径向对称铰装有两个同步传动杆，该两个同步传动杆的另一端铰装在从动轮的径向盘面上。

2.根据权利要求1所述的无人机输电线路航巡系统，其特征在于：所述两个云台架为框式结构，中间设置有加强筋。

3.根据权利要求1所述的无人机输电线路航巡系统，其特征在于：所述主动轮与从动轮设置为同径，所铰装的两个同步传动杆的位置相同。

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