CN102591357A

CN102591357A - 一种电力巡线无人机辅助控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN102591357A
Application number: CN2012100697613A
Authority: CN
Inventors: 吴斌
Original assignee: Aerospace Science and Industry Shenzhen Group Co Ltd
Current assignee: Aerospace Science and Industry Shenzhen Group Co Ltd
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明提供了一种电力巡线无人机辅助控制系统，包括摄像头，还包括电场强度检测器，安装于所述摄像头上，用于检测电力线周围的电场强度；飞行传感器，用于在主控制器的控制下控制无人机的飞行方向；电机转速控制器，用于在主控制器的控制下控制无人机中电机的转速大小；遥控器，用于与主控制器进行通讯并发送控制命令给主控制器；主控制器，用于根据电场强度检测器检测的电场强度值计算无人机与电力线的距离值，同时用于根据遥控器发送的控制命令和所述距离值控制飞行传感器及电机转速控制器进行工作。所述电场强度检测器、飞行传感器及电机转速控制器分别与所述主控制器电连接。该方案可有效解决了电力巡线过程中无人机与电力线相撞的问题。

Description

一种电力巡线无人机辅助控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于机器人自动作业领域，尤其涉及一种电力巡线无人机辅助控制系统及控制方法。

背景技术

无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle)，也叫空中机器人，以下简称无人机。无人机是通过手持无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器，相对于载人飞机，无人机结构简单、使用成本低，不但能完成有人驾驶飞机执行的任务，更适用于有人飞机不宜执行的任务，如危险区域的侦察、空中救援指挥和遥感监测。目前在电力巡检的无人机主要有固定翼无人机、无人直升机以及四旋翼。

无人机通过搭载可见光成像、红外成像等设备可以完成众多的检测任务，如线路覆冰监测、可见光拍照及红外线拍照等。目前的电力巡线无人机一般需要飞控手对其进行遥控控制的方法对电力线进行查找目标故障点；高端的电力巡线无人机采用GPS辅助导航等技术，可以达到悬停增稳的效果。但以上两种控制方法都需要通过人眼判断悬停和拍摄方位，当拍摄点离飞控手很远的情况下，飞控手无法很好地进行飞行定位，而且很难辨别输电线和无人机拍摄点的距离，如果飞控手判断失误，就很容易造成电力巡线无人机与输电线相撞，从而导致坠机事故的发生。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中，在电力巡线过程中，难以辨别电力线与无人机拍摄点的距离从而易造成无人机与电力线相撞的技术问题，提供一种电力巡线无人机辅助控制系统，可以方便定位无人机与电力线之间的距离，从而有效解决了电力巡线过程中无人机与电力线相撞的问题。

一种电力巡线无人机辅助控制系统，包括

电场强度检测器，安装于所述无人机上，用于检测电力线周围的电场强度；

电机转速控制器，用于在主控制器的控制下控制无人机中电机的转速大小；

遥控器，用于与主控制器进行通讯并发送控制命令给主控制器；

主控制器，用于根据电场强度检测器检测的电场强度值计算无人机与电力线的距离值，并根据遥控器发送的控制命令和所述距离值控制电机转速控制器进行工作。

所述电场强度检测器及电机转速控制器分别与所述主控制器电连接。

优选地，所述遥控器上设置有液晶显示屏，所述液晶显示屏用于至少显示主控制器根据电场强度所得到无人机与电力线的距离值。

优选地，所述主控制器将所述电场强度检测器检测的电场强度值与所述主控制器中预存的电力线周围的电场分布曲线进行比对，得到无人机与电力线的距离值。

优选地，所述电场强度检测器为电场强度测试仪。

优选地，所述无人机为四旋翼无人机。

本发明还提供一种上述无人机辅助控制系统的控制方法，所述控制方法包括，

预先将电力线的电场强度分布曲线存储到无人机的主控制器内；

启动无人机，控制无人机根据检测到的电场强度值对该电力线进行巡线。

优选地，控制无人机根据监测到的电场强度值对该电力线进行巡线的具体步骤为：

步骤一，主控制器控制电场强度检测器时刻监测电力线周围的电场强度值；

步骤二，主控制器根据电场强度检测器检测到的电场强度值和存储的所述电场强度分布曲线，调取对应的检测点与电力线的距离值；

步骤三，主控制器根据所述距离值及遥控器的控制命令控制无人机的飞行方向和速度。

优选地，在所述步骤三中，在遥控器发送的控制命令下，主控制器控制无人机与电力线的距离值始终大于或等于T，其中，T为安全距离。

优选地，当所述距离值接近T时，主控制器控制无人机减慢飞行速度或者改变飞行方向，控制无人机与电力线之间的距离变大或保持不变。

以上所述技术方案，通过在无人机系统中加设电场强度检测器，利用该检测器时刻检测电场强度的大小，并根据预存的电力线周围的电场强度分布曲线得到无人机与电力线的距离，通过对该距离的监测有解决了电力巡线中，无人机飞控手无法很好地进行飞行定位，难于辨别输电线和无人机拍摄点的距离，从而造成电力巡线无人机与输电线相撞的问题，从而有效避免了坠机事故的发生，同时该技术方案利用了现有电力线周围的电场强度的特性曲线，精确容易的实现了对无人机与输电线之间距离的控制，有效降低了无人机的研发成本，缩短了无人机的研发周期。

附图说明

图1是本发明电力巡线无人机辅助控制系统一种实施例的系统结构图。

图2是220kV同塔双回输电线路不同导线对地高度下的工频电场强度分布曲线图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种电力巡线无人机辅助控制系统，包括：

电场强度检测器12，安装于所述无人机上，用于检测电力线周围的电场强度；

电机转速控制器14，用于在主控制器11的控制下控制无人机中电机的转速大小，从而控制无人机的飞行速度及飞行方向，通过控制电机转速控制器14可以调节无人机的飞行速度同时可以改变无人机的飞行方向；

遥控器15，用于与主控制器11进行通讯并发送控制命令给主控制器11。一般情况下，飞控手都是通过遥控器15对电力巡线无人机进行控制，通过遥控器15上的各种控制按钮可以给主控制器11发送各种控制命令，通过各种控制命令可以使得无人机完成电力巡线工作。

主控制器11，作为无人机中的核心控制板，对无人机各种控制命令的传达和执行起着至关重要的作用。一方面，主控制器11控制电场强度检测器12对电力线周围的电场强度进行实时监测，并根据电场强度检测器12检测的电场强度值计算摄像头与电力线的距离值；另一方面，主控制器11同时根据遥控器15发送的各种控制命令和所述距离值控制电机转速控制器14进行工作。如，当无人机距离电力线很近的时候，可通过控制电机转速控制器14降低电机的转速从而减慢无人机的飞行速度，或者改变无人机的飞行方向。

以上所述的电场强度检测器12及电机转速控制器14分别与所述的主控制器11电连接。

作为一种优选方案，所述遥控器15上设有液晶显示屏，所述液晶显示屏用于至少显示主控制器11根据电场强度所得到的无人机与电力线的距离值，这样就可以时刻清楚的了解无人机距离电力线的距离是多少，结合遥控器15上的其他控制按钮的控制可以有效避免现有技术中只能通过眼睛观察而带来的无人机撞线事故的发生，有效提高了无人机电力巡线的安全性和实用性。另外，作为一种辅助控制方案，所述主控制器11还可以跟地面站系统进行通讯，向地面站工作人员时刻反馈无人机的巡线情况，以备地面站工作人员与飞控手进行时时通讯。

在上述的方案中，优选地，所述主控制器11根据其预存的电力线周围的电场分布曲线得到无人机与电力线的距离值。一般情况下，电力线运行时，由于电压的存在，会在其周围产生电场，电力线周围工频电场强度与线路运行电压、线路参数（包括导线直径、分裂导线数、分裂间距）、塔型结构有关。多回路电力线路同塔架设或平行架设时，电力线路周围的工频电场强度呼吁其相序排列有关。当然，根据现有技术的各种测量方式，可以得到各种电力线路排布形式下电力线周围的电场强度分布曲线，因此部分不涉及本发明的实质内容部分，在此不作详述。

如图2所示，图2是典型220KV同塔双回路输电线路不同导线对地高度下的工频电场强度分布曲线。横轴表示的是距离电力线的距离，纵轴表示的是电场强度值，图中分别给出了在电力线对地高度为15m、14.5m、14m、13.5m、13m、12.5m、12m、11.5m、11m、10.5m、10m下的电力线电场强度的分布曲线，由图可见，在输电路的下方，工频电场强度随着电力线对地高度的增加而减小。

为了提高对电场强度的检测精度，优选地，以上所述的电场强度检测器12为电场强度测试仪。

优选地，所述无人机为四旋翼无人机，四旋翼无人机是一种能够垂直起降的多旋翼遥控自主飞行器，通过手持无线电遥控器或机载计算机程控系统进行操控，能实现空中定高定点的悬停以及GPS导航下的自主巡航。其主要优点为体重轻小、性能稳定，能在较小距离接近目标观察物，是无人机巡线系统的理想飞行平台。

下面，本发明对上述所述的电力巡线无人机辅助控制系统的控制方法进行详述。

本发明提供一种上述电力巡线无人机辅助控制系统的控制方法，该控制方法包括，

预先将电力线的电场强度分布曲线存储到无人机的主控制器11内；

首先通过现有技术的各种测试方式，可以得到各种电力线的电场强度分布曲线，将该曲线预存到无人机的主控制器11内，以备后续使用。

所述控制无人机根据检测到的电场强度值对该电力线进行巡线的具体步骤为：

步骤一，主控制器11控制电场强度检测器12时刻监测电力线周围的电场强度值；当启动无人机的时候主控制器11同时启动电场强度检测器12的工作对电力线周围的电场强度值进行时时检测，并将检测到的电场强度值传输给主控制器11。

步骤二，主控制器11根据电场强度检测器检测到的电场强度值和电力线的电场强度分布曲线调取对应的检测点与电力线的距离值；通过检测到的电场强度值和主控制器11内预存的相应电力线周围的工频电场强度分布曲线可以得出相应的检测点处距离电力线的距离，即无人机摄像头与电力线的距离，同时优选地，主控制器11将该距离值发送到遥控器15上并在遥控器15上的液晶显示屏进行显示，飞控手可以通过该液晶屏时刻了解摄像头与电力线的距离是多少，从而可以结合控制器15上的其他控制按钮对无人机进行控制，从而防止无人机出现巡线中的撞线事故。

步骤三，主控制11器根据所述距离值及遥控器15的控制命令控制无人机的飞行方向和速度。当无人机巡线过程中距离电力线过近时，此时飞控手通过遥控器15发送控制命令，控制主控制器11调整无人机的飞行速度和飞行方向，优选地，当无人机的摄像头与电力线的距离越来越近，快接近T时，就要降低无人机的飞行速度，或者改变无人机的飞行方向，控制无人机与电力线之间的距离变大或保持不变，始终确保无人机的摄像头与电力线的距离值大于或等于T，比如，当无人机与电力线的距离等于T时，主控制器11就要控制无人机与电力线之间的距离保持T不变，或者控制无人机与电力线之间的距离再慢慢增大，依次来完成图像的拍摄或者视频的录制。其中，T为无人机巡线过程中与电力线的安全距离，T的数值范围可以根据实际巡线的情况进行设置。

以上技术方案中，利用电场强度检测器12对电力线周围的电场强度值进行时时检测，通过检测到的电场强度值和电场强度分布曲线得到无人机与电力线的距离值并将该距离值时刻反馈给飞控手，使得飞控手根据该距离值可以时刻调整无人机的飞行速度和飞行方向，确保无人机摄像头与电力线的距离值始终大于安全距离T。该控制方案有效防止了无人机电力巡线过程中的撞线坠机事故的发生，有效提高了无人机巡线的安全性和实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电力巡线无人机辅助控制系统，其特征在于，包括

主控制器，用于根据电场强度检测器检测的电场强度值计算无人机与电力线的距离值，并根据遥控器发送的控制命令和所述距离值控制电机转速控制器进行工作；

2.根据权利要求1所述的电力巡线无人机辅助控制系统，其特征在于，所述遥控器上设置有液晶显示屏，所述液晶显示屏用于至少显示主控制器根据电场强度所得到无人机与电力线的距离值。

3.根据权利要求1所述的电力巡线无人机辅助控制系统，其特征在于，所述主控制器将所述电场强度检测器检测的电场强度值与所述主控制器中预存的电力线周围的电场分布曲线进行比对，得到无人机与电力线的距离值。

4.根据权利要求1所述的电力巡线无人机辅助控制系统，其特征在于，所述电场强度检测器为电场强度测试仪。

5.根据权利要求1所述的电力巡线无人机辅助控制系统，其特征在于，所述无人机为四旋翼无人机。

6.一种如权利要求1所述的电力巡线无人机辅助控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括，

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，控制无人机根据监测到的电场强度值对该电力线进行巡线的具体步骤为：

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤三中，在遥控器发送的控制命令下，主控制器控制无人机与电力线的距离值始终大于或等于T，其中，T为安全距离。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当所述距离值接近T时，主控制器控制无人机减慢飞行速度或者改变飞行方向，控制无人机与电力线之间的距离变大或保持不变。