CN104058099A - 一种无人机光电吊舱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电吊舱，主要用于电力线路巡检领域，具体涉及一种无人机光电吊舱，包括：通过减震架组件固定于无人机上的吊舱稳定平台，固定于所述吊舱稳定平台上并且相互连接的用于监测现场环境的传感器组件、用于实现方位驱动和方位测量的方位组件、用于实现俯仰驱动和测角的俯仰组件、固定在俯仰组件上的相机组件。因此，本发明具有如下优点：1.结合多种检测手段，提高了无人机巡线系统搜索、监视和细节辨识能力；2.集成度高，结构紧凑、环境适应性、载荷适装性强，便于升级换代和功能扩展；3.外部电气接口简单，吊舱内部可打开，方便维护或更换内部传感器；4.具有步进拍照功能，能完成对特定区域的全覆盖自动摄影。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电吊舱，主要用于电力线路巡检领域，具体涉及一种无人机光电吊舱。
背景技术
在电力线路巡检领域，采用无人机对山区、峡谷、森林、河流等人员难以到达地段的电力线路进行日常巡检，具有飞行灵活、操作简单、工作效率高的优势，能有效降低电力巡线的成本；并且在各种严重的自然灾害后，可使用无人机在第一时间飞入事故区域进行监测，完成电力突发事故处理、电力抢修、电力拉线等任务，赢得抢修时间，减少灾害损失。
但是，受到无人机及其任务载荷等因素的制约，用无人机对电力线路进行巡检尚处在起步阶段，并且存在以下问题：1.现有的光电吊舱主要用于有人直升机的巡线演示，其光电吊舱普遍存在重量大、功耗高、配置固定等缺陷，难以搭载到无人机上；2.吊舱识别能力差、作用距离有限，难以满足国内电力行业用户的需求；3.功能单一，配置传感器难以满足电力巡线多种检测手段的任务需求。
发明内容
本发明主要是为解决现有技术存在的问题，提供一种无人机光电吊舱。该无人机光电吊舱结合多种检测手段，提高了无人机巡线系统搜索、监视和细节辨识能力，同时采用柱形结构和模块化设计的传感器组件，集成度高，结构紧凑、环境适应性、载荷适装性强，便于升级换代和功能扩展；并且该无人机光电吊舱外部电气接口简单，吊舱内部可打开，方便维护或更换内部传感器；最后，该无人机光电吊舱还具有步进拍照功能，能完成对特定区域的全覆盖自动摄影。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种无人机光电吊舱，包括：通过减震架组件固定于无人机上的吊舱稳定平台，固定于所述吊舱稳定平台上并且相互连接的用于监测现场环境的传感器组件、用于实现方位驱动和方位测量的方位组件、用于实现俯仰驱动和测角的俯仰组件、固定在俯仰组件上的相机组件。
优化的，在上述的一种无人机光电吊舱中，所述传感器组件包括：安装在传感器支架上的用于输出电机驱动信号的伺服驱动板、用于测取巡检目标质心相对于相机组件和传感器组件瞄准线中心的方位偏差和俯仰偏差的图像板、非制冷测温红外热像仪、测角板、依据目标图像状态并通过地面站操作指令控制吊舱正常运行的系统控制板、用于实现电源转换的电源板、电视摄像机，其中：传感器支架固定在俯仰组件上，并能随俯仰组件转动。
优化的，在上述的一种无人机光电吊舱中，所述电视摄像机、非制冷测温红外热像仪活动安装在传感器支架上并能够方便拆卸更换。
优化的，在上述的一种无人机光电吊舱中，所述方位组件包括通过第一方位轴承和第二方位轴承紧固的方位轴和方位壳体；固定在方位轴上的用于实现方位驱动和方位测量的方位电机和旋转变压器；固定在方位轴上的用于实现方位连续旋转时电气信号传输的导电滑环。
优化的，在上述的一种无人机光电吊舱中，所述俯仰组件包括：通过第一俯仰轴承和第二俯仰轴承与俯仰座连接的电机支架、旋变支架；固定在电机支架与俯仰座上用于实现俯仰驱动的俯仰电机；固定在旋变支架与俯仰座上用于实现测角的旋转变压器。
优化的，在上述的一种无人机光电吊舱中，所述相机组件固定在旋变支架上。
优化的，在上述的一种无人机光电吊舱中，所述传感器支架固定在电机支架上。
优化的，在上述的一种无人机光电吊舱中，所述减震架组件包括：通过机械接口与无人机连接的连接板二、通过减震器固定在连接板二上的用于通过方位组件上的连接孔与吊舱稳定平台相连接的连接板一。
优化的，在上述的一种无人机光电吊舱中，所述相机组件包括：活动固定于相机座上的相机和陀螺组件。
因此，本发明具有如下优点：1.结合多种检测手段，提高了无人机巡线系统搜索、监视和细节辨识能力；2.采用柱形结构和模块化设计的传感器组件，集成度高，结构紧凑、环境适应性、载荷适装性强，便于升级换代和功能扩展；3.外部电气接口简单，吊舱内部可打开，方便维护或更换内部传感器；4.具有步进拍照功能，能完成对特定区域的全覆盖自动摄影。
附图说明
图1是本发明的结构图
图2是本发明的传感器件结构图
图3是本发明的方位组件结构图
图4是本发明的俯仰组件组成示意
图5是本发明的减震架组件结构图
图6是本发明的相机组件结构图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，包括传感器组件1，方位组件2，俯仰组件3，减震架组件4，相机组件5，伺服驱动板101，图像板102，非制冷测温红外热像仪103，测角板104，系统控制板105，传感器支架106，电源板107，电视摄像机108，导电滑环201，方位轴202、第一方位轴承203，旋转变压器204，方位壳体205，方位电机206，第二方位轴承207，俯仰座301，电机支架302，俯仰电机303，第一俯仰轴承304，第二俯仰轴承305，旋转变压器306，旋变支架307，连接板一401，减震器402，连接板二403，陀螺组501，相机502，相机座503。
实施例：
参见图1， 一种无人机光电吊舱，包括：通过减震架组件4固定于无人机上的吊舱稳定平台，固定于吊舱稳定平台上并且相互连接的用于监测现场环境的传感器组件1、用于实现方位驱动和方位测量的方位组件2、用于实现俯仰驱动和测角的俯仰组件3、固定在俯仰组件3上的相机组件5。
如图2所示，传感器组件1包括：安装在传感器支架106上的用于输出电机驱动信号的伺服驱动板101、用于测取巡检目标质心相对于相机组件5和传感器组件1瞄准线中心的方位偏差和俯仰偏差的图像板102、非制冷测温红外热像仪103、测角板104、依据目标图像状态并通过地面站操作指令控制吊舱正常运行的系统控制板105、用于实现电源转换的电源板107、电视摄像机108，其中：传感器支架106固定在俯仰组件3上，并能随俯仰组件3转动；电视摄像机108、非制冷测温红外热像仪103活动安装在传感器支架106上并能够方便拆卸更换。
如图3所示，方位组件2包括通过第一方位轴承203和第二方位轴承207紧固的方位轴202和方位壳体205；固定在方位轴202上的用于实现方位驱动和方位测量的方位电机206和旋转变压器204；固定在方位轴202上的用于实现方位连续旋转时电气信号传输的导电滑环201。
如图4所示，俯仰组件3包括：通过第一俯仰轴承304和第二俯仰轴承305与俯仰座301连接的电机支架302、旋变支架307；固定在电机支架302与俯仰座301上用于实现俯仰驱动的俯仰电机303；固定在旋变支架307与俯仰座301上用于实现测角的旋转变压器306；相机组件5固定在旋变支架307上；传感器支架106固定在电机支架302上。
如图5所示，减震架组件4包括：通过机械接口与无人机连接的连接板二403、通过减震器402固定在连接板二403上的用于通过方位组件2上的连接孔与吊舱稳定平台相连接的连接板一401。
如图6所示，相机组件5包括：活动固定于相机座503上的相机502和陀螺组件501。
工作时，无人机向光电吊舱提供机载直流+28V电源，经过电源板107变换模块转换成+5V、±15V、+12V、+7.2V电源，分别输出到系统控制板105、图像板102、陀螺501与驱动电机。地面站的控制信息通过无人机测控系统综合无线电双向数据链传送给系统控制板105，吊舱输出的实时视频经图像链传输给地面显控设备，通过旋转变压器及测角板，测量传感器图像所处的坐标系的方位和高度角，方位电机206和俯仰电机303均为力矩电机，由它们实现传感器组件在水平、俯仰方向的双轴复合运动。系统控制板105依据目标图像状态通过地面站操作手给出的操作指令，控制吊舱的正常运行，并显示吊舱的工作状态。
稳定过程：安装在吊舱内的陀螺501敏感出无人机的摇摆，将信号量输出到伺服驱动板101，伺服驱动板101将稳定控制后的信号量输出驱动方位电机206、俯仰电机303，使相机组件5、传感器组件1的瞄准线保持惯性稳定。
跟踪过程：系统控制板105接收图像板102测取目标质心相对于相机组件5、传感器组件1瞄准线中心的方位、俯仰偏差，通过伺服驱动板101驱动方位电机206、俯仰电机303，使相机组件5、传感器组件1的瞄准线保持对目标的自动跟踪。
步进拍照过程：以相机水平视场角为方位步进角，垂直视场角为俯仰步进角，驱动吊舱方位和俯仰运动，同时控制相机快门拍照，完成对特定区域的全覆盖自动摄影，步进角、拍照数量、重叠系数等可由用户进行设置。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了传感器组件1，方位组件2，俯仰组件3，减震架组件4，相机组件5，伺服驱动板101，图像板102，非制冷测温红外热像仪103，测角板104，系统控制板105，传感器支架106，电源板107，电视摄像机108，导电滑环201，方位轴202、第一方位轴承203，旋转变压器204，方位壳体205，方位电机206，第二方位轴承207，俯仰座301，电机支架302，俯仰电机303，第一俯仰轴承304，第二俯仰轴承305，旋转变压器306，旋变支架307，连接板一401，减震器402，连接板二403，陀螺组501，相机502，相机座503等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语，是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (9)
1. 一种无人机光电吊舱，其特征在于，包括：通过减震架组件（4）固定于无人机上的吊舱稳定平台，固定于所述吊舱稳定平台上并且相互连接的用于监测现场环境的传感器组件（1）、用于实现方位驱动和方位测量的方位组件（2）、用于实现俯仰驱动和测角的俯仰组件（3）、固定在俯仰组件（3）上的相机组件（5）。
2. 根据权利要求1所述的一种无人机光电吊舱，其特征在于，所述传感器组件（1）包括：安装在传感器支架（106）上的用于输出电机驱动信号的伺服驱动板（101）、用于测取巡检目标质心相对于相机组件（5）和传感器组件（1）瞄准线中心的方位偏差和俯仰偏差的图像板（102）、非制冷测温红外热像仪（103）、测角板（104）、依据目标图像状态并通过地面站操作指令控制吊舱正常运行的系统控制板（105）、用于实现电源转换的电源板（107）、电视摄像机（108），其中：传感器支架（106）固定在俯仰组件（3）上，并能随俯仰组件（3）转动。
3. 根据权利要求2所述的一种无人机光电吊舱，其特征在于，所述电视摄像机（108）、非制冷测温红外热像仪（103）活动安装在传感器支架（106）上并能够方便拆卸更换。
4. 根据权利要求1所述的一种无人机光电吊舱，其特征在于，所述方位组件（2）包括通过第一方位轴承（203）和第二方位轴承（207）紧固的方位轴（202）和方位壳体（205）；固定在方位轴（202）上的用于实现方位驱动和方位测量的方位电机（206）和旋转变压器（204）；固定在方位轴（202）上的用于实现方位连续旋转时电气信号传输的导电滑环（201）。
5. 根据权利要求1所述的一种无人机光电吊舱，其特征在于，所述俯仰组件（3）包括：通过第一俯仰轴承（304）和第二俯仰轴承（305）与俯仰座（301）连接的电机支架（302）、旋变支架（307）；固定在电机支架（302）与俯仰座（301）上用于实现俯仰驱动的俯仰电机（303）；固定在旋变支架（307）与俯仰座（301）上用于实现测角的旋转变压器（306）。
6. 根据权利要求5所述的一种无人机光电吊舱，其特征在于，所述相机组件（5）固定在旋变支架（307）上。
7. 根据权利要求5所述的一种无人机光电吊舱，其特征在于，所述传感器支架（106）固定在电机支架（302）上。
8. 根据权利要求1所述的一种无人机光电吊舱，其特征在于，所述减震架组件（4）包括：通过机械接口与无人机连接的连接板二（403）、通过减震器（402）固定在连接板二（403）上的用于通过方位组件（2）上的连接孔与吊舱稳定平台相连接的连接板一（401）。
9. 根据权利要求1所述的一种无人机光电吊舱，其特征在于，所述相机组件（5）包括：活动固定于相机座（503）上的相机（502）和陀螺组件（501）。
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