CN104133481B - 智能飞行放线机器人系统 - Google Patents

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本发明涉及一种智能飞行放线机器人系统。包括飞行机器人和地面控制台,该地面控制台通过无线方式与飞行机器人通信从而能对飞行机器人进行遥控,其特点是,其中飞行机器人包括电动遥控直升机,在该电动遥控直升机的底座上安装有抛线模块,该抛线模块包括电动机,该电动机分别与电动遥控直升机上的电源和中央控制器连接,从而接受供电并且受中央控制器的控制,该电动机的输出轴与一齿轮齿条机构中齿轮(3)的转轴传动连接。经过试用证明,本发明的机器人系统可以代替目前普遍使用的人工、飞艇、动力伞展放引绳技术,相比人工展放具有工作效率高,无需接触跨越体,避免破坏跨越物,减少青赔费用,保护环境的优点。

Description

智能飞行放线机器人系统
技术领域
本发明涉及一种智能飞行放线机器人系统。
背景技术
目前在电网建设过程中,由于施工现场作业面广,点多线长,地形复杂,在导线展放施工中经常涉及通道砍伐和青苗赔偿等问题。此外,跨越带电线路,跨越大江、河流、湖泊、山林深谷、自然保护区等特殊地理环境中的线路施工问题则更为棘手,许多情况下,人员及现有设备无法通过,或者施工成本过高,人员、设备危险性大。而电网建设的趋势恰是跨越带电线路、跨越复杂地形的情况越来越多。为了确保人员安全,保护生态平衡和自然环境,减少青赔费用,研制和应用新型展放导引绳设备用于电网建设的架线施工迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能飞行放线机器人系统,能够通过飞行机器人采集并传输实时图像给地面控制台,并且能够在地面控制台的控制下实现架线施工所需的放线功能。
一种智能飞行放线机器人系统,包括飞行机器人和地面控制台,该地面控制台通过无线方式与飞行机器人通信从而能对飞行机器人进行遥控,其特别之处在于:其中飞行机器人包括电动遥控直升机,在该电动遥控直升机的底座上安装有抛线模块,该抛线模块包括电动机,该电动机分别与电动遥控直升机上的电源和中央控制器连接,从而接受供电并且受中央控制器的控制,该电动机的输出轴与一齿轮齿条机构中齿轮的转轴传动连接,而该齿轮齿条机构中齿条的一端通过复位弹簧安装在底座上而其另一端上设有一延长杆,在该底座上还安装有第一隔板和第二隔板,前述齿条的延长杆依次从第一隔板和第二隔板上的通孔中穿过。
其中在电动遥控直升机上安装有视觉模块,该视觉模块包括摄像头和图像传输模块,该摄像头通过图像传输模块与中央控制器连接。
其中图像传输模块包括相连接的图像采集卡和无线数据传输器,该无线数据传输器与地面控制台之间通过无线方式连接。
其中在该电动遥控直升机的底座上安装有检测模块,该检测模块包括风向传感器、风速传感器、红外检测传感器、障碍检测传感器,并且该检测模块与电动遥控直升机上的中央控制器连接,从而能将检测结果通过中央控制器回传至地面控制台。
其中地面控制台包括遥控操作台,以及与该遥控操作台连接的显示屏和无线通讯模块,在该遥控操作台上设有操纵杆、操作按钮和指示灯。
其中在电动遥控直升机上设有沿环状分布的4至12个旋翼,每个旋翼均与一个旋翼轴传动连接,并且每个旋翼轴均与电动遥控直升机内的发动机传动连接。
经过试用证明,本发明的机器人系统可以代替目前普遍使用的人工、飞艇、动力伞展放引绳技术,相比人工展放具有工作效率高,无需接触跨越体,避免破坏跨越物,减少青赔费用,保护环境的优点。相比飞艇放线,本发明具有更好的抗风能力和稳定性。相比动力伞放线,本发明不消耗燃料,单次使用成本更低,且无需人工驾驶,安全性高。本发明应用到放线施工中,既可完成放线工作,同时可承担起线路巡线和工器具空中运输的任务,功能优势明显。
附图说明
附图1为本发明的逻辑原理框图;
附图2为本发明中电动遥控直升机的结构示意图;
附图3为本发明中电动遥控直升机的结构示意图;
附图4为本发明中电动遥控直升机的结构示意图;
附图5为本发明中抛线模块部分的结构示意图;
附图6为本发明中地面控制台的结构示意图;
附图7为本发明中飞行机器人的飞行控制流程图。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5、6所示,本发明是一种智能飞行放线机器人系统,包括飞行机器人和地面控制台,该地面控制台通过无线方式与飞行机器人通信从而对飞行机器人进行遥控,其中飞行机器人包括电动遥控直升机,在该电动遥控直升机的底座上安装有抛线模块,该抛线模块包括电动机,该电动机分别与电动遥控直升机上的电源和中央控制器连接,从而接受供电并且受中央控制器的控制,该电动机的输出轴与一齿轮齿条机构中齿轮3的转轴传动连接,而该齿轮齿条机构中的齿条7的一端通过复位弹簧6安装在底座上而其另一端上设有一延长杆8,在该底座上还分别安装有第一隔板4和第二隔板5,前述齿条7的延长杆8依次从第一隔板4和第二隔板5上的通孔中穿过,并且在该第一隔板4和第二隔板5之间的延长杆8上设有挂绳端或者直接将该部分延长杆8作为挂绳端。当然,电动遥控直升机上的中央控制器还与无线通讯模块连接从而能与地面控制台实现无线通讯。
其中在电动遥控直升机上安装有视觉模块,该视觉模块包括摄像头和图像传输模块,该摄像头通过图像传输模块与中央控制器连接,而该图像传输模块采用由相连接的图像采集卡及无线数据传输器组成的集成系统,图像采集卡采集摄像头拍摄到的图像数据,并通过无线数据传输器迅速地传送到地面控制台进行处理。
另外在该电动遥控直升机的底座上安装有检测模块,该检测模块包括风向传感器、风速传感器、红外检测传感器、障碍检测传感器,并且该检测模块与电动遥控直升机上的中央控制器连接,从而能将检测结果通过中央控制器回传至地面控制台。地面控制台包括遥控操作台11,以及与该遥控操作台11连接的显示屏9和无线通讯模块,在该遥控操作台11上设有操纵杆13、操作按钮10和指示灯12。
其中在电动遥控直升机上设有沿环状均匀分布的4至12个旋翼,每个旋翼均与一个旋翼轴传动连接,并且每个旋翼轴均与电动遥控直升机内的发动机(可采用电动机)传动连接。
下面更进一步的说明本发明的组成:
本发明中的智能飞行放线机器人系统由旋翼2、电机、电调、机架、抛线模块、视觉模块、中央控制器、无线通讯模块、检测模块及地面控制台组成。采用垂直起降方式,由旋翼2转动带来的升力作为飞行动力。各模块与中央控制器通过电路连接,由中央控制器控制各模块之间的工作与配合。人员通过地面控制台实现对机器人中央控制器的控制,同时查看机器人回传的各类数据。本发明的放线机器人集检测、拍摄、放线功能于一体。可精确定点悬停,当机器人到达指定位置后,进入悬停状态,在外力作用下偏离指定位置后,会自动调节返回指定位置。此外,机器人可自动记录航线坐标,当与地面控制台失联后,可以依照记录航线坐标自动返航。
本发明的放线机器人由电池为整个机器人供电,由中央控制器接受地面控制台发送的控制信号,控制电动机转动,由电动机带动旋翼2转动,旋翼2转动产生的升力作为机器人飞行的动力。机器人具有多个旋翼2,由中央控制器控制各旋翼2下电机的转速、转向(电调配合)。实现各旋翼2之间的配合,从而完成各种飞行动作。旋翼2、电机、电调连接后安装在机架上的旋翼座内,通过电路与中央控制器建立连接。机架旋翼轴可收缩、折叠,方便携带、运输。
其中抛线模块安装于机架舱体1底座外表面上,由小型的电动机、抛线机构组成,抛线机构为齿轮齿条机构。其中小型电动机(电机)带动齿轮3转动,齿轮3带动齿条7,齿条7一端设有圆柱体的延长杆8(挂绳端),穿过第一隔板4。另一端连接有复位弹簧6。在电机不工作情况下,挂绳端同时穿过第一隔板4、第二隔板5。当需要挂绳时,电机转动,经齿轮3、齿条7传动后,挂绳端从第二隔板5中抽出,复位弹簧6被压缩。之后,将绳头线圈放置于挂绳端与第二隔板5间,此时,令电机停止工作,复位弹簧6复位,推动挂绳端穿过绳头线圈与第二隔板5。绳头此时挂于挂绳端,两边的第一隔板4、第二隔板5共同限制绳头,防止其脱落。抛绳时,电机转动,挂绳端从第二隔板5中再次抽出,挂绳端的端部进入第一隔板4通孔内,但未穿出。此时绳头线圈与挂绳端分离,从而在重力作用下离开机器人,达到抛线目的。绳头脱落后,电机停止工作,挂绳端复位。抛线模块受中央控制器控制,根据地面控制台发出的遥控信号,进行相应电机动作。
视觉模块由摄像头、图像传输模块构成,摄像头作为机器人的眼睛。将拍到的图像数据通过图像传输模块回传至地面控制台,操作人员通过地面控制台查看图像。摄像头与图像传输模块均安装在机器人机架舱体1底座上。
中央控制器安装在机架舱体1底座上,中央控制器通过电路与所有模块连接,为所有模块提供控制信号。中央控制器由CPU及相应控制电路组成,同时含有平衡仪、GPS和对飞行情况进行监测的传感器及相应电路,可实时调节机器人飞行姿态,保证飞行稳定。可实时定位机器人,由CPU存储GPS获得的实时坐标值,同时可检测出机器人高度、飞行速度等飞行参数以及电池电量,可根据坐标值绘制航线图,根据电池电量计算续航时间,当续航时间低于设定警戒值时,中央控制器向地面控制台发送报警信号,地面控制台警示灯闪烁,提醒操作者尽快返航或降落。
无线通讯模块安装在机架舱体1底座上,与中央控制器通过电路连接,通过无线信号传递中央控制器与地面控制台之间的信息。可通过3G网卡接入无线网,适用于超远程信号传输。
检测模块安装在机架舱体1底座上,包括各类传感器,如风向、风速、红外检测、障碍检测等,与中央控制器通过电路连接。检测结果通过中央控制器回传地面控制台。
地面控制台包括:操作台11、显示屏9、无线通讯模块。操作台11上布有操纵杆13、操作按钮10、指示灯12用于遥控机器人进行飞行及工作。显示屏9显示机器人摄像头拍到的图像及检测模块检测到的各个参数。无线通讯模块实现操作台11、显示屏9与机器人之间的信号互传。操作台11与显示屏9、无线通讯模块通过电路连接,无线通讯模块内嵌在操作台11中。操作台系统以ARM处理器作为CPU,通过该芯片上的UART通讯模块与无线通讯模块相连,ARM芯片为主机,无线通讯模块为从机。无线通讯模块使用3G系统,通过无线网实现数据与信号的发送、接收。芯片通过自身I/O口与控制键盘、操纵杆相连,采集人机交流信号。当控制按键按下或操纵杆有动作时,相应I/O口会采集到信号,由CPU将相应控制信号发送到无线通讯模块,再由无线通讯模块发送至机器人。由机器人视觉模块回传的图像信息和检测模块回传的检测数据经过操作台CPU处理,显示在显示屏上。
本发明的放线机器人具有自动避障功能,及自动返航、定点悬停功能。可以检测到障碍物,为中央控制器避障提供数据。可存储飞行航线坐标,当与地面控制台失联,或接收到自动返航指令后,机器人会依据航线坐标,自动寻踪返航。此外,本放线机器人在指定位置可精确定位悬停,由中央控制器自动调节弥补偏移量。
本发明中的飞行机器人完全由碳纤维构成,所设计机架与现有遥控飞机相比,可以进行折叠,此外机架部分,特别是旋翼座的布置经过空气动力学计算,具有较好空气动力学性能。特别是机架上各模块、元件的安装位置也经过了力学计算,进行了动平衡分析后确定了最佳安装位置。本发明中使用的飞行控制器大疆公司生产的DJI—WK型飞控。本发明中的地面控制台及机器人端上彼此配套的无线通讯模块与现有同类设备相比,区别在于采用3G系统进行数据交流、信号传输,传输距离更长、信号抗干扰能力更强。其可与手机等智能设备通过配套App实现连接,使用者可于手机、平板电脑端查看机器人回传的各类数据。
地面控制台为减小体积与成本,不具备自带的大容量内存,但支持SD卡、U盘、移动硬盘等外部移动存储设备。机器人回传的视频直接存储至该类大容量移动存储设备之中。同时该控制站支持无线网卡及有线网接入,当互联网接入后,人员可通过网络远程查看机器人回传的视频、参数。也可向地面控制台端发送控制权请求,经点击允许后,可远程操作机器人。

Claims (1)

1. 一种智能飞行放线机器人系统,包括飞行机器人和地面控制台,该地面控制台通过无线方式与飞行机器人通信从而能对飞行机器人进行遥控,其特征在于:其中飞行机器人包括电动遥控直升机,在该电动遥控直升机的底座上安装有抛线模块,该抛线模块包括电动机,该电动机分别与电动遥控直升机上的电源和中央控制器连接,从而接受供电并且受中央控制器的控制,该电动机的输出轴与一齿轮齿条机构中齿轮(3)的转轴传动连接,而该齿轮齿条机构中齿条(7)的一端通过复位弹簧(6)安装在底座上而其另一端上设有一延长杆(8),在该底座上还安装有第一隔板(4)和第二隔板(5),前述齿条(7)的延长杆(8)依次从第一隔板(4)和第二隔板(5)上的通孔中穿过;
其中在电动遥控直升机上安装有视觉模块,该视觉模块包括摄像头和图像传输模块,该摄像头通过图像传输模块与中央控制器连接;
其中图像传输模块包括相连接的图像采集卡和无线数据传输器,该无线数据传输器与地面控制台之间通过无线方式连接;
其中在电动遥控直升机的底座上安装有检测模块,该检测模块包括风向传感器、风速传感器、红外检测传感器、障碍检测传感器,并且该检测模块与电动遥控直升机上的中央控制器连接,从而能将检测结果通过中央控制器回传至地面控制台;
其中地面控制台包括遥控操作台(11),以及与该遥控操作台(11)连接的显示屏(9)和无线通讯模块,在该遥控操作台(11)上设有操纵杆(13)、操作按钮(10)和指示灯(12);
其中在电动遥控直升机上设有沿环状分布的4至12个旋翼(2),每个旋翼(2)均与一个旋翼轴传动连接,并且每个旋翼轴均与电动遥控直升机内的发动机传动连接。
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