CN105035315A - 一种基于镭射光精确落线巡检的多旋翼无人机及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于镭射光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、两个驱动轮和两个连接板的悬挂机构；相平行的两个驱动轮均内设一电机驱动系统，外设一凹形圆环，且两个凹形圆环通过电机驱动系统驱动同时与输电线路相滑动配合，且二者形成的中心点连线与输电线路平行；两个连接板相对中心点连线设置且与两个驱动轮轮轴相固定；两个连接板之中其一在朝向中心点连线一侧侧面设有第一摄像头及至少一个镭射光雷达；悬挂杆固定于两个连接板之中其一背离中心点连线一侧侧面上，顶端设有至少一个第二摄像头。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

一种基于镭射光精确落线巡检的多旋翼无人机及操作方法

技术领域

本发明涉及无人机和电力巡检技术领域，尤其涉及一种基于镭射光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系统的日趋完善，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，提供一种基于镭射光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镭射光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、两个驱动轮和两个连接板的悬挂机构；其中，

所述两个驱动轮相平行设置，且每一驱动轮内部均设有一电机驱动系统，外部均形成有一凹形圆环；其中，两个所述凹形圆环可通过所述电机驱动系统驱动同时与所述输电线路相滑动配合，且二者形成的中心点连线与所述输电线路相平行；

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两个驱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两个驱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系统相配合的第一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镭射光测距系统相配合的镭射光雷达；

所述悬挂杆固定于所述两个连接板之中其一背离所述中心点连线一侧侧面上，其顶端延伸出所述中心点连线一定长度且设有至少一个与用于检测所述多旋翼无人机落线状况的压线视频监控系统相配合的第二摄像头。

其中，所述悬挂杆与所述第一摄像头及所述镭射光雷达设置于同一连接板上。

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，所述镭射光雷达有两个，所述两个镭射光雷达分别位于所述第一摄像头的两侧。

其中，所述第二摄像头有两个，所述两个第二摄像头对称设置于所述悬挂杆中心轴线的两侧，并分别朝向所述两个驱动轮。

其中，所述悬挂杆由空心碳纤维材料制作而成。

其中，所述两个驱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镭射光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，通过第一摄像头在地线视频跟踪系统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系统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；

开启镭射光雷达发射镭射光脉冲，通过镭射光测距系统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；

当通过第二摄像头在压线视频监控系统中确定所述多旋翼无人机的驱动轮与所述输电线路紧密贴合时，确定所述多旋翼无人机落线成功，并进一步停止所述多旋翼无人机的旋翼工作，启动所述驱动轮上的电机驱动系统，驱动所述驱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系统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10cm。

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第一摄像头采集确定地线视频跟踪系统中悬挂机构对输电线路的相对高度，通过镭射光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系统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镭射光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镭射光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为图1和图2中驱动轮的立体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的基于镭射光精确落线巡检的多旋翼无人机操作方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的基于镭射光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6为本发明实施例提供的基于镭射光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7为本发明实施例提供的基于镭射光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-驱动轮，21-凹形圆环，3-连接板，4-第一摄像头，5-镭射光雷达，6-第二摄像头，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至图3所示，为本发明实施例中，提出的一种基于镭射光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、两个驱动轮2和两个连接板3的悬挂机构；其中，

两个驱动轮2相平行设置，且每一驱动轮2内部均设有一电机驱动系统（未图示），外部均形成有一凹形圆环21；其中，两个凹形圆环21可通过电机驱动系统驱动同时与输电线路K相滑动配合，且二者形成的中心点连线与输电线路K相平行；

两个连接板3相对设置于中心点连线的两侧，其中，一连接板3的两端分别与两个驱动轮2轮轴位于中心点连线一侧的一端相固定，另一连接板3的两端分别与两个驱动轮2轮轴位于中心点连线另一侧的一端相固定；且两个连接板3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系统相配合的第一摄像头4以及至少一个与用于检测悬挂机构和输电线路K之间距离的镭射光测距系统相配合的镭射光雷达5；

悬挂杆1固定于两个连接板3之中其一背离中心点连线一侧侧面上，其顶端延伸出中心点连线一定长度且设有至少一个与用于检测多旋翼无人机落线状况的压线视频监控系统相配合的第二摄像头6。

应当说明的是，电机驱动系统包括电源、马达、无线接收器、传动机构等部件组成，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，从而可驱动两个驱动轮2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，第一摄像头4、镭射光雷达5及第二摄像头6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系统配合，如第一摄像头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系统。

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，两个驱动轮2均由尼龙材料制作而成，两个驱动轮2轮轴之间由两个连接板3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与第一摄像头4及镭射光雷达5设置于同一连接板上，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，因此镭射光雷达5有两个，两个镭射光雷达5分别位于第一摄像头4的两侧。

为了增强监控两个驱动轮2是否完成紧密压线的准确性，因此第二摄像头6有两个，两个第二摄像头6对称设置于悬挂杆1中心轴线的两侧，并分别朝向两个驱动轮2，这样就可以实现对输电线路K左右两侧紧密压线状态的监控。

如图4所示，为本发明实施例中，提供的一种基于镭射光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，通过第一摄像头在地线视频跟踪系统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系统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、开启镭射光雷达发射镭射光脉冲，通过镭射光测距系统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、当通过第二摄像头在压线视频监控系统中确定所述多旋翼无人机的驱动轮与所述输电线路紧密贴合时，确定所述多旋翼无人机落线成功，并进一步停止所述多旋翼无人机的旋翼工作，启动所述驱动轮上的电机驱动系统，驱动所述驱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系统的第一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5至图7所示），悬挂机构侧掠翼最下端在该输电线路的上侧。镭射光测距系统采用双镭射光雷达布置，水平排列于多旋翼无人机悬挂机构连接板的下侧的两端，镭射光测距系统的测距精度可控制在1mm以内，从而保证测得悬挂机构对输电线路的精确距离。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10cm）时，降低多旋翼无人机旋翼转速，使其开始落线。当第二摄像头监控到多旋翼无人机的驱动轮与输电线路紧密贴合时，判断多旋翼无人机落线成功，并进一步停止多旋翼无人机的旋翼工作，启动电机驱动系统驱动多旋翼无人机的驱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系统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系统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10cm。

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第一摄像头采集确定地线视频跟踪系统中悬挂机构对输电线路的相对高度，通过镭射光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系统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 (10)

1.一种基于镭射光精确落线巡检的多旋翼无人机，其与输电线路相配合，其特征在于，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）、两个驱动轮（2）和两个连接板（3）的悬挂机构；其中，

所述两个驱动轮（2）相平行设置，且每一驱动轮（2）内部均设有一电机驱动系统，外部均形成有一凹形圆环（21）；其中，两个所述凹形圆环（21）可通过所述电机驱动系统驱动同时与所述输电线路相滑动配合，且二者形成的中心点连线与所述输电线路相平行；

所述两个连接板（3）相对设置于所述中心点连线的两侧，其中，一连接板（3）的两端分别与所述两个驱动轮（2）轮轴位于所述中心点连线一侧的一端相固定，另一连接板（3）的两端分别与所述两个驱动轮（2）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（3）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系统相配合的第一摄像头（4）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镭射光测距系统相配合的镭射光雷达（5）；

所述悬挂杆（1）固定于所述两个连接板（3）之中其一背离所述中心点连线一侧侧面上，其顶端延伸出所述中心点连线一定长度且设有至少一个与用于检测所述多旋翼无人机落线状况的压线视频监控系统相配合的第二摄像头（6）。

2.如权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述悬挂杆（1）与所述第一摄像头（4）及所述镭射光雷达（5）设置于同一连接板上。

3.如权利要求2所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述悬挂机构还包括一侧掠翼（7），所述侧掠翼（7）呈半椭圆环状，且与远离所述悬挂杆（1）的连接板（3）相固定。

4.如权利要求3所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述镭射光雷达（5）有两个，所述两个镭射光雷达（5）分别位于所述第一摄像头（4）的两侧。

5.如权利要求4所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述第二摄像头（6）有两个，所述两个第二摄像头（6）对称设置于所述悬挂杆（1）中心轴线的两侧，并分别朝向所述两个驱动轮（2）。

6.如权利要求5所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述悬挂杆（1）由空心碳纤维材料制作而成。

7.如权利要求6所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述两个驱动轮（2）均由尼龙材料制作而成。

8.一种基于镭射光精确落线巡检的多旋翼无人机操作方法，其特征在于，其在包括如权利要求1至7中任一项所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，通过第一摄像头在地线视频跟踪系统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系统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；

开启镭射光雷达发射镭射光脉冲，通过镭射光测距系统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；

当通过第二摄像头在压线视频监控系统中确定所述多旋翼无人机的驱动轮与所述输电线路紧密贴合时，确定所述多旋翼无人机落线成功，并进一步停止所述多旋翼无人机的旋翼工作，启动所述驱动轮上的电机驱动系统，驱动所述驱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。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，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系统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。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预设的阈值为10cm。