CN107275976A - 自主高空电缆检查系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种高空检查系统，包括具有铰接臂与其连接的无人飞行器(UAV)。末端执行器连接到铰接臂的第二端，末端执行器的大小和形状为以靠近的接近度至少部分地在高空电缆周围延伸。一个或多个传感器沿着末端执行器的内表面设置，并且对控制单元提供反馈。在响应中，控制单元调整UAV、铰接臂和末端执行器的至少一个的位置，从而末端执行器相对于电缆保持靠近而非接触的位置。

Description

自主高空电缆检查系统
背景技术
高空电缆，例如光缆，可能因松鼠咀嚼、烟花、枪弹、天气、磨损等受到损坏。一旦发生，可能中断通过高空电缆提供的服务。当前在长距离上检查高空光缆线套管完整性或损坏的方法很缓慢、笨重，并且有时引起不安全的实践或方法。由于典型地非常难以找到哪里的电缆被损坏并然后将其修复，服务中断可能持续很长时间。
光纤网络部署、操作和维护的成本和延迟上的最大问题之一是人工劳动。高空光缆的检查是劳动密集型和通常高成本的任务。另一个问题是安全。很多高空工人每年在工作上被夺去生命，并且许多其他的人遭受电烧伤和机械性损伤造成四肢的非致命性损失。
发明内容
本公开的一个方面提供高空检查设备，包括飞行器、在第一端连接到飞行器的铰接臂、以及连接到铰接臂的第二端的末端执行器，末端执行器的大小和形状为至少部分地围绕高空电缆延伸，其一个或多个传感器沿着末端执行器的内表面设置。此外，设备中的控制单元配置为从一个或多个传感器接收信息，并且响应于由一个或多个传感器检测的信息调整飞行器的位置、铰接臂的运动或末端执行器的运动的至少一个，以保持末端执行器相对于电缆的预定相对位置。末端执行器可包括底座、从底座的上部延伸的第一钳、以及从底座的下部延伸的第二钳，其中所述一个或多个传感器和/或摄像机沿着每个钳和底座的长度设置。摄像机适合于捕获高空电缆的360度视图。控制单元配置为自主保持一个或多个传感器相对于高空电缆的非接触位置。
本公开的另一个方面提供一种系统，包括一个或多个传感器、存储器、以及与一个或多个传感器和存储器通信的一个或多个处理器。一个或多个处理器配置为从一个或多个传感器接收输入，根据接收的输入检测飞行器的末端执行器和电缆之间的接近度，并且响应于接收的输入调整末端执行器相对于高空电缆的位置，从而末端执行器至少部分地围绕电缆的外径，并且电缆的外径与末端执行器的每个围绕部分保持大约1-100mm的距离。
本公开的再一个方面提供一种方法，包括从一个或多个传感器连续接收输入，一个或多个传感器定位在连接到无人飞行器的末端执行器上，输入对应于高空电缆，用一个或多个处理器根据接收的输入检测末端执行器和高空电缆之间的接近度，并且响应于接收的输入连续调整末端执行器相对于高空电缆的位置，从而末端执行器至少部分地围绕电缆的外径，并且电缆的外径保持距末端执行器的每个围绕部分大约1-100mm的距离。
附图说明
图1A-1B示出了根据本公开各方面的示例性高空检查系统。
图2A-2D示出了根据本公开各方面的示例性末端执行器。
图3示出了根据本公开各方面的末端执行器上的示例性传感器设置。
图4A-4B是根据本公开各方面的示例性末端执行器相对于一个或多个电缆的侧视图。
图5A-5B示出了根据本公开各方面的检查高空电缆的图1的高空检查系统的示例。
图6示出了根据本公开的各方面在相对于高空电缆的示例性安全保障模式中图1的高空检查系统。
图7A-7B示出了根据本公开各方面的示例性锁定机构。
图8是根据本公开各方面的示例性计算装置的方块图。
图9是根据本公开各方面的示例性系统的方块图。
图10是示出根据本公开各方面的示例性方法的流程图。
具体实施方式
概述
本公开的技术总体上涉及无人飞行器(UAV)，例如无人驾驶飞机，适合于靠近检查高空电缆。飞行器包括轻质铰接机器人延伸臂，其末端执行器适合于相对于高空电缆保持固定的位置。例如，末端执行器包括一个或多个传感器，可提供实时接近性反馈、稳定化控制和远程遥测数据。末端执行器还包括一个或多个摄像机，适合于捕获高空电缆的360度图像。
延伸臂由轻质材料制造，并且利用七个自由度铰接，在每个关节上平衡以便光滑和有效的运动。在一个示例中，配备有两个3轴无刷DC万向节，臂的每一端一个，并且具有无刷DC电动机的单轴关节位于臂的大致中点(肘关节)。铰接特点允许臂在向事故位置导航飞行和从事故位置导航飞行期间被收起(stow)。
设置在连接到UAV的臂的端部的3-轴万向节允许UAV调整其陀螺仪姿态(横滚、俯仰和横摆)而与臂的位置无关，因此允许臂和末端执行器传感器阵列对目标电缆保持稳定的关系和接近度。另外，臂提供一定程度的挠曲性以适应UAV的线性飞行特性且补偿由于风和通常导航要求引起的UAV的线性(X、Y和Z)姿势调整。
末端执行器可通过3轴无刷万向节连接到延伸臂，3轴无刷万向节连接到末端执行器的底座。多个钳从底座突出。例如，四个钳可设置在底座的大致每个拐角。钳可定位成运动，例如通过彼此接近运动或者彼此远离运动。这样，钳可定位在不同直径的电缆或电缆捆周围，而仍保持电缆和钳之间的一致的距离。
多个面向光缆的摄像机、光和光电机械传感器可沿着每个钳和底座的长度设置。这些摄像机和传感器适合于评估光缆的表面且识别损坏。例如，摄像机可捕获信息，例如印刷在光缆外套上的制造商信息和光缆的损坏位置。装置可使用标签、快速响应(QR)代码、射频识别(RFID)、信标蓝牙低能量(BLE)或其它类型的标记帮助识别或有助于识别目标电缆。另外，前后面对的摄像机和传感器使UAV能够避开阻挡其飞行路径的障碍物。
在某些示例中，飞行器可配备有工具以清洁或修理电缆。例如，末端执行器可包括喷嘴，喷嘴配置为使压缩空气和/或水雾对准目标电缆以清洗各种碎屑，例如灰尘、污垢、泥土、雪等，该碎屑可能存在于电缆上且妨碍电缆表面的清楚检查。
飞行器也可配备有安全保障机构。例如，末端执行器可配置为响应于预定的事件锁定到高空电缆上。这样的预定事件可包括例如突发未预期的位置改变、在规定限度之外的位置改变、与另一个物体接触等的检测。
飞行器的控制单元可包括例如微控制器，其编程为控制延伸臂和末端执行器的运动。例如，控制单元可连续检测飞行器的位置和末端执行器相对于电缆的位置。作为响应，控制单元可调整末端执行器的位置。它也可调整飞行器的位置。控制单元还可包括GPS导航和通信单元，例如RF收发器。
飞行器可用于任何数量的实现方式。例如，飞行器可响应于网络操作中断或者作为常规维护的一部分来检查电缆。这样，飞行器可快速且安全地获得有关电缆条件的信息，查明发生损坏的区域。在此情况下，飞行器检测的信息也可用于快速维修电缆，例如通过将损坏的类型和损坏电缆的制造商信息通信给技术人员。
示例性系统
图1A示出了示例性高空电缆检查系统100。高空检查系统包括无人飞行器(UAV)110，铰接的机器人延伸臂120与其连接。臂120的相对端是末端执行器150。末端执行器150包括一个或多个传感器或摄像机，用于接近检查高空电缆，如这里更加详细的讨论。
延伸臂120由轻质材料制造，例如，聚乙烯、铝、碳纤维或任何其它耐用的轻质材料。臂110可铰接有七个自由度或者更多或更少自由度。在该示例中，臂120包括段122、124和126，它们由关节132、134、136彼此连接。臂120可在每个关节处进行平衡以能实现光滑和有效的运动。根据一个示例，关节132和136是3轴无刷DC万向节，并且关节134是具有无刷DC电动机的单轴关节。在其它示例中，可采用不同类型的关节。此外，段122-126和关节132-136的数量可修改。铰接特性允许臂120在导航飞行到事件位置和从事件位置导航飞行期间收起(stow)。
将臂120连接到UAV 100的关节132允许UAV 110与臂位置无关地调节其陀螺仪姿态。例如，臂120可运动而不调整UAV110的横滚、俯仰和横摆，并且反之亦然。这样，臂和末端执行器传感器阵列可对目标电缆保持稳定关系和接近度。臂120还提供一定范围的挠曲以适应UAV110的线性飞行特性。而且，臂120可补偿UAV110在X、Y和Z方向上由于风和通常导航要求引起的姿势调整。
连接臂120到末端执行器150的关节136使末端执行器150能够宽范围的运动与UAV110无关。
尽管图1A示出了从UAV110的上部延伸的臂120，但是应理解，臂120可连接到UAV110的任何点。例如，参见图1B，臂120'连接到UAV110'的下侧。在UAV110'的重心附近设置将臂120'与UAV110'连接的关节132可提供稳定性，因此允许UAV110'的精确调整和末端执行器150的定位。
图2A提供末端执行器150的更加详细的视图。在该示例中，末端执行器150包括底座152，该底座具有四个钳154，所述四个钳154从接近底座152的每个拐角的位置延伸。钳154和底座152的每一个可具有位于其上的一个或多个摄像机、发光二极管(LED)和/或传感器，如下面结合图3-4进行更加详细的描述。
根据某些实施例，每个钳154可具有由关节连接的多个段，从而每个段被铰接154。这样的钳154的运动可采用一个或多个电动机实现，从而钳154一致地或独立地操作。在其它示例中，钳154可为固定的。如所示，钳154总体上是弯曲的。这样，每个钳154与底座152相对的端点可朝着电缆与底座152的相对侧延伸，因此允许在一个时间从多个角度对电缆的靠近检查。在其它示例中，钳154可从底座152向外直线延伸而仍实现相同的效果。
在某些示例中，每个钳154可为大致相同的尺寸和形状，并且具有相同的结构。然而，在其它示例中，钳154的尺寸和形状可从一个钳到相邻的一个变化，和/或钳154的结构可从一个钳到相邻的一个变化。仅作为示例，上部的钳可较宽、较长和铰接的，而下部的钳较短、较窄且为刚性的。
尽管图2A中的底座示出为大致平面的和矩形的，但是底座的尺寸和形状可变化。例如，底座152可为弯曲的，使上部和下部延伸远离段126和关节136，或者使每个拐角更远离段126和关节136且朝着钳154延伸。而且，底座152和钳154形成为一个连续件。
图2B示出了另一个示例性末端执行器，包括大致三角形的底座252和设置在每个拐角附近的三个钳254。底座252可由关节236转动以调整钳254。例如，尽管末端执行器示出为具有在上部的一个钳和在下部的两个钳，但是底座252可在关节236处转动以使两个钳定位在上部。
图2C示出了再一个末端执行器。在该示例中，底座262与图2A的底座152相比是狭窄的。此外，两个钳264、266连接到底座262，每个端部一个。如所示，上钳264的大小与下钳266的大小不同。然而，如上所讨论，钳可具有任何的尺寸、形状或配置，无论是彼此类似或不同的钳。
图2D示出了又一个示例性末端执行器。这里，末端执行器包括底座272和钳274、276，它们横向跨过底座272。钳274、276的每一个可包括在其内表面上的多个传感器和/或其它部件。钳274、276的厚度和其它尺寸可变化，正如结构可变化。仅作为示例，每个钳274、276可为固体的和材料的连续件，或者可为材料的窄条与其间的空间融合在一起。根据一个示例，遮光板278可从一个或多个钳274、276向外延伸，并且可在不需要时缩回。这样，如果来自太阳或任何其它环境因素的闪光与来自末端执行器上的传感器的读取发生干扰，则遮光板278可用于遮蔽这样的环境因素。遮光板278可自主控制，例如通过由一个或多个处理器激发的电动机，或者可手动延伸和缩回。尽管仅一个遮光板278示出为从上钳274的一侧延伸，但是可理解为类似的遮光板可结合在任何或每个钳274、276的任何或每一侧中。
在如上所述的图2A-2D的每一个中，末端执行器具有大致C状或U状的横截面，尽管其它配置也是可能的，仍提供360度电缆图像的捕获。
图3示出了定位在末端执行器150上的部件的示例。这样的部件可包括图像捕获装置、LED、传感器等。图像捕获装置可包括例如摄像机、红外线成像器、雷达、声呐、超声波或任何其它类型的图像捕获装置。传感器可为光电机械传感器、电磁传感器、声音传感器、光学传感器、接近度传感器、光传感器、热传感器、有机传感器、气体/流体传感器或这些的组合或任何其它类型的传感器。设置在末端执行器上的其它部件可包括但不限于RFID阅读器、条形码扫描仪、BLE或其它无线配对装置等。更进一步，清洗工具可结合在末端执行器中以清洗来自电缆的污垢和碎片，并且因此能使电缆护套上的信息被读取。例如，末端执行器150可配置为将压缩空气或水瞄准到电缆上以清洗掉灰尘、污垢、泥土、雪、鸟粪或任何其它类型的碎片。
图像捕获装置、传感器、灯和其它部件可沿着底座142和钳154设置在各种位置。在图3的示例中，面对电缆的图像捕获装置312位于底座152上，并且另一个面对电缆的图像捕获装置314定位在每个钳154上。图像捕获装置312、314可一次捕获电缆整个外径的图像。向前和向后面对的图像捕获装置(未示出)也可定位在末端执行器150上。这样的向前和向后面对的图像捕获装置可提供关于障碍物的信息，例如末端执行器前面或后面的电线杆、树、动物等。此外的图像捕获装置可类似地设置在UAV上。
传感器322也定位在底座152和钳154上。根据一个示例，传感器322包括各种类型的传感器，例如某些接近度传感器、某些热传感器、某些电磁场(EMF)检测器等。根据另一个示例，传感器322可包括相同类型的多个传感器。传感器的数量和传感器沿着底座152和钳154的定位可变化。此外，传感器322相对于其它部件，例如图像捕获装置312、314和灯332的定位可修改。根据某些实施例，选择用在末端执行器中的传感器能够无论环境条件如何也接收读取。例如，传感器可选择为可在接近或完全黑暗中接收反馈，而不使用灯。
在其它示例中，灯332也可设置在末端执行器150的各种不同位置，包括底座152和/或钳154，并且类型、尺寸、数量、位置等可变化。例如，灯332可包括LED、激光或任何其它类型的照明。灯可定位成有效照明电缆而不产生眩光。这样，高空检查系统可连续检查电缆，甚至在接近或完全黑暗的条件下。
清洗部件342、344可设置在末端执行器上，并且它们的类型、数量和位置也可变化。例如，末端执行器可包括一个或多个压缩空气喷嘴、水或溶液喷雾器等。在其它示例中，一个或多个钳154可包括其上具有布料或刷子的表面以轻轻擦去碎屑。
图4A是示例性末端执行器相对于被检查的电缆束404的侧视图。电缆束示出为包括七个电缆410-416，但是任何数量的电缆可由末端执行器450适应。电缆束404可固定在外护套内，或者每个电缆410-416可仅由其自身的护套保护。如所示，末端执行器450包括基座452(例如底座或段)、下钳453和上钳454。在该示例中，每个钳453、454包括由关节连接的多个段。例如，下钳453包括由关节473-475连接的段463-465，并且上钳454包括由关节477-479连接的段467-469。同时，底座452和钳453、454基本上围绕电缆束404的外径。而且，每个段和底座具有内表面492-499，其中内表面492-499保持在电缆束404的外径的预定接近度内。例如，末端执行器450的每个内表面可保持在电缆束404的1mm-100mm之间或更大的直径内。内表面492-499还包括多个部件480，例如LED、传感器、图像捕获装置、清洗部件等，如上面结合图3所描述。一个或多个部件480将关于电缆束404的反馈提供给计算装置。例如，传感器可报告它们自己和电缆束404的外径上的最接近点之间的距离。该信息可由计算装置使用以作为整体调整末端执行器450的位置，或者调整特定钳453、454或段463-465、467-469的位置。
尽管在图4A的图示中部件480延伸超过末端执行器450的内表面492-499，但是在其它示例中部件480可与内表面齐平，例如通过至少部分地凹陷在底座452和段463-469内、由附加材料围绕等。而且，部件480的数量、类型、尺寸、围绕、分布等可变化。
图4B提供末端执行器450'的另一个示例，相对于电缆束404'示出，电缆束404'包括电缆411-414。在该示例中，底座452'通过延伸部455连接到钳453'、454'，延伸部455可缩回或延伸。这样，钳453'、454'可移动为更加靠近在一起或更加远离。这样的运动可手动或机械地实现。在某些示例中，延伸部455的运动可为自动的，从而控制单元响应于来自一个或多个传感器的反馈移动延伸部455。
除了延伸455部外，钳453'、454'之一或每一个也可在基本上平行于钳452'、454'的轴的方向上向外延伸。例如，附件457可从钳453'延伸，并且附件458可从钳454'延伸。在缩回时，附件457、458可存放在它们各自的钳453'、454'内。
传感器/部件480'可设置在末端执行器的每个内表面上，包括底座452'、延伸部455、钳453'、454'和附件457、458的内表面。根据某些实施例，这些传感器或其它部件可以倾斜定位。倾斜可以将传感器480'朝着电缆束404'的位置聚焦。例如，传感器可以以一定的角度固定，其设定为朝着电缆的所希望位置，从而在这些传感器设置为靠近底座的情况下，钳的内表面上的传感器偏离底座452'倾斜，在这些传感器设置在钳453'、454'或附件457、458的远端上的情况下，它们朝着底座452'倾斜。根据其它实施例，传感器的倾斜可手动或机械地调整。倾斜可使传感器能接收来自电缆周围每个角度的反馈。例如，在传感器包括图像捕获装置的情况下，例如，图像可在电缆束404'的整个周边上被捕获。
图5A示出了检查一段电缆504的高空检查系统100的示例，电缆由电杆502支撑。末端执行器150保持对电缆504的紧密接近度，末端执行器150的钳154伸展在电缆周围。例如，如所示，两个钳154伸展在电缆504的顶部上，并且两个钳154伸展在电缆504的底部下。末端执行器504上的传感器连续检测电缆相对于末端执行器的位置。末端执行器150的位置可依响应调整。例如，UAV110、臂120、末端执行器150的任何一个或其组合可被调整，从而末端执行器保持对电缆504的紧密接近度。
随着高空检查系统100检查电缆504，它可捕获图像或执行其它操作。例如，高空检查系统100可连续捕获电缆504的图像，并且将这些图像传输到远程计算装置用于评审。远程计算装置可为例如手持控制器，由地面操作者、中央服务器或任何其它计算装置操纵。图像可包括元数据，例如时间戳，对应的GPS坐标等。这样，操作者可评审图像，识别电缆在图像中的损坏部分，并且确定损坏的位置。
在其它示例中，高空检查系统100包括计算装置，配置为识别电缆的损坏部位且将该损坏报告到远程计算装置。例如，高空检查系统计算装置可采用图像识别技术识别损坏的电缆，并且进一步确定损坏的类型。仅作为示例，高空检查系统计算装置可保存与其它信息相关的多个电缆损坏的图像，例如识别损坏类型的信息。高空检查系统计算装置然后可比较由末端执行器150捕获的图像与保存的图像以确定是否捕获图像中的任何目标匹配保存图像中的目标。
图像捕获装置在末端执行器150上的位置允许随着高空检查系统100向前运动捕获电缆504的360度图像。这样，电缆504的全部外径可在单一通过中被检查，因此提供有效的检查。除了识别损坏，高空检查系统可从电缆504识别其他有关信息，例如通过读取印刷在电缆504的护套上的制造商信息。
根据某些实施例，某些钳可用于保持末端执行器对电缆504在紧密接近度的位置，而其它的钳用于捕获电缆504的图像。例如，前上方的钳和前下方的钳可包括一个或多个传感器，所述传感器确定电缆504和传感器之间的距离。这些传感器可给计算装置提供信息，如上面所讨论，允许必要时调整末端执行器相对于电缆的位置。在相同的示例中，后上方的钳和后下方的钳可包括一个或多个图像捕获装置，用于在UAV110和末端执行器150向前运动时捕获电缆的360度图像。
高空检查系统100连续调整其相对于电缆504的位置的能力使高空检查系统能够靠近检查多段非水平延伸的电缆，而不损坏电缆或高空检查系统。示例示出在图5B中。电缆506由电杆502支撑，但是具有很大的松弛量，导致电缆506下垂。由于末端执行器150连续检测电缆506的位置且调整其自身的位置以保持相同的相对位置，高空检查系统适应于电缆506的线性改变。
除了适应电缆的位置外，高空检查系统还可调整位置以解决其它事件，例如移动UAV的狂风。
图6示出了由高空检查系统实现的安全保障操作的示例。在该示例中，末端执行器150夹持到电缆604上，以防止高空检查系统或电缆604的损坏。如果，例如，如果设备经历想不到的位置改变，则这样的安全保障操作可实现。例如，特别强的狂风可移动设备超过高空检查系统可承受和调整的程度。响应于检测这样的极端位置改变，末端执行器150可自动地抓住电缆604。例如，末端执行器150的每个钳的远端可朝着彼此运动以在电缆周围闭合。作为另一个示例，高空检查系统可运动为使至少一个钳钩在电缆604周围，与是否钳可运动无关。
末端执行器150在电缆604上的这种锁定使高空检查系统不可能变为缠绕在电缆上，与电杆604碰撞，或者以其他方式引起高空检查系统或电缆的损坏。想不到的位置改变仅为触发安全保障模式的操作的事故的一种类型。其它的事件可包括例如接触电缆、功率损失、设备故障等。而且，高空检查系统可执行其它的操作作为安全保障模式的一部分。这样的其它操作的示例包括错误报告、保存数据到特定位置、附加程序的实施、暂停其它程序等。
图7A示出了示例性末端执行器750，其具有锁定机构，可用于在安全保障模式中抓住电缆，如上面所讨论。在该示例中，锁定装置712、714可设置在末端执行器750的一个或多个钳上。这些锁定装置712、714可连接到铰链或关节且锁定在第一位置，其中锁定装置712、714可不与末端执行器750的电缆检查干扰。然而，锁定装置712、714可响应于安全保障条件释放。例如，锁定装置712、714可弹簧加载，从而一旦它们变为从第一位置解锁，它们弹回到第二位置，如图7B所示。在该第二位置，锁定装置712、714朝着彼此延伸，并且与末端执行器钳753、754协作，产生末端执行器在电缆周围的牢固闭合。因此，末端执行器可在必要时锁定到电缆上。尽管上面描述了弹簧加载释放机构，但是应理解，任何机构都是可能的。锁定机构的致动可在其它示例中被机械化且由一个或多个处理器控制。而且，尽管在图7A-7B中锁定装置712、714示出为基本上细长的弯曲段，但是任何数量的设计都是可行的。
如上所述，高空检查系统可包括计算装置，其从末端执行器上的部件接收正反馈且作为响应调整UAV、臂和/或末端执行器的位置以相对于目标高空电缆保持接近、非接触位置。根据一个示例，一个处理器控制臂和末端执行器的操作，而另一个处理器控制UAV的操作。这两个处理器可彼此通信，例如，使末端执行器处理器提供反馈到UAV处理器以保持UAV相对于目标电缆的稳定位置，并且帮助导航和碰撞避免。在另一个示例中，相同的一个或多个处理器控制臂/末端执行器和UAV二者的操作。
示例性系统示出在图8中。如所示，系统800包括连接到各种部件870-880的一个或多个计算装置810，例如UAV导航系统870、定位系统872、照明874、感知系统876、清洗部件878和电源系统880。计算装置810还包括一个或多个处理器822、存储器824和典型地存在于微处理器中的其它部件或通常目的的计算机等。
一个或多个处理器822可为任何传统的处理器，例如商业可够得的微处理器。作为选择，一个或多个处理器可为专用装置，例如专用集成电路(ASIC)或其它硬件基处理器。尽管图8功能性地示出了处理器、存储器和计算装置810的其它元件在相同方块内，但是本领域的普通技术人员应理解，处理器、计算装置或存储器实际上可包括多个处理器、计算装置或存储器，它们可保存在相同的物理外壳内或可不保存在相同的物理外壳内。类似地，存储器可为硬盘驱动器或设置在与计算装置810不同的外壳中的其它存储介质。因此，处理器或计算装置的称谓应理解为包括处理器或计算装置或存储器的集合的称谓，它们可并行操作或可不并行操作。
存储器824可保存有处理器822可访问的信息，包括由处理器822可执行的指令826和数据828。存储器824可为操作为保存由处理器822可访问信息的类型的存储器，包括非瞬态计算机可读介质或在电子装置的帮助下存储可读取的数据的其它介质，例如硬盘驱动器、存储卡、只读存储器("ROM")、随机存取存储器("RAM")、数字化视频光盘("DVD")或其它光盘、以及其它可写只读存储器。这里讨论的主题事项可包括前述内容的不同组合，其中指令826和数据828的不同部分保存在不同类型的介质上。
数据828可由处理器822根据指令826恢复、保存或修改。例如，尽管本公开不受特定数据结构的限制，但是数据828可保存在计算机的寄存器中，在关系数据库中作为具有多个不同域和记录的表、XML文件或扁平文本(flat file)。数据828也可格式化成计算机可读格式，例如但不限于二进制数值、ASCII或Unicode。仅作为进一步的示例，数据828可保存为由像素组成的位图，它们以压缩或未压缩的形式保存，或者各种图像格式(例如，JPEG)、矢量基格式(例如，SVG)或者用于绘制图形的计算机指令。而且，数据828可包括足以识别相关信息的信息，例如数字、说明性文字、特性代码,专有代码、指针、对保存在其它存储器中的数据的索引(包括其它网络位置)或由计算相关数据的功能所用的信息。
在一个示例中，计算装置810可为结合在系统800中的自治电缆检查计算机系统，例如具有机器人延伸臂和末端执行器的UAV。计算装置能自动地与系统的各种部件通信，或者不必从人工操作者连续输入。例如，计算装置810可与系统800的各种部件870-880通信，它们在自主模式下根据存储器824的指令826操作，不要求或需要从操作者连续或周期地输入。尽管这些系统示出为在计算装置810之外，但是在其它示例中这些系统也可结合在计算装置810中。
指令826可执行以采用一个或多个部件870-880或没有示出的其它部件实现各种电缆检查操作。例如，UAV导航系统870可包括GPS或将UAV引导到被检查的一段电缆的其它系统。定位系统872可指示为响应于由感知系统876提供的反馈，其可包括一个或多个摄像机、传感器等。例如，定位系统872可包括一个或多个马达或用于控制UAV、延伸臂和/或末段执行器的位置的其它装置。由于感知系统876提供有关电缆对末端执行器的接近度的数据，定位系统872可调整一个或多个UAV、臂或末端执行器的位置以保持末端执行器以紧密的接近度至少部分地围绕电缆的位置。照明系统874可包括一个或多个LED或其它装置。当环境条件是自然光不足时，或者在任何其它的环境下，照明系统874可被指示以在UAV在距电缆预定的距离内的任何时间照明被检查的电缆。这样，照明系统874也可响应于来自感知系统876的输入，例如来自灯或近端传感器的反馈。类似地，清洗部件878也可响应于来自感知系统876的反馈。例如，一个或多个处理器822可根据由感知系统876捕获的图像确定被检查的电缆是肮脏的。由于这样的污垢可能妨碍信息，例如印刷在电缆护套上的制造信息，清洗部件878可被指示为喷水或空气或者执行某些其它的操作以清洗碎屑。电源系统880可包括例如用于给系统800供电的电池。
尽管上面参考自主电缆检查模式的示例描述了部件870-880，但是应理解，该部件也可响应于操作者输入或其它指示而操作。例如，计算装置810可通过发射器/接收器830给远程计算装置提供信息，远程计算装置例如为操作者控制单元。类似地，计算装置810可从远程操作者控制单元接收指令。在其它示例中，系统800可以以自主电缆检查模式操作，但是仍采用发射器/接收器830提供反馈到远程计算装置。
图9示出了示例性系统900，其中UAV和电缆检查系统800与其它装置通信。例如，UAV检查系统800、800A的每一个可通过无线通信方法与远程计算装置920、930通信，无线通信方法例如为蓝牙或射频信号等。远程计算装置920、930可为例如移动装置，例如PDA、膝上型电脑、网络电脑、平板计算装置、头戴显示器等或者台式电脑装置。每个远程计算装置920、930可包括例如处理器、存储器、显示器、用户输入、通信部件等。远程计算装置920、930可如上所述从UAV系统800、800A接收反馈，例如接收高空电缆的360度图像。远程计算装置920、930还可给UAV系统800、800A提供指令，例如到哪里去或者相对于特定的电缆进行操作。
在该示例中，远程计算装置920、930通过网络940连接到中央服务器910和存储系统950。服务器910可从很多UAV系统收集信息，并且使用这样的信息改进UAV系统的操作。例如，由每个UAV系统捕获的360度图像可保存在存储系统950中。图像中的目标，例如损坏的类型，可采用很多技术中的任何一个识别，并且这样的目标的指示可与图像相关联地保存。这样的信息可由UAV系统800、800A在检查电缆、评估损坏中以及潜在地修复损坏中存取。
尽管在图9的示例中系统800、800A示出为通过远程计算装置920、930连接到网络940，但是应理解，在其它示例中，系统800、800A可直接连接到网络940。网络940和插入节点可包括各种配置和协议，包括互联网、万维网、内部网、虚拟专用网、广域网、局域网、对一个或多个公司的采用通信协议权的专用网、以太网、WiFi(例如，802.11,802.11b,g,n，或其它这样的标准)、HTTP、以及前述的各种组合。这样的通信可由能够发送数据到其它计算机且从其它计算机传输数据的装置促进，例如调制解调器(例如，拨号、电缆或光缆)和无线接口。
尽管如上所述在传输或接收信息时获得一定的优点，但是这里公开的主题事项的其它方面不限于信息传输的特定方式。例如，在某些方面中，信息可通过诸如磁盘、磁带或CD ROM的介质发送。
示例性方法
图10示出了根据本公开各方面的检查高空电缆的示例性方法1000。该方法例如可用UAV实现，UAV包括通过铰接臂连接其上的末端执行器。尽管该方法的各部分以下面的特定顺序讨论，但是应理解这些部分可以以不同的顺序实现。类似地，各操作可同时进行，某些操作可省略，并且其它操作可增加。
在方块1010中，在一个或多个处理器处接收传感器反馈。提供反馈的传感器定位在末端执行器上，末端执行器通过铰接臂连接到UAV。传感器可包括例如接近度传感器、光传感器、热传感器、辐射传感器、声传感器或任何其它类型的传感器。在一个示例中，传感器连续地提供反馈，甚至在执行其它功能时。
在方块1015，末端执行器相对于被检查的高空电缆的位置被确定。定位至少采用接收的反馈确定。
在方块1020，确定末端执行器是否在电缆的预定距离内。例如，电缆的外周边和末端执行器的内表面之间的距离可在一个或多个点测量。该距离可与预定的范围比较，例如10mm-100mm，以确定是否末端执行器至少部分地围绕电缆，或者是否它太靠近或远离。
如果末端执行器被确定为没有在预定的距离内，则在方块1025中调整定位。例如，末端执行器、臂、UAV的位置或它们的任何组合可调整。方法1000然后可返回到方块1010。
然而，如果末端执行器被确定为在电缆的合适距离内，从而末端执行器至少部分地围绕电缆且紧密接近，则该方法进行到方块1030。这里，接收采用末端执行器上的图像捕获装置捕获的360度图像。这些图像可被分析和保存。
在方块1035中，接收的图像用于检测高空电缆的状态。例如，图像可用于识别对高空电缆的损坏。这样的检测可包括目标识别技术、图像比较技术或很多其它技术的任何一个。
在方块1040中，可确定是否电缆的视图被碎屑阻挡。该确定可基于360度图像的分析，或者来自从传感器接收的其它信息。
如果电缆的视图被碎屑阻挡，则电缆可在方块1045中清洗。例如，末端执行器可包括清洗部件，例如压缩空气或水雾，其可以被触发以清洗碎屑。根据一个示例，清洗部件可在检查后续图像前分发预定量的空气或水，并且可连续该分发且循环检查，直到电缆是清洁的，或者直到已经执行了预定数的循环。
示例性实施方案
这里描述的主题事项可用在大量不同情形的任何一个中。作为一个示例，上面描述的高空检查系统可用在响应于外线设备(OSP)网络(层1)服务中断事件。在专有的网络中断监控系统和网络基础设施地理信息系统(GIS)的援助下，设备可从安全基础设施快速分派到受影响的区域。自主电缆检查系统可使操作中心的人员快速评定状况，识别网络损坏的程度，并且分派适当的资源。高空检查系统可编程为响应于预定事件，例如低电池电位的检测、修改的需要或规定工作的完成，自动返回到基础设施用于维护且进行充电。
利用到中断区域的直接飞行路径，UAV可远在任何尚未在中断区域且必须通过交通工具辗转到达的技术人员之前到达位置。这能使检查系统以及操作中心人员快速开始寻找对高空网络电缆的任何物理损坏。
如果发现网络事件由事故引起，例如电杆被汽车碰撞、高空电缆被吊车碰撞等，并且可能有人员损伤，适当的紧急服务可由UAV立即通报。
在达到现场后，技术人员可取得UAV检查系统的控制，如果需要，引导其动作以确定故障查找过程中的后续步骤。利用表示最终损坏结果的实时检查数据，技术人员可开始执行必要的网络修理，而UAV检查系统返回到其基础设施。作为选择，UAV检查系统也可由现场中断修复技术人员以半自主模式使用以在定位困难上帮助发现对高空电缆的物理损坏。
作为另一个示例性实施方案，UAV检查系统可用于自主维护检查，例如调查和检查数英里长的高空电缆。例如，自主维护检查可由区域操作者执行，或者由提供视线指令的现场操作者以半自主模式执行。
在执行高空电缆线的检查时，检查系统可通过特殊的QR码标签或标牌识别光缆。末端执行器传感器能够提供非常细致外电缆护套的条件检查且识别各种类型的损坏，例如松鼠损坏、故意破坏等。
另外，在检查损坏时，任何的印刷信息，例如在外护套上的总尺码标记(footagetic mark)、制造商信息、批号等可读取，并且利用光学字符识别(OCR)技术，记录在网络数据库中。高空存储位置和数量可精确识别。
除非另有说明，前述选择性示例不相互排斥，而是可以以各种组合方式实施以实现独特的优点。由于上面讨论特征的这些和其它的变化以及组合可在不脱离权利要求限定的主题事项的情况下利用，前面描述的实施例采取了说明的方式，而不是限制由权利要求限定的主题事项。另外，这里描述的示例以及“例如”、“包括”等措辞的从句的提供不应解释为将权利要求的主题事项限制到具体的示例；而是，示例旨在仅说明很多可能的实施例之一。示例和其它的设置方案可在不脱离由所附权利要求限定的主题事项的精神和范围的情况下作出。此外，不同附图中的相同附图标记可表示相同或类似的元件。

Claims (18)

1.一种高空检查设备，包括：
飞行器；
铰接臂，该铰接臂在第一端耦合到该飞行器；
末端执行器，该末端执行器耦合到该铰接臂的第二端，该末端执行器的大小和形状为至少部分地围绕高空电缆延伸，且具有沿着该末端执行器的内表面设置的一个或多个传感器；以及
控制单元，该控制单元配置为从该一个或多个传感器接收信息，并且响应于由该一个或多个传感器检测的信息调整该飞行器的位置、该铰接臂的运动或该末端执行器的运动的至少一个，从而保持该末端执行器相对于该电缆的预定相对位置。
2.如权利要求1所述的设备，其中该末端执行器包括：
底座；
从该底座的上部延伸的第一钳；以及
从该底座的下部延伸的第二钳。
3.如权利要求2所述的设备，其中该一个或多个传感器沿着每个钳和该底座的长度设置。
4.如权利要求2所述的设备，其中该末端执行器还包括：
第三钳，所述第三钳从该底座的上部延伸且与该第一钳分隔开；以及
第四钳，所述第四钳从该底座的下部延伸且与该第二钳分隔开。
5.如权利要求1所述的设备，其中该一个或多个传感器包括摄像机或光-电动机械传感器的至少一个。
6.如权利要求5所述的设备，其中该摄像机适合于捕获高空电缆的360度视图。
7.如权利要求1所述的设备，其中该控制单元配置为自动地保持该一个或多个传感器相对于该高空电缆的非接触位置。
8.如权利要求1所述的设备，其中该控制单元配置为自动地纠正该飞行器的飞行高度。
9.如权利要求8所述的设备，其中该控制单元配置为检测预定限度以外的位置改变，并且响应于检测这样的位置改变而关闭该高空电缆周围的该末端执行器。
10.如权利要求1所述的设备，其中该控制单元与远程单元无线通信地连接。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述铰接臂包括：
第一段，所述第一段具有第一近端和第一远端，该第一近端通过3-轴万向节连接到该飞行器；
第二段，所述第二段具有第二近端和第二远端，该第二近端通过关节连接到该第一段的该第一远端；以及
第三段，所述第三段具有第三近端和第三远端，该第三近端通过3-轴万向节连接到该第二段的该第二远端。
12.一种系统，包括：
一个或多个传感器；
存储器；以及
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器与该一个或多个传感器和该存储器通信，该一个或多个处理器配置为：
从该一个或多个传感器接收输入；
根据接收的输入检测飞行器的末端执行器和电缆之间的接近度；以及
响应于接收的输入调整该末端执行器相对于该高空电缆的位置，从而该末端执行器至少部分地围绕该电缆的外径，并且该电缆的该外径与该末端执行器的每个围绕部分保持大约1-100mm的距离。
13.如权利要求12所述的系统，其中该一个或多个处理器还配置为：
检测故障事件，该故障事件包括电源故障、通信故障或未预期的位置改变的至少一个；并且
响应于检测该故障事件引起该飞行器的该末端执行器锁定到该高空电缆上。
14.如权利要求12所述的系统，还包括与该一个或多个处理器通信的一个或多个图像捕获装置，该一个或多个图像捕获装置适合于在任何给定的时间捕获该电缆的外周周围的360度的图像。
15.如权利要求14所述的系统，其中该一个或多个处理器还配置为：
将捕获的图像保存在该存储器中；
从远程装置接收输入，该输入对应于该保存的捕获图像中的目标；
将所接收的输入与保存的捕获图像相关联地保存；
将所保存的捕获图像与一个或多个后续捕获的图像相比较；
访问对应于该保存的捕获图像的该接收的输入；并且
根据被访问的接收输入相对于该一个或多个后续捕获的图像采取行动。
16.如权利要求12所述的系统，其中调整该末端执行器的位置包括调整该飞行器的位置。
17.如权利要求12所述的系统，其中调整该末端执行器的位置包括操纵连接在该末端执行器和该飞行器之间的铰接臂，该铰接臂具有至少七个自由度。
18.一种方法，包括：
从一个或多个传感器连续接收输入，所述一个或多个传感器定位在连接到无人飞行器的末端执行器上，该输入对应于高空电缆；
根据所接收的输入，用一个或多个处理器检测该末端执行器和该高空电缆之间的接近度；以及
响应于该接收的输入连续调整该末端执行器相对于该高空电缆的位置，从而该末端执行器至少部分地围绕该电缆的外径，并且该电缆的外径与该末端执行器的每个围绕部分保持大约1-100mm的距离。
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