CN108549405A - 一种电线路巡检用针对无人机的骑线机器人控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电线路巡检用针对无人机的骑线机器人控制系统，属于电线巡检设备技术领域。其中骑线机器人的执行机构与无人机连接，控制系统包括处理器、传感器、外部隔离输入模块、通信模块以及执行单元，所述处理器与无人机的飞行控制器串口连接双向通讯，所述处理器通过通讯模块与执行单元通讯连接。本发明使得骑线机器人借助无人机越过复杂的障碍，无人机借助骑线机器人在电线上停靠，保证工作续航时间，方便了巡检工作的进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种电线路巡检用针对无人机的骑线机器人控制系统，属于电线巡检设备技术领域。
背景技术
由于我国现在大部分地区高压线巡检还是依靠人力进行巡检工作，但是传统的人力巡检工作劳动强度大，而且十分的危险，一些偏远的地区巡检工人也难以到达，巡检也需要高额的物力成本和人力成本。
随着我国自动化技术的发展，自动化设备覆盖越来越多的领域。机器人技术与无人机技术的发展为电力巡检提供了新的技术平台。近年来，巡检机器人的研究已成为机器人研究领域的研究热点之一。但是以往的电力巡检机器人仅仅是依靠自身机械臂越障，在复杂障碍下无法完成跨越，而无人机巡检也无法在电线上进行停靠，长时间工作时续航也无法得到保证，为巡检工作带来了不便。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明一种电线路巡检用针对无人机的骑线机器人控制系统，通过控制系统将无人机和骑线机器人结合在一起，既可以使得骑线机器人借助无人机越过复杂的障碍，无人机借助骑线机器人在电线上停靠，保证工作续航时间，方便了巡检工作的进行。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种电线路巡检用针对无人机的骑线机器人控制系统，骑线机器人的执行机构与无人机连接，控制系统包括处理器、传感器、外部隔离输入模块、通信模块以及执行单元，所述处理器与无人机的飞行控制器串口连接双向通讯，所述处理器通过通讯模块与执行单元通讯连接，所述通信模块包括RS232模块、CH340模块和ADDA转换模块，所述执行单元包括继电器电路、无刷无齿轮毂电机和无刷电机驱动器，所述外部隔离输入模块在传感器有信号并且为低时为有效并将电平拉低至0V，使处理器能接收到低电平信号并且防止处理器超压烧毁；
所述处理器和无人机的飞行控制器使用TTL电平通信，通过通信数据控制无人机动作；
所述RS232模块与处理器之间使用TTL电平通信；
所述CH340模块与处理器之间使用TTL电平通信，CH340模块使处理器与电脑实现通信；
所述ADDA模块通过IIC与处理器通信，接收处理器信号并且产生模拟量输出给无刷电机驱动器；
处理器通过控制继电器电路的通断控制无刷电机驱动器的开关量，所述无刷电机驱动器与所述无刷轮毂电机连接。
进一步优选地，所述处理器采用主流嵌入式微处理器。
进一步地，所述处理器可选用STC32F407ZG芯片。
本发明在使用时，处理器控制ADDA模块产生的模拟量与继电器电路产生的开关量来控制无刷电机驱动器，实现无刷轮毂电机的正传、反转、加速、减速、刹车等动作；通过外部隔离输入模块来接收外部的传感器低电平信号来判断障碍及周围环境；通过RS232模块来扩展丰富的第三方设备，使机器人具有扩展性；通过处理器与无人机飞行控制器之间的TTL电平的串口通信来控制无人机动作，骑线机器人进行跨越杆塔、障碍物、上线、下线等动作。
通过根据无人机提供的通信协议和格式利用ARM芯片与无人机进行通信控制无人机的飞行动作，进而辅助骑线机器人进行在线跨障，骑线机器人利用自身的执行单元实现电线在线巡检。
综上，骑线机器人通过无人机协作的方式进行在线巡检并跨越高压线上的障碍，使得无人机在沿线路巡检时可以在高压线上停靠以节省电量，实现延长续航的效果，并且通过无人机携带机器人跨越障碍，提升了机器人的越障能力。
附图说明
图1是本发明实施例中所述控制系统的模块示意图；
图2是本发明实施例中处理器芯片STC32F407ZG的模块插槽电路图；
图3是本发明实施例中继电器电路的示意图；
图4是本发明实施例中IIC通讯口电路图；
图5为外部隔离输入模块的电路图；
图6为CH340模块的电路图；
图7为RS232模块的电路图；
图8为5V转3.3V供电模块电路图。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
如图所示，本发明实施例提供了一种电线路巡检用针对无人机的骑线机器人控制系统，骑线机器人的执行机构与无人机连接，控制系统包括处理器、传感器、外部隔离输入模块、通信模块以及执行单元，所述处理器与无人机的飞行控制器串口连接双向通讯，所述处理器通过通讯模块与执行单元通讯连接。
所述通信模块包括RS232模块、CH340模块和ADDA转换模块，所述执行单元包括继电器电路、无刷无齿轮毂电机和无刷电机驱动器，所述外部隔离输入模块在传感器有信号并且为低时为有效并将电平拉低至0V，使处理器能接收到低电平信号并且防止处理器超压烧毁；
所述处理器和无人机的飞行控制器使用TTL电平通信，通过通信数据控制无人机动作；所述RS232模块与处理器之间使用TTL电平通信；所述CH340 模块与处理器之间使用TTL电平通信，CH340模块使处理器与电脑实现通信；所述ADDA模块通过IIC与处理器通信，接收处理器信号并且产生模拟量输出给无刷电机驱动器；处理器通过控制继电器电路的通断控制无刷电机驱动器的开关量，所述无刷电机驱动器与所述无刷轮毂电机连接。
所述处理器采用主流嵌入式微处理器。本实施例中的处理器可选用 STC32F407ZG芯片。
当骑线机器人挂载无人机进行在线巡检时，骑线机器人通过 STC32F407ZG芯片控制继电器电路来闭合无刷电机驱动器的前进开关，并断开无刷电机驱动器的刹车功能，STC32F407ZG芯片通过IIC与ADDA模块通信产生一个0到5V递增的模拟量给无刷电机驱动器达到一个电子油门的效果，使得无刷无齿轮毂电机达到合适的转速，使设备能够负载无人机沿着电线前进。
当骑线机器人需要上线、下线、跨越障碍时，STC32F407ZG芯片通过串口遵循固定的协议格式发送指令到无人机的飞行控制器，使无人机飞行控制器控制无人机完成起飞、飞行、降落等动作。
骑线机器人可以通过RS232模块、CH340模块来根据需要进行扩展，例如扩展支持RS232通信的网桥、红外测距仪、GPS定位器等设备，使机器人具有更多的功能来提升机器人的性能。
当工作时骑线机器人全程接收来自外部隔离输入模块的信号，外部隔离输入模块可接例如红外传感器、接触开关、限位开关等，通过外部隔离输入模块的信号来判断周围的环境例如高压线位置、是否脱离高压线、是否碰触障碍等信息。
通过根据无人机提供的通信协议和格式利用ARM芯片与无人机进行通信控制无人机的飞行动作，进而辅助骑线机器人进行在线跨障，骑线机器人利用自身的执行单元实现电线在线巡检。
如附图2所示，为处理器ARM Cortex-M4芯片STC32F407ZG模块插槽电路图，本部分由一个17*2针的排母、两个20*2针的排母、一个6*2针的排母、一个14*2针的排针构成，配套原地工作室生产的ARM Cortex-M4芯片 STC32F407ZG核心板，通过拔插的方式实现安装，更换方便。对四个排母匹配的ARM Cortex-M4芯片STC32F407ZG的I/O口进行如下分配：B3～B6引出作为PWM输出口备用；A9与A10，C10与C11，C12与D2，D5与D6分别作为四组串口与两个RS232模块电路相连；A9与A10，C10与C11可以通过 14*2针的排针通过更改跳线帽的方式引出，引出后为TTL电平的串口；D5与 D6可以通过14*2针的排针通过更改跳线帽的方式连接到CH340模块电路； E0～E6、C13连接到继电器模块电路，控制继电器通断；G2～G7、D8～D15连接到外部隔离输入模块电路，接收外部低电平信号；B8～B9、B10～B11连接到 IIC通讯口电路，与ADDA模块实现IIC通讯。
如附图3所示，为继电器模块电路图，本部分由8个相同的继电器电路构成，3.3V上拉电源接一个稳压电容和一个电阻，信号控制端接一个LED灯以提示状态，中间为光耦二极管，当控制端为低电平时通，继电器旁有续流二极管释放能量，光耦通时使电路中三极管导通继电器动作。
如附图4所示，为IIC通讯口电路图，本部分包含四个上拉电阻，两对IIC 通信口，支持两路IIC通信。
如附图5所示，为外部隔离输入电路图，本部分包含八组相同的隔离输入电路，当外部信号变为低电平时使二极管导通，二极管正方向由3.3V拉低至 0V，使处理器接收到低电平信号。
如附图6所示，为CH340模块电路图，使用WCH公司生产的SOP-16封装的CH340G USB转串口芯片，使用一个12MHz晶振，两个22pF起振电容。该部分电路负责处理器与PC间的通信。
如附图7所示，为RS232模块电路图，使用SOP-16封装的SP3232EEN 收发器，该部分包含两个芯片，同时支持四路RS232通讯。
如附图8所示，为5V转3.3V供电模块电路图，AMS1117-3.3电源转换芯片，将5V电源转换为3.3V电源，为整个电路板提供3.3V供电及3.3V上拉电源。
以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种电线路巡检用针对无人机的骑线机器人控制系统，其特征在于，骑线机器人的执行机构与无人机连接，控制系统包括处理器、传感器、外部隔离输入模块、通信模块以及执行单元，所述处理器与无人机的飞行控制器串口连接双向通讯，所述处理器通过通讯模块与执行单元通讯连接，所述通信模块包括RS232模块、CH340模块和ADDA转换模块，所述执行单元包括继电器电路、无刷无齿轮毂电机和无刷电机驱动器，所述外部隔离输入模块在传感器有信号并且为低时为有效并将电平拉低至0V，使处理器能接收到低电平信号并且防止处理器超压烧毁；
所述处理器和无人机的飞行控制器使用TTL电平通信，通过通信数据控制无人机动作；
所述RS232模块与处理器之间使用TTL电平通信；
所述CH340模块与处理器之间使用TTL电平通信，CH340模块使处理器与电脑实现通信；
所述ADDA模块通过IIC与处理器通信，接收处理器信号并且产生模拟量输出给无刷电机驱动器；
处理器通过控制继电器电路的通断控制无刷电机驱动器的开关量，所述无刷电机驱动器与所述无刷轮毂电机连接。
2.根据权利要求1所述的电线路巡检用针对无人机的骑线机器人控制系统，其特征在于，所述处理器采用主流嵌入式微处理器。
3.根据权利要求2所述的电线路巡检用针对无人机的骑线机器人控制系统，其特征在于，所述处理器采用STC32F407ZG芯片。
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