CN109412079A - 一种输电线无人机巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线无人机巡检系统，包括无人机本体、网络通道和基站，所述无人机本体通过所述网络通道与所述基站相连接；所述无人机本体包括机架、主机箱、检测装置和三个飞行机构，所述主机箱设置在所述机架的中部，所述主机箱的下方设有两个检测装置；所述三个飞行机构分别设置在所述机架的中部和两端，其中位于所述机架的中部的飞行机构的下端设有巡线行走机构，位于所述机架两端的飞行机构的下端设有起落架机构；所述两个检测装置分别位于所述机架中部的飞行机构的两侧，每个所述检测装置包括基座、固定杆、角度调节液压杆和摄像机构。该巡检系统，远程操控，跨地形率高，适用性好，提高巡检结果的即时性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力巡检领域，具体涉及一种输电线无人机巡检系统。
背景技术
随着社会的发展，电已经逐渐成为人们生活的主要能源，风力发电、火力发电、地热发电、核能发电等等都是源源不断的在提供电力供应人们生活和生产的需要。电力产生后需要经过高压电网进行传输，为了安全，高压电网大多安装在高空中，而且对于山谷、丘陵等地区，高压电网的安装环境更是复杂，这就导致电网检测时很不方便，从而导致电网上的问题不能及时发现，容易产生较大的问题导致电网中断，进而产生较大的经济损失。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种输电线无人机巡检系统，为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种输电线无人机巡检系统，包括无人机本体、网络通道和基站，所述无人机本体通过所述网络通道与所述基站相连接；所述无人机本体包括机架、主机箱、检测装置和三个飞行机构，所述主机箱设置在所述机架的中部，所述主机箱的下方设有两个检测装置；所述三个飞行机构分别设置在所述机架的中部和两端，其中位于所述机架的中部的飞行机构的下端设有巡线行走机构，位于所述机架两端的飞行机构的下端设有起落架机构；所述两个检测装置分别位于所述机架中部的飞行机构的两侧，每个所述检测装置包括基座、固定杆、角度调节液压杆和摄像机构，所述基座的上端与所述主机箱的下端连接固定，所述基座的下端与所述固定杆的上端连接固定，所述固定杆的的下端通过销轴与所述摄像机构连接，所述摄像机构的上表面后方通过销轴设置有角度调节液压杆，所述角度调节液压杆的上端通过螺钉与所述基座连接固定；
其中，所述检测装置被设置以执行以下步骤：
第一步，驱动所述角度调节液压杆，通过所述角度调节液压杆调节所述摄像机构的拍摄角度，所述摄像机构获得至少两个拍摄角度θ1、θ2下的巡检图像；
第二步，提取至少两个拍摄角度的巡检图像中对应碍物的像素点分别为和
第三步，根据所述拍摄角度分别计算所述各拍摄角度θ1、θ2下所述巡检图像中对应碍物的各像素点和相对所述无人机本体的坐标分别为其中，M1、M2分别是两个拍摄角度θ1、θ2下所述巡检图像中像素点的转换矩阵，
第四步，标记所述拍摄角度θ1下所述各碍物像素点所包围形成的障碍物位置范围为A；标记所述拍摄角度θ2下所述各碍物像素点所包围形成的障碍物位置范围为B；对所述两个位置范围进行开运算得到第一位置范围在对所述第一位置范围Q1进行闭运算得到第二位置范围寻找所述第二位置范围Q2中距离所述巡检图像的边缘最近的方向为驱动方向；
第五步，根据所述驱动方向驱动所述三个飞行机构，使所述无人机本体移动至所述移动至所述第二位置范围Q2的边缘，并记录此时第二位置范围Q2的坐标范围，上报该坐标范围。
进一步，所述主机箱包括导航装置、通信装置、驱动装置、供电装置和控制装置，所述导航装置、通信装置、驱动装置和供电装置分别与所述控制装置相连；所述通信装置通过所述网络通道与所述基站相连，所述通信装置接收巡检任务并将巡检任务通过所述控制装置传送给所述导航装置，所述导航装置根据巡检任务生成移动路线，所述驱动装置在所述控制装置的指令下根据移动路线驱动无人机本体进行巡检；所述供电装置为所述无人机本体供电。
进一步，每个所述飞行机构包括机臂、旋转电机和螺旋桨，所述旋转电机设置在所述机臂上，所述机臂的外部上端设置有螺旋桨，所述螺旋桨与所述旋转电机相连，所述旋转电机与所述控制装置相连。
进一步，所述角度调节液压杆和所述摄像机构分别与所述控制装置相连；所述摄像机构在角度调节液压杆的调节下，所述摄像机构的上下角度调节范围为±30°。
进一步，所述摄像机构包括热成像摄像头、可见光红外摄像头、声波探测头、红外测距探头和LED照明灯，所述热成像摄像头、可见光红外摄像头、声波探测头、红外测距探头和LED照明灯分别与所述控制装置相连。
进一步，所述巡线行走机构包括由行走电机驱动的行走轮，所述行走电机与所述控制装置相连，所述行走轮上设有避障系统，所述避障系统与所述控制装置相连。
进一步，所述起落架机构通过减震弹簧设置在所述机臂的下端。
进一步，所述通信装置为WiFi装置或蓝牙装置中的任意一种或两种，用于与网络通道进行通讯。
进一步，所述供电装置包括无线充电装置和蓄电池系统，所述无线充电装置与所述蓄电池系统相连，所述无线充电装置将接收到的交流电整流转变为直流电并传递给所述蓄电池系统，所述蓄电池系统为所述无人机本体提供电能。
进一步，所述供电装置还包括电源监测系统，所述电源监测系统实时监测所述蓄电池系统的状态并将监测信息通过网络通道传递给所述基站。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明为一种输电线无人机巡检系统，远程操控，跨地形率高，适用性好，提高巡检结果的即时性和可靠性。
无人机本体通过网络通道与远程基站相连接，不需要专业人员到达现场，降低巡检人工成本，管理人员可即时远程在基站的操控系统得到第一手现场资料，数据时效性高，可靠准确；
通过在无人机本体两端的飞行机构下端设置起落架机构，且起落架机构通过减震弹簧设置在所述机臂的下端，提高无人机本体降落起飞和降落过程的稳定性；无人机本体中部的飞行机构下端设置的巡线行走机构使无人机本体在巡检过程中沿着输电线行进，为无人机本体的行进提供动力，减少飞行电能损耗，延长单次充电使用时间；
通过角度调节液压杆调节摄像机构的角度，灵活方便，适用性好；
摄像机构通过热成像摄像机在光线充足时进行图像采集作业，通过增设可见光红外摄像机可实现夜间图像采集，在需要时还可开启LED照明灯进行辅助照明，提高图像的清晰度，提高数据的准确性，且通过声波探测头和红外测距探头可进一步对输电线周遭环境进行数据反馈，提高检测数据的全面性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明中一种输电线无人机巡检系统的结构示意图；
图2为图1中A部分的局部放大图；
图3为本发明中主机箱的模块接线示意图。
图中：1-机架；2-主机箱；3-检测装置；4-飞行机构；5-行走轮；6-起落架机构；7-基座；8-固定杆；9-角度调节液压杆；10-摄像机构；11-机臂；12-旋转电机；13-螺旋桨；14-减震弹簧。
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明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-图2所示，一种输电线无人机巡检系统，包括无人机本体、网络通道和基站，所述无人机本体通过所述网络通道与所述基站相连接；所述无人机本体包括机架1、主机箱2、检测装置3和三个飞行机构4，所述主机箱2设置在所述机架1的中部，所述主机箱2的下方设有两个检测装置3；所述三个飞行机构4分别设置在所述机架1的中部和两端，其中位于所述机架1的中部的飞行机构4的下端设有巡线行走机构，位于所述机架1两端的飞行机构4的下端设有起落架机构6；所述两个检测装置3分别位于所述机架1中部的飞行机构4的两侧，每个所述检测装置3包括基座7、固定杆8、角度调节液压杆9和摄像机构10，所述基座7的上端与所述主机箱2的下端连接固定，所述基座7的下端与所述固定杆8的上端连接固定，所述固定杆8的的下端通过销轴与所述摄像机构10连接，所述摄像机构10的上表面后方通过销轴设置有角度调节液压杆9，所述角度调节液压杆9的上端通过螺钉与所述基座7连接固定。具体地，每个所述飞行机构4包括机臂11、旋转电机12和螺旋桨13，所述旋转电机12设置在所述机臂11上，所述机臂11的外部上端设置有螺旋桨13，所述螺旋桨13与所述旋转电机12相连，所述旋转电机12与所述控制装置相连。具体地，所述角度调节液压杆9和所述摄像机构10分别与所述控制装置相连；所述摄像机构10在角度调节液压杆9的调节下，所述摄像机构10的上下角度调节范围为±30°，灵活方便，适用性好。
其中，所述检测装置3被设置以执行以下步骤：
第一步，驱动所述角度调节液压杆9，通过所述角度调节液压杆调节所述摄像机构的拍摄角度，所述摄像机构获得至少两个拍摄角度θ1、θ2下的巡检图像；
第二步，提取至少两个拍摄角度的巡检图像中对应碍物的像素点分别为和
第三步，根据所述拍摄角度分别计算所述各拍摄角度θ1、θ2下所述巡检图像中对应碍物的各像素点和相对所述无人机本体的坐标分别为其中，M1、M2分别是两个拍摄角度θ1、θ2下所述巡检图像中像素点的转换矩阵，
第四步，标记所述拍摄角度θ1下所述各碍物像素点所包围形成的障碍物位置范围为A；标记所述拍摄角度θ2下所述各碍物像素点所包围形成的障碍物位置范围为B；对所述两个位置范围进行开运算得到第一位置范围在对所述第一位置范围Q1进行闭运算得到第二位置范围寻找所述第二位置范围Q2中距离所述巡检图像的边缘最近的方向为驱动方向；
第五步，根据所述驱动方向驱动所述三个飞行机构，使所述无人机本体移动至所述移动至所述第二位置范围Q2的边缘，并记录此时第二位置范围Q2的坐标范围，上报该坐标范围。
其中，所述第二步，提取至少两个拍摄角度的巡检图像中对应碍物的像素点的步骤具体为：
步骤b1，对所述巡检图像进行平滑滤波，并对滤波后的图像中的每一个像素点(x,y)构建其提取矩阵其中，Lxx，Lxy，Lyy分别为对所述像素点(x,y)求其高斯滤波二阶偏导的卷积所获得的结果；
步骤b2，筛选出满足|LxxLxy-LxyLxy|>0.5的敏感点
步骤b3，比较各敏感点与滤波后的图像中与其相邻的各像素点的像素值，筛选出像素值变化超过平均值的敏感点为对应碍物的像素点
由此，本发明的可更快的筛选出巡检图像中的障碍物。而后，通过对坐标范围的计算，获得障碍物相对所述无人机本体的位置关系，依据该位置关系控制所述无人机的三个飞行机构进行避让。由此，本发明能够以更快的计算效率识别出障碍物，上报障碍物并及时驱动无人机避开。
具体地，所述摄像机构10包括热成像摄像头、可见光红外摄像头、声波探测头、红外测距探头和LED照明灯，所述热成像摄像头、可见光红外摄像头、声波探测头、红外测距探头和LED照明灯分别与所述控制装置相连。摄像机构10通过热成像摄像机在光线充足时进行图像采集作业，通过增设可见光红外摄像机可实现夜间图像采集，在需要时还可开启LED照明灯进行辅助照明，提高图像的清晰度，提高数据的准确性，且当遇到异物时，通过红外测距探头可以检测无人机本体距离被检测物体的距离，方便调整无人机本体的位置，声波探测头可以对被检测物体内部结构进行检测，从而，声波探测头和红外测距探头可进一步对输电线周遭环境进行数据反馈，提高检测数据的全面性，操作人员只需在基站的监控室即可实时接收视频图像等信息进行分析处理，数据时效性高，可靠准确，当站点出现异常，及时提供实时的现场图像视频和检测数据，提高抢修效率和针对性。
具体地，所述巡线行走机构包括由行走电机驱动的行走轮5，所述行走电机与所述控制装置相连，具体地，所述行走轮5上设有避障系统，所述避障系统与所述控制装置相连。所述起落架机构6通过减震弹簧14设置在所述机臂11的下端，提高起落平稳度。通过在无人机本体两端的飞行机构4下端设置起落架机构6，提高无人机本体降落起飞和降落过程的稳定性；无人机本体中部的飞行机构4下端设置的巡线行走机构使无人机本体在巡检过程中沿着输电线行进，为无人机本体的行进提供动力，减少飞行电能损耗，延长单次充电使用时间。
如图3所示，所述主机箱2包括导航装置、通信装置、驱动装置、供电装置和控制装置，所述导航装置、通信装置、驱动装置和供电装置分别与所述控制装置相连；所述通信装置通过所述网络通道与所述基站相连，所述通信装置接收巡检任务并将巡检任务通过所述控制装置传送给所述导航装置，所述导航装置根据巡检任务生成移动路线，所述驱动装置在所述控制装置的指令下根据移动路线驱动无人机本体进行巡检；所述供电装置为所述无人机本体供电。所述通信装置为WiFi装置或蓝牙装置中的任意一种或两种，用于与网络通道进行通讯。无人机本体通过网络通道与远程基站相连接，不需要专业人员到达现场，降低巡检人工成本，管理人员可即时远程在基站的操控系统得到第一手现场资料，数据时效性高，可靠准确。
具体地，所述供电装置包括无线充电装置和蓄电池系统，所述无线充电装置与所述蓄电池系统相连，所述无线充电装置将接收到的交流电整流转变为直流电并传递给所述蓄电池系统，所述蓄电池系统为所述无人机本体提供电能。所述供电装置还包括电源监测系统，所述电源监测系统实时监测所述蓄电池系统的状态并将监测信息通过网络通道传递给所述基站。具体地，电源监测系统的状态监测主要包括蓄电池模块的电量、电压、充放电电流、内阻以及蓄电池组的温度等，作为优选，电源监测系统同时还应具有对蓄电池组过充、过放、欠电压等多重保护，记录、存储电源系统的运行状态数据等功能，电源监测系统能够发现蓄电池组的缺陷，从而及时更换电池，提高电源供电的安全性和可靠性，保证无人机本体正常工作。
在本发明的另一实施例中，所述供电装置可拆卸的设置在所述主机箱2上，供电装置与主机箱2可拆卸式的连接方式，使后期维护更加方便，延长无人机整体使用寿命。
本发明一种输电线无人机巡检系统的工作原理：操作人员在基站根据检测需要设定检测路径，通信装置接收到基站发出的巡检任务并将巡检任务通过控制装置传送给导航装置，导航装置根据巡检任务生成移动路线，驱动装置在控制装置的指令下驱动无人机本体开始工作，旋转电机12驱动螺旋桨13转动，无人机本体起飞，飞行到达指定地点后，调整无人机本体姿态，将行走轮5与输电线对应接触，行走轮5沿着输电线行走，同时调整摄像机构10的角度对输电线进行巡检，并将巡检信息实时传输回基站；巡检过程中遇到障碍物时，行走轮5停止前行，同时行走轮5上的避障系统通过控制机构向基站发出警报，从而及时调整无人机本体的位置，绕过障碍物继续进行巡检。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：包括无人机本体、网络通道和基站，所述无人机本体通过所述网络通道与所述基站相连接；所述无人机本体包括机架、主机箱、检测装置和三个飞行机构，所述主机箱设置在所述机架的中部，所述主机箱的下方设有两个检测装置；所述三个飞行机构分别设置在所述机架的中部和两端，其中位于所述机架的中部的飞行机构的下端设有巡线行走机构，位于所述机架两端的飞行机构的下端设有起落架机构；所述两个检测装置分别位于所述机架中部的飞行机构的两侧，每个所述检测装置包括基座、固定杆、角度调节液压杆和摄像机构，所述基座的上端与所述主机箱的下端连接固定，所述基座的下端与所述固定杆的上端连接固定，所述固定杆的下端通过销轴与所述摄像机构连接，所述摄像机构的上表面后方通过销轴设置有角度调节液压杆，所述角度调节液压杆的上端通过螺钉与所述基座连接固定；
所述检测装置被设置以执行以下步骤：
第一步，驱动所述角度调节液压杆，通过所述角度调节液压杆调节所述摄像机构的拍摄角度，所述摄像机构获得至少两个拍摄角度θ1、θ2下的巡检图像；
第二步，提取至少两个拍摄角度的巡检图像中对应碍物的像素点分别为
和
第三步，根据所述拍摄角度分别计算所述各拍摄角度θ1、θ2下所述巡检图像中对应碍物的各像素点和相对所述无人机本体的坐标分别为其中，M1、M2分别是两个拍摄角度θ1、θ2下所述巡检图像中像素点的转换矩阵，
第四步，标记所述拍摄角度θ1下所述各碍物像素点所包围形成的障碍物位置范围为A；标记所述拍摄角度θ2下所述各碍物像素点所包围形成的障碍物位置范围为B；对所述两个位置范围进行开运算得到第一位置范围在对所述第一位置范围Q1进行闭运算得到第二位置范围寻找所述第二位置范围Q2中距离所述巡检图像的边缘最近的方向为驱动方向；
第五步，根据所述驱动方向驱动所述三个飞行机构，使所述无人机本体移动至所述移动至所述第二位置范围Q2的边缘，并记录此时第二位置范围Q2的坐标范围，上报该坐标范围。
2.根据权利要求1所述的一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：所述主机箱包括导航装置、通信装置、驱动装置、供电装置和控制装置，所述导航装置、通信装置、驱动装置和供电装置分别与所述控制装置相连；所述通信装置通过所述网络通道与所述基站相连，所述通信装置接收巡检任务并将巡检任务通过所述控制装置传送给所述导航装置，所述导航装置根据巡检任务生成移动路线，所述驱动装置在所述控制装置的指令下根据移动路线驱动无人机本体进行巡检；所述供电装置为所述无人机本体供电。
3.根据权利要求2所述的一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：每个所述飞行机构包括机臂、旋转电机和螺旋桨，所述旋转电机设置在所述机臂上，所述机臂的外部上端设置有螺旋桨，所述螺旋桨与所述旋转电机相连，所述旋转电机与所述控制装置相连。
4.根据权利要求2所述的一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：所述角度调节液压杆和所述摄像机构分别与所述控制装置相连；所述摄像机构在角度调节液压杆的调节下，所述摄像机构的上下角度调节范围为±30°。
5.根据权利要求2所述的一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：所述摄像机构包括热成像摄像头、可见光红外摄像头、声波探测头、红外测距探头和LED照明灯，所述热成像摄像头、可见光红外摄像头、声波探测头、红外测距探头和LED照明灯分别与所述控制装置相连。
6.根据权利要求2所述的一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：所述巡线行走机构包括由行走电机驱动的行走轮，所述行走电机与所述控制装置相连，所述行走轮上设有避障系统，所述避障系统与所述控制装置相连。
7.根据权利要求3所述的一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：所述起落架机构通过减震弹簧设置在所述机臂的下端。
8.根据权利要求2所述的一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：所述通信装置为WiFi装置或蓝牙装置中的任意一种或两种，用于与网络通道进行通讯。
9.根据权利要求2所述的一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：所述供电装置包括无线充电装置和蓄电池系统，所述无线充电装置与所述蓄电池系统相连，所述无线充电装置将接收到的交流电整流转变为直流电并传递给所述蓄电池系统，所述蓄电池系统为所述无人机本体提供电能。
10.根据权利要求9所述的一种输电线无人机巡检系统，其特征在于：所述供电装置还包括电源监测系统，所述电源监测系统实时监测所述蓄电池系统的状态并将监测信息通过网络通道传递给所述基站。
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Denomination of invention: A Unmanned Aerial Vehicle Inspection System for Transmission Lines Effective date of registration: 20231011 Granted publication date: 20200714 Pledgee: Guotou Taikang Trust Co.,Ltd. Pledgor: Hangzhou Shenhao Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980060509 |
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