CN110620350A - 一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，包括三轴稳定云台和激光模组，三轴稳定云台的顶端固定连接在多旋翼无人机上，激光模组固定连接在机架上，机架固定连接在三轴稳定云台的俯仰输出端。本发明将激光模组通过三轴稳定云台挂载在现有的多旋翼无人机上，在不停电的情况下高效、迅速地清除输电线路上的异物，使设备达到无火、小型化、高效、操作简便的目的，采用三轴稳定云台，能够实现喷射角度的自由控制，实现较为稳定的机载激光空中射向，确保了激光对异物的定位切割，激光远距离切割，能够实现较远距离远程切割，大大降低操作人员的操作难度，提高切割效率和清楚异物效率，远程清除，安全性更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，属于输电线路异物清除设备技术领域。
背景技术
架空输电线路裸露在外面，个别导线或杆塔会缠绕飘挂物，危害输电线路的安全稳定运行。在不停电的情况下，现有除异物装置主要有以下两种方式：1.无人机喷火装置，该设备直接与无人机固定连接，体积过大，不能自由控制喷射角度，控制喷射距离较近，致使操作人员操作困难较高且工作效率较低，另外安全性不足；2.地面激光除异物装置，该设备重量大，不利于运输，对环境要求较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，包括三轴稳定云台和激光模组，三轴稳定云台的顶端固定连接在多旋翼无人机上，激光模组固定连接在机架上，机架固定连接在三轴稳定云台的俯仰输出端。
优选的，上述一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，还包括超声测距模块和摄像头，超声测距模块和摄像头固定连接在机架上。
优选的，上述激光模组采用两套，两套激光模组的激光汇聚一点，摄像头位于两套激光模组间，超声测距模块位于机架左端。
优选的，上述激光模组包括450nm波长的5W的激光二极管和铝合金固定导热管，激光二极管固定安装在铝合金固定导热管内，铝合金固定导热管前端安装多镜组准直聚焦镜，后端安装散热风扇，外部套接主散热器。
优选的，上述机架包括上侧板、下侧板、左侧连接件和右侧连接件，上侧板和下侧板两端间分别固定连接左侧连接件和右侧连接件，左侧连接件和右侧连接件分别连接在三轴稳定云台的俯仰输出端。
优选的，上述三轴稳定云台包括方向电机、方向支架、横滚电机、横滚支架和俯仰电机，方向支架为倒立的L型结构，方向支架上端前侧固定连接方向电机的电机轴，下端固定连接横滚电机的机壳，方向电机的机壳固定连接连接器，横滚支架为卧式U型结构，后侧中部固定连接横滚电机的电机轴，前侧两自由端中一侧固定连接俯仰电机的机壳，俯仰电机的电机轴固定连接机架一端，机架另一端通过轴承座连接在横滚支架的两自由端中另一侧。
优选的，上述激光模组连接到大功率DC-DC模块，大功率DC-DC模块连接到激光模组控制电路，激光模组控制电路通过OSD及超声控制电路连接有摄像头和超声测距模块，三轴稳定云台的三轴平台控制电路连接有方向电机、横滚电机、俯仰电机和三轴姿态传感器，激光模组控制电路和三轴平台控制电路通过无线模块连接到地面显控系统。
优选的，上述OSD及超声控制电路连接有无线发射模块。
优选的，上述激光模组控制电路安装在控制盒内，控制盒安装在机架上端面左上角。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
（1）本发明将激光模组通过三轴稳定云台挂载在现有的多旋翼无人机（H2、S1000、M600等轻型无人机）上，在不停电的情况下高效、迅速地清除输电线路上的异物，使设备达到无火、小型化、高效、操作简便的目的，采用三轴稳定云台，能够实现喷射角度的自由控制，实现较为稳定的机载激光空中射向，确保了激光对异物的定位切割，激光远距离切割，能够实现较远距离远程切割，大大降低操作人员的操作难度，提高切割效率和清楚异物效率，远程清除，安全性更高，有效解决地面激光除异物因距离远存在设备大和不便运输以及环境要求高的问题以及解决了喷火器明火烧灼带来的火灾隐患及导线、杆塔表面损伤问题；
（2）加装超声测距模块和摄像头，能够实现视频监控和距离监控，便于控制无人机位置和切割位置的精确选择，提高切割安全性和切割精确性，测距模块配合双激光汇聚点距离，提高精确控制异物到无人机激光模组发射点距离，从而聚焦点的切割精确性；
（3）采用两套激光模组进行聚焦切割，采用大功率激光二极管汇束的方式，将多个激光二极管功率进行合并，实现较远距离下的切割能量保证，其中汇束式采用二个或以上激光二极管独立对焦于相应距离上再将它们的光斑相交于一点（一线），该方式体积小，重量轻，但功率合并效率较低，汇束式虽不能直接提高焦点温度，但可通过两个以上的激光二极管焦点汇聚来降低远距离所产生的功率损耗，并扩大高温区域，从而在较远距离处实现与近距离相近的切割温度及区域，以达到三至五米的切割距离；
（4）激光模块采用450nm波长的5W大功率进口激光二极管，输出大功率的蓝色激光以切割非金属溥膜；
（5）机架结构简单，重量轻，结构对称，便于三轴稳定云台的稳定控制，并且便于安装激光模组、摄像头和超声测距模块以及激光模组控制盒，框架结构，散热性好，并且该结构支撑稳定性高。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的另一视角立体结构示意图；
图3是本发明的俯视结构示意图；
图4是图3中的A-A剖视示意图；
图5是本发明的左视结构示意图；
图6是本发明的控制原理结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图6所示，一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，包括三轴稳定云台1和激光模组2，三轴稳定云台1的顶端固定连接在多旋翼无人机上，激光模组2固定连接在机架3上，机架3固定连接在三轴稳定云台1的俯仰输出端。
优选的，上述一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，还包括超声测距模块5和摄像头4，超声测距模块5和摄像头4固定连接在机架3上。
优选的，上述激光模组2采用两套，两套激光模组2的激光汇聚一点，摄像头4位于两套激光模组2间，超声测距模块5位于机架3左端。
优选的，上述激光模组2包括450nm波长的5W的激光二极管和铝合金固定导热管，激光二极管固定安装在铝合金固定导热管内，铝合金固定导热管前端安装多镜组准直聚焦镜，后端安装散热风扇，外部套接主散热器。
优选的，上述机架3包括上侧板301、下侧板302、左侧连接件303和右侧连接件304，上侧板301和下侧板302两端间分别固定连接左侧连接件303和右侧连接件304，左侧连接件303和右侧连接件304分别连接在三轴稳定云台1的俯仰输出端。
优选的，上述三轴稳定云台1包括方向电机101、方向支架102、横滚电机103、横滚支架104和俯仰电机105，方向支架102为倒立的L型结构，方向支架102上端前侧固定连接方向电机101的电机轴，下端固定连接横滚电机103的机壳，方向电机101的机壳固定连接连接器106，横滚支架104为卧式U型结构，后侧中部固定连接横滚电机103的电机轴，前侧两自由端中一侧固定连接俯仰电机105的机壳，俯仰电机105的电机轴固定连接机架3一端，机架3另一端通过轴承座连接在横滚支架104的两自由端中另一侧。
激光模组采用450nm波长的5W大功率进口激光二极管以及铝合金散热固定座、9mm多镜组准直聚焦镜构成，输出大功率的蓝色激光以切割非金属溥膜：三轴稳定云台及其控制模块作为激光模块的搭载平台，提供空中稳定的三轴姿态并进行距离测量，实现激光光斑远距离焦点上的稳定输出，并由地面显控模块进行控制，使得操作人员可在方向及俯仰上控制激光光斑进行切割，并通过超声测距确保焦点距离。
激光模组基于进口HTDM08型450nm波长大功率激光二极管为主体，通过铝合金固定导热管与主散热器连接，前端采用9mm多镜组玻璃准直聚焦镜进行出口聚焦，后端采用大功率40mm工业风扇进行通风散热，该模组激光功率5W，脉冲功率大于10W。
优选的，上述激光模组2连接到大功率DC-DC模块，大功率DC-DC模块连接到激光模组控制电路，激光模组控制电路通过OSD及超声控制电路连接有摄像头和超声测距模块，三轴稳定云台1的三轴平台控制电路连接有方向电机、横滚电机、俯仰电机和三轴姿态传感器，激光模组控制电路和三轴平台控制电路通过无线模块连接到地面显控系统；OSD及超声控制电路连接有无线发射模块（5.8G图传模块，对应地面显控系统的5.8G图传接收机）；激光模组控制电路安装在控制盒6内，控制盒6安装在机架3上端面左上角。
三轴平台控制电路、激光模组控制电路、激光模组大功率电源（大功率DC-DC模块）及超声测距及OSD（视频叠加）模块（OSD及超声控制电路）等部分构成，其中，三轴平台控制电路采用32位AVR芯片为核心，通过三轴姿态传感器及三轴控制电机，对激光平台方向、横滚、俯仰三个轴向的状态进行稳定，并跟据地面控制信号调整相应的角度，实现空中对激光束射向的稳定与控制；激光模组控制电路采用STC15W408AS单片机为核心，跟据地面控制信号对激光模组电源进行开关，并将开关状态反馈至OSD模块进行显示；超声测距及OSD模块则对导线、杆塔上异物进行实时测距，通过OSD模块与观瞄摄像头图像结合后，利用无线图传将图像、数据传至地面操控人员显示器，帮助操作人员保持焦点距离及对导地线、杆塔等的安全距离。
多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置经多次实际验证使作，其采用大功率激光作为导线异物清除手段，在有色非金属薄膜悬挂物的清除上，可有效避免喷火器等手段带来的火灾隐患，同时为解决林区动火证办理困难、明火灼烧滴火、漏火等不可控素提供了新的解决手段，对于多种材质的有色非金属薄膜均有效好的切割效果，同时，该设备体积小，重量轻，易于携带上山作业，无需汽油等易燃物，也无需额外供电，可广范搭载于多型多旋翼无人机上使用，具有较强的实用价值。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，其特征在于：包括三轴稳定云台（1）和激光模组（2），三轴稳定云台（1）的顶端固定连接在多旋翼无人机上，激光模组（2）固定连接在机架（3）上，机架（3）固定连接在三轴稳定云台（1）的俯仰输出端。
2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，其特征在于：还包括超声测距模块（5）和摄像头（4），超声测距模块（5）和摄像头（4）固定连接在机架（3）上。
3.根据权利要求2所述的一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，其特征在于：激光模组（2）采用两套，两套激光模组（2）的激光汇聚一点，摄像头（4）位于两套激光模组（2）间，超声测距模块（5）位于机架（3）左端。
4.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，其特征在于：激光模组（2）包括450nm波长的5W的激光二极管和铝合金固定导热管，激光二极管固定安装在铝合金固定导热管内，铝合金固定导热管前端安装多镜组准直聚焦镜，后端安装散热风扇，外部套接主散热器。
5.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，其特征在于：机架（3）包括上侧板（301）、下侧板（302）、左侧连接件（303）和右侧连接件（304），上侧板（301）和下侧板（302）两端间分别固定连接左侧连接件（303）和右侧连接件（304），左侧连接件（303）和右侧连接件（304）分别连接在三轴稳定云台（1）的俯仰输出端。
6.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，其特征在于：三轴稳定云台（1）包括方向电机（101）、方向支架（102）、横滚电机（103）、横滚支架（104）和俯仰电机（105），方向支架（102）为倒立的L型结构，方向支架（102）上端前侧固定连接方向电机（101）的电机轴，下端固定连接横滚电机（103）的机壳，方向电机（101）的机壳固定连接连接器（106），横滚支架（104）为卧式U型结构，后侧中部固定连接横滚电机（103）的电机轴，前侧两自由端中一侧固定连接俯仰电机（105）的机壳，俯仰电机（105）的电机轴固定连接机架（3）一端，机架（3）另一端通过轴承座连接在横滚支架（104）的两自由端中另一侧。
7.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，其特征在于：激光模组（2）连接到大功率DC-DC模块，大功率DC-DC模块连接到激光模组控制电路，激光模组控制电路通过OSD及超声控制电路连接有摄像头和超声测距模块，三轴稳定云台（1）的三轴平台控制电路连接有方向电机、横滚电机、俯仰电机和三轴姿态传感器，激光模组控制电路和三轴平台控制电路通过无线模块连接到地面显控系统。
8.根据权利要求6所述的一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，其特征在于：OSD及超声控制电路连接有无线发射模块。
9.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机三轴自稳可控异物清除装置，其特征在于：激光模组控制电路安装在控制盒（6）内，控制盒（6）安装在机架（3）上端面左上角。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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