CN110884674A - 用于电力巡检的全自动无人机服务台及使用方法 - Google Patents

用于电力巡检的全自动无人机服务台及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于电力巡检的全自动无人机服务台及使用方法，包括：防护壳体，太阳能电池板，天窗、开窗器、升降平台、通信模块、控制器、电源模块、无线充电座和摆正器；所述太阳能电池板和天窗设置在防护壳体的顶部；所述开窗器与天窗连接；所述升降平台设置在天窗下方；所述无线充电座和摆正器设置在升降平台上且无线充电座设置在摆正器的内侧；所述太阳能电池板、电源模块和无线充电座构成电气连接；所述开窗器、升降平台、摆正器和通信模块连接控制器。其可以解决无人机续航能力差、无法执行远程任务的问题，实现无人机在无人工干预和辅助的情况下完成全自动电力巡检任务。

Description

用于电力巡检的全自动无人机服务台及使用方法
技术领域
本发明涉及无人机和电力巡检维护领域，尤其涉及一种用于电力巡检的全自动无人机服务台及使用方法。
背景技术
随着电网系统的不断发展和电力技术的不断革新，电网系统愈发庞大。由于电力线路覆盖范围广、穿越区域地形复杂，并且自然环境恶劣，电力部门每年都要花费巨大的人力和物力资源进行巡线工作，以便掌握线路的运行状况，及时排除线路的潜在隐患。这种定期的人工巡检线路不仅耗时长，效率低，而且受限于地形因素，有些线路段无法进行人工巡检。
近年来，以无人机为载体用于检测输电线路是一种新的巡检方法为架空电力线路巡检提供了新的移动平台。无人机取代人工巡检，在安全上不会造成人员伤亡，安全性高；不受地理条件限制，即使遇到地震、洪涝等自然灾害，依然能够对受灾区域的电力线路进行巡检；在效率上巡线速度快。
但目前的方案大多需要人工遥控无人机进行巡检操作，仍然摆脱不了对人力资源的束缚，无法实现系统的全自动化操作，并且由于无人机续航时间的限制，其工作范围十分有限，无人机执行巡线任务也受到天气条件的限制，在无人机平台上集成电子、通信、图像识别等模块也将受到机载重量的限制，导致了这样的模式无法实际应用于实际操作场合中。
发明内容
为了解决无人机巡检中续航问题，实现对输电线路的快速、安全巡检，本发明具体采用以下技术方案：
一种用于电力巡检的全自动无人机服务台，其特征在于，包括：防护壳体，太阳能电池板，天窗、开窗器、升降平台、通信模块、控制器、电源模块、无线充电座和摆正器；所述太阳能电池板和天窗设置在防护壳体的顶部；所述开窗器与天窗连接；所述升降平台设置在天窗下方；所述无线充电座和摆正器设置在升降平台上且无线充电座设置在摆正器的内侧；所述太阳能电池板、电源模块和无线充电座构成电气连接；所述开窗器、升降平台、摆正器和通信模块连接控制器。
优选地，所述太阳能电池板固定在天窗上。
优选地，所述摆正器包括摆正器推杆和推杆驱动单元；四根所述摆正器推杆围成降落区域，所述推杆驱动单元驱动摆正器推杆摆动，使降落区域扩大或缩小；所述无线充电座设置在降落区域中。
优选地，所述通信模块包括连接远端上位机的中继通信模块。
优选地，所述通信模块包括卫星定位和卫星通信装置。
优选地，还包括连接控制器的湿度传感器和风速仪。
其使用方法之一，包括以下步骤：
步骤A1：无人机与空闲状态的服务台建立连接，发起降落请求；
步骤A2：所述开窗器控制天窗打开，升降平台升起；
步骤A3：无人机降落在所述升降平台后，升降平台收回，天窗关闭；
步骤A4：所述摆正器调整无人机的位置，使无人机对准无线充电座的无线充电线圈。
其使用方法之二，包括以下步骤：
步骤B1：当预设的无人机电力巡检时刻到达时，根据天气信息、无人机电量信息、位置信息和通讯是否异常信息，判断收纳于服务台内的无人机是否适合起飞，如适合，则执行步骤B2；
步骤B2：所述开窗器控制天窗打开，升降平台升起；无人机从升降平台起飞；
步骤B3：所述升降平台收回，天窗关闭。
其使用方法之三，包括以下步骤：
步骤C1：当预设的无人机电力巡检时刻到达时，根据所述湿度传感器和风速仪采集的信息、无人机电量信息、位置信息和通讯是否异常信息，判断收纳于服务台内的无人机是否适合起飞，如适合，则执行步骤C2；
步骤C2：所述开窗器控制天窗打开，升降平台升起；无人机从升降平台起飞；
步骤C3：所述升降平台收回，天窗关闭。
优选地，无人机通过所述中继通信模块将采集获得的图像及数据信息上传至远端上位机。
本发明及其优选方案可为执行电力巡检的无人机提供野外停靠站，解决无人机续航能力差，无法长时间执行远程任务的问题，同时还可以解决无人机电力巡检过程中数据信息远距离传输的问题。能够完善无人机巡检系统，实现在无人工干预下对输电线路的快速、安全巡检。
其主要创新点在于：全自动无人机服务台可综合根据电力巡检区域的划分和选用无人机的续航能力，直接部署在在野外环境当中，较长期地保护需要定期执行巡检任务的无人机不因风吹、雨淋和外力而遭到破坏；可以在无人干预和辅助的情况下，辅助无人机起飞执行任务以及无人机定点返航，实现全自动无人机电力巡检系统；服务台内设无线充电座以及无线充电摆正器，保证无人机电池线圈对准下方充电线圈，提高无线充电效率；同时服务台内部的通信模块与无人机后台可进行三方通信，传输图像数据信息，保证了无人机采集数据的续航能力，同时也方便在远端完成后续的分析与处理。
通过此方案，可以解决无人机续航能力差、无法执行远程任务的问题，实现无人机在无人工干预和辅助的情况下完成全自动电力巡检任务。此外，还可解决无人机通信距离有限和机载负荷限制较难进行图像处理和分析的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明实施例装置方案整体结构示意图；
图2为本发明实施例使用方法流程示意图；
图3为本发明实施例电路系统示意图；
图4为本发明实施例摆正器结构示意图；
图中：1-防护壳体；2-太阳能电池板；3-天窗；4-升降平台；5-电源模块；6-无线充电座；7-摆正器；8-液晶显示屏；9-通信天线。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图1所示，在本实施例提供的装置方案当中，主要包括：防护壳体1，太阳能电池板2，推拉式天窗3及对应的开窗器，升降平台4，电源模块5，无线充电座6，摆正器7，通信模块，液晶显示屏8，通信天线9、控制器等结构。其中，防护壳体1采用水密性工艺进行制作，可根据实际安装场所的状况放置，主要用于保障无人机停靠和安全。开窗器与天窗3连接，用于控制天窗3的开启和关闭，可以由步进电机和导轨结构进行具体实现。太阳能电池板2固定覆盖在天窗3不被遮挡的位置，利用太阳能实现对蓄电池的充电。升降平台4设置在天窗3的下方，二者可以在电控上通过互锁机制进行联动：即当天窗3打开时，升降平台4升起，天窗3关闭时，升降平台4则下降；升降平台4可以由电机或者气缸驱动，优选通过电机驱动，并采用丝杠结构控制升降。无线充电座6和摆正器7设置在升降平台4上且无线充电座6设置在摆正器7的内侧。摆正器7能够将无人机推至无线充电座6的正上方，使得无人机对准充电。如图3所示，电源模块5用于分别给系统各模块供电，太阳能电池板2、电源模块5和无线充电座6构成电气连接；通信模块8包括卫星定位和卫星通信装置，以及连接远端上位机的中继通信模块，通过卫星通信和定位技术（GPS或北斗）实现与无人机的信息的交互，可协助返航的无人机定点停靠，并且可实时向远程后台管理系统提供服务台的地理位置信息工作状态信息，与后台管理系统实时的数据交互，通过中继通信模块使无人机和位于远端的上位机实现数据交互，执行电力巡检的无人机采集的图像及数据信息通过服务台中继实现信息数据的无线中传传输，完成后续的图像识别和数据处理等技术。开窗器、升降平台4、摆正器7和通信模块9连接控制器，控制器可以采用单片机或PLC，主要根据预设的逻辑实现上述动作模块的动作控制和启停。液晶显示屏8则主要用于现场对服务台的维护和操作，可以进行现场状态查看和参数显示，优选采用触摸显示屏，同时作为一个输入端口。
特别地，为了实现无人机执行电力巡检任务更为有保障地管控，本实施例特别设置了连接控制器的湿度传感器和风速仪，用于感测当前服务台所在地区是否存在下雨或者大风的情形，将比从后台调取的数据更为准确，从而能够最大限度保障无人机执行任务的安全性。
如图4所示，由于很难保证无人机能够恰好降落在对准无线充电座6的区域，在本实施例中，采用了摆正器7的结构进行位置微调。摆正器7包括摆正器7推杆和推杆驱动单元；四根摆正器7推杆围成降落区域，推杆驱动单元驱动摆正器7推杆摆动（类似汽车雨刷的结构），使降落区域扩大或缩小；无线充电座6则设置在降落区域中，当降落区域为最小时，刚好限制停放在其内的无人机位移至对准无线充电座6的线圈的状态。
通过以上装置方案，该全自动无人机服务台设置在野外环境下，防护壳体1的封闭式结构可以具备防水防潮的特性，适合无人机长时间停留，在风雨环境下安全存储飞行器。无需人工干预和辅助下，服务台能够协助无人机的起飞与定点降落，为执行电力巡检任务的无人机提供长时间或短时间的停留。且服务台内部设有无线充电座6以及无线充电辅助结构可对飞行器进行充电。服务台的主要供电方式是太阳能光伏板，辅助供电220V交流电（可选择），防止在长时间阴天的情况下造成系统电力不足。服务台具备卫星定位和通信模块，协助无人机的定点停靠，以及为飞行器提供中继通信功能。
如图2所示，对于以上装置在实际工作中的使用方法，主要包括以下流程：服务台通过卫星定位模块确定当前位置，通信模块从后台管理系统获取天气状况（或通过传感器获得天气状况）以及获取无人机电量信息等。在均符合飞行条件下，服务台天窗3打开，升降平台4上升到开口处，发出无人机起飞指令，无人机开始执行电力巡检任务。无人机飞出后，升降平台4下降，天窗3关闭。无人机在执行任务过程中，将图像信息等数据传回无人机服务台，并且可在后台管理系统中实现图像的处理及分析。在无人机电量过少时，无人机发出返航指令。服务台收到指令后，服务台的天窗3打开，升降平台4升起。无人机根据自身定位与服务台定位停靠在平台上，升降平台4下降到初始位置。通过服务台内部的摆正器7可使无人机推至无线充电座6正上方，实现无线充电。
以下提供三个具体的本发明方案实施例：
实施例一：
全自动无人机服务台通过内设GPS模块获取目前的位置信息及时间，当系统到达设定的时间，通过通信模块根据后台管理系统所提供的天气状况以及无人机的电量等信息，判断是否可执行飞行任务。在符合条件的情况下，服务台的天窗3结构打开，升降平台4升起。无人机收到起飞指令，开始执行电力巡检任务。无人机飞出后，升降平台4再次下降到开始位置，天窗3结构关闭，等待无人机返航。接收无人机返航指令后，服务台再次将天窗3打开，升降平台4伸出，无人机定点停靠回起始位置。服务台内设无人机无线充电装置可对无人机进行自动无线充电。
按照本实施例一所描述的技术方案，能够搭建出一套完整的全自动无人机服务台。利用无人机灵活度高、维护成本低等优点，将无人机停靠服务台，协助电力巡检任务的执行。在无人机执行任务到巡检结束返航停靠的全过程均在无人干预下全自动进行，大大降低了人力上的成本，同时提高了无人机执行电力巡检任务的效率。
实施例二：
本实施例二提出了此服务台采用的无线充电以及无线充电摆正器7装置的技术方案。
目前市面上为解决飞行器续航能力差而发明的飞行器充电桩的充电形式分为有线充电和无线充电。本方案中在服务台内设立的充电装置为无线充电。无人机通过定点停靠在升降平台4上，由于GPS定位有一定的误差，较难实现十分精准的定位，因此在服务台内设立了摆正器7的机械装置。摆正器7推杆围绕形成飞行器降落区域，通过驱动单元传动移动摆正器7推杆以缩小降落区域。当停靠在升降平台4所述的降落区域中的无人机在摆正器7推杆的缩小推动作用下，移动至无线充电座6的可充电范围内，保证无人机与无线充电座6的无线充电线圈对准，实现所述无线电充电模块对停靠至所述降落区域中的无人机进行无线充电的功能，提高无线充电效率。
实施例三：
本实施例三提出了此全自动无人机服务台的通信模块实现服务台，无人机及后台管理系统的三方通信技术方案。
由于目前大多数的电力巡检无人机都是通过无人机搭载高清相机和红外热成像仪对线路进行拍摄，并通过人工分析视频和照片，甄别出主要的缺陷和隐患。
本方案中，通过服务台内设通信模块可实现无人机，后台管理系统的三方通信。在远程执行巡线任务时，服务台也可作为中继通信站传输图像数据信息，在后台的上位机完成后续的图像数据识别分析，在不增加无人机搭载设备的情况下，保障了图像分析处理的实时性。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的用于电力巡检的全自动无人机服务台及使用方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种用于电力巡检的全自动无人机服务台，其特征在于，包括：防护壳体，太阳能电池板，天窗、开窗器、升降平台、通信模块、控制器、电源模块、无线充电座和摆正器；所述太阳能电池板和天窗设置在防护壳体的顶部；所述开窗器与天窗连接；所述升降平台设置在天窗下方；所述无线充电座和摆正器设置在升降平台上且无线充电座设置在摆正器的内侧；所述太阳能电池板、电源模块和无线充电座构成电气连接；所述开窗器、升降平台、摆正器和通信模块连接控制器。
2.根据权利要求1所述的用于电力巡检的全自动无人机服务台，其特征在于：所述太阳能电池板固定在天窗上。
3.根据权利要求1所述的用于电力巡检的全自动无人机服务台，其特征在于：所述摆正器包括摆正器推杆和推杆驱动单元；四根所述摆正器推杆围成降落区域，所述推杆驱动单元驱动摆正器推杆摆动，使降落区域扩大或缩小；所述无线充电座设置在降落区域中。
4.根据权利要求1所述的用于电力巡检的全自动无人机服务台，其特征在于：所述通信模块包括连接远端上位机的中继通信模块。
5.根据权利要求1所述的用于电力巡检的全自动无人机服务台，其特征在于：所述通信模块包括卫星定位和卫星通信装置。
6.根据权利要求1所述的用于电力巡检的全自动无人机服务台，其特征在于：还包括连接控制器的湿度传感器和风速仪。
7.根据权利要求1-6其中任一所述的用于电力巡检的全自动无人机服务台的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A1：无人机与空闲状态的服务台建立连接，发起降落请求；
步骤A2：所述开窗器控制天窗打开，升降平台升起；
步骤A3：无人机降落在所述升降平台后，升降平台收回，天窗关闭；
步骤A4：所述摆正器调整无人机的位置，使无人机对准无线充电座的无线充电线圈。
8.根据权利要求1-6其中任一所述的用于电力巡检的全自动无人机服务台的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤B1：当预设的无人机电力巡检时刻到达时，根据天气信息、无人机电量信息、位置信息和通讯是否异常信息，判断收纳于服务台内的无人机是否适合起飞，如适合，则执行步骤B2；
步骤B2：所述开窗器控制天窗打开，升降平台升起；无人机从升降平台起飞；
步骤B3：所述升降平台收回，天窗关闭。
9.根据权利要求6所述的用于电力巡检的全自动无人机服务台的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤C1：当预设的无人机电力巡检时刻到达时，根据所述湿度传感器和风速仪采集的信息、无人机电量信息、位置信息和通讯是否异常信息，判断收纳于服务台内的无人机是否适合起飞，如适合，则执行步骤C2；
步骤C2：所述开窗器控制天窗打开，升降平台升起；无人机从升降平台起飞；
步骤C3：所述升降平台收回，天窗关闭。
10.根据权利要求4所述的用于电力巡检的全自动无人机服务台的使用方法，其特征在于：无人机通过所述中继通信模块将采集获得的图像及数据信息上传至远端上位机。
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