CN111049058B - 一种用于架空输电线路除冰的无人机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于架空输电线路除冰的无人机及其控制方法，包括控制芯片、充电电源、无人机机体、无人机机翼、无人机悬挂机架、2个可见光相机、红外相机、机械臂、加热机构、破冰装置和控制平台。该无人机通过可见光相机和红外相机组建成三目智能感知系统对架空输电线路上冰块形状检测，并建立视觉模型，然后通过加热机构和破冰装置对冰块进行清除。

Description

一种用于架空输电线路除冰的无人机及其控制方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及到一种用于架空输电线路除冰的无人机及其控制方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，超高压大容量输电线路越来越多。输电线路是重要的生命线工程，在冬季，由于气候原因引起的输电线线路的积雪覆冰问题，造成了输电线承重加大。如果输电线覆冰的重量超过了输电线或电塔的承重范围，就会引发断线和倒塔等事故，使电力传输系统遭到破坏，给国民经济造成极大的损失，由覆冰引起的输电线路事故，严重威胁着电力传输及通讯网络的可靠性。

我国西南地区山区较多，地形复杂，受湿度、气象条件的影响，输电线路覆冰事故屡屡发生，是遭受输电线路覆冰灾害最严重的地区之一，对电网输电线路供电造成难以估计的损失。为了减少输电线路覆冰带来的不必要损失，对输电线路巡线覆冰预警是十分必要的。

现有的机械式除冰机中，主要采用刀具切割或者滑轮刮铲的方法进行除冰，这种方法容易对线缆产生较大损伤，且这些设备操作均较为复杂，对于电力维修人员的技术要求过高，同时对于架设在不是平坦地面上的输电线缆来说，这些设备完全到达不了。

发明内容

为解决上述问题，本发明一种用于架空输电线路除冰的无人机及其控制方法，该无人机通过可见光相机和红外相机组建成三目智能感知系统对架空输电线路上冰块形状检测，并建立视觉模型，然后通过加热机构和破冰装置对冰块进行清除。

本发明提供了一种用于架空输电线路除冰的无人机，包括控制芯片、充电电源、无人机机体、无人机机翼、无人机悬挂机架、2个可见光相机、红外相机、机械臂、加热机构、破冰装置和控制平台，所述控制芯片安装在无人机机体内，所述无人机悬挂机架固定在无人机的下端，所述2个可见光相机分别安装在无人机机体的两侧，所述红外相机安装在无人机机体上，所述加热机构通过机械臂安装在无人机悬挂机架上，所述破冰装置通过机械臂安装在无人悬挂机架上。

进一步的所述控制芯片包括信号输出模块、数字量输出模块、位置控制模块和通讯模块，所述信号输出模块能够检测可见光相机和红外相机的画面，所述数字量输出模块能够控制加热机构和破冰装置的运行，所述位置控制模块能够控制机械臂的运行，所述通讯模块能够与控制平台进行远程通讯。

进一步的所述可见光相机能够拍摄架空线路上的图像画面，并将画面实时的通过控制芯片传输至控制平台内。

进一步的所述红外相机能够拍摄架空线路热图像画面，并将该温度实时通过控制芯片传输至控制平台内。

进一步的所述控制平台包括数据处理单元、显示画面和遥控制器，所述数据处理单元内具有成像控制端、图像处理单元、图像识别单元、存储模块和通讯模块，所述成像控制端、图像处理单元和图像识别单元能够识别可见光相机传输的图像，并且能够重建出架空输电线路上的三维模型，所述遥控制器能够控制无人机的运行，所述显示画面能够显示三维模型画面，所述遥控制器能够远程控制无人机机翼、机械臂、加热机构和破冰装置的运行。

进一步的所述机械臂包括机械手臂，所述机械手臂上装有驱动装置，驱动装置的上具有控制端口，所述控制端口与控制芯片内位置控制模块相连，所述手臂的末端具有固定卡槽，固定卡槽安装在无人机悬挂机架上。

进一步的所述加热机构包括外壳、加热板和转动风扇，所述外壳为圆筒状，并安装在机械臂上的固定卡槽上，所述加热板安装在外壳内，加热板的电源输入端口通过连接线与控制芯片的数字量输出模块相连，所述转动风扇安装在外壳的底部，转动风扇的电源输入端通过连接线与控制芯片的数字量输出模块相连。

进一步的所述破冰装置包括钻头和电机，所述电机安装在机械臂上，所述钻头安装在电机的转轴上，所述电机的电源输入端通过连接线与控制芯片的数字量输出模块相连。

一种用于架空输电线路除冰的无人机的控制方法，步骤如下：

步骤1：工作人员将无人机飞行至架空输电线路的上端；

步骤2：通过无人机上2个可见光相机对架空输电线路上端拍摄图像画面，并将图像画面通过控制芯片的远程通讯模块传输至控制平台内；

步骤3：控制平台的数据处理单元根据2个不同位置的可见光相机拍摄的画面组建三维模型，并在传输在显示画面，工作人员在控制平台的显示画面上确定架空输电线路上是否具有冰块；

步骤4：若是检测到输电线路上具有冰块时，工作人员通过无人机上红外相机对架空输电线路上端拍摄热图像画面，并将热图像画面通过控制芯片的远程通讯模块传输至控制平台内；

步骤5：控制平台的数据处理单元根据红外相机拍摄的热图像画面，在三维模型中标定架空线路的温度值，并在传输在显示画面上；

步骤6：工作人员通过遥控制器控制无人机悬挂机架下端的破冰装置及其机械臂，将架空输电线路上的冰块进行破除；

步骤7：若是出现难以破除的冰块时，工作人员控制无人机悬挂机架下端的加热机构及其机械臂，对输电线路上的冰块进行融化。

附图说明

图1为发明一种用于架空输电线路除冰的无人机的整体结构示意图；

图2为发明一种用于架空输电线路除冰的无人机的加热机构结构示意图；

图3为发明一种用于架空输电线路除冰的无人机的破冰装置结构示意图；

图4为发明一种用于架空输电线路除冰的无人机的控制芯片控制示意图；

图5为发明一种用于架空输电线路除冰的无人机的控制平台控制示意图。

图中：1、控制芯片；2、充电电源；3、无人机机体；4、无人机机翼；5、无人机悬挂机架；6、可见光相机；7、红外相机；8、加热机构；9、破冰装置；10、机械臂；11、驱动装置；12、加热板；13、转动风扇；14、钻头；15、电机。

具体实施方式

下面结合附图对发明一种用于架空输电线路除冰的无人机及其控制方法具体实施方式做详细阐述。

如图1所示，一种用于架空输电线路除冰的无人机，包括控制芯片1、充电电源2、无人机机体3、无人机机翼4、无人机悬挂机架5、2个可见光相机6、红外相机7、机械臂10、加热机构8、破冰装置9和控制平台，所述控制芯片1安装在无人机机体3内，所述无人机悬挂机架5固定在无人机的下端，所述2个可见光相机6分别安装在无人机机体3的两侧，所述红外相机7安装在无人机机体3上，所述加热机构8通过机械臂10安装在无人机悬挂机架5上，所述破冰装置9通过机械臂10安装在无人悬挂机架上。

如图4所示，所述控制芯片1包括信号输出模块、数字量输出模块、位置控制模块和通讯模块，所述信号输出模块能够检测可见光相机6和红外相机7的画面，所述数字量输出模块能够控制加热机构8和破冰装置9的运行，所述位置控制模块能够控制机械臂10的运行，所述通讯模块能够与控制平台进行远程通讯。

进一步的所述可见光相机6能够拍摄架空线路上的图像画面，并将画面实时的通过控制芯片1传输至控制平台内。

进一步的所述红外相机7能够拍摄架空线路热图像画面，并将该温度实时通过控制芯片1传输至控制平台内。

如图5所示，所述控制平台包括数据处理单元、显示画面和遥控制器，所述数据处理单元内具有成像控制端、图像处理单元、图像识别单元、存储模块和通讯模块，所述成像控制端、图像处理单元和图像识别单元能够识别可见光相机6传输的图像，并且能够重建出架空输电线路上的三维模型，所述遥控制器能够控制无人机的运行，所述显示画面能够显示三维模型画面，所述遥控制器能够远程控制无人机机翼4、机械臂10、加热机构8和破冰装置9的运行。

进一步的所述机械臂10包括机械手臂，所述机械手臂上装有驱动装置11，驱动装置11的上具有控制端口，所述控制端口与控制芯片1内位置控制模块相连，所述手臂的末端具有固定卡槽，固定卡槽安装在无人机悬挂机架5上。

如图2所示，所述加热机构8包括外壳、加热板12和转动风扇13，所述外壳为圆筒状，并安装在机械臂10上的固定卡槽上，所述加热板12安装在外壳内，加热板12的电源输入端口通过连接线与控制芯片1的数字量输出模块相连，所述转动风扇13安装在外壳的底部，转动风扇13的电源输入端通过连接线与控制芯片1的数字量输出模块相连。

如图3所示，所述破冰装置9包括钻头14和电机15，所述电机15安装在机械臂10上，所述钻头14安装在电机15的转轴上，所述电机15的电源输入端通过连接线与控制芯片1的数字量输出模块相连。

一种用于架空输电线路除冰的无人机的控制方法，步骤如下：

步骤1：工作人员将无人机飞行至架空输电线路的上端；

步骤2：通过无人机上2个可见光相机6对架空输电线路上端拍摄图像画面，并将图像画面通过控制芯片1的远程通讯模块传输至控制平台内；

步骤3：控制平台的数据处理单元根据2个不同位置的可见光相机6拍摄的画面组建三维模型，并在传输在显示画面，工作人员在控制平台的显示画面上确定架空输电线路上是否具有冰块；

步骤4：若是检测到输电线路上具有冰块时，工作人员通过无人机上红外相机7对架空输电线路上端拍摄热图像画面，并将热图像画面通过控制芯片1的远程通讯模块传输至控制平台内

步骤5：控制平台的数据处理单元根据红外相机7拍摄的热图像画面，在三维模型中标定架空线路的温度值，并在传输在显示画面上；

步骤6：工作人员通过遥控制器控制无人机悬挂机架5下端的破冰装置9及其机械臂10，将架空输电线路上的冰块进行破除；

步骤7：若是出现难以破除的冰块时，工作人员控制无人机悬挂机架5下端的加热机构8及其机械臂10，对输电线路上的冰块进行融化。

一种用于架空输电线路除冰的无人机的工作原理具体为，工作人员先检查架空输电线路是否断电，在架空输电线路断电后，将无人机飞到架空输电线路的侧面。通过安装在无人机下方的可见光相机6和红外相机7对架空输电线路下方进行拍摄，拍摄到的画面通过控制芯片1远程传输值控制平台内，控制平台的显示画面通过两台可见光相机6不同位置传输的图像，然后利用立体匹配算法求出两幅图像对应像素点间的视差，结合视差图像与相机标定所得参数求出架空输电线路被测物体各点的三维坐标，重建出架空输电线路上的三维结构。根据控制平台重建出的架空输电线路的三维结构，判断出架空输电线路上是否具有冰块，当架空输电线路上具有冰块后，工作人员通过控制平台的遥控制器控制机械臂10、加热机构8和破冰装置9对架空输电线路上的冰块进行清除。其中除冰具体步骤方法如下：步骤一、运行安装破冰装置9的机械臂10，将机械臂10的末端对准冰块；步骤二、运行破冰装置9的电机15，带动钻头14的旋转，然后控制机械臂10对架空输电线路上的冰块进行破除；但是破冰装置9破除完后，架空输电线路的上依然存在细小的冰块，无法通过破冰装置9进行破除；步骤三、运行安装加热机构8的机械臂10，并将加热机构8对准冰块；步骤四、运行加热机构8的加热板12和转动风扇13，将高温气体对准冰块，使其融化，同时通过红外相机7实时监测所加热区域架空输电线路上的温度值，当温度过高时，工作人员应当及时停止加热，避免输电线路因为温度过高而产生损坏。

最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (4)

1.一种用于架空输电线路除冰的无人机，其特征在于，包括控制芯片、充电电源、无人机机体、无人机机翼、无人机悬挂机架、2个可见光相机、红外相机、机械臂、加热机构、破冰装置和控制平台，所述控制芯片安装在无人机机体内，所述无人机悬挂机架固定在无人机的下端，所述2个可见光相机分别安装在无人机机体的两侧，所述红外相机安装在无人机机体上，所述加热机构通过机械臂安装在无人机悬挂机架上，所述破冰装置通过机械臂安装在无人悬挂机架上；

所述控制芯片包括信号输出模块、数字量输出模块、位置控制模块和通讯模块，所述信号输出模块能够检测可见光相机和红外相机的画面，所述数字量输出模块能够控制加热机构和破冰装置的运行，所述位置控制模块能够控制机械臂的运行，所述通讯模块能够与控制平台进行远程通讯；

所述控制平台包括数据处理单元、显示画面和遥控制器，所述数据处理单元内具有成像控制端、图像处理单元、图像识别单元、存储模块和通讯模块，所述成像控制端、图像处理单元和图像识别单元能够识别可见光相机传输的图像，并且能够重建出架空输电线路上的三维模型，所述遥控制器能够控制无人机的运行，所述显示画面能够显示三维模型画面，所述遥控制器能够远程控制无人机机翼、机械臂、加热机构和破冰装置的运行；

所述加热机构包括外壳、加热板和转动风扇，所述外壳为圆筒状，并安装在机械臂上的固定卡槽上，所述加热板安装在外壳内，加热板的电源输入端口通过连接线与控制芯片的数字量输出模块相连，所述转动风扇安装在外壳的底部，转动风扇的电源输入端通过连接线与控制芯片的数字量输出模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于架空输电线路除冰的无人机，其特征在于，所述机械臂包括机械手臂，所述机械手臂上装有驱动装置，驱动装置的上具有控制端口，所述控制端口与控制芯片内位置控制模块相连，所述手臂的末端具有固定卡槽，固定卡槽安装在无人机悬挂机架上。

3.根据权利要求1所述的一种用于架空输电线路除冰的无人机，其特征在于，所述破冰装置包括钻头和电机，所述电机安装在机械臂上，所述钻头安装在电机的转轴上，所述电机的电源输入端通过连接线与控制芯片的数字量输出模块相连。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种用于架空输电线路除冰的无人机的控制方法，步骤如下：

步骤1：工作人员将无人机飞行至架空输电线路的上端；

步骤2：通过无人机上2个可见光相机对架空输电线路上端拍摄图像画面，并将图像画面通过控制芯片的远程通讯模块传输至控制平台内；

步骤3：控制平台的数据处理单元根据2个不同位置的可见光相机拍摄的画面组建三维模型，并在传输在显示画面，工作人员在控制平台的显示画面上确定架空输电线路上是否具有冰块；

步骤4：若是检测到输电线路上具有冰块时，工作人员通过无人机上红外相机对架空输电线路上端拍摄热图像画面，并将热图像画面通过控制芯片的远程通讯模块传输至控制平台内；

步骤5：控制平台的数据处理单元根据红外相机拍摄的热图像画面，在三维模型中标定架空线路的温度值，并在传输在显示画面上；

步骤6：工作人员通过遥控制器控制无人机悬挂机架下端的破冰装置及其机械臂，将架空输电线路上的冰块进行破除；

步骤7：若是出现难以破除的冰块时，工作人员控制无人机悬挂机架下端的加热机构及其机械臂，对输电线路上的冰块进行融化。

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