CN112530230A - 一种输电线路无人机巡线仿真训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，包括仿真主机、VR头盔、遥控器以及放置机构，仿真主机通过单刀双掷开关与市电连接，其包括金属闸刀、第一静触头以及第二静触头，放置机构包括放置台、第一放置座以及第二放置座，放置座底部设置有连杆以及通电线圈，进行仿真训练时，将遥控器从放置座上取下，放置座在第一弹簧作用下上升，使连杆底部的金属部移动到通电线圈中，通电线圈产生磁性并对金属闸刀进行磁吸，使金属闸刀与静触头接触，从而实现通电，并且在金属闸刀接触的同时，仿真主机可以选取对应的无人机类型，提高仿真训练的效率。

Description

一种输电线路无人机巡线仿真训练系统

技术领域

本发明涉及电网运行维护技术领域，特别涉及一种输电线路无人机巡线仿真训练系统。

背景技术

在电网中，无人机主要运用于线路巡视、竣工验收、电力施工中的展放导线、自然灾情之后的灾情勘察、应急抢修和故障清除等，目前，电网无人机操控手在上岗前都要进行大量的实操培训，并通过AOPA(中国航空器拥有者及驾驶员协会)认证考试之后才能持证上岗，但是取证飞手、班组成员即使取得AOPA证书，对于电力巡线技巧的掌握尚需要时间磨砺，因此在无人机在实操过程中坠机情况时有发生。

发明内容

鉴以此，本发明提出一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，可以让班组成员通过练习提升无人机巡线能力，保障输电线路及电网稳定运行。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，包括仿真主机、VR头盔、遥控器以及放置机构，所述仿真主机内设置有虚拟场景，所述VR头盔与仿真主体信号连接，所述遥控器设置在放置机构上，并通过导线与仿真主机信号连接；所述仿真主机通过单刀双掷开关与市电连接，所述单刀双掷开关包括金属闸刀、第一静触头以及第二静触头，所述金属闸刀位于第一静触头以及第二静触头之间，所述放置机构包括放置台、第一放置座以及第二放置座，所述放置台上设置有开口，所述第一放置座以及第二放置座从开口伸入到放置台内部，并通过第一弹簧与放置台内部底面连接，所述第一放置座底面设置有连杆，所述连杆上套设有通电线圈，所述连杆位于通电线圈下方的部分设置有金属部，所述单刀双掷开关设置在放置台中，并位于第一放置座的通电线圈和第二放置座的通电线圈之间；所述遥控器位于第一放置座以及第二放置座上。

优选的，还包括角度传感器以及控制器，所述角度传感器设置在金属闸刀上，所述控制器设置在放置台上，且分别与角度传感器以及仿真主机信号连接。

优选的，所述仿真主机包括场景构建模块、无人机仿真模块以及输电线路巡检模块，所述场景构建模块构建输电线路虚拟场景，所述无人机仿真模块生成无人机并映射到虚拟场景中，所述输电线路巡检模块用于提供巡检任务。

优选的，还包括设置在输电线路中的传感器组以及摄像头，所述传感器组以及摄像头将采集的数据输送给场景构建模块，所述场景构建模块实时更新虚拟场景。

优选的，所述单刀双掷开关包括固定板，所述金属闸刀、第一静触头以及第二静触头设置在固定板上，所述金属闸刀与一端与固定板铰接，铰接处设置有扭簧。

优选的，所述遥控器包括四轴无人机飞行遥控器以及六轴无人机飞行遥控器，所述四轴无人机飞行遥控器设置在第一放置台上，所述六轴无人机飞行遥控器设置在第二放置台上。

优选的，还包括训练工位，所述训练工位设置在放置台一侧，其包括底座以及踏板，所述踏板设置在底座上，并分别位于第一放置座和第二放置座一侧，所述底座内设置有振动机构，所述振动机构设置在踏板下方，并与仿真主机信号连接。

优选的，所述弹性机构包括电磁铁、金属杆、第二弹簧以及限位板，所述金属杆一端设置有挡板，所述挡板位于踏板下方，所述金属杆另一端穿过限位板，并位于电磁铁上方，所述第二弹簧套设在金属杆上，并位于挡板与限位板之间，所述电磁铁与仿真主机信号连接。

优选的，所述第一放置座以及第二放置座侧壁设置有挡块，所述挡块位于放置台内部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，通过仿真主机对输电线路进行模拟仿真后，训练人员可以佩戴VR头盔，并通过遥控器控制无人机在虚拟场景中进行巡线仿真，而为了提高训练的效率以及节省电能，在训练人员从放置台上取下遥控器时，可以使连杆的金属部穿入到通电线圈中，使通电线圈产生磁性后对金属闸刀进行吸引，从而使得单刀双掷开关接通，为仿真主机通上电后可以进行仿真训练。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统的结构示意图；

图2为本发明的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统的放置机构的结构示意图；

图3为本发明的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统的原理图；

图4为本发明的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统的训练工位的结构示意图；

图中，1为仿真主机，2为VR头盔，3为金属闸刀，4为第一静触头，5为第二静触头，6为放置台，7为第一放置座，8为第二放置座，9为第一弹簧，10为连杆，11为通电线圈，12为金属部，13为角度传感器，14为控制器，15为场景构建模块，16为无人机仿真模块，17为输电线路巡检模块，18为传感器组，19为摄像头，20为固定板，21为扭簧，22为四轴无人机飞行遥控器，23为六轴无人机飞行遥控器，24为底座，25为踏板，26为电磁铁，27为金属杆，28为第二弹簧，29为限位板，30为挡板，31为挡块。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1至图4，本发明提供的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，包括仿真主机1、VR头盔2、遥控器以及放置机构，所述仿真主机1内设置有虚拟场景，所述VR头盔2与仿真主体信号连接，所述遥控器设置在放置机构上，并通过导线与仿真主机1信号连接；所述仿真主机1通过单刀双掷开关与市电连接，所述单刀双掷开关包括金属闸刀3、第一静触头4以及第二静触头5，所述金属闸刀3位于第一静触头4以及第二静触头5之间，所述放置机构包括放置台6、第一放置座7以及第二放置座8，所述放置台6上设置有开口，所述第一放置座7以及第二放置座8从开口伸入到放置台6内部，并通过第一弹簧9与放置台6内部底面连接，所述第一放置座7底面设置有连杆10，所述连杆10上套设有通电线圈11，所述连杆10位于通电线圈11下方的部分设置有金属部12，所述单刀双掷开关设置在放置台6中，并位于第一放置座7的通电线圈11和第二放置座8的通电线圈11之间；所述遥控器位于第一放置座7以及第二放置座8上。

本发明的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，通过仿真主机1对输电线路的真实环境进行模拟，同时在内部构建好模拟无人机，训练人员可以戴上VR头盔2后进入到虚拟场景中，并可以通过遥控器对模拟无人机进行飞行的控制，从而可以完成模拟无人机在输电线路中的飞行训练、巡检训练、特种训练等任务，加强训练人员对于无人机的操控以及对于巡检业务的认识，极大的减少因经验不足导致的损失，而且工作人员有机会进行反复的技能练习，使执行的任务能够被高效、准确地完成。

而为了提高训练人员对于不同类型无人机的技能的掌握，将遥控器设置成至少两个，且为偶数个，分别置于放置机构上，训练人员可以通过取下不同的遥控器后对不同类型的无人机进行仿真训练，具体的，在放置机构上设置了第一放置座7和第二放置座8，遥控器分别设置在第一放置座7和第二放置座8上，在遥控器的重力作用下，第一放置座7和第二放置座8会被下压，使得连杆10底部的金属部12位于通电线圈11下方，此时通电线圈11产生的磁场很弱，不能对金属闸刀3进行磁吸，且金属闸刀3处于垂直水平线的状态，并未与第一静触头4或第二静触头5连接，当训练人员取下任意一个遥控器时，在第一弹簧9的作用下，第一放置座7或第二放置座8会向上移动，移动的过程中使金属部12移动到通电线圈11内部，此时通电线圈11产生较大的磁场，并对金属闸刀3进行吸引，使金属闸刀3与第一静触头4第二静触头5接触，此时市电可以输送到仿真主机1中，仿真主机1可以模拟输电线路场景供训练人员进行无人机飞行训练。

由于单刀双掷开关设置在第一放置台6和第二放置台6之间，当训练人员同时取下第一放置台6和第二放置台6上的遥控器时，第一放置台6和第二放置台6下方的通电线圈11均会产生等同大小的磁场，金属闸刀3由于位于两个通电线圈11之间，因此其会受到两个相反的磁力，两个磁力抵消后，金属闸刀3仍然处于垂直位置，并未与任何一个静触头接触，即无法进行通电训练，避免了训练人员未合理放置遥控器或者同时将多个遥控器取下的现象发生。

优选的，还包括角度传感器13以及控制器14，所述角度传感器13设置在金属闸刀3上，所述控制器14设置在放置台6上，且分别与角度传感器13以及仿真主机1信号连接。

设置在金属闸刀3上的角度传感器13可以用于检测金属闸刀3的偏转情况，金属闸刀3初始垂直状态时角度设定为0度，当向左偏转与第一静触头4接触时，角度传感器13采集的角度信息为负X度，向右偏转与第二静触头5接触时，角度传感器13采集的角度信息为正X度，控制器14根据角度信息可以判断金属闸刀3与哪一个静触头接触，并向仿真主机1发送相应的信号，仿真主机1可以根据接收的信号对应的调取模拟无人机的类型，从而可以在取下遥控器的同时进行通电以及选取无人机类型，提高仿真训练的效率。

优选的，所述仿真主机1包括场景构建模块15、无人机仿真模块16以及输电线路巡检模块17，所述场景构建模块15构建输电线路虚拟场景，所述无人机仿真模块16生成无人机并映射到虚拟场景中，所述输电线路巡检模块17用于提供巡检任务，还包括设置在输电线路中的传感器组18以及摄像头19，所述传感器组18以及摄像头19将采集的数据输送给场景构建模块15，所述场景构建模块15实时更新虚拟场景。

通过设置的传感器组18以及摄像头19对输电线路周围环境进行信息采集，采集后的信息可以输送给场景构建模块15，由场景构建模块15对输电线路进行虚拟场景构建，本发明选用AirSim模拟器创造出高还原、超逼真虚拟无人机操作环境，且在模拟过程中采用pixhawk飞行控制器来实现物理及视觉双重层面的操作仿真，并通过使用3Dmax建模，实现高精度、强吻合的输电线路设备三维模型。

对于输电线路巡检模块17而言，其包括了无人机的基础飞行技能训练、缺陷巡线训练、特种作业训练等，基础飞行技能训练包括无人机起飞、降落、悬停、8字飞行、四边航线等，缺陷巡线训练用于研究输电线路巡线中常见的缺陷，内置动态缺陷库，包含鸟巢、绝缘子自爆、杆塔异物、杆塔锈蚀、相序牌倾斜、相序牌脱落、绝缘子严重污秽、悬挂飘浮物、销钉脱落、均压环倾斜、防震锤跑位、防震锤脱落、防震锤变形、螺栓松动等，给与操作人员真实的电力巡线场景；而特种作业训练包括了喷火除异物等项目，为训练人工提供无人机特种作业技巧的训练。

对于无人机的飞行，在整个仿真训练过程中，采用虚实结合方式以提高训练的效果，其中虚实结合涉及三个方面：三维注册、物体位姿、光照条纹；三维注册是通过实时跟踪摄像机姿态以定位虚拟图形位于真实场景中的注册位置；虚拟物体的位姿信息是在对比实物影像特征和虚拟模型特征的相似性，不断调取虚拟物体模型的“特征匹配”阶段完成。

优选的，所述单刀双掷开关包括固定板20，所述金属闸刀3、第一静触头4以及第二静触头5设置在固定板20上，所述金属闸刀3与一端与固定板20铰接，铰接处设置有扭簧21。

固定板20垂直于水平线设置，将金属闸刀3滑动设置在固定板20上，且一端铰接，并将第一静触头4和第二静触头5设置在金属闸刀3的两侧，在通电线圈11磁力作用下，金属闸刀3可以转动，而当训练结束将遥控器放回到放置座上时，通电线圈11失去磁性，金属闸刀3在扭簧21的作用下进行复位，以供下一次的训练任务。

优选的，所述遥控器包括四轴无人机飞行遥控器22以及六轴无人机飞行遥控器23，所述四轴无人机飞行遥控器22设置在第一放置台6上，所述六轴无人机飞行遥控器23设置在第二放置台6上。

本发明的训练人员可以通过选取不同的遥控器类型来进行不同类型无人机的训练。

优选的，还包括训练工位，所述训练工位设置在放置台6一侧，其包括底座24以及踏板25，所述踏板25设置在底座24上，并分别位于第一放置座7和第二放置座8一侧，所述底座24内设置有振动机构，所述振动机构设置在踏板25下方，并与仿真主机1信号连接。

不同的踏板25对应不同的放置座，训练人员在进行无人机训练时，可以移动到训练工位的踏板25上，并在底座24内设置了振动机构，当训练人员在进行无人机飞行训练过程中出现坠落或者撞击时，振动机构可以对踏板25进行振动，提高训练人员的训练真实感。

优选的，所述弹性机构包括电磁铁26、金属杆27、第二弹簧28以及限位板29，所述金属杆27一端设置有挡板30，所述挡板30位于踏板25下方，所述金属杆27另一端穿过限位板29，并位于电磁铁26上方，所述第二弹簧28套设在金属杆27上，并位于挡板30与限位板29之间，所述电磁铁26与仿真主机1信号连接。

当仿真训练时出现无人机的坠落或撞击时，仿真主机1输出信号到电磁铁26，使电磁铁26通电带磁，从而电磁铁26吸引金属杆27向下移动，使第二弹簧28被挡板30所压缩，然后仿真主机1切断电磁铁26的通电，金属杆27失去磁力后，在第二弹簧28作用下，金属杆27可以对踏板25进行撞击，从而为训练人员提供震动感，提高训练人员训练的真实感。

优选的，所述第一放置座7以及第二放置座8侧壁设置有挡块31，所述挡块31位于放置台6内部。

所设置的挡块31可以防止第一放置座7和第二放置座8从开口弹出到外部。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，其特征在于，包括仿真主机、VR头盔、遥控器以及放置机构，所述仿真主机内设置有虚拟场景，所述VR头盔与仿真主体信号连接，所述遥控器设置在放置机构上，并通过导线与仿真主机信号连接；所述仿真主机通过单刀双掷开关与市电连接，所述单刀双掷开关包括金属闸刀、第一静触头以及第二静触头，所述金属闸刀位于第一静触头以及第二静触头之间，所述放置机构包括放置台、第一放置座以及第二放置座，所述放置台上设置有开口，所述第一放置座以及第二放置座从开口伸入到放置台内部，并通过第一弹簧与放置台内部底面连接，所述第一放置座底面设置有连杆，所述连杆上套设有通电线圈，所述连杆位于通电线圈下方的部分设置有金属部，所述单刀双掷开关设置在放置台中，并位于第一放置座的通电线圈和第二放置座的通电线圈之间；所述遥控器位于第一放置座以及第二放置座上。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，其特征在于，还包括角度传感器以及控制器，所述角度传感器设置在金属闸刀上，所述控制器设置在放置台上，且分别与角度传感器以及仿真主机信号连接。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，其特征在于，所述仿真主机包括场景构建模块、无人机仿真模块以及输电线路巡检模块，所述场景构建模块构建输电线路虚拟场景，所述无人机仿真模块生成无人机并映射到虚拟场景中，所述输电线路巡检模块用于提供巡检任务。

4.根据权利要求3所述的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，其特征在于，还包括设置在输电线路中的传感器组以及摄像头，所述传感器组以及摄像头将采集的数据输送给场景构建模块，所述场景构建模块实时更新虚拟场景。

5.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，其特征在于，所述单刀双掷开关包括固定板，所述金属闸刀、第一静触头以及第二静触头设置在固定板上，所述金属闸刀与一端与固定板铰接，铰接处设置有扭簧。

6.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，其特征在于，所述遥控器包括四轴无人机飞行遥控器以及六轴无人机飞行遥控器，所述四轴无人机飞行遥控器设置在第一放置台上，所述六轴无人机飞行遥控器设置在第二放置台上。

7.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，其特征在于，还包括训练工位，所述训练工位设置在放置台一侧，其包括底座以及踏板，所述踏板设置在底座上，并分别位于第一放置座和第二放置座一侧，所述底座内设置有振动机构，所述振动机构设置在踏板下方，并与仿真主机信号连接。

8.根据权利要求7所述的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，其特征在于，所述弹性机构包括电磁铁、金属杆、第二弹簧以及限位板，所述金属杆一端设置有挡板，所述挡板位于踏板下方，所述金属杆另一端穿过限位板，并位于电磁铁上方，所述第二弹簧套设在金属杆上，并位于挡板与限位板之间，所述电磁铁与仿真主机信号连接。

9.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机巡线仿真训练系统，其特征在于，所述第一放置座以及第二放置座侧壁设置有挡块，所述挡块位于放置台内部。

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