CN203381787U - 用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器 - Google Patents

用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器 Download PDF

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杨治
孔占亮
高冰
李楠
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Abstract

本实用新型公开了一种用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器,属于无人飞行器领域。所述用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器包括:机体、传感器模块、飞行控制模块、通信模块、动力系统、航拍系统和无线图像传输模块。本实用新型通过上述多轴电动无人飞行器对输电线路进行检查时,缩短了检查时间,提高了检查效率和供电可靠性,降低了作业人员的危险系数。

Description

用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及无人飞行器领域,特别涉及一种用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器。
背景技术
[0002] 电力与人们的日常生活息息相关,为了保障生产生活的正常用电,需要在输电线路发生故障时,尽早发现故障地点,尽快维修。
[0003]目前,在发生线路跳闸事故后,变电站只能给出一个大概的事故基杆塔范围,这个范围有可能是十几基杆塔,甚至有可能是二十几基杆塔,在这种情况下必须组织大量作业人员到事故现场对多个基杆塔逐个进行登杆检查以找到故障基杆塔。
[0004] 在实现本实用新型的过程中,发明人发现现有技术存在以下问题:
[0005] 现有技术中找到事故基杆塔的工作方法由于耗费大量的人力物力逐个对基杆塔进行检查,因此在事故巡视的过程中会面临各种各样的艰苦、危险的工作环境。比如:
[0006] 1、有些输电线路的基杆塔处于河流、湖泊中,作业人员需要坐船或是穿着救生衣游泳过去。
[0007] 2、有些输电线路的基杆塔位于野外或是庄稼地中,夏秋季节地里的玉米、棉花一片接一片,玉米的花粉四下飞扬总是迷眼,玉米叶子也总是划伤作业人员的眼睛和脸部,棉花的枝条相互交缠着使作业人员迈不开步子;深秋与春天的时候是农民灌溉的季节,基杆塔周围全是很深的泥水,作业人员一脚踩下去能没到小腿。
[0008] 3、有些输电线路会跨越河流铁路,作业人员需要绕很远的路才能到下一个基杆+¾
+R ο
[0009] 4、在有冰霜雨雪的情况下,作业人员的鞋底不可避免地会有泥雪,基杆塔的爬梯横担上也会因潮湿、覆霜或积雪而变的异常光滑,极大地增加了作业人员的危险系数。
[0010] 现有技术中对多个基杆塔逐个进行登杆检查的方法不仅延迟了送电时间,不利于供电可靠性的提高,还耗费了大量的人力物力,增加了作业人员的危险系数,检查效率低。
实用新型内容
[0011] 为了解决现有技术的问题,本实用新型实施例提供了一种多轴电动无人飞行器。所述多轴电动无人飞行器包括:
[0012] 机体、传感器模块、飞行控制模块、通信模块、动力系统、航拍系统和无线图像传输模块;所述机体包括中心机架、M个支撑杆,和着陆架,所述M个支撑杆中任一支撑杆的一端安装在所述中心机架上,所述着陆架安装在所述中心机架的下方;所述传感器模块包括陀螺仪和加速度传感器,所述陀螺仪用于采集多轴电动无人飞行器的三轴角速率数据,所述加速度传感器用于采集多轴电动无人飞行器的三轴线加速度数据;所述飞行控制模块安装在所述中心机架上,与所述传感器模块连接,用于根据所述传感器模块采集的数据对多轴电动无人飞行器的航行状态进行控制;所述通信模块与所述飞行控制模块连接,用于接收来自于用户的控制信号;所述动力系统包括电机、螺旋桨、电子调速器和电池,所述电机安装在所述M个支撑杆的另一端的上方,所述电机上安装有螺旋桨,所述电子调速器安装在所述M个支撑杆上,所述电子调速器与所述电机和所述飞行控制模块连接,所述电池安装在所述中心机架上;所述航拍系统安装在所述中心机架的下方,与所述通信模块连接,用于对输电线路进行拍照以形成记载有输电线路运行状态的图像;所述无线图像传输模块包括机载无线图像发送单元和地面无线图像接收单元,所述机载无线图像发送单元安装在所述中心机架上,用于发送所述航拍系统形成的图像,所述地面无线图像接收单元包括图像接收器和图像显示屏幕,所述图像接收器用于接收所述机载无线图像发送单元发送的图像,并将所述图像显示在所述图像显示屏幕上;其中,M为大于2的正整数。
[0013] 优选,所述M个支撑杆中任两个支撑杆轴线之间所形成夹角的度数为360/M。优选,所述M的值为4、6或8。
[0014] 优选,所述螺旋桨为两叶螺旋桨。
[0015] 优选,所述航拍系统包括数码相机、数码相机云台和红外控制快门线;所述红外控制快门线与所述通信模块连接,用于根据所述通信模块接收的控制信号发出红外信号;所述数码相机安装在所述数码相机云台上,用于根据所述红外信号对输电线路进行拍照以形成记载有输电线路运行状态的图像;所述数码相机云台用于使所述数码相机在所述多轴电动无人飞行器飞行时保持稳定。
[0016] 优选,所述数码相机云台包括舵机和相机卡座;所述相机卡座用于将所述数码相机固定在所述数码相机云台上;所述舵机用于使所述数码相机在所述多轴电动无人飞行器飞行时保持稳定。
[0017] 优选,所述传感器模块还包括:测距传感器,所述测距传感器与所述飞行控制模块连接,用于采集所述多轴电动无人飞行器距离地面的高度数据。
[0018] 本实用新型通过采用多轴电动无人飞行器对输电线路故障进行巡视,带来的有益效果如下:
[0019] 1、巡视时可以不受地形限制。多轴电动无人飞行器由作业人员远距离操控,机身上携带的数码相机可以将输电线路设备的清晰画面实时传输到地面无线通信装置上;
[0020] 2、巡视时,避免了作业人员登杆高空作业,提高了作业人员的安全系数;
[0021] 3、巡视时,提高了工作效率。在实际应用中,多轴电动无人飞行器的水平飞行速度可达10米/秒,垂直飞行到高度40米的基杆塔横担仅需15秒,一架多轴电动无人飞行器检查一基杆塔的时间为1-2分钟,而一个熟练工人要完成一基杆塔的故障巡视任务需10分钟,提高了工作效率5倍,缩短了检查时间,提高了供电可靠性。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1是本实用新型实施例提供的一种用于输电线路检查的四轴电动无人飞行器机体的主视图;[0024] 图2是本实用新型实施例提供的一种用于输电线路检查的四轴电动无人飞行器机体的侧视图;
[0025] 图3是本实用新型实施例提供的一种用于输电线路检查的四轴电动无人飞行器机体的俯视图;
[0026]图4是本实用新型实施例提供的一种传感器模块、飞行控制模块、通信模块、电子调速器、电机、螺旋桨、航拍系统、机载无线图像发送单元和地面无线图像接收单元的结构示意图;
[0027] 其中,图中符号说明:20中心机架、21支撑杆、22着陆架、10传感器模块、11飞行控制模块、12通信模块、131电子调速器、132电机、133螺旋桨、14航拍系统、151机载无线图像发送单元、152地面无线图像接收单元。
具体实施方式
[0028] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
[0029] 本实用新型实施例提供了一种用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器,该多轴电动无人飞行器包括:
[0030] 机体、飞行控制模块、传感器模块、通信模块、动力系统、航拍系统和无线图像传输模块;
[0031] 如果用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器包括M个支撑杆,则该多轴电动无人飞行器称为M轴电动无人飞行器,多轴电动无人飞行器的轴数并无特别的限制,比如可以为6轴、8轴等。但从该多轴电动无人飞行器的成本和操作角度出发,优选为4轴电动无人飞行器,因此关于机体的实施例以4轴电动无人飞行器为例进行说明。如图1-3所示,机体包括中心机架20和4个支撑杆21,4个支撑杆中任一支撑杆21的一端安装在中心机架20上,着陆架22安装在中心机架20的下方,着陆架22还可以安装在4个支撑杆21的另一端的下方,为了简单方便,着陆架3优选安装在中心机架20的下方,其中,M为大于2的正整数。
[0032] 为了使多轴电动无人飞行器平稳的飞行,M个支撑杆11中任两个支撑杆轴线之间所形成夹角的度数为360/M,例如当M的值为4时,该机体包括4个支撑杆,四个支撑杆任两个支撑杆轴线之间形成的夹角度数为90,即四个支撑杆呈十字交叉形状。为了使多轴无人飞行器成本低,简单易控,且飞行平稳,M的值优选为4、6、或8,进一步地更优选为4。
[0033] 参见图4,图中所示为传感器模块10、飞行控制模块11、通信模块12、电子调速器131、电机132、螺旋桨133、航拍系统14、机载无线图像发送单元151和地面无线图像接收单元152的结构示意图,传感器模块10包括陀螺仪和加速度传感器,陀螺仪用于采集多轴电动无人飞行器的三轴角速率数据,角速率数据为多轴电动无人飞行器机的角度信息,在应用中,飞行控制模块可以根据三轴角速率数据得到该多轴电动无人飞行器的飞行姿态;力口速度传感器用于采集多轴电动无人飞行器的三轴线加速度数据,线加速度数据为该多轴电动无人飞行器相对于地垂线的加速度分量。
[0034] 飞行控制模块11安装在中心机架20上,与传感器模块10连接,用于根据传感器模块10采集的数据对该多轴电动无人飞行器的航行状态进行控制,保持该多轴电动无人飞行器飞行时的平稳。为了降低成本,简单易操作,飞行控制模块11优选为单片机。
[0035] 通信模块12与飞行控制模块11连接,用于接收来自于用户的控制信号,在应用中,用户通过遥控器发送控制信号,通信模块12接收遥控器发送的控制信号,该控制信号用于指示该多轴电动无人飞行器将要进行的动作,例如:前进、后退、上升、降落等。
[0036] 动力系统包括电机132、螺旋桨133、电子调速器131和电池(图中未示出);电机132安装在M个支撑杆21的另一端的上方,在飞行时,电机132会产生驱动转矩,为该多轴电动无人飞行器提供动力源,为了得到高的输出功率和输出效率,电机132优选为无刷电机,该多轴电动无人飞行器有M个无刷电机,M个无刷电机安装在M个支撑杆21上,即一个支撑杆21上有一个无刷电机,电机132上安装有螺旋桨133,螺旋桨133优选为两叶螺旋桨,电子调速器131安装在M个支撑杆11上,电子调速器131与电机132和飞行控制模块11连接,电池安装在中心机架20上,电池为用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器提供电源,为了满足高的续航能力,且重量较轻,电池优选为锂电池。
[0037] 航拍系统14安装在中心机架20的下方,与通信模块12连接,用于对输电线路进行拍照以形成记载有输电线路运行状态时的图像;
[0038] 在实际中,为了便于用户远程控制航拍系统拍照,该航拍系统具体包括数码相机(图中未示出)、数码相机云台(图中未示出)和红外控制快门线(图中未示出);红外控制快门线与通信模块12连接,用于根据通信模块12接收的控制信号发出红外信号;数码相机安装在数码相机云台上,用于根据红外信号对输电线路进行拍照;数码相机云台用于使数码相机在用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器飞行时保持稳定,数码相机云台包括舵机和相机卡座;相机卡座用于固定数码相机在数码相机云台上;舵机用于使数码相机在用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器飞行时保持稳定,舵机的数量优选为4个。
[0039] 无线图像传输模块包括机载无线图像发送单元151和地面无线图像接收单元152,机载无线图像发送单元151安装在中心机架20上,地面无线图像接收单元152包括图像接收器和图像显示屏幕,图像接收器用于接收机载无线图像发送单元发送的图像,并将图像显示在图像显示屏幕上,为了使用方便,地面无线图像接收单元可以为带有图像接收功能的计算机或者手机,计算机可以为个人笔记本电脑,还可以为掌上电脑,本实用新型不对计算机的具体形式进行限定。
[0040] 为了掌握输电线路故障发生位置距离地面的高度,传感器模块10还包括:测距传感器,测距传感器与飞行控制模块11连接。在应用中,为了实现测量距离的量程较大,优选采用超声波测距传感器测量该多轴电动无人飞行器距离地面的高度。
[0041] 本实用新型提供的用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器的工作原理如下:
[0042] 用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器根据检测到的多轴电动无人飞行器的飞行信息,该飞行信息包括三轴角速率数据和三轴线加速度数据,还可以包括该多轴电动无人飞行器距离地面的高度,结合通过通信模块接收的来自用户的控制命令,该控制指令一般通过用户操作遥控器发送,产生控制指令,电子调速器根据控制指令调节电机转速,驱动电机完成上升、降落、前进、后退、转圈等动作;同时航拍系统的红外控制门线根据通信模块接收的控制命令,发出红外信号,数码相机接收该红外信号后,即可实现拍照,该控制命令一般通过用户操作遥控器发送,航拍系统拍摄下该多轴电动无人飞行器附近的输电线路画面,并通过机载无线图像发送单元与地面无线图像接收单元进行图像的传输,实现画面回传到地面无线图像接收单元,便于用户通过检查回传的画面实现输电线路设备的故障检查。
[0043] 本实用新型提供的多轴电动无人飞行器使用方法如下:
[0044] 当输电线路出现故障后,根据变电站给出的大概事故基杆塔范围,作业人员携带用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器抵达事故现场,将该多轴电动无人飞行器与地面无线通信装置建立起无线连接,一名作业人员操作遥控器,一名工作人员通过计算机观察该多轴电动无人飞行器的各项数据,确认该多轴电动无人飞行器数据正常后,作业人员用遥控器操控该多轴电动无人飞行器起飞,让该多轴电动无人飞行器飞至输电线路设备附近,利用该多轴电动无人飞行器的数码相机拍摄输电线路,另一名作业人员通过计算机接收的拍摄图像,检查输电线路以找到故障点。
[0045] 本实用新型通过采用用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器对输电线路故障进行巡视,带来的有益效果如下:
[0046] 1、巡视时可以不受地形限制。该多轴电动无人飞行器由作业人员远距离操控,机身上携带的数码相机可以将输电线路设备的清晰画面实时传输到地面无线通信装置上;
[0047] 2、巡视时,避免了作业人员登杆高空作业,提高了作业人员的安全系数;
[0048] 3、巡视时,提高了工作效率。在实际应用中,多轴电动无人飞行器的水平飞行速度可达10米/秒,垂直飞行到高度40米的基杆塔横担仅需15秒,一架多轴电动无人飞行器检查一基杆塔的时间为1-2分钟,而一个熟练工人要完成一基杆塔的故障巡视任务需10分钟,提高了工作效率5倍,当对多个基杆塔进行故障巡视时,可大大缩短检查时间,提高供电可靠性。
[0049] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于输电线路检查的多轴电动无人飞行器,其特征在于, 所述多轴电动无人飞行器包括: 机体、传感器模块、飞行控制模块、通信模块、动力系统、航拍系统和无线图像传输模块; 所述机体包括中心机架、M个支撑杆,和着陆架,所述M个支撑杆中任一支撑杆的一端安装在所述中心机架上,所述着陆架安装在所述中心机架的下方; 所述传感器模块包括陀螺仪和加速度传感器,所述陀螺仪用于采集多轴电动无人飞行器的三轴角速率数据,所述加速度传感器用于采集多轴电动无人飞行器的三轴线加速度数据; 所述飞行控制模块安装在所述中心机架上,与所述传感器模块连接,用于根据所述传感器模块采集的数据对多轴电动无人飞行器的航行状态进行控制; 所述通信模块与所述飞行控制模块连接,用于接收来自于用户的控制信号; 所述动力系统包括电机、螺旋桨、电子调速器和电池,所述电机安装在所述M个支撑杆的另一端的上方,所述电机上安装有螺旋桨,所述电子调速器安装在所述M个支撑杆上,所述电子调速器与所述电机和所述飞行控制模块连接,所述电池安装在所述中心机架上;所述航拍系统安装在所述中心机架的下方,与所述通信模块连接,用于对输电线路进行拍照以形成记载有输电线路运行状态的图像; 所述无线图像传输模块包括机载无线图像发送单元和地面无线图像接收单元,所述机载无线图像发送单元安装在所述中心机架上,用于发送所述航拍系统形成的图像,所述地面无线图像接收单元包括图像接收器和图像显示屏幕,所述图像接收器用于接收所述机载无线图像发送单元发送的图像,并·将所述图像显示在所述图像显示屏幕上; 其中,M为大于2的正整数。
2.根据权利要求1所述的多轴电动无人飞行器,其特征在于,所述M个支撑杆中任两个支撑杆轴线之间所形成夹角的度数为360/M。
3.根据权利要求1所述的多轴电动无人飞行器,其特征在于, 所述M的值为4、6或8。
4.根据权利要求1所述的多轴电动无人飞行器,其特征在于, 所述螺旋桨为两叶螺旋桨。
5.根据权利要求1所述的多轴电动无人飞行器,其特征在于, 所述航拍系统包括数码相机、数码相机云台和红外控制快门线; 所述红外控制快门线与所述通信模块连接,用于根据所述通信模块接收的控制信号发出红外信号; 所述数码相机安装在所述数码相机云台上,用于根据所述红外信号对输电线路进行拍照以形成记载有输电线路运行状态的图像; 所述数码相机云台用于使所述数码相机在所述多轴电动无人飞行器飞行时保持稳定。
6.根据权利要求5所述的多轴电动无人飞行器,其特征在于, 所述数码相机云台包括舵机和相机卡座; 所述相机卡座用于将所述数码相机固定在所述数码相机云台上; 所述舵机用于使所述数码相机在所述多轴电动无人飞行器飞行时保持稳定。
7.根据权利要求1所述的多轴电动无人飞行器,其特征在于,所述传感器模块还包括:测距传感器,所述测距传感器与所述飞行控制模块连接,用于采集所述多轴电动无人飞行器距离地 面的高度数据。
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