CN214112731U - 无人机-机器人协同巡检装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机‑机器人协同巡检装置，包括巡检机器人和无人机，所述巡检机器人可以使用现有的常规巡检机器人，包括车体和设置在所述车体底部的车轮组件，在车体上增设三目多源信息感知模块、无人机起降平台和太阳能供电模块；所述无人机上设有工控机、双目信息感知模块、视觉导引模块和无线受电装置；所述太阳能供电模块连接三目多源信息感知模块和无人机起降平台为其供电，所述无人机起降平台对所述无人机实现搭载及无线充电。本实用新型为空陆地协同设备，可随时随地多角度观测，摆脱了传统人工巡检劳动强度大，工作效率低下，巡检质量难以保证的问题，提高了巡检的灵活性、高效性以及智能性等优势，确保电网安全稳定运行。

Description

无人机-机器人协同巡检装置

技术领域

本实用新型涉及一种无人机-机器人协同巡检装置，属于变电站巡检技术领域。

背景技术

随着国民经济的不断发展，各行各业的用电需求日益增加，电力设备故障也此起彼伏，给电力维修部门带来巨大挑战。各电力公司部门负责的区域内需要例行巡视的变电站电气设备数量众多，分布分散，巡视周期短，巡检区域覆盖全市范围。而人工巡检一方面效率低、费时费力，人工成本和维护成本较高；另一方面巡检作业的工作环境十分复杂，人工巡检容易受到如雾霾、雨雪等恶劣天气外界条件干扰。同时，人工巡检方式劳动强度大，巡检质量依赖于员工的职业素质，在长时间高强度的重复劳动中，巡检质量难以保证，给巡检带来极大挑战。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无人机-机器人协同巡检装置，通过巡检机器人的三目多源信息感知模块协同无人机的双目信息感知模块进行巡检任务，能够不受地形限制及时发现缺陷、传送相关信息，并能发现许多肉眼难以发现的缺陷，如金具锈蚀、导线上的雷击点、杆上断路器、导线或地线断股和通道维护情况等，使维护单位能够及时抢修并消除缺陷，有利于降低人工巡检劳动强度，提高巡检作业的效率以及实现自动化、智能化的管理。

为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：

一种无人机-机器人协同巡检装置，包括巡检机器人和无人机，所述巡检机器人可以使用现有的常规巡检机器人，包括车体和设置在所述车体底部的车轮组件，在车体上增设三目多源信息感知模块、无人机起降平台和太阳能供电模块；所述无人机上设有工控机、双目信息感知模块、视觉导引模块和无线受电装置；所述太阳能供电模块连接三目多源信息感知模块和无人机起降平台为其供电，所述无人机起降平台对所述无人机实现搭载及无线充电。

本实用新型所述无人机可选用六翼无人机，螺旋桨组设置有六组，每组有一个螺旋桨，六翼无人机与四翼无人机相比，多出两个螺旋桨，当遇到较强外力干扰或者部分螺旋桨受扰动时能表现出较好的稳定性和跟踪性，六翼无人升机更加适用于恶劣的环境下工作。

本实用新型所述三目多源信息感知模块包括两个可见光相机和一个红外相机，所述两个可见光相机水平对称设置，形成左目相机与右目相机，所述红外相机设置于两个可见光相机对称轴线上方，使两个可见光相机关于红外相机所在轴线对称放置。

本实用新型所述三目多源信息感知模块转动连接于巡检机器人的车头，可以设置为通过转轴连接，使其能够在水平方向360度转动，进行多方位全角度的采集图像，通过无线数据链路与地面监控台之间保持着联系并将采集到的图像信息通过点对点传输的单路图传方式传送至监控台处理分析。

本实用新型所述太阳能供电模块包括若干块太阳能电池板、光伏控制器与蓄电池，所述太阳能电池板并联并固定于巡检机器人的车体上，太阳能电池板可以设置为4块，固定在机器人的车体底部四周；所述太阳能电池板通过导线连接光伏控制器给蓄电池供电，所述光伏控制器用于控制所述太阳能电池板的输出电压，保护蓄电池不被过充，同时在晚上太阳能电池板不发电时，防止蓄电池的电倒流；所述蓄电池作为太阳能供电模块的供电装置连接三目多源信息感知模块和无人机起降平台进行供电，蓄电池与三目多源信息感知模块通过导线连接。

本实用新型所述无人机起降平台设于车体顶部，包括为无人机充电的无线充电平台和指引无人机降落的视觉导引标识图。该起降平台可以设置为圆形，圆形平台更适用于无人机降落，且平台外围可以设置有一定的高度防止无人机滑落。

上述无线充电平台由覆铜板组成，所述覆铜板与太阳能供电模块中的蓄电池连接构成充电电极，通过电极耦合为无人机提供无线充电功能。

上述视觉导引标识图由棋盘格标定板构成，置于无人机起降平台的中心。无人机通过视觉导引模块搜索视觉导引标识图，确定其相对于平台的位置信息，启动降落程序以实现无人机的降落

本实用新型所述无人机的视觉导引模块包括可见光摄像机，可使用CMOS30W像素的摄像机，固定在无人机机身下方，与工控机连接，对所述视觉导引标识图进行识别与追踪，通过工控机处理分析并解算出视觉导引标识图相对于无人机的位置信息，为无人机降落进行准备工作。所述双目信息感知模块由两个参数一致的可见光相机组成，并平行搭载在无人机机身的下方；所述双目感知模块通过USB连接工控机，将采集到的图像信息通过USB接口传送给工控机，所述工控机对图像信息进行分析处理，并及时发现故障隐患。

本实用新型所述无线受电装置通过卡和等方式固定于无人机的起落架底端，与水平面平行，所述无线受电装置上设有无线受电电极，所述无线受电电极与无人机的电源组件连通。所述无线受电电极与所述无线充电平台的充电电极通过电极耦合的方式为无人机提供续航能力，保证无人机的正常工作

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：

(1)本实用新型所述巡检装置为空陆地协同设备，巡检人员可以随时随地多角度观测，进一步摆脱了传统人工巡检劳动强度大，工作效率低下，巡检质量难以保证的问题，大大提高了巡检的灵活性、高效性以及智能性等优势，确保电网安全稳定运行。

(2)本实用新型所述巡检装置通过无人机、巡检机器人协同工作巡检变电站电气设备，一方面解决了单一巡检机器人受到自身工作原理的限制，对路面的平整性要求过高，无法执行崎岖路面、楼梯爬高以及高空环境的巡检工作的问题；另一方面解决了单一无人机受到巡航能力限制，飞行时长和负载能力都很有限，无法执行远距离飞行的巡检工作的问题。

(3)本实用新型所述巡检装置通过太阳能供电模块，可为巡检机器人提供辅助的供电，从而增强巡检机器人的续航能力，并且采用的太阳能电池板，符合绿色、环保、节能的社会发展趋势。

(4)本实用新型所述巡检装置通过无线充电平台，可为无人机随时随地进行充电，从而增强无人机的续航能力，有利于无人机正常工作。

(5)本实用新型所述巡检装置通过双目立体视觉技术，融合两只眼睛获取的图像并观察它们之间的差异，实时得到拍摄场景的深度信息，通过建立同一物理点的对应特征关系，实现三维立体感的保留，增强变电站巡检效果的鲁棒性.

(6)本实用新型所述巡检装置通过可见光与红外图像的多源信息融合，利用不同相机采集的多特征图像进行互补，将人眼所无法观察到的表面热分布可视化，弥补单一相机所获信息不足的缺陷来对目标进行更深层次的检测分析，实现热故障设备的精确定位和精准测温，从而解决可见光图像与红外图像信息的不同步问题，有效地避免了电力事故的发生。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述无人机-机器人协同巡检装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例所述无人机起降平台的结构示意图。

图3是本实用新型实施例所述无人机的主视结构示意图。

图4是本实用新型实施例所述无人机起落架的结构示意图。

图5是本实用新型实施例所述无人机-机器人协同巡检装置的工作流程图。

图中：1-巡检机器人，10-车体，11-车轮组件，12-车头，120-转轴，13-三目多源信息感知模块，131-可见光相机，132-红外相机，14-太阳能电池板，15-无人机起降平台，150-无线充电平台，151-视觉导引标识图，2-无人机，20-机身，21-螺旋桨，22-起落架，23-无线受电装置，231-无线受电电极，24-工控机，25-双目信息感知模块，26-视觉导引模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1所示的一种无人机-机器人协同巡检装置，包括巡检机器人1和无人机2。

所述巡检机器人1为现有的常规巡检机器人，包括车体10和设置在所述车体10底部的车轮组件11，在车体10上增设三目多源信息感知模块13、无人机起降平台15和太阳能供电模块。

所述三目多源信息感知模块13通过转轴120转动连接于巡检机器人1的车头12，使其能够在水平方向360度转动，进行多方位全角度的采集图像；所述三目多源信息感知模块13包括两个可见光相机131和一个红外相机132，所述两个可见光相机131水平对称设置，形成左目相机与右目相机，所述红外相机132设置于两个可见光相机131对称轴线上方，使两个可见光相机131关于红外相机132所在轴线对称放置。双目立体视觉基于左目、右目视差原理，通过建立点对点的对应关系，将同一位置点在相机的两个映像空间显示出来，进行复杂的匹配得到立体视觉系统，从而比较准确地恢复视觉场景的三维信息；增设的红外相机132使用红外热成像技术对变电站出现的故障隐患进行分析，测温范围高达-20至150℃、支持自动聚焦及专用微调焦等功能，能够体验细微的数据及温差，数据采集更加精准有效，增强了变电站巡检的效率。

太阳能供电模块包括太阳能电池板14，太阳能电池板14覆盖在车体10的四周，直接将太阳能转换为电能；太阳能电池板14表面为钢化玻璃封装，可承受一定程度下的外部撞击，方便在恶劣的自然环境下进行正常供电；前后的太阳能电池板14同样大小，左右的太阳能电池板14相比前后小一些，为了不阻碍机器人车轮组件11的正常行驶；太阳能电池板14均与车体10内部的光伏控制器通过导线连接给机器人的蓄电池进行供电，光伏控制器用于控制太阳能电池板14的输出电压，保护蓄电池不被过充，同时晚上太阳能电池板14不发电时，防止蓄电池的电倒流。

如图2所示，无人机起降平台15是为无人机2提供搭载的平台以及进行无线充电的平台；无人机起降平台15主体为圆形，更适用于无人机2的起降；无人机起降平台15外围有一定的高度，防止无人机2遭到撞击导致的滑落；无人机起降平台15中心由无线充电平台150以及视觉导引标识图151组成；无线充电平台150采用覆铜板构成充电电极，提供的大功率无线供电技术无需任何物理上的连接，通过电极耦合的传输方式来完成充电作业，可以使无人机2在充电时完全摆脱人工操作，大大提高了无人机巡检的自动化水平；无线充电平台150与太阳能供电模块相连接，可保证随时随地为无人机2提供供电；视觉导引标识图151置于无线充电平台150的正中心位置，视觉导引标识图151采用棋盘格的样式，通过无人机2的视觉导引模块26对视觉导引标识图151采集图像并传输至工控机24处理分析，解算出无人机2相对于目无人机起降平台15的位置信息。

如图3所示，本实施例所述无人机2采用六翼无人机，包括机身20、机身上设置有：螺旋桨组、起落架22、无线受电装置23、工控机24、双目信息感知模块25、视觉导引模块26及电源组件。其中：

螺旋桨组设置有六组，每组有一个螺旋桨21，六翼无人机与四翼无人机相比，多出两个螺旋桨，当遇到较强外力干扰或者部分螺旋桨受扰动时能表现出较好的稳定性和跟踪性，六翼无人升机更加适用于恶劣的环境下工作。

双目信息感知模块25包括两个参数一致的可见光高清相机，形成左目相机和右目相机，左目相机与右目相机轴对称放置，并与工控机24相连接；左目相机和右目相机同步工作，从不同角度同时拍摄同一场景的两幅图像，并进行复杂的匹配，得到立体视觉系统，从而能够比较准确地恢复视觉场景的三维信息，并实时将图像信息传输至工控机24，由工控机24对图像信息进行智能化的处理。

视觉导引模块26主要由可见光高清摄像机构成，固定在无人机2的机身20正下方并且镜头朝下，将标定好的可见光高清摄像机采集视觉导引标识图151的实时图像，并传输至工控机24进行识别与校验，对完成预处理的视觉导引标识图151进行Harris角点检测和轮廓检测，可解算出无人机2和视觉导引标识图151的相对位置和姿态信息，从而为无人机2降落进行准备工作。

如图4所示，无人机2的起落架22上固定有无线受电装置23，与电源组件相连接，为无人机2提供续航能力；无线受电装置23上设置有无线受电电极231，当无线受电电极231与无线充电平台150的充电电极进行电极耦合时，无线受电电极231从无线充电平台150中获取电量；若无人机2在巡检过程中电源电量低于所设置的阈值时，就近降落在无人机起降平台15上自主充电，若无人机2电源容量达到一定阈值时，则停止对无人机2充电，因此无人机2可以很好地完成整个变电站的巡检任务。

下面对具体的实施过程进行阐述：

如图1和图5所示，本实用新型是一种无人机-机器人协同巡检装置，在巡检机器人和无人机电源电量充足的前提下，分别进行变电站的巡检任务。巡检机器人巡检模式分为自主巡检和遥控巡检：在自主例行方式下，巡检机器人根据预先设定的巡检内容、时间、路线等参数信息或者工作人员选定巡检内容并手动启动巡检，机器人自主的完成巡检任务；在遥控巡检模式下，由操作人员在监视台使用软件手动遥控机器人，完成巡检任务。在巡检过程中，机器人通过双目相机和红外相机采集图像信息上传至监控台进行处理分析，能够及时发现变电站设备等的故障隐患。当巡检机器人处于低电量时，自主启动太阳能供电模块，为机器人提供续航功能，保证机器人的正常巡检。无人机在进行巡检之前，停靠在巡检机器人的起降平台，巡检模式同巡检机器人有自主巡检和遥控巡检。无人机开始起飞执行巡检任务，通过双目相机采集图像传输至工控机进行处理分析。当无人机检测到电源电量不足时，启动视觉导引模块，识别到起降平台上的视觉导引标识图的位置信息，开始准备降落工作以进行充电。当无人机与无线充电平台进行电极耦合时，则可以实现无线充电的功能，若无人机的电源电量达到一定的阈值，会自动切断充电。

机器人可通过“穿山越岭”，从地面上对变电站进行详尽、仔细的有效检查，它们既不会受高温等恶劣天气影响，又能高效、准确、自主的完成运维任务；无人机可以借助“天眼查”的优势，从空中对变电站进行全方位、全覆盖的全面巡检，通过从空中的不同角度，让巡检变得更加简单和容易，这大大减轻了作业压力。利用无人机与机器人的“空陆组合”，人们的电力巡检将变得愈发轻松、安全、高效和准确。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于包括巡检机器人(1)和无人机(2)，所述巡检机器人(1)包括车体(10)和车体(10)底部的车轮组件(11)，所述车体(10)上设有三目多源信息感知模块(13)、无人机起降平台(15)和太阳能供电模块；所述无人机(2)上设有工控机(24)、双目信息感知模块(25)、视觉导引模块(26)和无线受电装置(23)；所述太阳能供电模块连接三目多源信息感知模块(13)和无人机起降平台(15)为其供电，所述无人机起降平台(15)搭载无人机(2)并对其进行无线充电。

2.根据权利要求1所述的无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于所述三目多源信息感知模块(13)包括两个可见光相机(131)和一个红外相机(132)，所述两个可见光相机(131)水平对称设置，所述红外相机(132)设置于两个可见光相机(131)对称轴线上方。

3.根据权利要求1或2所述的无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于所述三目多源信息感知模块(13)转动连接于巡检机器人(1)的车头(12)，能够在水平方向360度转动。

4.根据权利要求1所述的无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于所述太阳能供电模块包括若干块太阳能电池板(14)、光伏控制器与蓄电池，所述太阳能电池板(14)并联并固定于巡检机器人的车体上，所述太阳能电池板(14)通过导线连接光伏控制器给蓄电池供电，所述蓄电池作为太阳能供电模块的供电装置连接三目多源信息感知模块(13)和无人机起降平台(15)。

5.根据权利要求1所述的无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于所述无人机起降平台(15)设于车体(10)顶部，包括为无人机(2)充电的无线充电平台(150)和指引无人机(2)降落的视觉导引标识图(151)。

6.根据权利要求5所述的无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于所述无线充电平台(150)由覆铜板组成，所述覆铜板与太阳能供电模块连接构成充电电极，通过电极耦合为无人机(2)提供无线充电功能。

7.根据权利要求5所述的无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于所述视觉导引标识图(151)由棋盘格标定板构成，置于无人机起降平台(15)的中心。

8.根据权利要求1所述的无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于所述无人机(2)的视觉导引模块(26)包括可见光摄像机，固定在无人机(2)的机身(20)下方，与工控机(24)连接。

9.根据权利要求1所述的无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于所述双目信息感知模块(25)由两个参数一致的可见光相机组成，并平行搭载在无人机(2)的机身(20)下方；所述双目信息感知模块(25)通过USB连接工控机(24)。

10.根据权利要求1所述的无人机-机器人协同巡检装置，其特征在于所述无线受电装置(23)固定于无人机(2)的起落架(22)底端，与水平面平行，所述无线受电装置(23)上设有无线受电电极(231)，所述无线受电电极(231)与无人机的电源组件连通。

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