專利名稱：一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)電力巡檢領(lǐng)域，尤其涉及的是一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備及控制方法。
背景技術(shù)：
輸電線路分布點(diǎn)多面廣，所處地形復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，電力線及桿塔附近長(zhǎng)期暴露在野外，因受外部環(huán)境的影響而產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷，必須及時(shí)修復(fù)或更換。定期的檢查輸電線路的運(yùn)行情況，及時(shí)消除隱患，確保電力安全。傳統(tǒng)的人工巡線工作量大，對(duì)山區(qū)、河流等復(fù)雜環(huán)境的線路巡檢，存在著很多的難度。無(wú)人機(jī)巡線可以有效的解決這些問題。無(wú)人機(jī)巡線主要是指無(wú)人直升機(jī)飛行平臺(tái)搭載通訊設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備完成對(duì)輸電線路的巡檢，其中檢測(cè)設(shè)備是無(wú)人機(jī)巡線的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)包括檢測(cè)終端、吊艙 /云臺(tái)和后臺(tái)軟件三部分。檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)終端(包括機(jī)載照相機(jī)、機(jī)載攝像機(jī)、紅外熱像儀)檢測(cè)精度和成效，以及檢測(cè)設(shè)備集成的好壞，都是無(wú)人機(jī)巡線系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。現(xiàn)有關(guān)于介紹無(wú)人直升機(jī)電力巡檢專用吊艙的專利，如中國(guó)專利專利號(hào)為201010153913.9的《電力巡檢無(wú)人直升機(jī)專用光電吊艙》，和中國(guó)專利專利號(hào)為201020156034.7的《一種用于直升機(jī)電力巡檢的吊艙》，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)緊湊的高性能的光電任務(wù)載荷，其具有自穩(wěn)定功能和自跟蹤功能，但是未涉及自動(dòng)拍照功能；如中國(guó)專利專利號(hào)為201010174736.2的《一種無(wú)人直升機(jī)空中拍照控制裝置》，實(shí)現(xiàn)了地面單元通過無(wú)線方式進(jìn)行空中拍照的功能，并設(shè)有報(bào)警器，沒有關(guān)于自動(dòng)拍照的功能，以及對(duì)焦時(shí)間設(shè)定，自動(dòng)拍照數(shù)量，步進(jìn)值設(shè)定算法等；中國(guó)專利專利號(hào)為201010551166.4的《用于控制無(wú)人直升機(jī)空中拍照快門的裝置及方法》，介紹了利用接受遙控信號(hào)控制而轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)控制無(wú)人直升機(jī)空中拍照快門的裝置及方法，但沒有關(guān)于自動(dòng)拍照完成對(duì)桿塔及導(dǎo)線的全覆蓋拍攝的功能描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備及控制方法，它在無(wú)人機(jī)電力巡檢過程中實(shí)驗(yàn)和實(shí)際需求中提煉出來(lái)的，能夠完成無(wú)人機(jī)在電力巡線中高效、快速、簡(jiǎn)易的拍照操作。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:—種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備，它包括安裝在無(wú)人機(jī)體前端的兩根平行的金屬桿，兩根金屬桿通過支架連接，支架上方安裝盒體，盒體下方通過第一伺服舵機(jī)安裝檢測(cè)云臺(tái)，第一伺服舵機(jī)控制檢測(cè)云臺(tái)水平轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)云臺(tái)正下方設(shè)有相機(jī)托，相機(jī)托的前后搖擺通過第二伺服電機(jī)來(lái)控制，所述相機(jī)托上設(shè)有照相機(jī)，盒體內(nèi)安裝控制電路和電池。所述檢測(cè)云臺(tái)包括兩個(gè)倒U形機(jī)械手，所述兩個(gè)機(jī)械手通過若干橫桿連接，所述兩個(gè)機(jī)械手的末端通過固定裝置連接，圓弧形相機(jī)托安裝在所述兩個(gè)固定裝置的中心圓孔上，第二伺服舵機(jī)固定在至少一個(gè)固定裝置的外側(cè)，第二伺服舵機(jī)穿過固定裝置的中心圓孔控制相機(jī)托的搖擺，所述相機(jī)托的圓心角大于180°，所述相機(jī)托的圓弧的兩個(gè)開口端向圓心內(nèi)延伸，所述機(jī)械手上設(shè)有若干大圓孔和小圓孔，所述橫桿的兩端和固定裝置的兩端分別固定在兩個(gè)機(jī)械手的小圓孔上。所述固定裝置為矩形鐵片，所述矩形鐵片的四個(gè)邊成內(nèi)凹的圓弧形，所述矩形鐵片的中心處為圓孔。所述控制電路包括單片機(jī)、所述兩個(gè)伺服舵機(jī)、無(wú)線接收機(jī)、LCD液晶顯示器、按鍵、相機(jī)拍照控制模塊和電源管理模塊、電池；所述單片機(jī)分別連接所述兩個(gè)伺服舵機(jī)、無(wú)線接收機(jī)、IXD液晶顯示器、按鍵、相機(jī)拍照控制模塊、電源管理模塊、電池；電池還與電源管理模塊連接。所述單片機(jī)選取dsPIC30F6015型號(hào)，用于編譯和 解算控制命令，控制與其相連接各部分完成任務(wù)和功能；所述兩個(gè)伺服舵機(jī)都與檢測(cè)云臺(tái)連接，主要用來(lái)控制檢測(cè)云臺(tái)的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物照片的準(zhǔn)確獲??；所述無(wú)線接收機(jī)主要用于與地面站之間的控制命令和信息的交互；所述IXD液晶顯示器主要用于展示電池及各機(jī)載設(shè)備電源情況；所述按鍵為一簡(jiǎn)單人機(jī)交互設(shè)置，為多個(gè)輕觸式開關(guān)，主要可進(jìn)行通電、斷電和自動(dòng)拍照控制設(shè)備的一些簡(jiǎn)單命令設(shè)置，如拍照間隔時(shí)間選取、角度選取、快門速度選取等，其他控制命令仍需通過地面站設(shè)置并無(wú)線傳輸；所述相機(jī)拍照控制模塊與相機(jī)相連，為控制相機(jī)快門進(jìn)行拍照的結(jié)構(gòu)；所述電源管理模塊與電池相連，所述電源管理模塊還與控制電路電源、攝像頭電源、照相機(jī)電源、云臺(tái)舵機(jī)電源、圖傳電源連接，所述電源管理模塊主要是對(duì)照相機(jī)電源，圖傳電源，控制電路電源，攝像頭電源，云臺(tái)舵機(jī)電源進(jìn)行監(jiān)控與管理。上述一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備所采用的控制方法，具體步驟如下:步驟(I):啟動(dòng)，系統(tǒng)初始化；步驟(2):參數(shù)設(shè)定，所述參數(shù)包括步進(jìn)值、對(duì)焦時(shí)間、照片數(shù)量、所述兩個(gè)伺服舵機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度的范圍、電源電量報(bào)警值；步驟(3):判斷控制指令是手動(dòng)還是自動(dòng)，如果是手動(dòng)就遠(yuǎn)程無(wú)線控制，結(jié)束；如果是自動(dòng)就進(jìn)入步驟(4);步驟(4):計(jì)算巡檢時(shí)檢測(cè)云臺(tái)的垂直方向搖擺角度范圍與水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍；步驟(5):根據(jù)步驟(2)的預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行步進(jìn)自動(dòng)拍照；步驟(6):結(jié)束。所述步驟(4)中計(jì)算方法如下:無(wú)人機(jī)飛行距地面高度為H，桿塔高度為h，無(wú)人機(jī)飛行位置在地面的垂直投影與輸電導(dǎo)線間垂直距離為d，設(shè)定巡檢時(shí)檢測(cè)云臺(tái)的垂直方向搖擺角度范圍為ai Ci2，則應(yīng)滿足:a ^arctan[ (H~h) /d], a 2=arctan (H/d),桿塔最寬處寬度為a，無(wú)人機(jī)飛行位置在地面的垂直投影與輸電導(dǎo)線間垂直距離為d，無(wú)人機(jī)飛行位置在地面的垂直投影與桿塔間垂直距離為b，輸電導(dǎo)線檔距為L(zhǎng)，設(shè)定巡檢時(shí)檢測(cè)云臺(tái)水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為P1 β2，則應(yīng)滿足:Pfarctan (d/b) , β 2=arctan[ (a+d) /b],而無(wú)人機(jī)在拍攝輸電導(dǎo)線的圖片時(shí)，為沿導(dǎo)線弧垂方向勻速緩慢前行途中拍攝，記無(wú)人機(jī)飛行速度為V，所用相機(jī)鏡頭的拍攝廣角為Y，飛行過程中，檢測(cè)云臺(tái)角度不變，一般取[(β /2]，此時(shí)，應(yīng)設(shè)定拍攝時(shí)間間隔為Δ t=0.6 {d/tan [ (β1+β2)/2-γ/2] -d/tan [ ( β1+β2)/2+γ/2]}/ν綜上所述，步驟(4)中最終算出的無(wú)人機(jī)在拍攝桿塔圖片時(shí)，所述兩個(gè)伺服舵機(jī)所需要轉(zhuǎn)動(dòng)角度:垂直方向搖擺角度范圍h α2，水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為β2;無(wú)人機(jī)在拍攝輸電導(dǎo)線的圖片時(shí)，設(shè)定拍攝時(shí)間間隔為Λ t。所述步驟(5)的具體步驟如下:步驟(5-1):自動(dòng)拍照開始，檢測(cè)云臺(tái)自動(dòng)設(shè)定垂直位置與水平位置初始角度拍照模式，俯仰值i=0，水平值j=0 ；步驟(5-2):判斷i%2==0是否成立，如果是就進(jìn)入步驟(5-3);如果否就執(zhí)行(5-4)；步驟(5-3):對(duì)焦，拍照，水平方位角加水平步進(jìn)值P，j++ ;判斷j〈Y是否成立，Y為照片數(shù)量，如果成立就返回步驟(5-3);如果不成立就進(jìn)入步驟(5-5)；步驟(5-4):對(duì)焦，拍照，水平方位角減水平步進(jìn)值P，j++ ;判斷j〈Y是否成立，Y為照片數(shù)量，如果成立就返回 步驟(5-4);如果不成立就進(jìn)入步驟(5-5)；步驟(5-5):俯仰方位角加俯仰步進(jìn)值W ;i++，判斷i〈X是否成立，X為對(duì)焦時(shí)間，如果是就返回步驟(5-2);如果否就將檢測(cè)云臺(tái)的俯仰與水平位置復(fù)位，結(jié)束。所述俯仰步進(jìn)值W的計(jì)算方法為:
a2-al 所述水平步進(jìn)值P的計(jì)算方法為:
ρ β^-βp=-^r-
t其中，X:桿塔俯仰方位分割值，Y:桿塔水平方位分割值；α 1:檢測(cè)云臺(tái)俯仰角度上，從檢測(cè)云臺(tái)初始化位置轉(zhuǎn)到桿塔的最上方的角度；α2:檢測(cè)云臺(tái)俯仰角度上，從檢測(cè)云臺(tái)初始化位置轉(zhuǎn)到桿塔的最下方的角度；β !:檢測(cè)云臺(tái)水平角度上，從檢測(cè)云臺(tái)初始化位置轉(zhuǎn)到桿塔的最左邊的角度；β 2:檢測(cè)云臺(tái)水平角度上，從檢測(cè)云臺(tái)初始化位置轉(zhuǎn)到桿塔的最右方的角度。本發(fā)明的有益效果:1.本發(fā)明的機(jī)械手上設(shè)有大圓孔，所述大圓孔的目的在于減輕檢測(cè)云臺(tái)的重量，給無(wú)人機(jī)的飛行減輕負(fù)擔(dān)；2.本發(fā)明的所述相機(jī)托的圓弧的端部向圓心內(nèi)延伸，目的在于更好的支撐相機(jī)，防止飛行過程中，相機(jī)掉落下來(lái)；3.本發(fā)明能夠完成無(wú)人機(jī)在電力巡線中對(duì)輸電導(dǎo)線和桿塔等電力設(shè)備高效、快速、簡(jiǎn)易的拍照操作。
4.電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備中設(shè)有自動(dòng)拍照的功能，只需要在無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡線之前，將線路參數(shù)和無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)輸入地面站系統(tǒng)，即能夠計(jì)算出拍攝角度、步進(jìn)值和自動(dòng)拍照數(shù)量，對(duì)焦時(shí)間設(shè)定后，即可完成對(duì)桿塔的自動(dòng)拍照，避免了手動(dòng)設(shè)置角度的延時(shí)、可靠性低的可能性。5.上述自動(dòng)拍照功能能夠通過參數(shù)設(shè)定，通過檢測(cè)云臺(tái)的水平方向的左右轉(zhuǎn)動(dòng)和垂直方向上的前后搖擺完成對(duì)桿塔及導(dǎo)線的全覆蓋拍攝，并能夠滿足圖像拼技術(shù)對(duì)相鄰圖片重合度的要求。


圖1(a)為電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備左視圖；圖1(b)為電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備右視圖；圖2為設(shè)備控制電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為電池供電分配；圖4為無(wú)人機(jī)巡檢時(shí)沿輸電導(dǎo)線方向的側(cè)視圖；圖5為無(wú)人機(jī)巡檢時(shí)導(dǎo)線正上方俯視圖；圖6為自動(dòng)拍照的區(qū)域劃分圖；圖7為本發(fā)明的控制方法流程示意圖；圖8為本發(fā)明的自動(dòng)拍照的工作流程示意圖；其中，I金屬桿，2檢測(cè)云臺(tái)，3盒體，4單片機(jī)，5第二伺服舵機(jī)，6無(wú)線接收機(jī)，7IXD液晶顯示器，8按鍵，9相機(jī)拍照控制模塊，10電源管理模塊，11電池，12圖傳電源，13云臺(tái)舵機(jī)電源，14照相機(jī)電源，15攝像頭電源，16控制電路電源，17無(wú)人機(jī)巡檢時(shí)飛行位置，18桿塔，19輸電導(dǎo)線，20固定裝置，21第一伺服舵機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1(a)和圖1 (b)所示，一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備，它包括安裝在無(wú)人機(jī)體前端的兩根平行的金屬桿I，兩根金屬桿I通過支架連接，支架上方安裝盒體3，支架下方安裝檢測(cè)云臺(tái)2，檢測(cè)云臺(tái)2正下方設(shè)有相機(jī)托，所述相機(jī)托上設(shè)有照相機(jī)，盒體3內(nèi)安裝控制電路和電池。所述檢測(cè)云臺(tái)2包括兩個(gè)倒U形機(jī)械手，所述兩個(gè)機(jī)械手通過若干橫桿連接，所述兩個(gè)機(jī)械手的末端通過固定裝置20固定，所述固定裝置20上安裝圓弧形相機(jī)托，所述相機(jī)托的圓心角大于180° ,所述相機(jī)托的圓弧的兩個(gè)開口端向圓心內(nèi)延伸,所述機(jī)械手上設(shè)有若干大圓孔和小圓孔，所述橫桿的兩端和固定裝置20的兩端分別固定在兩個(gè)機(jī)械手的小圓孔上。所述固定裝置20為矩形鐵片，所述矩形鐵片的四個(gè)邊成內(nèi)凹的圓弧形，所述矩形鐵片的中心處為圓孔。如圖2所示，所述控制電路包括單片機(jī)4、所述兩個(gè)伺服舵機(jī)、無(wú)線接收機(jī)6、LCD液晶顯示器7、按鍵8、 相機(jī)拍照控制模塊9和電源管理模塊10、電池11 ;所述單片機(jī)4分別連接所述兩個(gè)伺服舵機(jī)、無(wú)線接收機(jī)6、LCD液晶顯示器7、按鍵8、相機(jī)拍照控制模塊9、電源管理模塊10、電池11 ;電池11還與電源管理模塊10連接。所述單片機(jī)4選取dsPIC30F6015型號(hào)，用于編譯和解算控制命令，控制與其相連接各部分完成任務(wù)和功能；所述兩個(gè)伺服舵機(jī)與檢測(cè)云臺(tái)2連接，主要用來(lái)控制檢測(cè)云臺(tái)2的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物照片的準(zhǔn)確獲?。凰鰺o(wú)線接收機(jī)6主要用于與地面站之間的控制命令和信息的交互；所述IXD液晶顯示器7主要用于展示電池11及各機(jī)載設(shè)備電源情況；所述按鍵8為一簡(jiǎn)單人機(jī)交互設(shè)置，為多個(gè)輕觸式開關(guān)，主要可進(jìn)行通電、斷電和自動(dòng)拍照控制設(shè)備的一些簡(jiǎn)單命令設(shè)置，如拍照間隔時(shí)間選取、角度選取、快門速度選取等，其他控制命令仍需通過地面站設(shè)置并無(wú)線傳輸；所述相機(jī)拍照控制模塊9與相機(jī)相連，為控制相機(jī)快門進(jìn)行拍照的結(jié)構(gòu)；如圖3所示，所述電源管理模塊10與電池11相連，所述電源管理模塊10還與控制電路電源16、攝像頭電源15、照相機(jī)電源14、云臺(tái)舵機(jī)電源13、圖傳電源12連接，所述電源管理模塊10 主要是對(duì)照相機(jī)電源14，圖傳電源12，控制電路電源16，攝像頭電源15，云臺(tái)舵機(jī)電源13進(jìn)行監(jiān)控與管理。電池11最大提供電壓為12V，通過電源管理模塊10向圖傳電源12提供12V電壓、云臺(tái)舵機(jī)電源13提供5V電壓、照相機(jī)電源14提供7.4V電壓、攝像頭電源15提供12V電壓、控制電路電源16提供5V電壓。如圖7所示，上述一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備所采用的控制方法，具體步驟如下:步驟(I):啟動(dòng)，系統(tǒng)初始化；步驟(2):參數(shù)設(shè)定，所述參數(shù)包括步進(jìn)值、對(duì)焦時(shí)間、照片數(shù)量、第一伺服舵機(jī)21或第二伺服舵機(jī)5需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度的范圍、電源電量報(bào)警值；步驟(3):判斷控制指令是手動(dòng)還是自動(dòng)，如果是手動(dòng)就遠(yuǎn)程無(wú)線控制，結(jié)束；如果是自動(dòng)就進(jìn)入步驟(4);步驟(4):計(jì)算巡檢時(shí)檢測(cè)云臺(tái)2的垂直方向搖擺角度范圍與水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍；步驟(5):根據(jù)步驟(2)的預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行步進(jìn)自動(dòng)拍照；步驟(6):結(jié)束。所述步驟(4)中計(jì)算方法如下:如圖4所示，無(wú)人機(jī)飛行距地面高度為H，桿塔18高度為h，無(wú)人機(jī)巡檢時(shí)飛行位置17在地面的垂直投影與輸電導(dǎo)線19間垂直距離為d，設(shè)定巡檢時(shí)檢測(cè)云臺(tái)2的垂直方向搖擺角度范圍為Ct1 α2，則應(yīng)滿足:a ^arctan[ (H~h) /d], a 2=arctan (H/d),如圖5和6所示，桿塔18最寬處寬度為a，無(wú)人機(jī)巡檢時(shí)飛行位置17在地面的垂直投影與輸電導(dǎo)線19間垂直距離為d，無(wú)人機(jī)巡檢時(shí)飛行位置17在地面的垂直投影與桿塔18間垂直距離為b，輸電導(dǎo)線19檔距為L(zhǎng)，設(shè)定巡檢時(shí)巡檢云臺(tái)2水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為P1 β2，則應(yīng)滿足:β ^arctan (d/b) , β 2=arctan [ (a+d) /b],
而無(wú)人機(jī)在拍攝輸電導(dǎo)線的圖片時(shí)，為沿導(dǎo)線弧垂方向勻速緩慢前行途中拍攝，記無(wú)人機(jī)飛行速度為V，所用相機(jī)鏡頭的拍攝廣角為Y，飛行過程中，檢測(cè)云臺(tái)2角度不變，一般取[(β /2]，此時(shí)，應(yīng)設(shè)定拍攝時(shí)間間隔為Δ t=0.6 {d/tan [ (β1+β2)/2-γ/2] -d/tan [ ( β1+β2)/2+γ/2]}/ν綜上所述，步驟(4)中最終算出的無(wú)人機(jī)在拍攝桿塔圖片時(shí)，所述兩個(gè)伺服舵機(jī)所需要轉(zhuǎn)動(dòng)角度:垂直方向搖擺角度范圍h α2，水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為β2;無(wú)人機(jī)在拍攝輸電導(dǎo)線的圖片時(shí)，設(shè)定拍攝時(shí)間間隔為Λ t。Δ t=0.6 {d/tan [ (β1+β2)/2-γ/2] -d/tan [ ( β1+β2)/2+γ/2]}/ν綜上所述，步驟(4)中最終算出的無(wú)人機(jī)在拍攝桿塔18圖片時(shí)，所述兩個(gè)伺服舵機(jī)所需要轉(zhuǎn)動(dòng)角度:垂直方向搖擺角度范圍α2，水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為β2。如圖8所示,所述步驟(5)的具體步驟如下:步驟(5-1):自動(dòng)拍照開始，檢測(cè)云臺(tái)2自動(dòng)設(shè)定垂直位置與水平位置初始角度拍照模式，俯仰值i=0，水平值j=0 ；步驟(5-2):判斷i%2==0是否成立，如果是就進(jìn)入步驟(5-3);如果否就執(zhí)行(5-4)；步驟(5-3):對(duì)焦，拍照，水平方位角加步進(jìn)值P，j++;判斷j〈Y是否成立，Y為照片數(shù)量，如果成立就返回步驟(5-3);如果不成立就進(jìn)入步驟(5-5)；步驟(5-4):對(duì)焦，拍照，水平方位角減步進(jìn)值P，j++;判斷判斷j〈Y是否成立，Y為照片數(shù)量，如果成立就返回步驟(5-4);如果不成立就進(jìn)入步驟(5-5)；步驟(5-5):俯仰方位角加步進(jìn)值W ;i++，判斷i〈X是否成立，X為對(duì)焦時(shí)間，如果是就返回步驟(5-2);如果否就將檢測(cè)云臺(tái)2的俯仰與水平位置復(fù)位，結(jié)束。所述俯仰步進(jìn)值W的計(jì)算方法為:
權(quán)利要求
1.一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備，其特征是，它包括安裝在無(wú)人機(jī)體前端的兩根平行的金屬桿，兩根金屬桿通過支架連接，支架上方安裝盒體，盒體下方通過第一伺服舵機(jī)安裝檢測(cè)云臺(tái)，第一伺服舵機(jī)控制檢測(cè)云臺(tái)水平轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)云臺(tái)正下方設(shè)有相機(jī)托，相機(jī)托的前后搖擺通過第二伺服電機(jī)來(lái)控制，所述相機(jī)托上設(shè)有照相機(jī)，盒體內(nèi)安裝控制電路和電池。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備，其特征是，所述檢測(cè)云臺(tái)包括兩個(gè)倒U形機(jī)械手，所述兩個(gè)機(jī)械手通過若干橫桿連接，所述兩個(gè)機(jī)械手的末端通過固定裝置連接，圓弧形相機(jī)托安裝在所述兩個(gè)固定裝置的中心圓孔上，第二伺服舵機(jī)固定在至少一個(gè)固定裝置的外側(cè)，第二伺服舵機(jī)穿過固定裝置的中心圓孔控制相機(jī)托的搖擺，所述相機(jī)托的圓心角大于180°，所述相機(jī)托的圓弧的兩個(gè)開口端向圓心內(nèi)延伸，所述機(jī)械手上設(shè)有若干大圓孔和小圓孔，所述橫桿的兩端和固定裝置的兩端分別固定在兩個(gè)機(jī)械手的小圓孔上。
3.如權(quán)利要求2所述的一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備，其特征是，所述固定裝置為矩形鐵片，所述矩形鐵片的四個(gè)邊成內(nèi)凹的圓弧形，所述矩形鐵片的中心處為圓孔。
4.如權(quán)利要求1所述的一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備，其特征是，所述控制電路包括單片機(jī)、所述兩個(gè)伺服舵機(jī)、無(wú)線接收機(jī)、LCD液晶顯示器、按鍵、相機(jī)拍照控制模塊和電源管理模塊、電池；所述單片機(jī)分別連接所述兩個(gè)伺服舵機(jī)、無(wú)線接收機(jī)、LCD液晶顯示器、按鍵、相機(jī)拍照控制模塊、電源管理模塊、電池；電池還與電源管理模塊連接。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備，其特征是，所述單片機(jī)用于編譯和解算控制命令，控制與其相連接各部分完成任務(wù)和功能； 所述兩個(gè)伺服舵機(jī)與檢測(cè)云臺(tái)連接，主要用來(lái)控制檢測(cè)云臺(tái)的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物照片的準(zhǔn)確獲??； 所述無(wú)線接收機(jī)主要用于與地面站之間的控制命令和信息的交互； 所述IXD液晶顯示器主要用于展示電池及各機(jī)載設(shè)備電源情況。
6.如權(quán)利要求4所述的一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備，其特征是，所述按鍵為一簡(jiǎn)單人機(jī)交互設(shè)置，為多個(gè)輕觸式開關(guān)，主要進(jìn)行通電、斷電和自動(dòng)拍照控制設(shè)備的一些簡(jiǎn)單命令設(shè)置，所述簡(jiǎn)單命令設(shè)置包括拍照間隔時(shí)間選取、角度選取、快門速度選取，其他控制命令仍需通過地面站設(shè)置并無(wú)線傳輸； 所述相機(jī)拍照控制模塊與相機(jī)相連，為控制相機(jī)快門進(jìn)行拍照的結(jié)構(gòu)； 所述電源管理模塊與電池相連，所述電源管理模塊還與控制電路電源、攝像頭電源、照相機(jī)電源、云臺(tái)舵機(jī)電源、圖傳電源連接，所述電源管理模塊主要是對(duì)照相機(jī)電源，圖傳電源，控制電路電源，攝像頭電源，云臺(tái)舵機(jī)電源進(jìn)行監(jiān)控與管理。
7.如上述任一權(quán)利要求所述的一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備所采用的控制方法，其特征是，具體步驟如下: 步驟(I):啟動(dòng)，系統(tǒng)初始化； 步驟(2):參數(shù)設(shè)定，所述參數(shù)包括步進(jìn)值、對(duì)焦時(shí)間、照片數(shù)量、所述兩個(gè)伺服舵機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度的范圍、電源電量報(bào)警值； 步驟(3):判斷控制指 令是手動(dòng)還是自動(dòng)，如果是手動(dòng)就遠(yuǎn)程無(wú)線控制，結(jié)束；如果是自動(dòng)就進(jìn)入步驟(4)；步驟(4):計(jì)算巡檢時(shí)檢測(cè)云臺(tái)的垂直方向搖擺角度范圍與水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍； 步驟(5):根據(jù)步驟(2)的預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行步進(jìn)自動(dòng)拍照； 步驟(6):結(jié)束。
8.如權(quán)利要求7所述的一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備所采用的控制方法，其特征是，所述步驟(4)中計(jì)算方法如下: 無(wú)人機(jī)飛行距地面高度為H，桿塔高度為h，無(wú)人機(jī)飛行位置在地面的垂直投影與輸電導(dǎo)線間垂直距離為d，設(shè)定巡檢時(shí)云臺(tái)的垂直方向搖擺角度范圍為Ci1 Ci2，則應(yīng)滿足:a ^arctan[ (H_h)/d]，a 2=arctan (H/d), 桿塔最寬處寬度為a，無(wú)人機(jī)飛行位置在地面的垂直投影與輸電導(dǎo)線間垂直距離為d，無(wú)人機(jī)飛行位置在地面的垂直投影與桿塔間垂直距離為b，輸電導(dǎo)線檔距為L(zhǎng)，設(shè)定巡檢時(shí)云臺(tái)水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為P1 β2，則應(yīng)滿足:β ^arctan (d/b), β 2=arctan[ (a+d) /b], 而無(wú)人機(jī)在拍攝輸電導(dǎo)線的圖片時(shí)，為沿導(dǎo)線弧垂方向勻速緩慢前行途中拍攝，記無(wú)人機(jī)飛行速度為V，所用相機(jī)鏡頭的拍攝廣角為Y，飛行過程中，檢測(cè)云臺(tái)角度不變，取[(^1+β2)/2]，此時(shí)，應(yīng)設(shè)定拍攝時(shí)間間隔為Δ t=0.6 {d/tan[ (β1+β2)/2-γ/2] -d/tan [ ( β1+β2)/2+γ/2]}/ν, 綜上所述，步驟(4)中最終算出的無(wú)人機(jī)在拍攝桿塔圖片時(shí)，所述兩個(gè)伺服舵機(jī)所需要轉(zhuǎn)動(dòng)角度:垂直方向搖擺角度范圍h α2，水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為P1 β2;無(wú)人機(jī)在拍攝輸電導(dǎo)線的圖片時(shí)，設(shè)定拍攝時(shí)間間隔為Λ t。
9.如權(quán)利要求7所述的一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備所采用的控制方法，其特征是，所述步驟(5)的具體步驟如下: 步驟(5-1):自動(dòng)拍照開始，檢測(cè)云臺(tái)自動(dòng)設(shè)定垂直位置與水平位置初始角度拍照模式，俯仰值i=0，水平值j=0 ； 步驟(5-2):判斷i%2==0是否成立，如果是就進(jìn)入步驟(5-3);如果否就執(zhí)行(5-4)；步驟(5-3):對(duì)焦，拍照，水平方位角加水平步進(jìn)值P，j++ ;判斷j〈Y是否成立，Y為照片數(shù)量，如果成立就返回步驟(5-3);如果不成立就進(jìn)入步驟(5-5)； 步驟(5-4):對(duì)焦，拍照，水平方位角減水平步進(jìn)值P，j++ ;判斷j〈Y是否成立，Y為照片數(shù)量，如果成立就返回步驟(5-4);如果不成立就進(jìn)入步驟(5-5)； 步驟(5-5):俯仰方位角加俯仰步進(jìn)值W ;i++，判斷i〈X是否成立，X為對(duì)焦時(shí)間，如果是就返回步驟(5-2);如果否就將檢測(cè)云臺(tái)的俯仰與水平位置復(fù)位，結(jié)束。
10.如權(quán)利要求9所述的一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備所采用的控制方法，其特征是， 所述俯仰步進(jìn)值W的計(jì)算方法為: 所述水平步進(jìn)值P的計(jì)算方法為: 其中，X:桿塔俯仰方位分割值，Y:桿塔水平方位分割值；α ,:檢測(cè)云臺(tái)俯仰角度上，從檢測(cè)云臺(tái)初始化位置轉(zhuǎn)到桿塔的最上方的角度；α 2:檢測(cè)云臺(tái)俯仰角度上，從檢測(cè)云臺(tái)初始化位置轉(zhuǎn)到桿塔的最下方的角度；β !:檢測(cè)云臺(tái)水平角度上，從檢測(cè)云臺(tái)初始化位置轉(zhuǎn)到桿塔的最左邊的角度；β 2:檢測(cè)云臺(tái)水平角度上，從檢測(cè)云臺(tái)初始化位置轉(zhuǎn)到桿塔的最右方的 角度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力巡線無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍照控制設(shè)備及控制方法，固定于無(wú)人機(jī)機(jī)體前端的金屬結(jié)構(gòu)上，位于檢測(cè)云臺(tái)的上方，主要由控制電路和電池兩部分構(gòu)成，所述控制電路和電池放置于盒體內(nèi)；所述控制電路包括單片機(jī)、伺服舵機(jī)、無(wú)線接收機(jī)、LCD液晶顯示器、按鍵、相機(jī)拍照控制模塊和電源管理模塊、電池；所述單片機(jī)分別連接伺服舵機(jī)、無(wú)線接收機(jī)、LCD液晶顯示器、按鍵、相機(jī)拍照控制模塊、電源管理模塊、電池；電池還與電源管理模塊連接。本發(fā)明在無(wú)人機(jī)電力巡檢過程中實(shí)驗(yàn)和實(shí)際需求中提煉出來(lái)的，能夠完成無(wú)人機(jī)在電力巡線中高效、快速、簡(jiǎn)易的拍照操作。
文檔編號(hào)H02G1/02GK103235602SQ20131009788
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者王騫, 宋永吉, 鄭天茹, 張晶晶, 魏傳虎 申請(qǐng)人:山東電力集團(tuán)公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司