電力線巡檢用的多旋翼飛行器以及基于它的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電力線巡檢用的多旋翼飛行器，飛行并掛載在電力線路上來對電力線路進行巡檢，具有：掛載滑輪，通過與所述電力線路接觸，來讓所述多旋翼飛行器掛載在所述電力線路上；掛載導(dǎo)向板，形成為在所述多旋翼飛行器向所述電力線路上掛載時，能引導(dǎo)所述多旋翼飛行器向電力線路移動完成掛載；以及，掛載支架，用于支撐所述掛載滑輪和所述掛載導(dǎo)向板。本發(fā)明的電力線巡檢用的多旋翼飛行器，能夠以較高的精度，安全、可靠地在較大的巡檢范圍內(nèi)進行電力線巡檢。
【專利說明】電力線巡檢用的多旋翼飛行器以及基于它的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力線巡檢用的多旋翼飛行器、以及基于該多旋翼飛行器的電力線巡檢系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了確保電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，需要對電力系統(tǒng)中架設(shè)的電力線路進行巡檢。目前，電力線路的巡檢工作主要由人工完成，其主要有兩種方式:①采用肉眼或望遠鏡對轄區(qū)內(nèi)的電力線路進行檢測。由于電力線路布置的復(fù)雜性，這種方式的主要缺陷在于其工作強度大、效率低且可靠性差；②攀爬電力線路鐵塔或乘坐懸掛在架空電力線路上的吊籃進行檢測，由于電力線路上有高壓且需要高空作業(yè)，這種方式存在嚴重安全隱患。
[0003]另一方面，隨著航空技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來無人機技術(shù)的發(fā)展和完善，以無人機為載體的電力線巡檢系統(tǒng)因其高效率、廣覆蓋、低成本的技術(shù)優(yōu)勢，受到了越來越多的關(guān)注。由于電力線路架設(shè)環(huán)境的限制及無人機本身的特點，目前應(yīng)用的無人機載體主要有兩種:傳統(tǒng)直升機和多旋翼飛行器。由于傳統(tǒng)直升機機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操控難度大、控制精度低、成本相對較高，在實際應(yīng)用受到了很大的限制，而多旋翼無人飛行器憑借其機動性強、易操控、易維護、精度高、成本低及易運輸?shù)蕊@著優(yōu)勢，已有逐漸取代傳統(tǒng)直升機的趨勢。
[0004]盡管有關(guān)多旋翼飛行器用于電力線路巡檢已有報道，但就其具體工作方式而言，基本上都是用多旋翼飛行器搭載圖像檢測設(shè)備沿線路飛行，采集圖像存儲或傳輸，再通過地面站接收圖像并由人工發(fā)現(xiàn)問題。
[0005]在使用這種多旋翼飛行器進行電力線路巡檢時，存在如下的問題:
[0006]①安全性，眾所周知，幾乎所有飛行器的安全手冊都有“遠離高壓線”的相關(guān)規(guī)定，而電力線巡查卻要求飛行器與高壓線保持近距離平行飛行，這種低空快速飛行的工作方式無論是對飛行器本身，還是對電網(wǎng)，甚至對地面人員都有嚴重的安全隱患，一旦失控，后果不堪設(shè)想；
[0007]②巡查范圍小。由于多旋翼飛行器自身攜帶的能源有限，因此其在空時間有限，飛行范圍較小，使用起來不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種電力線巡檢用的多旋翼飛行器、以及基于該多旋翼飛行器的電力線巡檢系統(tǒng)，能夠以較高的精度，安全、可靠地在較大的巡檢范圍內(nèi)進行電力線巡檢。
[0009]本發(fā)明的一個方面的電力線巡檢用的多旋翼飛行器，飛行并掛載在電力線路上來對電力線路進行巡檢，具有:掛載滑輪，通過與所述電力線路接觸，來讓所述多旋翼飛行器掛載在所述電力線路上；掛載導(dǎo)向板，形成為在所述多旋翼飛行器向所述電力線路上掛載時，能引導(dǎo)所述多旋翼飛行器向電力線路移動完成掛載；以及，掛載支架，用于支撐所述掛載滑輪和所述掛載導(dǎo)向板。[0010]本發(fā)明的另一個方面的電力線巡檢系統(tǒng)，包括上述的多旋翼飛行器和作為所述控制端的地面工作站。
[0011]本發(fā)明的再另一個方面的電力巡檢方法，用于上述的電力巡檢系統(tǒng)，包括:
[0012]步驟S1:上升掛線，通過手動或自動的方式讓多旋翼飛行器飛起來并掛載到待檢電力線路上；
[0013]步驟S2:滑行巡線:通過重力或多旋翼飛行器的推進作用在待檢電力線路上行進并巡檢；
[0014]步驟S3:繞桿避障:當(dāng)遇到電線桿、變壓器等障礙物時，重新飛起并重新掛線；
[0015]步驟S4:返回步驟S2，繼續(xù)進行滑行巡線；
[0016]步驟S5:脫線降落:當(dāng)電池電量接近安全下限時，通過手動或自動的方式將多旋翼飛行器脫線并降落。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的電力線巡檢用的多旋翼飛行器、以及基于該多旋翼飛行器的電力線巡檢系統(tǒng)和方法，具有下列有益效果:
[0018]①安全性高:利用多旋翼飛行器的垂直升降功能掛載或飛離待檢線路上，保證人員的安全性；
[0019]②巡檢范圍廣:利用重力和多旋翼飛行器自身的推進作用推動巡檢系統(tǒng)在待檢線路上移動，最大限度地節(jié)約能量，擴大巡檢范圍；
[0020]③機械結(jié)構(gòu)簡單:利用多旋翼飛行器的飛行功能方便地跨越電線桿(塔)、變壓器等障礙物；
[0021]④精度高:由于本發(fā)明的特有結(jié)構(gòu)和工作方式，圖像采集設(shè)備與待檢電力線路的位置是相對固定的，從而保證采集到的圖像的質(zhì)量，提高巡檢的準確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的使用了多旋翼飛行器的電力線巡檢系統(tǒng)100的總體結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的多旋翼飛行器I的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明實施例中的多旋翼飛行器I的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明的多旋翼飛行器I的電控子系統(tǒng)IF的框圖。
[0026]圖5是本發(fā)明實施例中的地面工作站2的框圖。
[0027]圖6是本發(fā)明的基于多旋翼飛行器I的電力線巡檢系統(tǒng)100的控制方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0029]圖1是本發(fā)明的使用了多旋翼飛行器的電力線巡檢系統(tǒng)100的總體結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該系統(tǒng)包括兩個部分:多旋翼飛行器1、地面工作站2。
[0030]多旋翼飛行器I的主要功能是飛行并掛載在電力線路上，然后控制其自身在電力線路上行進，并利用攜帶的設(shè)備來完成對電力線路的檢測。
[0031]地面工作站2的主要功能是遙控、遙測、并對多旋翼飛行器I傳回來的圖像視頻信息進行處理，產(chǎn)生準確的巡檢結(jié)果。
[0032]電力線巡檢系統(tǒng)100的工作原理可簡述為:由地面工作站2通過手動或基于遙控信號的遙控方式，控制多旋翼飛行器I飛行并掛載在電力線路上，然后通過多旋翼飛行器I在電力線路上行進，利用其所攜帶的圖像設(shè)備或其它專有設(shè)備來檢查電力線路，并將采集到的位置、圖像、視頻等相關(guān)信息以無線的方式作為數(shù)傳信號/圖傳信號傳回給地面工作站2，由地面工作站2通過人工或機器視覺等方式來完成對電力線路的檢測，并且對多旋翼飛行器I發(fā)送數(shù)傳信號。
[0033]圖2是本發(fā)明的多旋翼飛行器I的正視結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明實施例中的多旋翼飛行器I的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]如圖2和圖3所示，多旋翼飛行器I包括以下幾個部分:
[0035]攝像機11，用于采集待檢電力線路的圖像、視頻信息。
[0036]掛載導(dǎo)向板12，用于提高掛載電力線路的簡易性。本發(fā)明的掛載導(dǎo)向板，形成為一個將電力線路導(dǎo)向掛載滑輪13的傾斜板狀構(gòu)造，但并非限定于此。只要是在多旋翼飛行器I向電力線路上掛載時，能引導(dǎo)多旋翼飛行器向電力線路移動完成掛載的構(gòu)造即可，可以采用任何形式的結(jié)構(gòu)。
[0037]掛載滑輪13，將多旋翼飛行器掛在待檢電力線路上，在掛載滑輪13上有凹形槽，以保證電線與滑輪有足夠的摩擦力和相對固定的位置，多旋翼飛行器I通過掛載滑輪13滾動則可以行進。但本發(fā)明的掛載滑輪13并不限定于此，只要是通過與所述電力線路接觸，來讓所述多旋翼飛行器掛載在所述電力線路上的構(gòu)造即可，可以采用任何形式的結(jié)構(gòu)。
[0038]GPS天線14，用于接收GPS (全球定位系統(tǒng))信號，以完成多旋翼飛行器I的實時定位。
[0039]掛載支架15，用于支撐/安裝掛載導(dǎo)向板12、掛載滑輪13、掛載滑輪軸16、剎車器鉸鏈17、剎車器杠桿18、剎車器電磁鐵19。
[0040]掛載滑輪軸16，是掛載滑輪13的轉(zhuǎn)動軸。
[0041]剎車器鉸鏈17，作為剎車器杠桿18的支點。
[0042]剎車器杠桿18，當(dāng)剎車器電磁鐵19得電時，吸引剎車器杠桿18繞剎車器鉸鏈17轉(zhuǎn)動并壓在掛載滑輪13上，產(chǎn)生摩擦力并控制掛載滑輪13的轉(zhuǎn)動速度，當(dāng)剎車器電磁鐵19不得電時，由其自身的彈簧拉離掛載滑輪13。
[0043]剎車器電磁鐵19，得電時對剎車器杠桿18產(chǎn)生吸引力。
[0044]多個螺旋槳1A，由無刷電機IB帶動其旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生升力。
[0045]無刷電機1B，與螺旋槳IA對應(yīng)設(shè)置，用于帶動螺旋槳IA并產(chǎn)生升力。
[0046]電機支架1C，用于安裝無刷電機IB和其它設(shè)備。
[0047]起落架1D，用于在起降時產(chǎn)生緩沖和保護作用。
[0048]起落架橫桿1E，用于保持多旋翼飛行器I在地面時的穩(wěn)定。
[0049]電控子系統(tǒng)1F，用于控制多旋翼飛行器I的飛行、掛載、行進、繞桿避障和對電力線路的巡檢。
[0050]圖4是本發(fā)明的多旋翼飛行器I的電控子系統(tǒng)IF的框圖。如圖4所示，電控子系統(tǒng)IF包括以下十一個部分:飛控圖傳電臺1F1、飛控數(shù)傳電臺1F2、GPS模塊1F3、遙控接收機1F4、飛控中央處理器1F5、圖像采集器1F6、多路電調(diào)1F7、氣壓高度計1F8、三軸加速度計及三軸陀螺儀1F9、三軸地磁計IFlO、飛控電源IFlI。
[0051]飛控圖傳電臺1F1，將圖像采集器1F6采集的圖像通過無線方式傳給地面工作站2。
[0052]飛控數(shù)傳電臺1F2，將多旋翼飛行器I的狀態(tài)信息，包括位置、檢測時間等信息通過無線方式傳給地面工作站2。
[0053]GPS模塊1F3，接收GPS天線14傳過來的GPS信號并計算出多旋翼飛行器I的經(jīng)
度、緯度、高度等定位信息。
[0054]遙控接收機1F4，接收由地面工作站2的遙控器24傳過來的手動遙控信號、以備手動控制多旋翼飛行器I。
[0055]飛控中央處理器1F5是整個電控子系統(tǒng)IF的核心，其與飛控圖傳電臺1F1、飛控數(shù)傳電臺1F2、GPS模塊1F3、遙控接收機1F4、圖像采集器1F6、多路電調(diào)1F7、氣壓高度計1F8、三軸加速度計及三軸陀螺儀1F9、三軸地磁計IFlO各個部分通信，得到必須的姿態(tài)、位置、遙控等信號，以完成多旋翼飛行器I的手動或自動控制。
[0056]圖像采集器1F6，采集由攝像機11傳來的圖像或視頻信息。
[0057]多路電調(diào)1F7，控制多路無刷電機IB的旋轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。
[0058]氣壓高度計1F8，通過測量大氣壓力和環(huán)境溫度來以較高的精度計算多旋翼飛行器I的海拔高度。
[0059]三軸加速度計及三軸陀螺儀1F9，測量多旋翼飛行器I的三軸加速度、三軸旋轉(zhuǎn)速率。
[0060]三軸地磁計1F10，測量地磁在多旋翼飛行器I上的三軸分量，并和三軸加速度計及三軸陀螺儀1F9測量到的三軸加速度、三軸旋轉(zhuǎn)速率一起傳送給飛控中央處理器1F5，通過卡爾曼濾波法來計算多旋翼飛行器I的姿態(tài)。
[0061]飛控電源IFll的給整個電控子系統(tǒng)IF供電，含電池、電壓變換模塊等組件，無需專門說明，專業(yè)人士可根據(jù)實際系統(tǒng)的需要自行選擇電壓等級、功率大小，或者可以理解為根據(jù)需要作相應(yīng)的修改。
[0062]圖5是本發(fā)明實施例中的地面工作站2的框圖。如圖5所示，地面工作站2由五個部分組成:數(shù)傳電臺21、圖傳電臺22、地面計算機23、遙控器24、地面工作站電源25。
[0063]數(shù)傳電臺21，用于接收由多旋翼飛行器I的飛控數(shù)傳電臺1F2發(fā)送過來的狀態(tài)信
肩、O
[0064]圖傳電臺22，用于收由多旋翼飛行器I的飛控圖傳電臺IFl發(fā)送過來的圖像、視頻
等信息。
[0065]地面計算機23是地面工作站的核心，其與數(shù)傳電臺21、圖傳電臺22、遙控器24通信，以完成控制、記錄、檢測、分析等功能。
[0066]遙控器24用于手動控制多旋翼飛行器I。
[0067]地面工作站電源25給整個地面工作站2供電，無需專門說明，專業(yè)人士可根據(jù)實際系統(tǒng)的需要自行選擇電壓等級、功率大小，或者可以理解為根據(jù)需要作相應(yīng)的修改。
[0068]圖6是本發(fā)明的基于多旋翼飛行器I的電力線巡檢系統(tǒng)100的控制方法的流程示意圖，如圖6所示，本發(fā)明實施例主要包括五個步驟:
[0069]步驟S1:上升掛線，通過手動或自動的方式讓多旋翼飛行器I飛起來并掛載到待檢電力線路上；
[0070]步驟S2:滑行巡線:通過重力或多旋翼飛行器I的推進作用在待檢電力線路上行進并巡檢；
[0071]步驟S3:繞桿避障:當(dāng)遇到電線桿、變壓器等障礙物時，重新飛起并重新掛線；
[0072]步驟S4:再一次滑行巡線(與步驟S2相同)；
[0073]步驟S5:脫線降落:當(dāng)電池電量接近安全下限時，通過手動或自動的方式將多旋翼飛行器I脫線并降落，以備更換電池重新巡線。
[0074]值得說明的是，依據(jù)多旋翼飛行器I攜帶電池的容量，步驟S2、S3、S4可以多次重復(fù)，并不限于圖5所示的情況。
[0075]以上對本發(fā)明的電力線巡檢用的多旋翼飛行器、以及基于該多旋翼飛行器的電力線巡檢系統(tǒng)進行了詳細說明。作為本發(fā)明，具有下列有益效果:
[0076]①安全性高:利用多旋翼飛行器的垂直升降功能掛載或飛離待檢線路上，保證人員的安全性；
[0077]②巡檢范圍廣:利用重力和多旋翼飛行器自身的推進作用推動巡檢系統(tǒng)在待檢線路上移動，最大限度地節(jié)約能量，擴大巡檢范圍；
[0078]③機械結(jié)構(gòu)簡單:利用多旋翼飛行器的飛行功能方便地跨越電線桿(塔)、變壓器等障礙物；
[0079]④精度高:由于本發(fā)明的特有結(jié)構(gòu)和工作方式，圖像采集設(shè)備與待檢電力線路的位置是相對固定的，從而保證采集到的圖像的質(zhì)量，提高巡檢的準確性。
[0080]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電力線巡檢用的多旋翼飛行器，飛行并掛載在電力線路上來對電力線路進行巡檢，具有: 掛載滑輪，通過與所述電力線路接觸，來讓所述多旋翼飛行器掛載在所述電力線路上； 掛載導(dǎo)向板，形成為在所述多旋翼飛行器向所述電力線路上掛載時，能引導(dǎo)所述多旋翼飛行器向電力線路移動完成掛載；以及， 掛載支架，用于支撐所述掛載滑輪和所述掛載導(dǎo)向板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多旋翼飛行器，其特征在于， 在掛載滑輪上形成有凹形槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多旋翼飛行器，其特征在于， 所述掛載支架，還安裝有:剎車器鉸鏈、剎車器杠桿和剎車器電磁鐵， 所述剎車器電磁鐵，得電時對所述剎車器杠桿產(chǎn)生吸引力， 所述剎車器鉸鏈，作為所述剎車器杠桿的支點， 所述剎車器杠桿，當(dāng)所述剎車器電磁鐵得電時，吸所述引剎車器杠桿繞所述剎車器鉸鏈轉(zhuǎn)動并壓在所述掛載滑輪上，產(chǎn)生摩擦力并控制所述掛載滑輪的轉(zhuǎn)動速度，當(dāng)所述剎車器電磁鐵不得電時，由其自身的彈簧拉離所述掛載滑輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的多旋翼飛行器，其特征在于， 還具有:起落架，用于在起降時產(chǎn)生緩沖和保護作用；以及， 起落架橫桿，用于保持所述多旋翼飛行器在地面時的穩(wěn)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多旋翼飛行器，其特征在于， 還具有:攝像機，用于采集所述電力線路的圖像、視頻信息； GPS天線，用于接收GPS信號，以完成所述多旋翼飛行器的實時定位；以及， 多個螺旋槳和與之對應(yīng)的無刷電機，由所述無刷電機帶動所述螺旋槳旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生升力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多旋翼飛行器，其特征在于， 還具有:電控子系統(tǒng)，用于控制所述多旋翼飛行器的飛行、掛載、行進、繞桿避障和對電力線路的巡檢， 所述電控子系統(tǒng)具有:飛控圖傳電臺、飛控數(shù)傳電臺、GPS模塊、遙控接收機、飛控中央處理器、圖像采集器、多路電調(diào)、氣壓高度計、三軸加速度計及三軸陀螺儀、三軸地磁計、飛控電源， 所述飛控圖傳電臺，將所述圖像采集器采集的圖像通過無線方式傳給對所述多旋翼飛行器進行控制的控制端， 所述飛控數(shù)傳電臺，將所述多旋翼飛行器的包括位置、檢測時間在內(nèi)的狀態(tài)信息，以無線方式傳給所述控制端， 所述GPS模塊，接收所述GPS天線傳過來的GPS信號并計算出多旋翼飛行器的經(jīng)度、緯度、高度等定位信息， 遙控接收機，從所述控制端接收手動遙控信號，以手動控制多旋翼飛行器， 所述飛控中央處理器對所述電控子系統(tǒng)中的各個部分間的通信進行控制，得到必須的姿態(tài)、位置、遙控等信號，以完成所述多旋翼飛行器的手動或自動控制，所述圖像采集器，采集由所述攝像機傳來的圖像或視頻信息， 多路電調(diào)，控制多路無刷電機的旋轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速， 氣壓高度計，通過測量大氣壓力和環(huán)境溫度來以較高的精度計算多旋翼飛行器的海拔高度， 三軸加速度計及三軸陀螺儀，測量多旋翼飛行器的三軸加速度、三軸旋轉(zhuǎn)速率， 三軸地磁計，測量地磁在多旋翼飛行器上的三軸分量，并和三軸加速度計及三軸陀螺儀測量到的三軸加速度、三軸旋轉(zhuǎn)速率一起傳送給飛控中央處理器，計算多旋翼飛行器的姿態(tài)， 飛控電源給整個電控子系統(tǒng)供電。
7.一種電力線巡檢系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1~6的任一項所述的多旋翼飛行器和作為所述控制端的地面工作站。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力線巡檢系統(tǒng)，其特征在于， 所述地面工作站包括:數(shù)傳電臺，用于接收由多旋翼飛行器發(fā)送過來的狀態(tài)信息； 圖傳電臺，用于接收由多旋翼飛行器發(fā)送過來的圖像、視頻信息； 遙控器，用于手動控制多旋翼飛行器； 地面計算機，與數(shù)傳電臺、圖傳電臺、遙控器通信，以完成控制、記錄、檢測、分析等功能；和 地面工作站電源,給 整個地面工作站供電。
9.一種電力巡檢方法，用于權(quán)利要求7或8所述的電力巡檢系統(tǒng)，包括: 步驟S1:實施上升掛線，通過手動或自動的方式讓多旋翼飛行器飛起來并掛載到待檢電力線路上； 步驟S2:實施滑行巡線，通過重力或多旋翼飛行器的推進作用在待檢電力線路上行進并巡檢； 步驟S3:實施繞桿避障，當(dāng)遇到電線桿、變壓器等障礙物時，重新飛起并重新掛線； 步驟S4:返回步驟S2，繼續(xù)進行滑行巡線； 步驟S5:實施脫線降落，當(dāng)電池電量接近安全下限時，通過手動或自動的方式將多旋翼飛行器脫線并降落。
【文檔編號】H04N7/18GK103612756SQ201310683217
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】譚湘敏, 易建強, 袁如意, 蒲志強 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所