專(zhuān)利名稱：一種無(wú)人機(jī)輸電線路航巡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，涉及無(wú)人機(jī)巡線，尤其是ー種無(wú)人機(jī)輸電線路航巡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
輸電線路的安全運(yùn)行不但關(guān)系到國(guó)民生產(chǎn)生活，而且關(guān)系到電カ系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。輸電線路巡檢工作是保證安全、可靠供電的重要的、不可缺少的工作。目前的電カ巡査的方式主要由人工巡線和航空巡線構(gòu)成。人工巡線，執(zhí)行和監(jiān)管困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性較差；而有人直升機(jī)電カ巡査的運(yùn)營(yíng)成本較高，不僅機(jī)體的租用成本高，機(jī)場(chǎng)的建設(shè)成本高昂，而且專(zhuān)業(yè)的飛行和維護(hù)團(tuán)隊(duì)管理和培訓(xùn)不易，在實(shí)際使用過(guò)程中，始終難以避免“人”的因素，在高危領(lǐng)域的作業(yè)過(guò)程中，一旦發(fā)生事故將帶來(lái)難以彌補(bǔ)的損失。近幾年，伴隨著我國(guó)無(wú)人駕駛飛機(jī)技術(shù)的逐漸成熟和國(guó)外無(wú)人機(jī)及其控制設(shè)備進(jìn)入中國(guó)，采用無(wú)人機(jī)巡查電カ線路已經(jīng)具備了技術(shù)上的可行性，推進(jìn)無(wú)人機(jī)航巡輸電線路工作具有了實(shí)際的現(xiàn)實(shí)意義。無(wú)人直升機(jī)電カ巡線通過(guò)較快的速度全面檢查線路和電塔的各種設(shè)備情況，同時(shí)搭載的精密儀器可以探測(cè)到深層次的線路故障和隱故障，數(shù)據(jù)及時(shí)返回，問(wèn)題當(dāng)日處理，巡線速度快，操作簡(jiǎn)便，使用成本低廉，為電網(wǎng)的安全和高效運(yùn)行提供了重要保障。采用無(wú)人機(jī)巡線可大大增加安全系數(shù)，増加巡航檢查次數(shù)，減少運(yùn)營(yíng)管理的成本，提高作業(yè)的效率，且操作更簡(jiǎn)單、性能可靠，具有更加優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供ー種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、性能可靠、 穩(wěn)定性好、可用于高清拍攝的無(wú)人機(jī)輸電線路航巡系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種無(wú)人機(jī)輸電線路航巡系統(tǒng)，由無(wú)人機(jī)、攝像系統(tǒng)、控制系統(tǒng)構(gòu)成，攝像系統(tǒng)固裝在無(wú)人機(jī)上，其特征在于攝像系統(tǒng)通過(guò)云臺(tái)架與無(wú)人機(jī)固定連接，攝像系統(tǒng)包括陀螺儀部分及攝像部分，所述陀螺儀部分包括機(jī)械陀螺儀、云臺(tái)架、陀螺架，所述攝像部分包括攝像機(jī)、攝像機(jī)機(jī)架、攝像機(jī)托，具體結(jié)構(gòu)為(1)陀螺儀部分所述陀螺架由內(nèi)框及外框同徑構(gòu)成，內(nèi)框上固裝機(jī)械陀螺儀，內(nèi)框與外框之間在徑向上均通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接，在外框兩側(cè)的軸向上均通過(guò)中心軸安裝云臺(tái)架， 在對(duì)應(yīng)內(nèi)框ー側(cè)轉(zhuǎn)軸的外框上延伸有外軸的輸出端，在該轉(zhuǎn)軸的輸出端端部固裝有ー主動(dòng)輪；(2)攝像部分在云臺(tái)架其中軸向ー側(cè)的中心軸伸出云臺(tái)架，該中心軸的端部同軸固裝向前開(kāi)ロ的攝像機(jī)機(jī)架，在該攝像機(jī)機(jī)架的框內(nèi)徑向通過(guò)鉸軸安裝攝像機(jī)托，該攝像機(jī)托上與中心軸同軸向固裝攝像機(jī)，在對(duì)應(yīng)攝像機(jī)托ー側(cè)攝像機(jī)機(jī)架上，攝像機(jī)托的鉸軸的端部固裝一從動(dòng)輪；(3)陀螺儀部分的外框的主動(dòng)輪與攝像部分的攝像機(jī)托的從動(dòng)輪同向，在主動(dòng)輪的徑向盤(pán)面上徑向?qū)ΨQ鉸裝有兩個(gè)同步傳動(dòng)桿，該兩個(gè)同步傳動(dòng)桿的另一端鉸裝在從動(dòng)輪的徑向盤(pán)面上。而且，所述兩個(gè)云臺(tái)架為框式結(jié)構(gòu)，中間設(shè)置有加強(qiáng)筋。而且，所述主動(dòng)輪與從動(dòng)輪設(shè)置為同徑，所鉸裝的兩個(gè)同步傳動(dòng)桿的位置相同。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1、本航巡系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)上裝備陀螺穩(wěn)定的可見(jiàn)光檢測(cè)儀與紅外熱成像儀等載荷設(shè)備，對(duì)輸電線路進(jìn)行檢查和錄像拍照，這樣將多種設(shè)備結(jié)合對(duì)線路進(jìn)行多種手段的檢查和記錄，大大提高了輸電線路巡視的技術(shù)含量，并且在高山大嶺或特(超)高壓輸電線路等人工難以巡視的地方更能顯出其優(yōu)越性，在線路巡視上是ー個(gè)巨大飛躍，具有高科技、高效率、不受地域影響等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高巡線效率、提高巡線設(shè)備經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對(duì)優(yōu)化有人機(jī)輸電線路航巡的任務(wù)設(shè)備也有極大的幫助和促進(jìn)作用。2、本航巡系統(tǒng)利用機(jī)載陀螺穩(wěn)定紅外成像測(cè)試設(shè)備與無(wú)人機(jī)在線路附近的懸停飛行結(jié)合，尋找輸電設(shè)備上局部發(fā)熱類(lèi)型的缺陷，利用機(jī)載可見(jiàn)光數(shù)錄影技術(shù)發(fā)現(xiàn)輸電設(shè)備上可視缺陷，利用GPS技術(shù)及語(yǔ)音錄制系統(tǒng)對(duì)各桿塔的缺陷位置進(jìn)行記錄，當(dāng)各種故障發(fā)生后，無(wú)人直升機(jī)可以第一時(shí)間飛入電カ事故區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，贏取搶修時(shí)間。3、本航巡系統(tǒng)由地面遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行操控，然后進(jìn)行精控實(shí)時(shí)傳遞圖片或視頻，并且具備GPS自主線路導(dǎo)航控制、地理匹配自動(dòng)控制、線路桿塔自動(dòng)跟蹤等飛行控制功能，使無(wú)人飛機(jī)巡線進(jìn)入真正的全自動(dòng)化飛行階段，以其經(jīng)濟(jì)性、安全性和便利性，大規(guī)模的在航空巡線中使用也成為ー種必然的趨勢(shì)。


圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)方框圖；圖2為本發(fā)明的攝像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主視圖；圖3為圖2的右視圖；圖4為圖2的俯視圖；圖5為圖4的陀螺儀局部放大俯視6為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。一種無(wú)人機(jī)輸電線路航巡系統(tǒng)，由無(wú)人機(jī)、攝像系統(tǒng)、控制系統(tǒng)構(gòu)成，無(wú)人機(jī)包括無(wú)人直升機(jī)及無(wú)人飛行器，攝像系統(tǒng)固裝在無(wú)人機(jī)下方的起落架上，也可以固裝在無(wú)人機(jī)的其他部位，控制系統(tǒng)包括無(wú)人機(jī)接收系統(tǒng)、攝像控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)及地面接收系統(tǒng)。由于無(wú)人機(jī)接收系統(tǒng)、攝像控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)及地面接收系統(tǒng)也可采用一般的智能操作系統(tǒng)，因此本發(fā)明只給出整個(gè)控制系統(tǒng)的控制方框圖，參見(jiàn)圖1。下面主要敘述攝像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖2、3、4、5、6。本實(shí)施例中，攝像系統(tǒng)最好固裝在無(wú)人機(jī)下方的起落架上，攝像機(jī)或相機(jī)與云臺(tái)架組成云臺(tái)，在云臺(tái)上安裝有機(jī)械陀螺儀，云臺(tái)采用托板及緊固螺絲與無(wú)人機(jī)的起落架固定連接。
攝像系統(tǒng)包括陀螺儀部分及攝像部分，陀螺儀部分包括機(jī)械陀螺儀9、云臺(tái)架5、陀螺架8，攝像部分包括攝像機(jī)1、攝像機(jī)機(jī)架4、攝像機(jī)托12。下面分別予以描述陀螺儀部分機(jī)械陀螺儀安裝在陀螺架上，參見(jiàn)圖2、3、4、5，具體結(jié)構(gòu)是所述陀螺架由內(nèi)框15及外框14同徑構(gòu)成，內(nèi)框與外框之間在徑向上均通過(guò)轉(zhuǎn)軸16連接，實(shí)現(xiàn)安裝機(jī)械陀螺儀的內(nèi)框在外框內(nèi)徑向擺轉(zhuǎn)；在外框兩側(cè)的軸向上均通過(guò)中心軸10安裝云臺(tái)架，該兩個(gè)云臺(tái)架為框式結(jié)構(gòu)，中間設(shè)置有加強(qiáng)筋，云臺(tái)架可與無(wú)人機(jī)固裝。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)陀螺儀繞中心軸和轉(zhuǎn)軸的兩個(gè)維度進(jìn)行擺動(dòng)；在對(duì)應(yīng)內(nèi)框一側(cè)轉(zhuǎn)軸的外框上延伸有外軸的輸出端，在該轉(zhuǎn)軸的輸出端端部固裝有一主動(dòng)輪7。攝像部分參見(jiàn)圖2、4、6，在云臺(tái)架其中軸向一側(cè)的中心軸伸出云臺(tái)架，該中心軸的端部同軸固裝向前開(kāi)口的U形的攝像機(jī)機(jī)架，在該攝像機(jī)機(jī)架的框內(nèi)徑向通過(guò)鉸軸3安裝攝像機(jī)托，該攝像機(jī)托上與中心軸同軸向通過(guò)托板13采用緊固螺釘11固裝攝像機(jī)，由此實(shí)現(xiàn)在中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該中心軸帶動(dòng)攝像機(jī)機(jī)架同軸轉(zhuǎn)動(dòng)；在對(duì)應(yīng)攝像機(jī)托一側(cè)攝像機(jī)機(jī)架上，攝像機(jī)托的鉸軸的端部固裝一從動(dòng)輪2。陀螺儀部分的外框的主動(dòng)輪與攝像部分的攝像機(jī)托的從動(dòng)輪同向，在主動(dòng)輪的徑向盤(pán)面上徑向?qū)ΨQ鉸裝有兩個(gè)同步傳動(dòng)桿6，該兩個(gè)同步傳動(dòng)桿的另一端鉸裝在從動(dòng)輪的徑向盤(pán)面上，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪設(shè)置為同徑，所鉸裝的兩個(gè)同步傳動(dòng)桿的位置也相同，由此實(shí)現(xiàn)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的同步擺轉(zhuǎn)，由此調(diào)節(jié)攝像機(jī)的徑向角度。本實(shí)施例中，機(jī)械陀螺儀為現(xiàn)有技術(shù)，其具體結(jié)構(gòu)在此不再贅述。本攝像系統(tǒng)的工作過(guò)程為使用前，將云臺(tái)架安裝在無(wú)人機(jī)上，并調(diào)整好攝像機(jī)位置，無(wú)人機(jī)飛行工作中，陀螺儀通過(guò)主動(dòng)輪控制攝像機(jī)鏡頭角度，采用紅外成像檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)正在運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行非接觸檢測(cè)，拍攝其溫度場(chǎng)的分布、測(cè)量任何部位的溫度值，據(jù)此對(duì)各種外部及內(nèi)部故障進(jìn)行診斷，具有實(shí)時(shí)、遙測(cè)、直觀和定量測(cè)溫等優(yōu)點(diǎn)，用來(lái)檢測(cè)發(fā)電廠、變電所和輸電線路的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和帶電設(shè)備非常方便、有效。紅外熱相掃描能探測(cè)線路的過(guò)熱點(diǎn)，利用紅外成像儀對(duì)線路上的導(dǎo)線接續(xù)管、耐張管、跳線線夾、導(dǎo)地線線夾、金具、防震錘、絕緣子等進(jìn)行拍攝，分析數(shù)據(jù)，判斷其是否正常。同時(shí)，通過(guò)機(jī)械陀螺儀實(shí)時(shí)修正因不規(guī)則運(yùn)動(dòng)造成的對(duì)航攝攝像機(jī)拍攝效果的影響，令攝像、拍攝畫(huà)面不再搖晃，無(wú)延遲反應(yīng)時(shí)間，從而使航攝攝像機(jī)保持相對(duì)穩(wěn)定，提高拍攝質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)當(dāng)無(wú)人機(jī)因飛行而使角度發(fā)生變化后由陀螺儀糾偏，不會(huì)因飛行而脫離拍攝目標(biāo)。無(wú)人機(jī)巡線控制系統(tǒng)的工作原理為無(wú)人機(jī)起飛前預(yù)先設(shè)定好巡線程序，起飛后將數(shù)據(jù)傳送回地面站并由地面站實(shí)時(shí)監(jiān)控，如有突發(fā)狀況，則通過(guò)地面操控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，無(wú)人機(jī)的接收系統(tǒng)收到信號(hào)后傳送給舵機(jī)，以此來(lái)控制無(wú)人機(jī)。本發(fā)明的巡線電路的工作原理根據(jù)三維巡查航線，無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行巡查與懸停巡查相結(jié)合的方式，在巡查線路時(shí)按電力線路走廊，自主導(dǎo)航進(jìn)行沿線飛行巡查，在到達(dá)每一個(gè)需詳細(xì)檢查的變電塔時(shí)，懸停于待檢電塔附近，通過(guò)人工輔助控制云臺(tái)使紅外與可見(jiàn)光攝像機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)、拉伸變焦，對(duì)待檢電塔進(jìn)行詳細(xì)檢查；為從各角度進(jìn)行詳細(xì)檢查，無(wú)人可接受地面操作員超視距通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)發(fā)送的指令，自動(dòng)圍繞待檢電塔進(jìn)行各不同角度位置的懸停，在地面操作員完成電塔的檢測(cè)后，繼續(xù)自動(dòng)導(dǎo)航沿線自動(dòng)飛向下一個(gè)待檢電塔；無(wú)人機(jī)巡查到終點(diǎn)后，轉(zhuǎn)到線路另一側(cè)向回飛行，再巡查一遍，完成任務(wù)后回到地面站位置自動(dòng)降落.數(shù)據(jù)控制原理無(wú)人機(jī)在巡線過(guò)程中由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)記錄一切飛行姿態(tài)、數(shù)據(jù)經(jīng)由無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)反饋給地面控制系統(tǒng)，同時(shí)地面控制系統(tǒng)如在監(jiān)控過(guò)程中發(fā)現(xiàn)攝錄系統(tǒng)偏離預(yù)設(shè)軌道時(shí)可通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將指令傳輸給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)傳達(dá)至云臺(tái)陀螺儀，糾正攝錄系統(tǒng)。圖傳原理無(wú)人機(jī)搭載的攝(照)像系統(tǒng)在巡線過(guò)程中將實(shí)時(shí)圖像由圖像傳輸系統(tǒng)發(fā)送至地面接收站，同時(shí)將畫(huà)面保存到設(shè)備自帶的存儲(chǔ)器中，地圖接收系統(tǒng)通過(guò)顯示器將畫(huà)面表達(dá)出來(lái)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)人機(jī)輸電線路航巡系統(tǒng)，由無(wú)人機(jī)、攝像系統(tǒng)、控制系統(tǒng)構(gòu)成，攝像系統(tǒng)固裝在無(wú)人機(jī)上，其特征在于攝像系統(tǒng)通過(guò)云臺(tái)架與無(wú)人機(jī)固定連接，攝像系統(tǒng)包括陀螺儀部分及攝像部分，所述陀螺儀部分包括機(jī)械陀螺儀、云臺(tái)架、陀螺架，所述攝像部分包括攝像機(jī)、攝像機(jī)機(jī)架、攝像機(jī)托，具體結(jié)構(gòu)為(1)陀螺儀部分所述陀螺架由內(nèi)框及外框同徑構(gòu)成，內(nèi)框上固裝機(jī)械陀螺儀，內(nèi)框與外框之間在徑向上均通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接，在外框兩側(cè)的軸向上均通過(guò)中心軸安裝云臺(tái)架，在對(duì)應(yīng)內(nèi)框一側(cè)轉(zhuǎn)軸的外框上延伸有外軸的輸出端，在該轉(zhuǎn)軸的輸出端端部固裝有一主動(dòng)輪；(2)攝像部分在云臺(tái)架其中軸向ー側(cè)的中心軸伸出云臺(tái)架，該中心軸的端部同軸固裝向前開(kāi)ロ的攝像機(jī)機(jī)架，在該攝像機(jī)機(jī)架的框內(nèi)徑向通過(guò)鉸軸安裝攝像機(jī)托，該攝像機(jī)托上與中心軸同軸向固裝攝像機(jī)，在對(duì)應(yīng)攝像機(jī)托ー側(cè)攝像機(jī)機(jī)架上，攝像機(jī)托的鉸軸的端部固裝一從動(dòng)輪；(3)陀螺儀部分的外框的主動(dòng)輪與攝像部分的攝像機(jī)托的從動(dòng)輪同向，在主動(dòng)輪的徑向盤(pán)面上徑向?qū)ΨQ鉸裝有兩個(gè)同步傳動(dòng)桿，該兩個(gè)同步傳動(dòng)桿的另一端鉸裝在從動(dòng)輪的徑向盤(pán)面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)輸電線路航巡系統(tǒng)，其特征在于所述兩個(gè)云臺(tái)架為框式結(jié)構(gòu)，中間設(shè)置有加強(qiáng)筋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)輸電線路航巡系統(tǒng)，其特征在于所述主動(dòng)輪與從動(dòng)輪設(shè)置為同徑，所鉸裝的兩個(gè)同步傳動(dòng)桿的位置相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī)輸電線路航巡系統(tǒng)，由無(wú)人機(jī)、攝像系統(tǒng)、控制系統(tǒng)構(gòu)成，攝像系統(tǒng)安裝在云臺(tái)架上，該云臺(tái)架與無(wú)人機(jī)固定連接，攝像系統(tǒng)包括陀螺儀部分及攝像部分。本發(fā)明在無(wú)人機(jī)上裝備陀螺穩(wěn)定的可見(jiàn)光檢測(cè)儀與紅外熱成像儀等載荷設(shè)備，對(duì)輸電線路進(jìn)行檢查和錄像拍照，這樣將多種設(shè)備結(jié)合對(duì)線路進(jìn)行多種手段的檢查和記錄，大大提高了輸電線路巡視的技術(shù)含量，并且在高山大嶺或特(超)高壓輸電線路等人工難以巡視的地方更能顯出其優(yōu)越性，在線路巡視上是一個(gè)巨大飛躍，具有高科技、高效率、不受地域影響等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高巡線效率、提高巡線設(shè)備經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對(duì)優(yōu)化有人機(jī)輸電線路航巡的任務(wù)設(shè)備也有極大的幫助和促進(jìn)作用。
文檔編號(hào)H04N5/232GK102570345SQ20111027678
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者權(quán)軍, 田凱 申請(qǐng)人:天津全華時(shí)代航天科技發(fā)展有限公司