智能飛行放線機器人系統的製作方法
2023-04-23 17:02:46 3
智能飛行放線機器人系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種智能飛行放線機器人系統。包括飛行機器人和地面控制臺，該地面控制臺通過無線方式與飛行機器人通信從而能對飛行機器人進行遙控，其特點是，其中飛行機器人包括電動遙控直升機，在該電動遙控直升機的底座上安裝有拋線模塊，該拋線模塊包括電動機，該電動機分別與電動遙控直升機上的電源和中央控制器連接，從而接受供電並且受中央控制器的控制，該電動機的輸出軸與一齒輪齒條機構中齒輪(3)的轉軸傳動連接。經過試用證明，本發明的機器人系統可以代替目前普遍使用的人工、飛艇、動力傘展放引繩技術，相比人工展放具有工作效率高，無需接觸跨越體，避免破壞跨越物，減少青賠費用，保護環境的優點。
【專利說明】智能飛行放線機器人系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種智能飛行放線機器人系統。
【背景技術】
[0002]目前在電網建設過程中，由於施工現場作業面廣，點多線長，地形複雜，在導線展放施工中經常涉及通道砍伐和青苗賠償等問題。此外，跨越帶電線路，跨越大江、河流、湖泊、山林深谷、自然保護區等特殊地理環境中的線路施工問題則更為棘手，許多情況下，人員及現有設備無法通過，或者施工成本過高，人員、設備危險性大。而電網建設的趨勢恰是跨越帶電線路、跨越複雜地形的情況越來越多。為了確保人員安全，保護生態平衡和自然環境，減少青賠費用，研製和應用新型展放導引繩設備用於電網建設的架線施工迫在眉睫。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種智能飛行放線機器人系統，能夠通過飛行機器人採集並傳輸實時圖像給地面控制臺，並且能夠在地面控制臺的控制下實現架線施工所需的放線功倉泛。
[0004]一種智能飛行放線機器人系統，包括飛行機器人和地面控制臺，該地面控制臺通過無線方式與飛行機器人通信從而能對飛行機器人進行遙控，其特別之處在於:其中飛行機器人包括電動遙控直升機，在該電動遙控直升機的底座上安裝有拋線模塊，該拋線模塊包括電動機，該電動機分別與電動遙控直升機上的電源和中央控制器連接，從而接受供電並且受中央控制器的控制，該電動機的輸出軸與一齒輪齒條機構中齒輪的轉軸傳動連接，而該齒輪齒條機構中齒條的一端通過復位彈簧安裝在底座上而其另一端上設有一延長杆，在該底座上還安裝有第一隔板和第二隔板，前述齒條的延長杆依次從第一隔板和第二隔板上的通孔中穿過。
[0005]其中在電動遙控直升機上安裝有視覺模塊，該視覺模塊包括攝像頭和圖像傳輸模塊，該攝像頭通過圖像傳輸模塊與中央控制器連接。
[0006]其中圖像傳輸模塊包括相連接的圖像採集卡和無線數據傳輸器，該無線數據傳輸器與地面控制臺之間通過無線方式連接。
[0007]其中在該電動遙控直升機的底座上安裝有檢測模塊，該檢測模塊包括風向傳感器、風速傳感器、紅外檢測傳感器、障礙檢測傳感器，並且該檢測模塊與電動遙控直升機上的中央控制器連接，從而能將檢測結果通過中央控制器回傳至地面控制臺。
[0008]其中地面控制臺包括遙控操作臺，以及與該遙控操作臺連接的顯示屏和無線通訊模塊，在該遙控操作臺上設有操縱杆、操作按鈕和指示燈。
[0009]其中在電動遙控直升機上設有沿環狀分布的4至12個旋翼，每個旋翼均與一個旋翼軸傳動連接，並且每個旋翼軸均與電動遙控直升機內的發動機傳動連接。
[0010]經過試用證明，本發明的機器人系統可以代替目前普遍使用的人工、飛艇、動力傘展放引繩技術，相比人工展放具有工作效率高，無需接觸跨越體，避免破壞跨越物，減少青賠費用，保護環境的優點。相比飛艇放線，本發明具有更好的抗風能力和穩定性。相比動力傘放線，本發明不消耗燃料，單次使用成本更低，且無需人工駕駛，安全性高。本發明應用到放線施工中，既可完成放線工作，同時可承擔起線路巡線和工器具空中運輸的任務，功能優勢明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]附圖1為本發明的邏輯原理框圖；
[0012]附圖2為本發明中電動遙控直升機的結構示意圖；
[0013]附圖3為本發明中電動遙控直升機的結構示意圖；
[0014]附圖4為本發明中電動遙控直升機的結構示意圖；
[0015]附圖5為本發明中拋線模塊部分的結構示意圖；
[0016]附圖6為本發明中地面控制臺的結構示意圖；
[0017]附圖7為本發明中飛行機器人的飛行控制流程圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1、2、3、4、5、6所示，本發明是一種智能飛行放線機器人系統，包括飛行機器人和地面控制臺，該地面控制臺通過無線方式與飛行機器人通信從而對飛行機器人進行遙控，其中飛行機器人包括電動遙控直升機，在該電動遙控直升機的底座上安裝有拋線模塊，該拋線模塊包括電動機，該電動機分別與電動遙控直升機上的電源和中央控制器連接，從而接受供電並且受中央控制器的控制，該電動機的輸出軸與一齒輪齒條機構中齒輪3的轉軸傳動連接，而該齒輪齒條機構中的齒條7的一端通過復位彈簧6安裝在底座上而其另一端上設有一延長杆8，在該底座上還分別安裝有第一隔板4和第二隔板5，前述齒條7的延長杆8依次從第一隔板4和第二隔板5上的通孔中穿過，並且在該第一隔板4和第二隔板5之間的延長杆8上設有掛繩端或者直接將該部分延長杆8作為掛繩端。當然，電動遙控直升機上的中央控制器還與無線通訊模塊連接從而能與地面控制臺實現無線通訊。
[0019]其中在電動遙控直升機上安裝有視覺模塊，該視覺模塊包括攝像頭和圖像傳輸模塊，該攝像頭通過圖像傳輸模塊與中央控制器連接，而該圖像傳輸模塊採用由相連接的圖像採集卡及無線數據傳輸器組成的集成系統，圖像採集卡採集攝像頭拍攝到的圖像數據，並通過無線數據傳輸器迅速地傳送到地面控制臺進行處理。
[0020]另外在該電動遙控直升機的底座上安裝有檢測模塊，該檢測模塊包括風向傳感器、風速傳感器、紅外檢測傳感器、障礙檢測傳感器，並且該檢測模塊與電動遙控直升機上的中央控制器連接，從而能將檢測結果通過中央控制器回傳至地面控制臺。地面控制臺包括遙控操作臺11，以及與該遙控操作臺11連接的顯示屏9和無線通訊模塊，在該遙控操作臺11上設有操縱杆13、操作按鈕10和指示燈12。
[0021]其中在電動遙控直升機上設有沿環狀均勻分布的4至12個旋翼，每個旋翼均與一個旋翼軸傳動連接，並且每個旋翼軸均與電動遙控直升機內的發動機(可採用電動機)傳動連接。
[0022]下面更進一步的說明本發明的組成:
[0023]本發明中的智能飛行放線機器人系統由旋翼2、電機、電調、機架、拋線模塊、視覺模塊、中央控制器、無線通訊模塊、檢測模塊及地面控制臺組成。採用垂直起降方式，由旋翼2轉動帶來的升力作為飛行動力。各模塊與中央控制器通過電路連接，由中央控制器控制各模塊之間的工作與配合。人員通過地面控制臺實現對機器人中央控制器的控制，同時查看機器人回傳的各類數據。本發明的放線機器人集檢測、拍攝、放線功能於一體。可精確定點懸停，當機器人到達指定位置後，進入懸停狀態，在外力作用下偏離指定位置後，會自動調節返回指定位置。此外，機器人可自動記錄航線坐標，當與地面控制臺失聯後，可以依照記錄航線坐標自動返航。
[0024]本發明的放線機器人由電池為整個機器人供電，由中央控制器接受地面控制臺發送的控制信號，控制電動機轉動，由電動機帶動旋翼2轉動，旋翼2轉動產生的升力作為機器人飛行的動力。機器人具有多個旋翼2,由中央控制器控制各旋翼2下電機的轉速、轉向(電調配合)。實現各旋翼2之間的配合，從而完成各種飛行動作。旋翼2、電機、電調連接後安裝在機架上的旋翼座內，通過電路與中央控制器建立連接。機架旋翼軸可收縮、摺疊，方便攜帶、運輸。
[0025]其中拋線模塊安裝於機架艙體I底座外表面上，由小型的電動機、拋線機構組成，拋線機構為齒輪齒條機構。其中小型電動機(電機)帶動齒輪3轉動，齒輪3帶動齒條7，齒條7 —端設有圓柱體的延長杆8 (掛繩端)，穿過第一隔板4。另一端連接有復位彈簧6。在電機不工作情況下，掛繩端同時穿過第一隔板4、第二隔板5。當需要掛繩時，電機轉動，經齒輪3、齒條7傳動後，掛繩端從第二隔板5中抽出，復位彈簧6被壓縮。之後，將繩頭線圈放置於掛繩端與第二隔板5間，此時，令電機停止工作，復位彈簧6復位，推動掛繩端穿過繩頭線圈與第二隔板5。繩頭此時掛於掛繩端，兩邊的第一隔板4、第二隔板5共同限制繩頭，防止其脫落。拋繩時，電機轉動，掛繩端從第二隔板5中再次抽出，掛繩端的端部進入第一隔板4通孔內，但未穿出。此時繩頭線圈與掛繩端分離，從而在重力作用下離開機器人，達到拋線目的。繩頭脫落後，電機停止工作，掛繩端復位。拋線模塊受中央控制器控制，根據地面控制臺發出的遙控信號，進行相應電機動作。
[0026]視覺模塊由攝像頭、圖像傳輸模塊構成，攝像頭作為機器人的眼睛。將拍到的圖像數據通過圖像傳輸模塊回傳至地面控制臺，操作人員通過地面控制臺查看圖像。攝像頭與圖像傳輸模塊均安裝在機器人機架艙體I底座上。
[0027]中央控制器安裝在機架艙體I底座上，中央控制器通過電路與所有模塊連接，為所有模塊提供控制信號。中央控制器由CPU及相應控制電路組成，同時含有平衡儀、GPS和對飛行情況進行監測的傳感器及相應電路，可實時調節機器人飛行姿態，保證飛行穩定。可實時定位機器人，由CPU存儲GPS獲得的實時坐標值，同時可檢測出機器人高度、飛行速度等飛行參數以及電池電量，可根據坐標值繪製航線圖，根據電池電量計算續航時間，當續航時間低於設定警戒值時，中央控制器向地面控制臺發送報警信號，地面控制臺警示燈閃爍，提醒操作者儘快返航或降落。
[0028]無線通訊模塊安裝在機架艙體I底座上，與中央控制器通過電路連接，通過無線信號傳遞中央控制器與地面控制臺之間的信息。可通過3G網卡接入無線網，適用於超遠程信號傳輸。
[0029]檢測模塊安裝在機架艙體I底座上，包括各類傳感器，如風向、風速、紅外檢測、障礙檢測等，與中央控制器通過電路連接。檢測結果通過中央控制器回傳地面控制臺。
[0030]地面控制臺包括:操作臺11、顯示屏9、無線通訊模塊。操作臺11上布有操縱杆
13、操作按鈕10、指示燈12用於遙控機器人進行飛行及工作。顯示屏9顯示機器人攝像頭拍到的圖像及檢測模塊檢測到的各個參數。無線通訊模塊實現操作臺11、顯示屏9與機器人之間的信號互傳。操作臺11與顯示屏9、無線通訊模塊通過電路連接，無線通訊模塊內嵌在操作臺11中。操作臺系統以ARM處理器作為CPU，通過該晶片上的UART通訊模塊與無線通訊模塊相連，ARM晶片為主機，無線通訊模塊為從機。無線通訊模塊使用3G系統，通過無線網實現數據與信號的發送、接收。晶片通過自身I/O 口與控制鍵盤、操縱杆相連，採集人機交流信號。當控制按鍵按下或操縱杆有動作時，相應I/O 口會採集到信號，由CPU將相應控制信號發送到無線通訊模塊，再由無線通訊模塊發送至機器人。由機器人視覺模塊回傳的圖像信息和檢測模塊回傳的檢測數據經過操作臺CPU處理，顯示在顯示屏上。
[0031]本發明的放線機器人具有自動避障功能，及自動返航、定點懸停功能。可以檢測到障礙物，為中央控制器避障提供數據。可存儲飛行航線坐標，當與地面控制臺失聯，或接收到自動返航指令後，機器人會依據航線坐標，自動尋蹤返航。此外，本放線機器人在指定位置可精確定位懸停，由中央控制器自動調節彌補偏移量。
[0032]本發明中的飛行機器人完全由碳纖維構成，所設計機架與現有遙控飛機相比，可以進行摺疊，此外機架部分，特別是旋翼座的布置經過空氣動力學計算，具有較好空氣動力學性能。特別是機架上各模塊、元件的安裝位置也經過了力學計算，進行了動平衡分析後確定了最佳安裝位置。本發明中使用的飛行控制器大疆公司生產的DJI—WK型飛控。本發明中的地面控制臺及機器人端上彼此配套的無線通訊模塊與現有同類設備相比，區別在於採用3G系統進行數據交流、信號傳輸，傳輸距離更長、信號抗幹擾能力更強。其可與手機等智能設備通過配套App實現連接，使用者可於手機、平板電腦端查看機器人回傳的各類數據。
[0033]地面控制臺為減小體積與成本，不具備自帶的大容量內存，但支持SD卡、U盤、移動硬碟等外部移動存儲設備。機器人回傳的視頻直接存儲至該類大容量移動存儲設備之中。同時該控制站支持無線網卡及有線網接入，當網際網路接入後，人員可通過網絡遠程查看機器人回傳的視頻、參數。也可向地面控制臺端發送控制權請求，經點擊允許後，可遠程操作機器人。
【權利要求】
1.一種智能飛行放線機器人系統，包括飛行機器人和地面控制臺，該地面控制臺通過無線方式與飛行機器人通信從而能對飛行機器人進行遙控，其特徵在於:其中飛行機器人包括電動遙控直升機，在該電動遙控直升機的底座上安裝有拋線模塊，該拋線模塊包括電動機，該電動機分別與電動遙控直升機上的電源和中央控制器連接，從而接受供電並且受中央控制器的控制，該電動機的輸出軸與一齒輪齒條機構中齒輪(3)的轉軸傳動連接,而該齒輪齒條機構中齒條(7)的一端通過復位彈簧(6)安裝在底座上而其另一端上設有一延長杆(8),在該底座上還安裝有第一隔板(4)和第二隔板(5),前述齒條(7)的延長杆(8)依次從第一隔板(4)和第二隔板(5)上的通孔中穿過。
2.如權利要求1所述的智能飛行放線機器人系統，其特徵在於:其中在電動遙控直升機上安裝有視覺模塊，該視覺模塊包括攝像頭和圖像傳輸模塊，該攝像頭通過圖像傳輸模塊與中央控制器連接。
3.如權利要求2所述的智能飛行放線機器人系統，其特徵在於:其中圖像傳輸模塊包括相連接的圖像採集卡和無線數據傳輸器，該無線數據傳輸器與地面控制臺之間通過無線方式連接。
4.如權利要求1所述的智能飛行放線機器人系統，其特徵在於:其中在電動遙控直升機的底座上安裝有檢測模塊，該檢測模塊包括風向傳感器、風速傳感器、紅外檢測傳感器、障礙檢測傳感器，並且該檢測模塊與電動遙控直升機上的中央控制器連接，從而能將檢測結果通過中央控制器回傳至地面控制臺。
5.如權利要求1至4中任意一項所述的智能飛行放線機器人系統，其特徵在於:其中地面控制臺包括遙控操作臺(11)，以及與該遙控操作臺(11)連接的顯示屏(9)和無線通訊模塊，在該遙控操作臺(11)上設有操縱杆(13)、操作按鈕(10)和指示燈(12)。
6.如權利要求1至4中任意一項所述的智能飛行放線機器人系統，其特徵在於:其中在電動遙控直升機上設有沿環狀分布的4至12個旋翼(2)，每個旋翼(2)均與一個旋翼軸傳動連接，並且每個旋翼軸均與電動遙控直升機內的發動機傳動連接。
【文檔編號】G05D1/10GK104133481SQ201410169565
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】趙金剛, 何鵬飛, 苗克林, 吳妮宏, 陶永才, 方宏毅, 龔濤, 黃會德 申請人:國家電網公司, 寧夏送變電工程公司