输电线路无人机巡检飞控系统与自动避障装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种输电线路无人机巡检飞控系统与自动避障装置，自动避障装置包括相互连接的环境感知装置和避障主控终端，环境感知装置包括激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器，避障主控终端包括相互连接的ARM芯片、DSP芯片以及FPGA芯片，环境感知装置采用多种类型传感器准确获取无人机周围障碍物位置信息数据，避障主控终端采用ARM+DSP+FPGA的芯片架构，并加载有SLAM软件，进行SLAM运算，实时计算无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离，当无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离小于预设安全距离时，更新无人机航迹规划，实现输电线路无人机巡检自动避障。
【专利说明】
输电线路无人机巡检飞控系统与自动避障装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及无人机巡检技术领域，特别是涉及输电线路无人机巡检飞控系统与自动避障装置。
【背景技术】
[0002]架空输电线路巡检是电网公司日常维护的基本工作，巡检方式可分为人工巡检、有直升机人巡检以及无人机巡检。尽管人工巡检是最传统的巡检方式，但效率较低且受气候地理环境制约。随着航空、电子科学技术领域的发展，直升机/无人机电力巡检方式正被广泛的研究与应用，尤其无人机巡检因安全高效特性，具有越来越大的应用价值。
[0003]输电线路多分布远离城镇的山区，地形复杂、树木繁多，这些因素都对无人机飞行造成安全隐患。架空输电线路巡检过程中无人机会根据预先设定的航线飞行，缺少人为干预，若不能对未知障碍物进行规避就会发生碰撞，将会造成重大的经济财产损失。
【实用新型内容】
[0004]基于此，有必要针对目前输电线路无人机巡检尚无自动避障装置，存在很大的安全隐患的问题，提供一种输电线路无人机巡检自动避障装置，确保输电线路无人机巡检的安全与高效。
[0005]—种输电线路无人机巡检自动避障装置，包括相互连接的环境感知装置和避障主控终端；
[0006]环境感知装置包括激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器，避障主控终端包括相互连接的ARM(Advanced RISC Machines，精简指令集计算机微处理器)芯片、DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理)芯片以及FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)芯片，避障主控终端存储有预设无人机航迹规划，避障主控终端加载有SLAM simultaneous localizat1n and mapping，定位与地图构建)软件；
[0007]环境感知装置扫描无人机周围环境，获取无人机周围障碍物位置信息数据，发送无人机周围障碍物位置信息数据至避障主控终端，避障主控终端根据无人机周围障碍物位置信息数据，采用SLAM软件进行SLAM运算，实时计算无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离，根据预设无人机航迹规划判断当无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离小于预设安全距离时，更新无人机航迹规划。
[0008]—种输电线路无人机巡检飞控系统，包括输电线路无人机巡检飞控系统本体和输电线路无人机巡检自动避障装置；
[0009]输电线路无人机巡检飞控系统本体与输电线路无人机巡检自动避障装置连接。
[0010]本实用新型输电线路无人机巡检自动避障装置，包括相互连接的环境感知装置和避障主控终端，环境感知装置包括激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器，避障主控终端包括相互连接的ARM芯片、DSP芯片以及FPGA芯片，环境感知装置采用多种类型传感器准确获取无人机周围障碍物位置信息数据，避障主控终端采用ARM+DSP+FPGA的芯片架构，具备强大的数据处理能力和数据传输能力，另外存储有预设无人机航迹规划，并加载有SLAM软件，进行SLAM运算，实时计算无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离，根据预设无人机航迹规划判断当无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离小于预设安全距离时，更新无人机航迹规划，实现输电线路无人机巡检自动避障，确保输电线路无人机巡检的安全与尚效。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型输电线路无人机巡检自动避障装置第一个实施例的结构示意图；
[0012]图2为本实用新型输电线路无人机巡检自动避障装置第二个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，一种输电线路无人机巡检自动避障装置，包括相互连接的环境感知装置100和避障主控终端200 ；
[0014]环境感知装置100包括激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器，避障主控终端200包括相互连接的ARM芯片、DSP芯片以及FPGA芯片，避障主控终端200存储有预设无人机航迹规划，避障主控终端200加载有SLAM软件；
[0015]环境感知装置100扫描无人机周围环境，获取无人机周围障碍物位置信息数据，发送无人机周围障碍物位置信息数据至避障主控终端200，避障主控终端200根据无人机周围障碍物位置信息数据，采用SLAM软件进行SLAM运算，实时计算无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离，根据预设无人机航迹规划判断当无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离小于预设安全距离时，更新无人机航迹规划。
[0016]环境感知装置100用于实时采集无人机周围的环境信息数据，具体来说，环境感知装置100内置有多种传感器，其采集的环境信息数据包括障碍物位置信息数据，对于障碍物位置信息数据采集可以使用雷达设备实现障碍物位置定位，采用视觉传感器实现障碍物识另O。在本实施例中，选用激光雷达、超声波雷达两种不同的雷达设备实现故障物位置定位，能够有效克服地形与环境气候对定位精度带来的影响。预设无人机航迹规划是根据需巡检的输电线路预先设定的航行轨迹，这些预设的数据存储于避障主控终端200内。SLAM指机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。SLAM软件是一款基于SLAM技术的计算机软件，其能够对输入的数据进行SLAM运算。输入无人机周围障碍物位置信息数据，在实现无人机自身定位的同时，实时计算无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离。避障主控终端200根据预设无人机航迹规划判断当无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离小于预设安全距离时，更新无人机航迹规划。预设安全距离是基于无人机应用环境和输电线路巡检需求预先设定的值，例如可以设定为30米、50米等。
[0017]需要指出的是，本实用新型输电线路无人机巡检自动避障装置功能的实现是由硬件结构带来，具体来说，环境感知装置100包括多种类型硬件传感器，避障主控终端200内置有ARM芯片、DSP芯片以及FPGA芯片，避障主控终端200中预先存储有数据，并加载现有已知软件，所以本实用新型输电线路无人机巡检自动避障装置功能实现无需计算机软件技术的改进。
[0018]本实用新型输电线路无人机巡检自动避障装置，包括相互连接的环境感知装置100和避障主控终端200，环境感知装置100包括激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器，避障主控终端200包括相互连接的ARM芯片、DSP芯片以及FPGA芯片，环境感知装置100采用多种类型传感器准确获取无人机周围障碍物位置信息数据，避障主控终端200采用ARM+DSP+FPGA的芯片架构，具备强大的数据处理能力和数据传输能力，另外存储有预设无人机航迹规划，并加载有SLAM软件，进行SLAM运算，实时计算无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离，根据预设无人机航迹规划判断当无人机自身位置与无人机周围障碍物之间距离小于预设安全距离时，更新无人机航迹规划，实现输电线路无人机巡检自动避障，确保输电线路无人机巡检的安全与高效。
[0019]具体来说，在避障主控终端200中DPS主要完成三维建模及职能航迹规划算法，ARM主要实现主程序流程控制，FPGA实现数据处理，传输接口设置。避障主控终端200采用这种模式即能满足体积小、低功耗的要求，又能进行图像处理和复杂的算法运算，DSP采用高速数字信号处理能力芯片，满足对高点云密度数据的快速建模，ARM采用高速率芯片，满足避障系统的快速流程控制，FPGA采用高时钟速率，能够实现对数据的快速封装与传输。
[0020]在其中一个实施例中，环境感知装置100设置于无人机机体外，避障主控终端200设置于无人机机体内。
[0021]环境感知装置100设置于无人机机体外便于全方位准确采集无人机周围障碍物位置信息数据。而避障主控终端200由大量芯片组成，其极易受到外力损坏，设置于无人机机体内有利于保护避障主控终端200。
[0022]在其中一个实施例中，输电线路无人机巡检自动避障装置还包括粘贴盘，粘贴盘粘贴于无人机机体外，粘贴盘用于将环境感知装置100粘贴于无人机机体外。
[0023]在其中一个实施例中，粘贴盘与环境感知装置100可拆卸连接。
[0024]粘贴盘是一种可分离的粘贴装置，粘贴盘粘贴于无人机机体外，粘贴盘与环境感知装置100可拆卸连接，一方面，环境感知装置100在无人机航行时稳定固定于无人机机体上;另一方面，当环境感知装置100需要安装、更换或维护时，可以从无人机机体上便捷拆卸下来。具体来说，粘贴盘与环境感知装置100可以采用锁扣或者卡扣等方式实现可拆卸连接。
[0025]如图2所示，在其中一个实施例中，输电线路无人机巡检自动避障装置还包括串口线300，环境感知装置100通过串口线300与避障主控终端200连接。
[0026]环境感知装置100通过串口线300与避障主控终端200进行数据传输，能够确保数据传输的稳定与准确。
[0027]在其中一个实施例中，环境感知装置100还包括固定底座，固定底座固定于无人机机体外，激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器固定于固定底座上。
[0028]固定底座用于将激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器固定。为了避免传感器之间相互信号的影响，激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器需要间隔一定的距离设置，而无人机在航行过程中会产生比较剧烈的振动，若不对激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器进行固定，必然会影响激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器的正常工作，导致其无法准确采集数据。
[0029]如图2所示，在其中一个实施例中，输电线路无人机巡检自动避障装置还包括避障显示装置400，避障显示装置400与避障主控终端200无线连接。
[0030]避障显示装置400显示无人机实际航迹以及障碍预警信息，避障显示装置400可以设置于地面，便于地面操作人员对无人机航迹规划实时了解。非必要的，避障显示装置400还可以将预设无人机航迹规划与无人机实时航迹一同显示，以使操作人员了解无人机航迹规划变化情况。
[0031]如图2所示，在其中一个实施例中，输电线路无人机巡检自动避障装置还包括电源500，电源500分别与环境感知装置100以及避障主控终端200连接。
[0032]电源500用于为环境感知装置100和避障主控终端200提供电能，电源500可以选用蓄电池，例如可以选用高能量密度的三元聚合物锂电池。
[0033]如图2所示，在其中一个实施例中，输电线路无人机巡检自动避障装置还包括状态指示装置600，状态指示装置600与避障主控终端200连接。
[0034]在其中一个实施例中，状态指示装置600为指示灯。
[0035]状态指示装置600用于表征输电线路无人机巡检自动避障装置的工作状态。状态指示装置600可以为指示灯，指示灯一般可以通过闪亮不同颜色或者不同闪亮频率来表征设备不同工况。例如可以用指示灯亮绿灯表征输电线路无人机巡检自动避障装置处于正常工作状态，指示灯亮黄灯表征输电线路无人机巡检自动避障装置存在故障隐患或者需要更换电池等，指示灯亮红灯表征输电线路无人机巡检自动避障装置已出现故障，无法正常工作。
[0036]—种输电线路无人机巡检飞控系统，包括输电线路无人机巡检飞控系统本体和上述输电线路无人机巡检自动避障装置；
[0037]输电线路无人机巡检飞控系统本体与上述输电线路无人机巡检自动避障装置连接。
[0038]以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种输电线路无人机巡检自动避障装置，其特征在于，包括相互连接的环境感知装置和避障主控终端； 所述环境感知装置包括激光雷达、超声波雷达以及视觉传感器，所述避障主控终端包括相互连接的ARM芯片、DSP芯片以及FPGA芯片，所述避障主控终端存储有预设无人机航迹规划，所述避障主控终端加载有SLAM软件； 所述环境感知装置扫描无人机周围环境，获取无人机周围障碍物位置信息数据，发送所述无人机周围障碍物位置信息数据至所述避障主控终端，所述避障主控终端根据所述无人机周围障碍物位置信息数据，采用SLAM软件进行SLAM运算，实时计算无人机自身位置与所述无人机周围障碍物之间距离，根据所述预设无人机航迹规划判断当所述无人机自身位置与所述无人机周围障碍物之间距离小于预设安全距离时，更新无人机航迹规划。2.根据权利要求1所述的输电线路无人机巡检自动避障装置，其特征在于，所述环境感知装置设置于无人机机体外，所述避障主控终端设置于所述无人机机体内。3.根据权利要求1或2所述的输电线路无人机巡检自动避障装置，其特征在于，还包括粘贴盘，所述粘贴盘用于将所述环境感知装置粘贴于所述无人机机体外。4.根据权利要求3所述的输电线路无人机巡检自动避障装置，其特征在于，所述粘贴盘与所述环境感知装置可拆卸连接。5.根据权利要求1或2所述的输电线路无人机巡检自动避障装置，其特征在于，还包括串口线，所述环境感知装置通过所述串口线与所述避障主控终端连接。6.根据权利要求1或2所述的输电线路无人机巡检自动避障装置，其特征在于，所述环境感知装置还包括固定底座，所述固定底座固定于所述无人机机体外，所述激光雷达、所述超声波雷达以及所述视觉传感器均固定于所述固定底座上。7.根据权利要求1或2所述的输电线路无人机巡检自动避障装置，其特征在于，还包括避障显示装置，所述避障显示装置与所述避障主控终端无线连接。8.根据权利要求1或2所述的输电线路无人机巡检自动避障装置，其特征在于，还包括状态指示装置，所述状态指示装置与所述避障主控终端连接。9.根据权利要求8所述的输电线路无人机巡检自动避障装置，其特征在于，所述状态指示装置为指示灯。10.—种输电线路无人机巡检飞控系统，其特征在于，包括输电线路无人机巡检飞控系统本体和如权利要求1-9任意一项所述的输电线路无人机巡检自动避障装置； 所述输电线路无人机巡检飞控系统本体与所述输电线路无人机巡检自动避障装置连接。
【文档编号】G05D1/10GK205427621SQ201520706242
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年9月11日
【发明人】左鹏飞, 张巍, 王兵, 张拯宁, 张贵峰, 吴新桥, 陈晓, 杨鹤猛, 李东武, 张慧心, 陈超
【申请人】南方电网科学研究院有限责任公司, 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心, 天津航天中为数据系统科技有限公司