智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)。包括飛行機(jī)器人和地面控制臺，該地面控制臺通過無線方式與飛行機(jī)器人通信從而能對飛行機(jī)器人進(jìn)行遙控，其特點(diǎn)是，其中飛行機(jī)器人包括電動遙控直升機(jī)，在該電動遙控直升機(jī)的底座上安裝有拋線模塊，該拋線模塊包括電動機(jī)，該電動機(jī)分別與電動遙控直升機(jī)上的電源和中央控制器連接，從而接受供電并且受中央控制器的控制，該電動機(jī)的輸出軸與一齒輪齒條機(jī)構(gòu)中齒輪(3)的轉(zhuǎn)軸傳動連接。經(jīng)過試用證明，本發(fā)明的機(jī)器人系統(tǒng)可以代替目前普遍使用的人工、飛艇、動力傘展放引繩技術(shù)，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(fèi)用，保護(hù)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前在電網(wǎng)建設(shè)過程中，由于施工現(xiàn)場作業(yè)面廣，點(diǎn)多線長，地形復(fù)雜，在導(dǎo)線展放施工中經(jīng)常涉及通道砍伐和青苗賠償?shù)葐栴}。此外，跨越帶電線路，跨越大江、河流、湖泊、山林深谷、自然保護(hù)區(qū)等特殊地理環(huán)境中的線路施工問題則更為棘手，許多情況下，人員及現(xiàn)有設(shè)備無法通過，或者施工成本過高，人員、設(shè)備危險性大。而電網(wǎng)建設(shè)的趨勢恰是跨越帶電線路、跨越復(fù)雜地形的情況越來越多。為了確保人員安全，保護(hù)生態(tài)平衡和自然環(huán)境，減少青賠費(fèi)用，研制和應(yīng)用新型展放導(dǎo)引繩設(shè)備用于電網(wǎng)建設(shè)的架線施工迫在眉睫。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)，能夠通過飛行機(jī)器人采集并傳輸實(shí)時圖像給地面控制臺，并且能夠在地面控制臺的控制下實(shí)現(xiàn)架線施工所需的放線功倉泛。
[0004]一種智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)，包括飛行機(jī)器人和地面控制臺，該地面控制臺通過無線方式與飛行機(jī)器人通信從而能對飛行機(jī)器人進(jìn)行遙控，其特別之處在于:其中飛行機(jī)器人包括電動遙控直升機(jī)，在該電動遙控直升機(jī)的底座上安裝有拋線模塊，該拋線模塊包括電動機(jī)，該電動機(jī)分別與電動遙控直升機(jī)上的電源和中央控制器連接，從而接受供電并且受中央控制器的控制，該電動機(jī)的輸出軸與一齒輪齒條機(jī)構(gòu)中齒輪的轉(zhuǎn)軸傳動連接，而該齒輪齒條機(jī)構(gòu)中齒條的一端通過復(fù)位彈簧安裝在底座上而其另一端上設(shè)有一延長桿，在該底座上還安裝有第一隔板和第二隔板，前述齒條的延長桿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(jī)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采集卡和無線數(shù)據(jù)傳輸器，該無線數(shù)據(jù)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(jī)的底座上安裝有檢測模塊，該檢測模塊包括風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器、紅外檢測傳感器、障礙檢測傳感器，并且該檢測模塊與電動遙控直升機(jī)上的中央控制器連接，從而能將檢測結(jié)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(shè)有操縱桿、操作按鈕和指示燈。
[0009]其中在電動遙控直升機(jī)上設(shè)有沿環(huán)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，并且每個旋翼軸均與電動遙控直升機(jī)內(nèi)的發(fā)動機(jī)傳動連接。
[0010]經(jīng)過試用證明，本發(fā)明的機(jī)器人系統(tǒng)可以代替目前普遍使用的人工、飛艇、動力傘展放引繩技術(shù)，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(fèi)用，保護(hù)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。相比飛艇放線，本發(fā)明具有更好的抗風(fēng)能力和穩(wěn)定性。相比動力傘放線，本發(fā)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(fā)明應(yīng)用到放線施工中，既可完成放線工作，同時可承擔(dān)起線路巡線和工器具空中運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，功能優(yōu)勢明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖1為本發(fā)明的邏輯原理框圖；
[0012]附圖2為本發(fā)明中電動遙控直升機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]附圖3為本發(fā)明中電動遙控直升機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]附圖4為本發(fā)明中電動遙控直升機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]附圖5為本發(fā)明中拋線模塊部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]附圖6為本發(fā)明中地面控制臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]附圖7為本發(fā)明中飛行機(jī)器人的飛行控制流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1、2、3、4、5、6所示，本發(fā)明是一種智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)，包括飛行機(jī)器人和地面控制臺，該地面控制臺通過無線方式與飛行機(jī)器人通信從而對飛行機(jī)器人進(jìn)行遙控，其中飛行機(jī)器人包括電動遙控直升機(jī)，在該電動遙控直升機(jī)的底座上安裝有拋線模塊，該拋線模塊包括電動機(jī)，該電動機(jī)分別與電動遙控直升機(jī)上的電源和中央控制器連接，從而接受供電并且受中央控制器的控制，該電動機(jī)的輸出軸與一齒輪齒條機(jī)構(gòu)中齒輪3的轉(zhuǎn)軸傳動連接，而該齒輪齒條機(jī)構(gòu)中的齒條7的一端通過復(fù)位彈簧6安裝在底座上而其另一端上設(shè)有一延長桿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的延長桿8依次從第一隔板4和第二隔板5上的通孔中穿過，并且在該第一隔板4和第二隔板5之間的延長桿8上設(shè)有掛繩端或者直接將該部分延長桿8作為掛繩端。當(dāng)然，電動遙控直升機(jī)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(shí)現(xiàn)無線通訊。
[0019]其中在電動遙控直升機(jī)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，而該圖像傳輸模塊采用由相連接的圖像采集卡及無線數(shù)據(jù)傳輸器組成的集成系統(tǒng)，圖像采集卡采集攝像頭拍攝到的圖像數(shù)據(jù)，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸器迅速地傳送到地面控制臺進(jìn)行處理。
[0020]另外在該電動遙控直升機(jī)的底座上安裝有檢測模塊，該檢測模塊包括風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器、紅外檢測傳感器、障礙檢測傳感器，并且該檢測模塊與電動遙控直升機(jī)上的中央控制器連接，從而能將檢測結(jié)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(shè)有操縱桿13、操作按鈕10和指示燈12。
[0021]其中在電動遙控直升機(jī)上設(shè)有沿環(huán)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，并且每個旋翼軸均與電動遙控直升機(jī)內(nèi)的發(fā)動機(jī)(可采用電動機(jī))傳動連接。
[0022]下面更進(jìn)一步的說明本發(fā)明的組成:
[0023]本發(fā)明中的智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)由旋翼2、電機(jī)、電調(diào)、機(jī)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。采用垂直起降方式，由旋翼2轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)對機(jī)器人中央控制器的控制，同時查看機(jī)器人回傳的各類數(shù)據(jù)。本發(fā)明的放線機(jī)器人集檢測、拍攝、放線功能于一體?？删_定點(diǎn)懸停，當(dāng)機(jī)器人到達(dá)指定位置后，進(jìn)入懸停狀態(tài)，在外力作用下偏離指定位置后，會自動調(diào)節(jié)返回指定位置。此外，機(jī)器人可自動記錄航線坐標(biāo)，當(dāng)與地面控制臺失聯(lián)后，可以依照記錄航線坐標(biāo)自動返航。
[0024]本發(fā)明的放線機(jī)器人由電池為整個機(jī)器人供電，由中央控制器接受地面控制臺發(fā)送的控制信號，控制電動機(jī)轉(zhuǎn)動，由電動機(jī)帶動旋翼2轉(zhuǎn)動，旋翼2轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的升力作為機(jī)器人飛行的動力。機(jī)器人具有多個旋翼2,由中央控制器控制各旋翼2下電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向(電調(diào)配合)。實(shí)現(xiàn)各旋翼2之間的配合，從而完成各種飛行動作。旋翼2、電機(jī)、電調(diào)連接后安裝在機(jī)架上的旋翼座內(nèi)，通過電路與中央控制器建立連接。機(jī)架旋翼軸可收縮、折疊，方便攜帶、運(yùn)輸。
[0025]其中拋線模塊安裝于機(jī)架艙體I底座外表面上，由小型的電動機(jī)、拋線機(jī)構(gòu)組成，拋線機(jī)構(gòu)為齒輪齒條機(jī)構(gòu)。其中小型電動機(jī)(電機(jī))帶動齒輪3轉(zhuǎn)動，齒輪3帶動齒條7，齒條7 —端設(shè)有圓柱體的延長桿8 (掛繩端)，穿過第一隔板4。另一端連接有復(fù)位彈簧6。在電機(jī)不工作情況下，掛繩端同時穿過第一隔板4、第二隔板5。當(dāng)需要掛繩時，電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪3、齒條7傳動后，掛繩端從第二隔板5中抽出，復(fù)位彈簧6被壓縮。之后，將繩頭線圈放置于掛繩端與第二隔板5間，此時，令電機(jī)停止工作，復(fù)位彈簧6復(fù)位，推動掛繩端穿過繩頭線圈與第二隔板5。繩頭此時掛于掛繩端，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(jī)轉(zhuǎn)動，掛繩端從第二隔板5中再次抽出，掛繩端的端部進(jìn)入第一隔板4通孔內(nèi)，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(jī)器人，達(dá)到拋線目的。繩頭脫落后，電機(jī)停止工作，掛繩端復(fù)位。拋線模塊受中央控制器控制，根據(jù)地面控制臺發(fā)出的遙控信號，進(jìn)行相應(yīng)電機(jī)動作。
[0026]視覺模塊由攝像頭、圖像傳輸模塊構(gòu)成，攝像頭作為機(jī)器人的眼睛。將拍到的圖像數(shù)據(jù)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(jī)器人機(jī)架艙體I底座上。
[0027]中央控制器安裝在機(jī)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(yīng)控制電路組成，同時含有平衡儀、GPS和對飛行情況進(jìn)行監(jiān)測的傳感器及相應(yīng)電路，可實(shí)時調(diào)節(jié)機(jī)器人飛行姿態(tài)，保證飛行穩(wěn)定?？蓪?shí)時定位機(jī)器人，由CPU存儲GPS獲得的實(shí)時坐標(biāo)值，同時可檢測出機(jī)器人高度、飛行速度等飛行參數(shù)以及電池電量，可根據(jù)坐標(biāo)值繪制航線圖，根據(jù)電池電量計算續(xù)航時間，當(dāng)續(xù)航時間低于設(shè)定警戒值時，中央控制器向地面控制臺發(fā)送報警信號，地面控制臺警示燈閃爍，提醒操作者盡快返航或降落。
[0028]無線通訊模塊安裝在機(jī)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?？赏ㄟ^3G網(wǎng)卡接入無線網(wǎng)，適用于超遠(yuǎn)程信號傳輸。
[0029]檢測模塊安裝在機(jī)架艙體I底座上，包括各類傳感器，如風(fēng)向、風(fēng)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(jié)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上布有操縱桿
13、操作按鈕10、指示燈12用于遙控機(jī)器人進(jìn)行飛行及工作。顯示屏9顯示機(jī)器人攝像頭拍到的圖像及檢測模塊檢測到的各個參數(shù)。無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)操作臺11、顯示屏9與機(jī)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(nèi)嵌在操作臺11中。操作臺系統(tǒng)以ARM處理器作為CPU，通過該芯片上的UART通訊模塊與無線通訊模塊相連，ARM芯片為主機(jī)，無線通訊模塊為從機(jī)。無線通訊模塊使用3G系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信號的發(fā)送、接收。芯片通過自身I/O 口與控制鍵盤、操縱桿相連，采集人機(jī)交流信號。當(dāng)控制按鍵按下或操縱桿有動作時，相應(yīng)I/O 口會采集到信號，由CPU將相應(yīng)控制信號發(fā)送到無線通訊模塊，再由無線通訊模塊發(fā)送至機(jī)器人。由機(jī)器人視覺模塊回傳的圖像信息和檢測模塊回傳的檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過操作臺CPU處理，顯示在顯示屏上。
[0031]本發(fā)明的放線機(jī)器人具有自動避障功能，及自動返航、定點(diǎn)懸停功能。可以檢測到障礙物，為中央控制器避障提供數(shù)據(jù)?？纱鎯︼w行航線坐標(biāo)，當(dāng)與地面控制臺失聯(lián)，或接收到自動返航指令后，機(jī)器人會依據(jù)航線坐標(biāo)，自動尋蹤返航。此外，本放線機(jī)器人在指定位置可精確定位懸停，由中央控制器自動調(diào)節(jié)彌補(bǔ)偏移量。
[0032]本發(fā)明中的飛行機(jī)器人完全由碳纖維構(gòu)成，所設(shè)計機(jī)架與現(xiàn)有遙控飛機(jī)相比，可以進(jìn)行折疊，此外機(jī)架部分，特別是旋翼座的布置經(jīng)過空氣動力學(xué)計算，具有較好空氣動力學(xué)性能。特別是機(jī)架上各模塊、元件的安裝位置也經(jīng)過了力學(xué)計算，進(jìn)行了動平衡分析后確定了最佳安裝位置。本發(fā)明中使用的飛行控制器大疆公司生產(chǎn)的DJI—WK型飛控。本發(fā)明中的地面控制臺及機(jī)器人端上彼此配套的無線通訊模塊與現(xiàn)有同類設(shè)備相比，區(qū)別在于采用3G系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流、信號傳輸，傳輸距離更長、信號抗干擾能力更強(qiáng)。其可與手機(jī)等智能設(shè)備通過配套App實(shí)現(xiàn)連接，使用者可于手機(jī)、平板電腦端查看機(jī)器人回傳的各類數(shù)據(jù)。
[0033]地面控制臺為減小體積與成本，不具備自帶的大容量內(nèi)存，但支持SD卡、U盤、移動硬盤等外部移動存儲設(shè)備。機(jī)器人回傳的視頻直接存儲至該類大容量移動存儲設(shè)備之中。同時該控制站支持無線網(wǎng)卡及有線網(wǎng)接入，當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)接入后，人員可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程查看機(jī)器人回傳的視頻、參數(shù)。也可向地面控制臺端發(fā)送控制權(quán)請求，經(jīng)點(diǎn)擊允許后，可遠(yuǎn)程操作機(jī)器人。
【權(quán)利要求】
1.一種智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)，包括飛行機(jī)器人和地面控制臺，該地面控制臺通過無線方式與飛行機(jī)器人通信從而能對飛行機(jī)器人進(jìn)行遙控，其特征在于:其中飛行機(jī)器人包括電動遙控直升機(jī)，在該電動遙控直升機(jī)的底座上安裝有拋線模塊，該拋線模塊包括電動機(jī)，該電動機(jī)分別與電動遙控直升機(jī)上的電源和中央控制器連接，從而接受供電并且受中央控制器的控制，該電動機(jī)的輸出軸與一齒輪齒條機(jī)構(gòu)中齒輪(3)的轉(zhuǎn)軸傳動連接,而該齒輪齒條機(jī)構(gòu)中齒條(7)的一端通過復(fù)位彈簧(6)安裝在底座上而其另一端上設(shè)有一延長桿(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)的延長桿(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(quán)利要求1所述的智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于:其中在電動遙控直升機(jī)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(quán)利要求2所述的智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于:其中圖像傳輸模塊包括相連接的圖像采集卡和無線數(shù)據(jù)傳輸器，該無線數(shù)據(jù)傳輸器與地面控制臺之間通過無線方式連接。
4.如權(quán)利要求1所述的智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于:其中在電動遙控直升機(jī)的底座上安裝有檢測模塊，該檢測模塊包括風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器、紅外檢測傳感器、障礙檢測傳感器，并且該檢測模塊與電動遙控直升機(jī)上的中央控制器連接，從而能將檢測結(jié)果通過中央控制器回傳至地面控制臺。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于: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(shè)有操縱桿(13)、操作按鈕(10)和指示燈(12)。
6.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的智能飛行放線機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于:其中在電動遙控直升機(jī)上設(shè)有沿環(huán)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，并且每個旋翼軸均與電動遙控直升機(jī)內(nèi)的發(fā)動機(jī)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(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)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(wǎng)公司, 寧夏送變電工程公司