專利名稱：一種電力巡線無人機輔助控制系統及控制方法
技術領域：
本發明屬于機器人自動作業領域，尤其涉及一種電力巡線無人機輔助控制系統及控制方法。
背景技術：
無人駕駛飛行器(Unmanned Aerial Vehicle),也叫空中機器人，以下簡稱無人機。無人機是通過手持無線電遙控設備或機載計算機程控系統進行操控的不載人飛行器， 相對于載人飛機，無人機結構簡單、使用成本低，不但能完成有人駕駛飛機執行的任務，更適用于有人飛機不宜執行的任務，如危險區域的偵察、空中救援指揮和遙感監測。目前在電力巡檢的無人機主要有固定翼無人機、無人直升機以及四旋翼。無人機通過搭載可見光成像、紅外成像等設備可以完成眾多的檢測任務，如線路覆冰監測、可見光拍照及紅外線拍照等。目前的電力巡線無人機一般需要飛控手對其進行遙控控制的方法對電力線進行查找目標故障點；高端的電力巡線無人機采用GPS輔助導航等技術，可以達到懸停增穩的效果。但以上兩種控制方法都需要通過人眼判斷懸停和拍攝方位，當拍攝點離飛控手很遠的情況下，飛控手無法很好地進行飛行定位，而且很難辨別輸電線和無人機拍攝點的距離，如果飛控手判斷失誤，就很容易造成電力巡線無人機與輸電線相撞，從而導致墜機事故的發生。
發明內容
本發明旨在解決現有技術中，在電力巡線過程中，難以辨別電力線與無人機拍攝點的距離從而易造成無人機與電力線相撞的技術問題，提供一種電力巡線無人機輔助控制系統，可以方便定位無人機與電力線之間的距離，從而有效解決了電力巡線過程中無人機與電力線相撞的問題。一種電力巡線無人機輔助控制系統，包括
電場強度檢測器，安裝于所述無人機上，用于檢測電力線周圍的電場強度；
電機轉速控制器，用于在主控制器的控制下控制無人機中電機的轉速大小；
遙控器，用于與主控制器進行通訊并發送控制命令給主控制器；
主控制器，用于根據電場強度檢測器檢測的電場強度值計算無人機與電力線的距離值，并根據遙控器發送的控制命令和所述距離值控制電機轉速控制器進行工作。所述電場強度檢測器及電機轉速控制器分別與所述主控制器電連接。優選地，所述遙控器上設置有液晶顯示屏，所述液晶顯示屏用于至少顯示主控制器根據電場強度所得到無人機與電力線的距離值。優選地，所述主控制器將所述電場強度檢測器檢測的電場強度值與所述主控制器中預存的電力線周圍的電場分布曲線進行比對，得到無人機與電力線的距離值。優選地，所述電場強度檢測器為電場強度測試儀。優選地，所述無人機為四旋翼無人機。
本發明還提供一種上述無人機輔助控制系統的控制方法，所述控制方法包括， 預先將電力線的電場強度分布曲線存儲到無人機的主控制器內；
啟動無人機，控制無人機根據檢測到的電場強度值對該電力線進行巡線。優選地，控制無人機根據監測到的電場強度值對該電力線進行巡線的具體步驟為
步驟一，主控制器控制電場強度檢測器時刻監測電力線周圍的電場強度值；
步驟二，主控制器根據電場強度檢測器檢測到的電場強度值和存儲的所述電場強度分布曲線，調取對應的檢測點與電力線的距離值；
步驟三，主控制器根據所述距離值及遙控器的控制命令控制無人機的飛行方向和速度。優選地，在所述步驟三中，在遙控器發送的控制命令下，主控制器控制無人機與電力線的距離值始終大于或等于T，其中，T為安全距離。優選地，當所述距離值接近T時，主控制器控制無人機減慢飛行速度或者改變飛行方向，控制無人機與電力線之間的距離變大或保持不變。以上所述技術方案，通過在無人機系統中加設電場強度檢測器，利用該檢測器時刻檢測電場強度的大小，并根據預存的電力線周圍的電場強度分布曲線得到無人機與電力線的距離，通過對該距離的監測有解決了電力巡線中，無人機飛控手無法很好地進行飛行定位，難于辨別輸電線和無人機拍攝點的距離，從而造成電力巡線無人機與輸電線相撞的問題，從而有效避免了墜機事故的發生，同時該技術方案利用了現有電力線周圍的電場強度的特性曲線，精確容易的實現了對無人機與輸電線之間距離的控制，有效降低了無人機的研發成本，縮短了無人機的研發周期。
圖I是本發明電力巡線無人機輔助控制系統一種實施例的系統結構圖。圖2是220kV同塔雙回輸電線路不同導線對地高度下的工頻電場強度分布曲線圖。
具體實施例方式為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。如圖I所示，一種電力巡線無人機輔助控制系統，包括
電場強度檢測器12，安裝于所述無人機上，用于檢測電力線周圍的電場強度；
電機轉速控制器14，用于在主控制器11的控制下控制無人機中電機的轉速大小，從而控制無人機的飛行速度及飛行方向，通過控制電機轉速控制器14可以調節無人機的飛行速度同時可以改變無人機的飛行方向；
遙控器15，用于與主控制器11進行通訊并發送控制命令給主控制器11。一般情況下， 飛控手都是通過遙控器15對電力巡線無人機進行控制，通過遙控器15上的各種控制按鈕可以給主控制器11發送各種控制命令，通過各種控制命令可以使得無人機完成電力巡線工作。主控制器11，作為無人機中的核心控制板，對無人機各種控制命令的傳達和執行起著至關重要的作用。一方面，主控制器11控制電場強度檢測器12對電力線周圍的電場強度進行實時監測，并根據電場強度檢測器12檢測的電場強度值計算攝像頭與電力線的距離值；另一方面，主控制器11同時根據遙控器15發送的各種控制命令和所述距離值控制電機轉速控制器14進行工作。如，當無人機距離電力線很近的時候，可通過控制電機轉速控制器14降低電機的轉速從而減慢無人機的飛行速度，或者改變無人機的飛行方向。以上所述的電場強度檢測器12及電機轉速控制器14分別與所述的主控制器11 電連接。作為一種優選方案，所述遙控器15上設有液晶顯示屏，所述液晶顯示屏用于至少顯示主控制器11根據電場強度所得到的無人機與電力線的距離值，這樣就可以時刻清楚的了解無人機距離電力線的距離是多少，結合遙控器15上的其他控制按鈕的控制可以有效避免現有技術中只能通過眼睛觀察而帶來的無人機撞線事故的發生，有效提高了無人機電力巡線的安全性和實用性。另外，作為一種輔助控制方案，所述主控制器11還可以跟地面站系統進行通訊，向地面站工作人員時刻反饋無人機的巡線情況，以備地面站工作人員與飛控手進行時時通訊。在上述的方案中，優選地，所述主控制器11根據其預存的電力線周圍的電場分布曲線得到無人機與電力線的距離值。一般情況下，電力線運行時，由于電壓的存在，會在其周圍產生電場，電力線周圍工頻電場強度與線路運行電壓、線路參數(包括導線直徑、分裂導線數、分裂間距)、塔型結構有關。多回路電力線路同塔架設或平行架設時，電力線路周圍的工頻電場強度呼吁其相序排列有關。當然，根據現有技術的各種測量方式，可以得到各種電力線路排布形式下電力線周圍的電場強度分布曲線，因此部分不涉及本發明的實質內容部分，在此不作詳述。如圖2所示，圖2是典型220KV同塔雙回路輸電線路不同導線對地高度下的工頻電場強度分布曲線。橫軸表示的是距離電力線的距離，縱軸表示的是電場強度值，圖中分別給出了在電力線對地高度為 15m、14. 5m、14m、13. 5m、13m、12. 5m、12m、11. 5m、11m、10. 5m、IOm 下的電力線電場強度的分布曲線，由圖可見，在輸電路的下方，工頻電場強度隨著電力線對地高度的增加而減小。為了提高對電場強度的檢測精度，優選地，以上所述的電場強度檢測器12為電場強度測試儀。優選地，所述無人機為四旋翼無人機，四旋翼無人機是一種能夠垂直起降的多旋翼遙控自主飛行器，通過手持無線電遙控器或機載計算機程控系統進行操控，能實現空中定高定點的懸停以及GPS導航下的自主巡航。其主要優點為體重輕小、性能穩定，能在較小距離接近目標觀察物，是無人機巡線系統的理想飛行平臺。下面，本發明對上述所述的電力巡線無人機輔助控制系統的控制方法進行詳述。本發明提供一種上述電力巡線無人機輔助控制系統的控制方法，該控制方法包括，
預先將電力線的電場強度分布曲線存儲到無人機的主控制器11內；
啟動無人機，控制無人機根據檢測到的電場強度值對該電力線進行巡線。
首先通過現有技術的各種測試方式，可以得到各種電力線的電場強度分布曲線， 將該曲線預存到無人機的主控制器11內，以備后續使用。所述控制無人機根據檢測到的電場強度值對該電力線進行巡線的具體步驟為 步驟一，主控制器11控制電場強度檢測器12時刻監測電力線周圍的電場強度值；當啟
動無人機的時候主控制器11同時啟動電場強度檢測器12的工作對電力線周圍的電場強度值進行時時檢測，并將檢測到的電場強度值傳輸給主控制器11。步驟二，主控制器11根據電場強度檢測器檢測到的電場強度值和電力線的電場強度分布曲線調取對應的檢測點與電力線的距離值；通過檢測到的電場強度值和主控制器 11內預存的相應電力線周圍的工頻電場強度分布曲線可以得出相應的檢測點處距離電力線的距離，即無人機攝像頭與電力線的距離，同時優選地，主控制器11將該距離值發送到遙控器15上并在遙控器15上的液晶顯示屏進行顯示，飛控手可以通過該液晶屏時刻了解攝像頭與電力線的距離是多少，從而可以結合控制器15上的其他控制按鈕對無人機進行控制，從而防止無人機出現巡線中的撞線事故。步驟三，主控制11器根據所述距離值及遙控器15的控制命令控制無人機的飛行方向和速度。當無人機巡線過程中距離電力線過近時，此時飛控手通過遙控器15發送控制命令，控制主控制器11調整無人機的飛行速度和飛行方向，優選地，當無人機的攝像頭與電力線的距離越來越近，快接近T時，就要降低無人機的飛行速度，或者改變無人機的飛行方向，控制無人機與電力線之間的距離變大或保持不變，始終確保無人機的攝像頭與電力線的距離值大于或等于T，比如，當無人機與電力線的距離等于T時，主控制器11就要控制無人機與電力線之間的距離保持T不變，或者控制無人機與電力線之間的距離再慢慢增大，依次來完成圖像的拍攝或者視頻的錄制。其中，T為無人機巡線過程中與電力線的安全距離，T的數值范圍可以根據實際巡線的情況進行設置。以上技術方案中，利用電場強度檢測器12對電力線周圍的電場強度值進行時時檢測，通過檢測到的電場強度值和電場強度分布曲線得到無人機與電力線的距離值并將該距離值時刻反饋給飛控手，使得飛控手根據該距離值可以時刻調整無人機的飛行速度和飛行方向，確保無人機攝像頭與電力線的距離值始終大于安全距離T。該控制方案有效防止了無人機電力巡線過程中的撞線墜機事故的發生，有效提高了無人機巡線的安全性和實用性。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種電力巡線無人機輔助控制系統，其特征在于，包括電場強度檢測器，安裝于所述無人機上，用于檢測電力線周圍的電場強度；電機轉速控制器，用于在主控制器的控制下控制無人機中電機的轉速大小；遙控器，用于與主控制器進行通訊并發送控制命令給主控制器；主控制器，用于根據電場強度檢測器檢測的電場強度值計算無人機與電力線的距離值，并根據遙控器發送的控制命令和所述距離值控制電機轉速控制器進行工作；所述電場強度檢測器及電機轉速控制器分別與所述主控制器電連接。
2.根據權利要求I所述的電力巡線無人機輔助控制系統，其特征在于，所述遙控器上設置有液晶顯示屏，所述液晶顯示屏用于至少顯示主控制器根據電場強度所得到無人機與電力線的距離值。
3.根據權利要求I所述的電力巡線無人機輔助控制系統，其特征在于，所述主控制器將所述電場強度檢測器檢測的電場強度值與所述主控制器中預存的電力線周圍的電場分布曲線進行比對，得到無人機與電力線的距離值。
4.根據權利要求I所述的電力巡線無人機輔助控制系統，其特征在于，所述電場強度檢測器為電場強度測試儀。
5.根據權利要求I所述的電力巡線無人機輔助控制系統，其特征在于，所述無人機為四旋翼無人機。
6.一種如權利要求I所述的電力巡線無人機輔助控制系統的控制方法，其特征在于， 所述控制方法包括，預先將電力線的電場強度分布曲線存儲到無人機的主控制器內；啟動無人機，控制無人機根據檢測到的電場強度值對該電力線進行巡線。
7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，控制無人機根據監測到的電場強度值對該電力線進行巡線的具體步驟為步驟一，主控制器控制電場強度檢測器時刻監測電力線周圍的電場強度值；步驟二，主控制器根據電場強度檢測器檢測到的電場強度值和存儲的所述電場強度分布曲線，調取對應的檢測點與電力線的距離值；步驟三，主控制器根據所述距離值及遙控器的控制命令控制無人機的飛行方向和速度。
8.根據權利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述步驟三中，在遙控器發送的控制命令下，主控制器控制無人機與電力線的距離值始終大于或等于T，其中，T為安全距離。
9.根據權利要求8所述的控制方法，其特征在于，當所述距離值接近T時，主控制器控制無人機減慢飛行速度或者改變飛行方向，控制無人機與電力線之間的距離變大或保持不變。
全文摘要
本發明提供了一種電力巡線無人機輔助控制系統，包括攝像頭，還包括電場強度檢測器，安裝于所述攝像頭上，用于檢測電力線周圍的電場強度；飛行傳感器，用于在主控制器的控制下控制無人機的飛行方向；電機轉速控制器，用于在主控制器的控制下控制無人機中電機的轉速大小；遙控器，用于與主控制器進行通訊并發送控制命令給主控制器；主控制器，用于根據電場強度檢測器檢測的電場強度值計算無人機與電力線的距離值，同時用于根據遙控器發送的控制命令和所述距離值控制飛行傳感器及電機轉速控制器進行工作。所述電場強度檢測器、飛行傳感器及電機轉速控制器分別與所述主控制器電連接。該方案可有效解決了電力巡線過程中無人機與電力線相撞的問題。
文檔編號H02G1/02GK102591357SQ20121006976
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月16日 優先權日2012年3月16日
發明者吳斌 申請人:航天科工深圳(集團)有限公司