(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109002057 A(43)申请公布日 2018.12.14
(21)申请号 201810990106.9(22)申请日 2018.08.28
(71)申请人 中北大学
地址 030051 山西省太原市尖草坪区学院
路3号(72)发明人 李沅 李凯 赵冬娥
(74)专利代理机构 太原智慧管家知识产权代理
事务所(特殊普通合伙) 14114
代理人 马俊平(51)Int.Cl.
G05D 1/10(2006.01)G01D 21/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图3页
(54)发明名称
一种电缆隧道的智能巡检无人机系统(57)摘要
本发明提供一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，包括：电子电路模块、多旋翼无人机、探测传感器模块；电子电路模块包括电子电路、ARM、存储器和控制程序；探测传感器模块包括湿度传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、激光器、图像传感器、温度传感器和超声波传感器；多旋翼无人机包括传感器固定支架、多旋翼和电子电路固定位置。开展电缆隧道无人机巡检作业，定位故障位置，可以减少电缆灾害的发生，确保电能的可靠输出，避免操作人员伤害，而且有利于提高输电网络安全监测的自动化程度，促进智能电网建设。CN 109002057 ACN 109002057 A
权 利 要 求 书
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1.一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，其特征在于，包括：电子电路模块、多旋翼无人机、探测传感器模块；
电子电路模块包括电子电路、ARM、存储器和控制程序；探测传感器模块包括湿度传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、激光器、图像传感器、温度传感器和超声波传感器；
多旋翼无人机包括传感器固定支架、多旋翼和电子电路固定位置；所述探测传感器均设置于传感器固定支架，在多旋翼无人机的正下方、正上方、前、后、左、右设置有传感器固定支架；多旋翼无人机的旋翼的正上方、正下方均设置有超声波传感器，形成超声波测距阵列，探测多旋翼无人机所在空间的障碍距离；多旋翼无人机的正前方安装激光器，用于无人机前方障碍物距离探测，检测无人机前进方向障碍的精确距离；多旋翼无人机的飞行平面安装四路图像传感器，正上方、正下方安装两路图像传感器，构成空间立体图像获取阵列，用于巡检的图像数据采集，通过图像阵列一次获取多旋翼无人机飞行路径上的所有视角图像；加速度传感器、陀螺仪传感器设置于多旋翼无人机的中心，用于实时测量多旋翼无人机的运动轨迹，利用运动轨迹的高冗余特性解算飞行路径；湿度传感器设置于多旋翼无人机的中心，用于探测多旋翼无人机所在环境的湿度探测，检测隧道中空气的含水量；温度传感器设置于多旋翼无人机的中心，用于探测多旋翼无人机所在位置的温度，检测隧道中空气的温度；
电子电路固定位置位设置于多旋翼无人机的中心位置，并固定电子电路模块；电子电路模块控制多旋翼无人机飞行；电子电路用于多旋翼无人机飞行控制信号输出，探测传感器的信号采集；控制程序用于多旋翼控制、探测传感器信号处理、无人机运动路径规划；所有的数据都存储在电子电路模块的存储器中，ARM完成数据的分析、解算，以及控制。
2.根据权利要求1所述的一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，其特征在于，所述多旋翼无人机的控制包括人员指令控制和ARM自主控制。
3.根据权利要求1所述的一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，其特征在于，所述多旋翼无人机系统利用超声波和激光的距离测量技术，结合超声波距离感知特性和激光距离测量的特性，构成多点探测的三维距离感知阵列，实现多旋翼无人机的运动障碍信息探测。
4.根据权利要求1所述的一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，其特征在于，基于多旋翼无人机系统运动路径的测量，实现多旋翼无人机运动路径的非重复自动规划。
5.根据权利要求1或3所述的一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，其特征在于，基于多旋翼无人机系统的运动障碍信息探测技术和多旋翼无人机系统采用集成化设计,使多旋翼无人机系统结构紧凑，实现多旋翼无人机在狭窄电缆隧道空间巡检。
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说 明 书
一种电缆隧道的智能巡检无人机系统
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技术领域
[0001]本发明涉及多旋翼无人机技术和电缆隧道巡检技术，具体涉及一种电缆隧道的智能巡检无人机系统。
背景技术
[0002]随着城市现代化建设的需求，以及电力技术的发展，电缆的架空铺设在城市的应用中越来越受到局限。我国大型城市的地下配电网络已经趋于完善，由于电缆隧道中环境复杂，电缆也时常因自然老化、腐蚀或小动物的噬咬而引起隧道火灾。目前，电缆隧道巡检主要以人工为主，辅助机器人实现，由于电缆工作过程中会产生大量热量，电缆防护层在高温释放出大量有害气体；电缆隧道受到环境影响会发生渗水现象。电缆隧道的高温和渗水对巡检人员的安全和健康有危害。开展电缆隧道无人机巡检作业，对隧道中环境进行巡检，定位故障位置，可以减少电缆灾害的发生，确保电能的可靠输出，避免操作人员伤害，而且有利于提高输电网络安全监测的自动化程度，促进智能电网建设。发明内容
[0003]本发明提供一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，对电缆隧道无人巡检作业，对隧道中环境进行巡检，定位故障位置，可以减少电缆灾害的发生，确保电能的可靠输出，避免操作人员伤害，而且有利于提高输电网络安全监测的自动化程度，促进智能电网建设。[0004]一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，包括：电子电路模块、多旋翼无人机、探测传感器模块；
[0005]电子电路模块包括电子电路、ARM、存储器和控制程序；[0006]探测传感器模块包括湿度传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、激光器、图像传感器、温度传感器和超声波传感器；
[0007]多旋翼无人机包括传感器固定支架、多旋翼和电子电路固定位置；[0008]所述探测传感器均设置于传感器固定支架，在多旋翼无人机的正下方、正上方、前、后、左、右设置有传感器固定支架；多旋翼无人机的旋翼的正上方、正下方均设置有超声波传感器，形成超声波测距阵列，探测多旋翼无人机所在空间的障碍距离；多旋翼无人机的正前方安装激光器，用于无人机前方障碍物距离探测，检测无人机前进方向障碍的精确距离；多旋翼无人机的飞行平面安装四路图像传感器，正上方、正下方安装两路图像传感器，构成空间立体图像获取阵列，用于巡检的图像数据采集，通过图像阵列一次获取多旋翼无人机飞行路径上的所有视角图像；加速度传感器、陀螺仪传感器设置于多旋翼无人机的中心，用于实时测量多旋翼无人机的运动轨迹，利用运动轨迹的高冗余特性解算飞行路径；湿度传感器设置于多旋翼无人机的中心，用于探测多旋翼无人机所在环境的湿度探测，检测隧道中空气的含水量；温度传感器设置于多旋翼无人机的中心，用于探测多旋翼无人机所在位置的温度，检测隧道中空气的温度；
[0009]电子电路固定位置位设置于多旋翼无人机的中心位置，并固定电子电路模块；电
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说 明 书
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子电路模块控制多旋翼无人机飞行；电子电路用于多旋翼无人机飞行控制信号输出，探测传感器的信号采集；控制程序用于多旋翼控制、探测传感器信号处理、无人机运动路径规划；所有的数据都存储在电子电路模块的存储器中，ARM完成数据的分析、解算，以及控制。[0010]进一步地，所述多旋翼无人机的控制包括人员指令控制和ARM自主控制。[0011]进一步地，所述多旋翼无人机系统利用超声波和激光的距离测量技术，结合超声波距离感知特性和激光距离测量的特性，构成多点探测的三维距离感知阵列，实现多旋翼无人机的运动障碍信息探测。[0012]进一步地，基于多旋翼无人机系统运动路径的测量，实现多旋翼无人机运动路径的非重复自动规划。[0013]进一步地，基于多旋翼无人机系统的运动障碍信息探测技术和多旋翼无人机系统采用集成化设计,使多旋翼无人机系统结构紧凑，实现多旋翼无人机在狭窄电缆隧道空间巡检。
[0014]本发明与现有技术相比其有益效果是：[0015]1、本发明提供一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，开展电缆隧道无人机巡检作业，对隧道中环境进行巡检，定位故障位置，可以减少电缆灾害的发生，确保电能的可靠输出，避免操作人员伤害，而且有利于提高输电网络安全监测的自动化程度，促进智能电网建设；
[0016]2、本发明采用集约化设计结构紧凑在整体外形较小的条件下，可搭载多个探测传感器使系统实现多种功能，且采用多旋翼因而具有极佳飞行效能,实现多旋翼无人机在狭窄电缆隧道空间巡检。
附图说明
[0017]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：[0018]图1为一种电缆隧道的智能巡检无人机系统的结构框图；
[0019]图2为一种电缆隧道的智能巡检无人机系统实现技术路线框图；
[0020]图3为一种电缆隧道的智能巡检无人机系统电缆隧道巡检信息获取示意图；[0021]图4为一种电缆隧道的智能巡检无人机系统环境空间感知过程；
[0022]图5为一种电缆隧道的智能巡检无人机系统电缆隧道巡检路径自主规划示意图。具体实施方式
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0024]为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0025]参照附图对本发明进一步详细说明：
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说 明 书
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如图1所示，一种电缆隧道的智能巡检无人机系统，包括：电子电路模块、多旋翼无
人机、探测传感器模块；
[0027]电子电路模块包括电子电路、ARM、存储器和控制程序；[0028]探测传感器模块包括湿度传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、激光器、图像传感器、温度传感器和超声波传感器；
[0029]多旋翼无人机包括传感器固定支架、多旋翼和电子电路固定位置；[0030]所述探测传感器均设置于传感器固定支架，在多旋翼无人机的正下方、正上方、前、后、左、右设置有传感器固定支架；多旋翼无人机的旋翼的正上方、正下方均设置有超声波传感器，形成超声波测距阵列，探测多旋翼无人机所在空间的障碍距离；多旋翼无人机的正前方安装激光器，用于无人机前方障碍物距离探测，检测无人机前进方向障碍的精确距离；多旋翼无人机的飞行平面安装四路图像传感器，正上方、正下方安装两路图像传感器，构成空间立体图像获取阵列，用于巡检的图像数据采集，通过图像阵列一次获取多旋翼无人机飞行路径上的所有视角图像；加速度传感器、陀螺仪传感器设置于多旋翼无人机的中心，用于实时测量多旋翼无人机的运动轨迹，利用运动轨迹的高冗余特性解算飞行路径；湿度传感器设置于多旋翼无人机的中心，用于探测多旋翼无人机所在环境的湿度探测，检测隧道中空气的含水量；温度传感器设置于多旋翼无人机的中心，用于探测多旋翼无人机所在位置的温度，检测隧道中空气的温度；
[0031]电子电路固定位置位设置于多旋翼无人机的中心位置，并固定电子电路模块；电子电路模块控制多旋翼无人机飞行；电子电路用于多旋翼无人机飞行控制信号输出，探测传感器的信号采集；控制程序用于多旋翼控制、探测传感器信号处理、无人机运动路径规划；所有的数据都存储在电子电路模块的存储器中，ARM完成数据的分析、解算，以及控制。[0032]多旋翼无人机的控制包括人员指令控制和ARM自主控制。[0033]多旋翼无人机系统利用超声波和激光的距离测量技术，结合超声波距离感知特性和激光距离测量的特性，构成多点探测的三维距离感知阵列，实现多旋翼无人机的运动障碍信息探测。
[0034]基于多旋翼无人机系统运动路径的测量，实现多旋翼无人机运动路径的非重复自动规划。
[0035]基于多旋翼无人机系统的运动障碍信息探测技术和多旋翼无人机系统采用集成化设计,使多旋翼无人机系统结构紧凑，实现多旋翼无人机在狭窄电缆隧道空间巡检。[0036]如图3所示，本发明的工作原理为：
[0037]巡检的依据电缆隧道发生故障直观表现：温度、湿度、图像信息，所述信息通过探测传感器捕捉，并经过所述电子电路模块处理，为人员对电缆隧道状况的判断提供必要的依据。
[0038]如图2所示，本发明一种电缆隧道的智能巡检无人机系统的使用过程:[0039]多旋翼无人机的控制包括人员指令控制和ARM自主控制，通过预设路径或者人员控制对多旋翼经行控制实现多旋翼无人机的飞行。在多旋翼无人机的飞行过程中探测传感器模块会经行信号采集反馈到电子电路模块，其中，存储器负责存储温度传感器、湿度传感器、图像传感器探测的信息，便于人员研究电缆隧道的状态；ARM会对激光器、加速度传感器、陀螺仪传感器探测的障碍信息经行分析并解算路径，进而实现自主飞行路径规划，匹配
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说 明 书
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多旋翼无人机的飞行速度和飞行方向。[0040]如图4所示，电缆隧道2为了适应城市的需求其隧道走向和内部布置较为复杂，且经过布置后电缆隧道2的空间较为狭窄，即电缆支架1支架之间距离近，在电缆隧道2中运动多旋翼无人机4需要结合实际的空间环境。因此，快速高精度的空间信息感知是多旋翼无人机在电缆隧道2中运动的前提。在超声波和激光距离感知技术的基础上，利用超声波3和激光5的距离测量技术，结合超声波的大范围距离感知特性和激光距离测量的高精度特性，设计多点探测的三维距离感知阵列，实现多旋翼无人机的运动障碍信息探测。[0041]如图5所示，电缆隧道7为了适应用电的需求，隧道的走向需要根据用电需求点调整，电路隧道的分支较多，为了快速巡检区域的隧道巡检，巡检路径的规划是多旋翼无人机自主巡检的基础。在人员实时监控及预设路径8的基础上，利用多旋翼无人机运动空间信息和多旋翼无人机运动路径的测量技术，实现非人员干预的自适应运动方向决策，使多旋翼无人机有自主巡检路径6的功能，提高电缆隧道7巡检的效率。[0042]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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