一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机

摘要

本发明涉及多旋翼无人机技术领域，且公开了一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，包括无人机，无人机顶部设置有机架，机架顶端设置有驱动器本体，无人机顶部设置有嵌入式计算单元，无人机底部设置有支架，支架底部设置有着陆板。该一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，通过通过设置无人机搭载激光雷达设备，通过激光雷达扫描数据自主调整无人机飞行姿态，巡航过程中无人机将根据线路走向、弧垂高低自主调整飞行姿态，无需人工干预，无人机通过嵌入式计算单元自动规划航线可以沿着通道进行视频拍摄和拍照，从而清晰记录通道范围内的环境情况，满足巡视人员对通道内的施工黑点、滑坡、山火等潜在危险进行排查。

说明书

技术领域

本发明涉及多旋翼无人机技术领域，具体为一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机。

背景技术

无人机巡检是指对输电线路通道进行巡视检查，其目的是掌握输电线路通道的运行状况并及时发现输电线路通道存在的故障，当前班组级别无人机精细巡检具有以下作业特点，

1、导线缺陷相比于其它缺陷更加隐蔽，难以发现；

2、导线拍摄过程中，整段导线必须全部被拍摄，不能有遗漏，因此，需要等间隔进行数据采集；

3、导线巡检过程中每隔几米即会产生一张图像数据，在整段作业过程中将产生大量数据；

4、导线巡检任务量大，数据量大，因此需要提高作业效率，包括数据采集的效率以及数据分析的效率，因此需要贴近导线飞行拍摄图片，以获得更高质量的图像数据。

现有技术存在以下缺陷与不足：

现有无人机巡检输电线路通道巡检过程，无人机巡检以手动模式巡检为主，工作量大、效率低、安全隐患多、科学分析少、精度低、管理方式落后，巡检效率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，可以解决现有无人机巡检输电线路通道巡检过程，无人机巡检以手动模式巡检为主，工作量大、效率低、安全隐患多、科学分析少、精度低、管理方式落后，巡检效率低问题；本装置通过通过设置无人机搭载激光雷达设备，通过激光雷达扫描数据自主调整无人机飞行姿态，巡航过程中无人机将根据线路走向、弧垂高低自主调整飞行姿态，无需人工干预，无人机通过嵌入式计算单元自动规划航线可以沿着通道进行视频拍摄和拍照，从而清晰记录通道范围内的环境情况，满足巡视人员对通道内的施工黑点、滑坡、山火等潜在危险进行排查，有效解决现有无人机巡检输电线路通道巡检过程，无人机巡检以手动模式巡检为主，工作量大、效率低、安全隐患多、科学分析少、精度低、管理方式落后，巡检效率低问题。本一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，结构设计简单紧凑，易于制造，成本低廉，使用时灵活方便，易于推广应用。

为实现上述的一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机目的，本发明提供如下技术方案：一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，包括无人机，所述无人机顶部设置有机架，所述机架顶端设置有驱动器本体，所述无人机顶部设置有嵌入式计算单元，所述无人机底部设置有支架，所述支架底部设置有着陆板，所述无人机底部设置有定位板，所述定位板底部设置有三维激光雷达，所述三维激光雷达底部设置有RTK传感器，所述RTK传感器一侧设置有IMU传感器，所述RTK套件RTK传感器底部设置有双光云台摄像头。

优选的，所述无人机内置了GPS、陀螺仪、速度计、气压计、磁罗盘等多种传感器，所述无人机内部设置有可充电式电源。

优选的，所述机架等角度圆周分布在无人机顶部，所述机架的数量为4组，所述驱动器本体通过螺栓固定安装在机架顶端，所述驱动器本体通过导线与嵌入式计算单元电性连接。

优选的，所述嵌入式计算单元通过螺栓固定安装在无人机顶部，所述嵌入式计算单元通过导线与无人机内部电源电性连接，所述嵌入式计算单元内置无线通讯模块，所述嵌入式计算单元通过所述无线通讯模块与远程计算机无线通讯数据连接。

优选的，所述支架对称分布在无人机底部两侧，所述着陆板通过螺栓固定安装在支架底端，所述着陆板与支架垂直分布。

优选的，所述定位板通过螺栓固定安装在无人机底部中心处，所述三维激光雷达通过螺栓固定安装在定位板上，所述三维激光雷达通过导线与嵌入式计算单元电性连接，所述三维激光雷达外部设置有雷达数据接收机和显示遥控器，所述三维激光雷达与所述雷达数据接收机以及所述显示遥控器通过电磁信号无线连接。

优选的，所述RTK传感器通过螺栓固定安装在定位板上，所述RTK传感器通过导线与嵌入式计算单元电性连接，所述IMU传感器通过螺栓固定安装在定位板上，所述IMU传感器通过导线与嵌入式计算单元电性连接。

优选的，所述双光云台摄像头通过螺栓固定安装在定位板上，所述双光云台摄像头通过导线与机载计算机单元嵌入式计算单元电性连接。

与现有技术相比，本发明提供了一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，具备以下有益效果：

本一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，采用三维激光雷达、RTK传感器、双光云台摄像头和IMU传感器的多传感器数据，实现巡航过程输电线路走向跟随飞行、三维建模和巡检线路通道范围的环境情况缺陷实时检测，三维激光雷达的三维建模功能实现需要将POS数据和含有GPS时间戳的三维点云流文件进行离线的后期解算处理，其中POS数据中含有GPS时间戳、RTK坐标信息、三轴方向上的角速度和加速度、航向角等信息，实现巡航过程输电线路走向跟随飞行功能实现是嵌入式计算单元根据三维激光雷达采集到的下方障碍和巡检导线的三维空间位置信息，调整飞行姿态进行线路跟随飞行、记录下方飞行障碍距离和位置、以及输电线路弧垂距离；

本一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，通过设置无人机搭载三维激光雷达，通过三维激光雷达扫描数据自主调整无人机飞行姿态，巡航过程中无人机将根据线路走向、弧垂高低自主调整飞行姿态，无需人工干预，无人机通过嵌入式计算单元智能操作系统自动规划航线可以沿着通道通过双光云台摄像头进行视频拍摄和拍照，从而清晰记录通道范围内的环境情况，满足巡视人员对通道内的施工黑点、滑坡、山火等潜在危险进行排查，解决目前无人机巡检以手动模式巡检为主，工作量大、效率低、安全隐患多、科学分析少、精度低、管理方式落后等问题。

附图说明

图1为本发明主视结构示意图；

图2为本发明俯视结构示意图；

图3为本发明整体结构示意图。

图中：1、无人机；2、机架；3、驱动器本体；4、嵌入式计算单元；5、支架；6、着陆板；7、定位板；8、三维激光雷达；9、RTK传感器；10、IMU传感器；11、双光云台摄像头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，包括无人机1，无人机1顶部设置有机架2，机架2顶端设置有驱动器本体3，无人机1顶部设置有嵌入式计算单元4，无人机1底部设置有支架5，支架5底部设置有着陆板6，无人机1底部设置有定位板7，定位板7底部设置有三维激光雷达8，三维激光雷达8底部设置有RTK传感器9，RTK传感器9一侧设置有IMU传感器10，RTK套件RTK传感器9底部设置有双光云台摄像头11。

综上，无人机1内置了GPS、陀螺仪、速度计、气压计、磁罗盘等多种传感器，无人机1内部设置有可充电式电源，满足操作要求，保证电力供应，保证整个硬件系统的可移植性；机架2等角度圆周分布在无人机1顶部，机架2的数量为4组，驱动器本体3通过螺栓固定安装在机架2顶端，驱动器本体3通过导线与嵌入式计算单元4电性连接，嵌入式计算单元4用于通过驱动器本体3实现无人机1的飞行控制；嵌入式计算单元4通过螺栓固定安装在无人机1顶部，嵌入式计算单元4通过导线与无人机1内部电源电性连接，嵌入式计算单元4内置无线通讯模块，嵌入式计算单元4通过无线通讯模块与远程计算机无线通讯数据连接，嵌入式计算单元4通过无线通讯模块与远程计算机无线通讯数据连接，实现实时数据通讯连接；支架5对称分布在无人机1底部两侧，着陆板6通过螺栓固定安装在支架5底端，着陆板6与支架5垂直分布，着陆板6与支架5对无人机1起到稳定支承作用；定位板7通过螺栓固定安装在无人机1底部中心处，三维激光雷达8通过螺栓固定安装在定位板7上，三维激光雷达8通过导线与嵌入式计算单元4电性连接，三维激光雷达8外部设置有雷达数据接收机和显示遥控器，三维激光雷达8与雷达数据接收机以及显示遥控器通过电磁信号无线连接，三维激光雷达8用于实现三维建模功能，三维建模功能实现通过将POS数据和含有GPS时间戳的三维点云流文件进行离线的后期解算处理，其中POS数据中含有GPS时间戳、RTK坐标信息、三轴方向上的角速度和加速度、航向角等信息，三维激光雷达8用于采集无人机飞行过程中的下方树障和巡检导线的三维空间位置信息，通过三维激光雷达8实现基于激光导线对空间距离的实时检测，通过三维激光雷达8扫描数据自主调整无人机飞行姿态；RTK传感器9通过螺栓固定安装在定位板7上，RTK传感器9通过导线与嵌入式计算单元4电性连接，IMU传感器10通过螺栓固定安装在定位板7上，IMU传感器10通过导线与嵌入式计算单元4电性连接，RTK传感器9采用了载波相位动态实时差分方法，能够实时得到厘米级定位精度的测量，搭载抗干扰能力强、定位精准，IMU传感器10用于对无人机飞行过程中的各轴方向的线性运动进行测量，用于无人机1通过实时的IMU数据，进行飞行姿态矫正；双光云台摄像头11通过螺栓固定安装在定位板7上，双光云台摄像头11通过导线与嵌入式计算单元4电性连接，通过双光云台摄像头11用于实现仿线自动巡检和影像数据的同步采集。

本发明的工作使用流程以及安装方法为，本一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机在使用时，通过采用三维激光雷达8、RTK传感器9、双光云台摄像头11和IMU传感器10的多传感器数据，实现巡航过程输电线路走向跟随飞行、三维建模和巡检线路通道范围的环境情况缺陷实时检测，三维激光雷达8的三维建模功能实现需要将POS数据和含有GPS时间戳的三维点云流文件进行离线的后期解算处理，其中POS数据中含有GPS时间戳、RTK坐标信息、三轴方向上的角速度和加速度、航向角等信息，实现巡航过程输电线路走向跟随飞行功能实现是嵌入式计算单元4根据三维激光雷达8采集到的下方障碍和巡检导线的三维空间位置信息，调整飞行姿态进行线路跟随飞行、记录下方飞行障碍距离和位置、以及输电线路弧垂距离；

本一种具有自主巡航功能的多旋翼无人机，通过设置无人机1搭载三维激光雷达8，通过三维激光雷达8扫描数据自主调整无人机飞行姿态，巡航过程中无人机1将根据线路走向、弧垂高低自主调整飞行姿态，无需人工干预，无人机1通过嵌入式计算单元4智能操作系统自动规划航线可以沿着通道通过双光云台摄像头11进行视频拍摄和拍照，从而清晰记录通道范围内的环境情况，满足巡视人员对通道内的施工黑点、滑坡、山火等潜在危险进行排查，解决目前无人机巡检以手动模式巡检为主，工作量大、效率低、安全隐患多、科学分析少、精度低、管理方式落后等问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。