一种四旋翼正弦巡检智能控制系统及仿生飞蜥机巢的制作方法 专利技术说明

控制;调节装置的制造及其应用技术1.本发明属于四旋翼巡检控制技术领域，具体涉及一种四旋翼正弦巡检智能控制系统及仿生飞蜥机巢。背景技术：2.我国地形复杂，且气候变化繁多，供电铁塔基本建在田间野地、山顶等野地，输配电线路经常穿越复杂地理环境地带。传统人工巡检受地形、气候等因素影响，巡检效率低，巡检难度大，巡检内容有限，输电线等位于高处的供电设备采用人工巡检不切实际。3.近年来，随着无人机自动化应用的普及，采用无人机进行基础设施巡检、消防救援、应急处置等。四旋翼拥有强大的信息采集能力与可靠性在供电设备的巡检作业中拥有巨大优势。四旋翼相比于其他型号无人机有着小巧轻便、航行时间更长的优势，但是在现有技术中，由于巡检航线不规范、智能程度不高且电池续航有限，难以完成长距离的线路巡检。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种四旋翼正弦巡检智能控制系统及仿生飞蜥机巢，可以提高四旋翼巡检作业的效率。5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：6.一种四旋翼正弦巡检智能控制系统，其包括中央处理器、四旋翼正弦巡检航线生成子系统、四旋翼巡检控制子系统、数据分析子系统、四旋翼电量控制子系统以及外部数据存储器和显示终端；其中：7.所述中央处理器用于对四旋翼正弦巡检航线生成子系统、四旋翼巡检控制子系统、数据分析子系统以及四旋翼电量控制子系统进行控制；8.所述四旋翼正弦巡检航线生成子系统用于生成和调整巡检航线；9.所述四旋翼巡检控制子系统用于控制四旋翼进行巡检任务；10.所述数据分析子系统用于分析和处理相关数据；11.所述四旋翼电量控制子系统用于监控四旋翼电量；12.所述外部数据存储器和显示终端主要用来存储和显示相关信息。13.进一步的，所述中央处理器用于下发巡检任务并将外部数据存储器中的点云数据发送给四旋翼正弦巡检航线生成子系统，控制其生成正弦巡检航线，供所述四旋翼巡检控制子系统在接收正弦巡检航线后开始巡检作业；14.所述中央处理器进一步用于解析数据分析子系统传回的数据，控制所述四旋翼正弦巡检航线生成子系统在接收中央处理器解析后的数据并及时调整巡检航线，以使所述四旋翼巡检控制子系统接收最新巡检航线继续巡检任务。15.进一步的，所述四旋翼正弦巡检航线生成子系统包括正弦航线规划模块、模拟飞行模块以及正弦航线存储组件，其中：16.正弦航线规划模块具体地，正弦航线规划模块用于接收中央处理器下发的巡检任务以及中央处理器对应的外部存储器中的点云数据，对巡检任务中相应的杆塔部件进行三维重构，实现正弦航线坐标生成，从而生成初始正弦巡检航线；17.模拟飞行模块用于按照正弦航线生成模块生成的初始正弦巡检航线模拟飞行，模拟飞行时四旋翼的位置状态，当模拟飞行时出现问题并报警，并用于在模拟飞行过程中，进行手动优化正弦航线，在完成模拟飞行后，生成最优正弦航线；18.正弦航线存储组件用于存储实时巡检航线并将航线传输给四旋翼巡检控制子系统的飞行控制组件，正弦航线存储组件将实时航线存入外部数据存储器供日后使用。19.进一步的，四旋翼巡检控制子系统包括：云台相机、图传组件、感知组件、飞行控制组件以及电池组件，其中：20.云台相机用于采集巡检信息；21.图传组件用于与数据分析子系统进行数据交互，以便数据分析子系统对四旋翼传输的数据进行处理，数据分析子系统将障碍信息传输至四旋翼巡检控制子系统并将处理结果传输至中央处理器，中央处理器接收相关缺陷数据并在显示终端发出警报；22.感知组件用于检测巡检通道中的障碍以及输电设备温度异常的节点并将相关信息传递给数据分析子系统和四旋翼巡检控制子系统的飞行控制组件；23.飞行控制组件用于控制四旋翼按照既定航线巡检、控制四旋翼的稳定性及云台相机采集信息；24.电池组件用于向四旋翼巡检控制子系统的各部件进行组件供电。25.进一步的，所述数据分析子系统包括图像处理模块、缺陷分类模块，其中：26.图像处理模块用于经过图像预处理、图像噪声处理以及特征提取三个部分对接收的图像进行处理；27.缺陷分类模块用将图像经过特征提取后的信息经由障碍识别组件、缺陷识别组件以及温度识别组件比对数据库参考数据并分类。28.进一步的，所述四旋翼电量控制子系统包括电量监控组件、机巢开闭组件、自主起降组件、自动充电组件和电池更换组件，其中：29.电量监控组件用于根据四旋翼电量信息及巡检路线自动计算剩余电量能否完成巡检作业并根据四旋翼电量重新规划巡检航线，在四旋翼电池损耗超过设定值时将无人机召回电站进行电池更换；30.自动充电组件用于接收中央处理器根据巡检要求等信息所确定的四旋翼的充电方式进行自动充电，其为无线充电；31.电池更换组件用于进行电池更换的操作；32.机巢开闭组件由中央处理器控制，用于根据中央处理器下发返航任务或其内部电磁式接近传感器感知到四旋翼接近时，组件控制机巢开启操作。33.自主起降组件用于控制四旋翼在仿生飞蜥机巢的起降。34.相应地，还提供一种仿生飞蜥机巢，与所述四旋翼正弦巡检智能控制系统相配合，其至少包括第一红外传感器、第二红外传感器、仿生飞蜥机巢固定架、伺服电机、联轴器、支撑滑块、滚珠丝杆、固定底板、舱门、旋转支架、电磁式接近传感器、导向杆、升降支杆连接柱、升降支杆以及升降板；35.所述仿生飞蜥机巢具有自动升降模块，所述伺服电机与固定底板固定在仿生飞蜥机槽内壁，四根导向杆用来平衡升降机构，所述导向杆与滚珠丝杆由支撑滑块支撑，所述支撑滑块可以在固定底板上沿导向杆滑动，所述升降支杆共有四根，两根升降支杆通过升降支杆连接柱固定在支撑滑块与升降板上，两根升降支杆通过升降支杆连接柱固定在固定底板与升降板上。36.进一步的，所述仿生飞蜥机巢通过第一红外传感器与第二红外传感器来感知仿生飞蜥机巢附近的温度变化及异物；37.所述仿生飞蜥机巢的电磁式接近传感器用于感知四旋翼和鸟类，所述电磁式接近传感器感知到四旋翼接近时及时开启仿生飞蜥机巢的舱门，所述电磁式接近传感器感知到鸟类靠近时仿生飞蜥机巢及时发出声波驱赶鸟类靠近。38.进一步的，所述仿生飞蜥机巢固定架将仿生飞蜥机巢固定在供电铁塔上，所述舱门开启时仿生飞蜥机巢形似飞蜥滑行的外观，所述舱门颜色设计为红蓝相间，刺激鸟类避开仿生飞蜥机巢。39.进一步的，所述仿生飞蜥机巢具有自动升降模块，所述伺服电机与固定底板固定在仿生飞蜥机槽内壁，所述导向杆与滚珠丝杆由支撑滑块支撑，两根升降支杆通过升降支杆连接柱固定在支撑滑块与升降板上，两根升降支杆通过升降支杆连接柱固定在固定底板与升降板上。40.实施本发明实施例，具有如下的有益效果：41.本发明提出了的一种四旋翼正弦巡检智能控制系统及仿生飞蜥机巢。本发明中通过四旋翼正弦巡检航线生成子系统生成的正弦航线提高了四旋翼在爬坡时电机的效率，模拟飞行模块模拟四旋翼在不同节点处位置变化，合理控制电机输出功率。42.本发明通过设计仿生飞蜥机巢对四旋翼巡检作业进行控制，延长四旋翼续航时间，仿生飞蜥机巢颜色设计为红蓝相间，通过红蓝相间的颜色刺激鸟类避开仿生飞蜥机巢。43.本发明图像处理模块采用基于特征的机器视觉算法对采集的数据进行处理，采用统计方法对缺陷分类，提高缺陷分类效率及分类的准确性。附图说明44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。45.图1是本发明提供的一种四旋翼巡检管理系统的一个实施例中的总体框图；46.图2是本发明涉及的四旋翼巡检路线及仿生飞蜥机巢外观示意图；47.图3是本发明涉及的四旋翼正弦巡检航线生成过程图；48.图4是本发明涉及的四旋翼巡检过程中四旋翼位置变化模拟图；49.图5是本发明涉及的四旋翼巡检作业控制过程图；50.图6是本发明涉及的仿生飞蜥机巢数据处理过程及缺陷分类图；51.图7是本发明涉及的四旋翼充电控制流程图；52.图8是本发明提供的一种仿生飞蜥机巢的一个实施例的结构示意图；53.图9是图8中d-d向剖视图。具体实施方式54.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。55.本发明提供了如图1的一种四旋翼正弦巡检智能控制系统的一个实施例的结构示意图。一并结合图2至图7所示，在本实施例中，所述四旋翼正弦巡检智能控制系统至少包括：中央处理器、四旋翼正弦巡检航线生成子系统、四旋翼巡检控制子系统、数据分析子系统、四旋翼电量控制子系统以及外部数据存储器和显示终端。56.其中，中央处理器是协调整个控制系统的大脑，用于对四旋翼正弦巡检航线生成子系统、四旋翼巡检控制子系统、数据分析子系统以及四旋翼电量控制子系统进行控制；57.四旋翼正弦巡检航线生成子系统用于生成和调整巡检航线；58.四旋翼巡检控制子系统用于控制四旋翼进行巡检任务；59.数据分析子系统用于分析和处理相关数据；60.四旋翼电量控制子系统用于监控四旋翼电量；外部数据存储器和显示终端主要用来存储和显示相关信息。61.更具体地，62.所述中央处理器用于下发巡检任务并将外部数据存储器中的点云数据发送给四旋翼正弦巡检航线生成子系统，控制其生成正弦巡检航线，供所述四旋翼巡检控制子系统在接收正弦巡检航线后开始巡检作业；63.所述中央处理器进一步用于解析数据分析子系统传回的数据，控制所述四旋翼正弦巡检航线生成子系统在接收中央处理器解析后的数据并及时调整巡检航线，以使所述四旋翼巡检控制子系统接收最新巡检航线继续巡检任务。64.四旋翼正弦巡检航线生成子系统包括正弦航线规划模块、模拟飞行模块以及正弦航线存储组件。65.一并参考图3所示，其中，正弦航线规划模块用于接收中央处理器传输的任务及数据，正弦航线规划模块自动检索数据库中类似的数据规划巡检航线。具体地，正弦航线规划模块用于接收中央处理器下发的巡检任务以及中央处理器对应的外部存储器中的点云数据，对巡检任务中相应的杆塔部件进行三维重构，实现正弦航线坐标生成，从而生成初始正弦巡检航线；66.模拟飞行模块用于按照正弦航线生成模块生成的初始正弦巡检航线模拟飞行，模拟飞行时四旋翼的位置状态，当模拟飞行时出现问题并报警。在模拟飞行过程中，可以进行手动优化正弦航线，在完成模拟飞行后，生成最优正弦航线；如图4示出了四旋翼巡检过程中四旋翼位置变化模拟图；67.正弦航线存储组件主要用于存储实时巡检航线并将航线传输给四旋翼巡检控制子系统的飞行控制组件，正弦航线存储组件将实时航线存入外部数据存储器供日后使用。68.而四旋翼巡检控制子系统包括：云台相机、图传组件、感知组件、飞行控制组件以及电池组件。69.一并参考图5所示，其中，云台相机用于采集巡检信息；70.图传组件用于与数据分析子系统进行数据交互，以便数据分析子系统对四旋翼传输的数据进行处理，数据分析子系统将障碍信息传输至四旋翼巡检控制子系统并将处理结果传输至中央处理器，中央处理器接收相关缺陷数据并在显示终端发出警报；71.感知组件用于检测巡检通道中的障碍以及输电设备温度异常的节点并将相关信息传递给数据分析子系统和四旋翼巡检控制子系统的飞行控制组件；72.飞行控制组件是四旋翼巡检的核心，组件用于控制四旋翼按照既定航线巡检、控制四旋翼的稳定性及云台相机采集信息。具体地，飞行控制组件根据导航组件以实现对四旋翼的稳定性的控制；飞行控制组件对云台相机的位置进行控制以及对云台相机进行数据采集控制；飞行控制组件可以获知感知组件所感知的巡检通道障碍和温度异常点信息，并接收来自中央处理器的对四旋翼运行的人为干预内容；73.电池组件是四旋翼进行巡检任务、收发数据的基础，用于向四旋翼巡检控制子系统的各部件进行组件供电。74.而数据分析子系统包括图像处理模块、缺陷分类模块。75.其中，图像处理模块处理图像需要经过图像预处理、图像噪声处理以及特征提取三个部分。一并结合图6所示，图像预处理包括：对接收的图像进行灰度变换、直方图均衡化处理以及生成灰度直方图；图像噪声处理包括中值滤波、高帽变换以及对数变换等过程；特征提取用于以对经上述处理后的图像信息进行特定特征提取，获得所需要的特征信息；76.缺陷分类模块是图像经过特征提取后再由相应的识别组件(障碍识别组件、缺陷识别组件以及温度识别组件)比对数据库参考数据并分类，如图6中所示，列出了温度识别组件进行温度异常识别的内容，障碍识别组件进行障碍识别的内容，以及经缺陷识别组件进行缺陷识别后，并经缺陷分类模块获得各种缺陷的分类信息。77.而四旋翼电量控制子系统包括电量监控组件、机巢开闭组件、自主起降组件、自动充电组件和电池更换组件。并结合图7中示出的本发明的涉及的四旋翼充电控制流程图。78.其中，电量监控组件用于根据四旋翼电量信息及巡检路线自动计算剩余电量能否完成巡检作业并根据四旋翼电量重新规划巡检航线，四旋翼电量监控子系统能够监控四旋翼电池健康状态，当四旋翼电池损耗超过设定值时将无人机召回电站进行电池更换；79.自动充电组件用于接收中央处理器根据巡检要求等信息所确定的四旋翼的充电方式进行自动充电，此处自动充电组件为无线充电；80.电池更换组件用于进行电池更换的操作；81.机巢开闭组件由中央处理器控制，用于根据中央处理器下发返航任务或其内部电磁式接近传感器感知到四旋翼接近时，组件控制机巢开启操作。82.自主起降组件用于控制四旋翼在仿生飞蜥机巢的起降，在一些例子中，其内部电磁式接近传感器感知四旋翼接近时，自动给四旋翼下发降落指令，而四旋翼充电完成时自动下发起飞指令。83.可以理解的是，在本发明中，四旋翼在飞行过程中采用正弦曲线波形更符合电机的工作原理，通过四旋翼正弦巡检智能控制系统及仿生飞蜥机巢自动生成正弦巡检航线有利于提高四旋翼上升过程中电机的效率。四旋翼巡检过程中实时传输巡检数据，仿生飞蜥机巢提供四旋翼数据传输的条件并处理四旋翼传回的数据，处理数据后实时调整四旋翼巡检航线并将巡检数据在显示终端显示，巡检过程中遇到问题及时控制显示终端发出警报提醒相关工作人员。四旋翼巡检作业中仿生飞蜥机巢实时监控四旋翼电池的电量，四旋翼电池电量低时及时召回四旋翼至最近的仿生飞蜥机巢进行充电，无需返回电站，极大程度上提高了四旋翼巡检作业的效率。84.如图8所示，示出了本发明提供的一种仿生飞蜥机巢的一个实施例的结构示意图。一并结合图9所示，在本实施例中，所述仿生飞蜥机巢配合所述四旋翼正弦巡检智能控制系统，更具体地，本发明提供的仿生飞蜥机巢主要包括如下部件：第一红外传感器1、第二红外传感器2、仿生飞蜥机巢固定架3、伺服电机4、联轴器5、支撑滑块6、滚珠丝杆7、固定底板8、舱门9、旋转支架10、电磁式接近传感器11、导向杆12、升降支杆连接柱13、升降支杆14以及升降板15。85.仿生飞蜥机巢通过第一红外传感器1与第二红外传感器2来感知仿生飞蜥机巢附近的温度变化，温度异常时及时调整仿生飞蜥机巢的温度并报警，防止温度异常影响仿生飞蜥机巢的正常运行。第一红外传感器1与第二红外传感器2还用来感知仿生飞蜥机巢附近的异物。86.仿生飞蜥机巢的电磁式接近传感器11用来感知四旋翼与鸟类，电磁式接近传感器11感知到四旋翼接近时及时开启仿生飞蜥机巢的舱门9，电磁式接近传感器11感知到鸟类靠近时仿生飞蜥机巢及时发出声波驱赶鸟类靠近。87.仿生飞蜥机巢固定架3将仿生飞蜥机巢固定在供电铁塔上，舱门9开启时仿生飞蜥机巢外形酷似飞蜥滑行的外观，舱门9设计为红蓝相间的颜色，刺激鸟类的视觉，避免鸟类靠近。88.仿生飞蜥机巢具有自动升降模块，伺服电机4与固定底板8固定在仿生飞蜥机槽内壁，四根导向杆12用来平衡升降机构，导向杆12与滚珠丝杆7由支撑滑块6支撑，支撑滑块6可以在固定底板8上沿导向杆12滑动，升降支杆14共有四根，两根升降支杆14通过升降支杆连接柱13固定在支撑滑块6与升降板15上，两根升降支杆14通过升降支杆连接柱13固定在固定底板8与升降板15上。89.仿生飞蜥机巢的电磁式接近传感器11感知到四旋翼接近时，中央处理器下发指令控制舱门9开启，伺服电机4通过联轴器5将运动传递给滚珠丝杆7，滚珠丝杆7通过与支撑滑块6间的滚珠丝杆副控制支撑滑块6沿导向杆12运动，私服电机4正转支撑滑块6远离伺服电机4，升降板15上升，伺服电机4反转支撑滑块6靠近伺服电机4，升降板15下降。90.实施本发明实施例，具有如下的有益效果：91.本发明提出了的一种四旋翼正弦巡检智能控制系统及仿生飞蜥机巢。本发明中通过四旋翼正弦巡检航线生成子系统生成的正弦航线提高了四旋翼在爬坡时电机的效率，模拟飞行模块模拟四旋翼在不同节点处位置变化，合理控制电机输出功率。92.本发明通过设计仿生飞蜥机巢对四旋翼巡检作业进行控制，延长四旋翼续航时间，仿生飞蜥机巢颜色设计为红蓝相间，通过红蓝相间的颜色刺激鸟类避开仿生飞蜥机巢。93.本发明图像处理模块采用基于特征的机器视觉算法对采集的数据进行处理，采用统计方法对缺陷分类，提高缺陷分类效率及分类的准确性。94.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。95.本发明是参照本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的模块的装置。96.最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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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