[发明专利]一种自动巡检输电线路的多旋翼无人机及方法

权利要求书

1.一种自动巡检输电线路的多旋翼无人机，其特征在于，包括机器视觉单元、飞行控制单元、线路拍摄单元和电池供电单元；所述机器视觉单元和线路拍摄单元均与飞行控制单元相连；所述电池供电单元为无人机系统提供电压；

所述机器视觉单元，用于实时捕获输电线路的图像信息，并根据捕获的图像信息计算出各条输电线路位于图像中的位置和方向，以及各条输电线路在图像中的相对距离，然后将此数据发送给飞行控制单元；

飞行控制单元根据机器视觉单元发送的数据，执行PID控制算法，以稳定无人机相对输电线路的位置、方向和高度，具体为不断重复如下的过程：

1飞行控制单元将当前图像处理模块提供的输电线路的位置信息和保存的位置作比较，以位置的变化量作为控制量调整无人机的飞行姿态和飞行高度，使图像中输电线始终保持在无人机相对位置锁定时的位置；

2飞行控制单元将当前图像处理模块提供的输电线路的方向信息和保存的方向作比较，以方向变化量作为控制量调整无人机的飞行姿态和飞行高度，使图像中输电线路始终保持在无人机相对位置锁定时的方向；

3飞行控制单元将当前图像处理模块提供的输电线路的间距信息和保存的间距作比较，以间距的变化量作为控制量调整无人机的飞行姿态和飞行高度，使图像中各条输电线之间的间距始终保持在无人机相对位置锁定时的间距；

通过上述控制，使无人机平行跟随输电线路飞行，并保证无人机与输电线路件的距离为安全距离；同时控制线路拍摄单元对输电线路进行拍摄，实现无人机平行输电线路巡检；

所述线路拍摄单元，用于无人机平行跟随线路飞行时，获取输电线路的图像信息。

2.根据权利要求1所述的自动巡检输电线路的多旋翼无人机，其特征在于，还包括与飞行控制单元相连的自动绕障单元；自动绕障单元包括24GHZ雷达传感器模块和北斗卫星定位模块；飞行控制单元根据自动绕障单元探测到的信息规划航线，指导无人机自动绕障飞行。

3.根据权利要求1所述的自动巡检输电线路的多旋翼无人机，其特征在于，还包括与飞行控制单元相连的飞行状态检测单元；

所述飞行状态检测单元包括气压计、陀螺仪和加速度计及电子罗盘；所述气压计用于检测当前空域气压，以进一步计算得到当前飞行高度；陀螺仪和加速度计用于检测当前无人机的6个自由度状态，以进一步计算得到稳定无人机所需的控制基量；电子罗盘用于探测地磁场，以进一步计算得到无人机机头朝向。

4.根据权利要求1所述的自动巡检输电线路的多旋翼无人机，其特征在于，还包括用于飞行控制单元与地面终端通信的信息传输单元；

所述信息传输单元包括数传模块和图传模块；数传模块与地面终端通过数传通信链路相连接，用于地面人员实时监测无人机状态；图传模块与地面终端通过图传通信链路相连接，用于将线路拍摄单元拍摄的画面实时传输至地面终端。

5.根据权利要求1所述的自动巡检输电线路的多旋翼无人机，还包括电压检测单元，用于实时检测电池供电单元的输出电压，以计算出当前电压是否等于阈值电压，阈值电压根据返航所需的基础电压进行设定。

6.一种自动巡检输电线路的方法，其特征在于，采用权利要求1～5中任一项所述的多旋翼无人机，控制无人机起飞，通过机器视觉单元实时捕获输电线路的图像信息，并对捕获到的图像信息进行处理，计算出各条输电线路位于图像中的位置和方向，以及各条输电线路在图像中的相对距离；飞行控制单元根据计算得到的信息，执行PID控制算法，以稳定无人机相对输电线路的位置、方向和高度，使无人机平行跟随输电线路飞行，并保证无人机与输电线路件的距离为安全距离；同时控制线路拍摄单元对输电线路进行拍摄，实现无人机平行输电线路巡检。

7.根据权利要求6所述的自动巡检输电线路的方法，其特征在于，所述机器视觉单元首先对捕获的图像采用canny边缘检测方法得到其轮廓图像，接着使用OpenCV中的hough变换方法检测轮廓图像中的输电线路，获取各条输电线路在轮廓图像中的起始点和结束点；然后根据获得的数据计算各条输电线路位于轮廓图像中的位置和方向，以及各条输电线路在轮廓图像中的相对距离。