一种全天候巡检无人机及作业方法

技术领域

本发明涉及无人机巡检技术领域，具体涉及一种全天候巡检无人机及作业方法。

背景技术

全天候巡检无人机是一种无人驾驶的飞行器，与载人飞机相比，全天候巡检无人机具有体积小，成本低，以及使用方便等优点。自主研发全天候无人机巡检典型机型(含开放式云台)，提升无人机抗雨、抗风、防尘等防护能力，实现在恶劣环境下的无人机巡检作业，可通过搭载可见光、热红外、超声波局放检测等设备荷载，实现在电力行业不同应用场景下的无人机智能巡检，提高巡检质量；全天候巡检无人机还广泛用于民事应用，例如:航拍、农业、植保、电力巡检，以及测绘等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种全天候巡检无人机及作业方法。

本发明的一个实施例提供一种全天候巡检无人机，包括：本体、多个设置在所述本体上的机臂、设置在所述机臂上的螺旋桨组件、设置在所述本体两侧的起落架组件以及设置在所述本体底部的云台挂架，多个所述机臂均匀朝所述本体的四周延伸，相邻所述机臂之间形成有位于所述云台挂架两侧的避让空间；

所述起落架组件包括两个与所述本体转动连接的支撑架以及驱动所述支撑架转动的动力组件，两个所述支撑架分别位于所述本体的两侧，当所述全天候巡检无人机起飞后，所述动力组件驱动所述支撑架转动至所述避让空间内；

其中，所述云台上设置有可见光传感器、红外传感器、超声波局放检测仪、探照灯以及夜视仪。

进一步，所述动力组件包括设置在所述本体上的支撑座、与所述支撑座转动连接的第一电机以及与所述第一电机传动连接的蜗杆；

所述支撑架与所述支撑座转动连接，所述支架与所述蜗杆活动连接，当所述第一电机驱动所述支撑架沿所述蜗杆移动时，所述支撑架绕所述支撑座转动。

进一步，所述机臂底部设置有卡槽、活动设置在所述卡槽槽口的限位件、位于所述卡槽内的感应器以及与所述感应器连接的驱动组件，所述驱动组件与所述限位件传动连接；

所述支撑架包括横杆和竖直设置在所述横杆上的连接杆，所述连接杆与所述本体转动连接；

当所述无人机起飞时，所述动力组件驱动所述支撑架转动至所述避让空间内，所述横杆的端部卡入所述卡槽内，所述感应器检测到所述横杆并发出检测信号，所述驱动组件接收所述检测信号，驱动所述限位件移动，所述限位件将所述横杆限制在所述卡槽内。针对输电线路巡检较为恶劣的工作环境，例如雨天、大风等天气，通过支撑架与机臂的连接，提高了无人机恶劣的工作环境的适应性能，提高了巡检能力。

进一步，所述本体底部设置有电池，所述本体内还设置有控制器，所述控制器和所述起落架组件连接；

当所述全天候巡检无人机降落时，若所述感应器检测到所述卡槽内存在所述横杆，所述控制器发出警报信号。避免全天候巡检无人机在没有将支撑架放下而导致电池直接接触降落位置，大大提高全天候巡检无人机的安全性。

进一步，所述螺旋桨组件包括设置在所述机臂上的电机座、设置在所述电机座顶部的第二电机、与所述第二电机传动连接的螺旋桨以及电子调速器，所述电机座设置有位于其内部的容置腔、位于其顶部的凹槽以及位于所述凹槽内的过线孔，所述容置腔与所述过线孔连通，所述电子调速器设置在所述容置腔内，所述第二电机的底部卡入所述凹槽内，遮蔽所述过线孔。

进一步，所述凹槽内设置有位于所述第二电机和所述凹槽内壁之间的弹性垫，所述弹性垫围绕所述过线孔布置。

进一步，所述电机座一侧设置有与所述容置腔连通的开口；

所述机臂的末端从所述开口伸入所述容置腔内，所述机臂内设置有过线通道，所述过线通道分别与所述容置腔和所述本体连通。

进一步，所述云台包括云台挂架、若干第一减震装置、摄像设备和若干第二减震装置，所述云台挂架通过所述第一减震装置与所述本体底部连接，所述云台挂架上设置有若干第一安装部和若干第二安装部，所述摄像设备通过所述第一安装部安装于所述云台挂架底部，所述第二减震装置分别与所述第二安装部和所述摄像设备连接。

进一步，所述本体的侧面设置背离所述本体延伸的延伸支架；

所述云台挂架通过至少两个所述第一减震装置与所述本体连接，通过至少两个所述第一减震装置与所述延伸支架连接。

进一步，所述云台挂架上设置有至少2个第一安装部；

所述云台还包括可见光传感器、红外传感器以及超声波局放检测仪，所述可见光传感器、红外传感器以及超声波局放检测仪均通过所述第一安装部与所述云台挂架连接，便于利用搭载多个功能模块协同进行输电线路巡检，对输电线路等应用场景下的精细化巡检提供有力支持。

本发明的一个实施例提供一种全天候巡检无人机作业方法，包括：无人机远程控制系统通过4G/5G的通信链路，将作业任务传递到根据权利要求1至9任一项所述的全天候巡检无人机，从而控制所述全天候巡检无人机来完成所述作业任务，其中，所述巡检任务包括可见光巡检、红外巡检、局部放电检测等。通过控制中心控制无人机的飞行系统，使得无人机能够自助完成巡检任务，即无人机在昼间简单气象、昼间复杂气象、夜间简单气象、夜间复杂气象多种情况下的作业方法。具体包括：

(1)夜间可视飞行。包括在夜间情况下，通过无人机挂载探照灯，进行输电线路故障查线、杆塔精细化巡检等专项巡检任务。

(2)低能见度场景下的可视飞行。通过无人机挂载夜视镜头，开展低能见度下(雾天、夜间等)，无人机挂载夜视镜头，开展手动、或者自动的可视化飞行。具体的飞行可以利用人工操控，或者利用规划好的航线。用于执行杆塔精细化巡检、通道隐患管控等专项任务。

(3)专项无人机检测自主飞行。通过无人机挂载专业检测镜头，包括红外镜头、局放镜头，实现手动、或者自动的专项红外、局部放电检测作业。

(4)雨天恶劣条件下的可视飞行。包括此无人机本身的防水性能达到较高的级别，可以通过人工操控、航线规划自动飞行，实现特殊恶劣天气下的特定任务，如紧急故障查找、隐患管控等。

(5)大风天气条件下的可视飞行。包括此无人机抗风等级达到较高的级别，可通过人工操控、航线规划自动飞行，实现大风天气下的作业。

(6)日间正常的飞行作业。包括日间正常利用人工、自主飞行的方法，开展人工操控、航线规划的相关作业。

通过以上多种作业方法，构成全天候的作业方法和场景。如：夜间大雨情况下的故障查线作业、夜间大风环境下的红外测温专项检测、日间大风情况下的局部放电检测等。构成整体的无人机全天候巡检作业方法。

相对于现有技术，本发明的全天候巡检无人机通过将起落架转动至机臂之间的位置，避免遮挡云台的摄像设备的视野，提高了使用云台的灵活性，形成开放式云台，便于多种检测设备的搭载，提升无人机多场景荷载的适配性能，实现不同需求场景下的无人机巡检，并且对精细化巡检提供有力支持。

其中，具体有益效果：(1)第二电机轴心位置与电子调速器轴心位置不重合，并且在隔开了第二电机和电子调速器，将电子调速器与电机的所处位置分开，并进行防水处理，在过线孔的位置添加软性密封硅胶，保证在飞行过程中，即使线材发生位移，也不会发生漏水的情况，提升飞行器的防水能力；

(2)无人机机体框架架构之间，使用高强度碳纤维板对框架缝隙进行填充，碳纤维材料与航空铝制机身框架间使用环氧树脂胶进行密封，保证整理结构的密闭性，机身采用半封闭式结构，解决接口处的渗漏问题，提升机体部分的防水性能；

(3)无人机的螺旋桨为一体式碳纤螺旋桨，提升整体的动力性能和抗风性能；

(4)对电池的接口以及电控部分进行局部密封，用半包围结构的外壳密封电池外部接口、电池控制开关、电池检测模块等部分，使得电池在保证正常插拔的同时，获得最大的密封效果，保证恶劣天气条件下的飞行安全；

(5)云台挂架的云台固定结构为4个点式的固定结构，使得负载多出50％-70％的情况下已经能够取得良好的减震效果。

附图说明

图1为本发明一个实施例的全天候巡检无人机的一侧的结构示意图；

图2为图1所示的全天候巡检无人机的起落架组件的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例的全天候巡检无人机的机臂的局部结构示意图；

图4为本发明另一个实施例的全天候巡检无人机的顶部的结构示意图；

图5为图1所示的全天候巡检无人机的螺旋桨组件在隐藏螺旋桨时的剖视图；

图6为图1所示的全天候巡检无人机的螺旋桨组件在隐藏螺旋桨时的结构示意图；

图7为图1所示的全天候巡检无人机的螺旋桨组件在隐藏螺旋桨和电机时的结构示意图；

图8为图1所示的全天候巡检无人机的云台挂架的结构示意图；

图9为本发明一个实施例的全天候巡检无人机的另一侧的结构示意图。

附图标记说明：

10、本体；12、延伸支架；20、机臂；21、卡槽；22、限位件；30、螺旋桨组件；31、电机座；311、容置腔；312、过线孔；313、凹槽；314、开口；32、第二电机；33、电子调速器；40、起落架组件；41、支撑架；411、横杆；412、连接杆；42、动力组件；421、支撑座；422、第一电机；423、蜗杆；50、云台挂架；51、第一减震装置；52、第一安装部；53、第二安装部；60、电池；70、保护壳。

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，其是本发明一个实施例的巡检全天候巡检无人机的一侧的结构示意图，该全天候巡检无人机，包括：本体10、多个设置在所述本体10上的机臂20、设置在所述机臂20上的螺旋桨组件30、设置在所述本体10两侧的起落架组件40以及设置在所述本体10底部的云台，多个所述机臂20均匀朝所述本体10的四周延伸，相邻所述机臂20之间形成有位于所述云台两侧的避让空间。

所述起落架组件40包括两个与所述本体10转动连接的支撑架41以及驱动所述支撑架41转动的动力组件42，两个所述支撑架41分别位于所述本体10的两侧，当所述全天候巡检无人机起飞后，所述动力组件42驱动所述支撑架41转动至所述避让空间内。机臂20的长度为290mm～300mm，优选的为294.50mm。

相对于现有技术，本发明的全天候巡检无人机通过将起落架转动至机臂之间的位置，避免遮挡云台的摄像设备的视野，提高了使用云台的灵活性，形成开放式云台，便于多种检测设备的搭载，提升无人机多场景荷载的适配性能，实现不同需求场景下的无人机巡检，并且对精细化巡检提供有力支持。

请参阅图2，其是图1所示的全天候巡检无人机的起落架组件的结构示意图，需要说明的是，动力组件42可以根据实际需要来选择合适的设计，在一些可选的实施方式中，所述动力组件42包括设置在所述本体10上的支撑座421、与所述支撑座421转动连接的第一电机422以及与所述第一电机422传动连接的蜗杆423；所述支撑架41与所述支撑座421转动连接，所述支架与所述蜗杆423活动连接，当所述第一电机422驱动所述支撑架41沿所述蜗杆423移动时，所述支撑架41绕所述支撑座421转动。当然也可由电机直接或通过传动机构带动支撑架41转动。

请参阅图3和图4，其分别是本发明另一个实施例的全天候巡检无人机的机臂的局部结构示意图和本发明另一个实施例的全天候巡检无人机的顶部的结构示意图，在一些可选的实施方式中，所述机臂20底部设置有卡槽21、活动设置在所述卡槽21槽口的限位件22、位于所述卡槽21内的感应器以及与所述感应器连接的驱动组件，所述驱动组件与所述限位件22传动连接，在本实施方式中，在卡槽21的内壁设置有滑槽，限位件22呈板状，其沿所述滑槽移动；所述支撑架41包括横杆411和竖直设置在所述横杆411上的连接杆412，所述连接杆412与所述本体10转动连接；当所述无人机起飞时，所述动力组件42驱动所述支撑架41转动至所述避让空间内，所述横杆411的端部卡入所述卡槽21内，所述感应器检测到所述横杆411并发出检测信号，所述驱动组件接收所述检测信号，驱动所述限位件22移动，所述限位件22将所述横杆411限制在所述卡槽21内。针对输电线路巡检较为恶劣的工作环境，通过支撑架41与机臂20的连接，提高了机臂20之间的稳定性。另外，限位件22上和卡槽21内壁可以设置防震垫片，例如硅胶垫，防震垫片抵接横杆411的端部，使得横杆411更加稳定。

在一些可选的实施方式中，所述本体10底部设置有电池60，所述本体10内还设置有控制器，所述控制器和所述起落架组件40连接；当所述全天候巡检无人机降落时，若所述感应器检测到所述卡槽21内存在所述横杆411，所述控制器发出警报信号，并保持螺旋桨组件30的运行，限制全天候巡检无人机，使得全天候巡检无人机无法降落。避免全天候巡检无人机在没有将支撑架41放下而导致电池60直接接触降落位置，大大提高全天候巡检无人机的安全性。另外，在所述全天候巡检无人机飞行途中，可在一个预设时间间隔通过感应器检测一次卡槽内是否有横杆411，如果所述感应器检测到所述卡槽21内不存在所述横杆411，则发出另一警报信号。

请参阅图5至7，图3是图1所示的全天候巡检无人机的螺旋桨组件在隐藏螺旋桨时的剖视图，图4是图1所示的全天候巡检无人机的螺旋桨组件在隐藏螺旋桨时的结构示意图，图7是图1所示的全天候巡检无人机的螺旋桨组件在隐藏螺旋桨和电机时的结构示意图，在一些可选的实施方式中，所述螺旋桨组件30包括设置在所述机臂20上的电机座31、设置在所述电机座31顶部的第二电机32、与所述第二电机32传动连接的螺旋桨以及电子调速器33，所述电机座31设置有位于其内部的容置腔311和位于其顶部的过线孔312，所述容置腔311与所述过线孔312连通，所述电子调速器33设置在所述容置腔311内，所述第二电机32遮蔽所述过线孔312，通过电机阻挡水通过过线孔312进入容置腔311，螺旋桨优选的采用一体式碳纤螺旋桨。优选的，电机和电子调速器33在竖直方向上的投影相互错开。另外，过线孔312内也可设置防水垫圈。

在一些可选的实施方式中，所述电机座31的顶部设置有凹槽313，所述过线孔312位于所述凹槽313内，所述第二电机32的底部卡入所述凹槽313内，利于第二电机32稳定放置。

在一些可选的实施方式中，所述凹槽313内设置有位于所述第二电机32和所述凹槽313内壁之间的弹性垫，所述弹性垫围绕所述过线孔312布置，在全天候巡检无人机飞行时会产生振动，导致第二电机32晃动，第二电机32晃动可能产生空隙让水进入容置腔311，而弹性垫能补足上述的空隙。另外，弹性垫可采用硅胶垫、橡胶垫等。

在一些可选的实施方式中，所述电机座31一侧设置有与所述容置腔311连通的开口314；所述机臂20的末端从所述开口314伸入所述容置腔311内，所述机臂20内设置有过线通道，所述过线通道分别与所述容置腔311和所述本体10连通，过线通道有利于过线，同时减轻全天候巡检无人机的重量。

请参阅图8，其是图1所示的全天候巡检无人机的云台挂架的结构示意图，在一些可选的实施方式中，所述云台包括云台挂架50、若干第一减震装置51、摄像设备和若干第二减震装置，所述云台挂架50通过所述第一减震装置51与所述本体10底部连接，所述云台挂架50上设置有若干第一安装部52和若干第二安装部53，所述摄像设备通过所述第一安装部52安装于所述云台挂架50底部，所述第二减震装置分别与所述第二安装部53和所述摄像设备连接。

需要说明的是，上述的第一减震装置51和第二减震装置可以根据实际需要来选择合适的设计，例如采用减震球等。

需要说明的是，第一减震装置51和第二减震装置可以根据实际需要来选择合适的数量，例如，在一些可选的实施方式中，所述本体10的侧面设置背离所述本体10延伸的延伸支架12；所述云台挂架50通过至少两个所述第一减震装置51与所述本体10连接，通过至少两个所述第一减震装置51与所述延伸支架12连接，四点式的支撑使得云台挂架50更加稳定。

在一些可选的实施方式中，所述云台挂架50上设置有至少2个第一安装部52；所述云台还包括可见光传感器、红外传感器、超声波局放检测仪、探照灯以及夜视仪，所述可见光传感器、红外传感器超声波局放检测仪、探照灯以及夜视仪均通过所述第一安装部52与所述云台挂架50连接，便于利用搭载多个功能模块协同进行输电线路巡检，对输电线路等应用场景下的精细化巡检提供有力支持。

请参阅图9，其是本发明一个实施例的全天候巡检无人机的另一侧的结构示意图，在一些可选的实施方式中，所述本体10底部设置有电池60和保护壳70，所述电池60分别与所述动力组件42和所述螺旋桨组件30连接，所述电池60上设置有电池60接口、电控组件以及锁定组件，所述保护壳70与所述电池60连接，并活动罩设于所述电池60接口和所述电控组件，所述锁定组件用于锁定所述保护壳70；所述本体10上还设置有控制器，所述控制器与所述锁定组件和所述起落架组件40连接；当所述全天候巡检无人机起飞时，所述控制器向所述锁定组件发出控制信号，所述锁定组件锁定所述保护壳70；当所述全天候巡检无人机降落时，所述控制器向所述锁定组件发出解锁信号，所述锁定组件解除对所述保护壳70的锁定。另外，当所述全天候巡检无人机降落时，可通过所述感应器检测所述卡槽21内是否存在所述横杆411，若存在，则所述控制器发出警报信号，并且保持所述锁定组件对所述保护壳70的锁定，避免电池60在打开保护壳70的时候降落，提高安全性。

需要说明的是，锁定组件可以根据实际需要来选择合适的设计，例如在保护壳70上设置限位孔，锁定组件为伸缩杆，当所述全天候巡检无人机起飞时，所述控制器向所述锁定组件发出控制信号，所述伸缩杆插入所述限位孔内，限制保护壳70无法打开；当所述全天候巡检无人机起飞时，所述控制器向所述锁定组件发出解锁信号，所述伸缩杆离开限位孔，保护壳70可以根据需要被打开。这样不仅可以提高无人机的智能化，也可以防止支撑架41在无人机未降落就可以打开保护壳70。

另外，可通过无人机管控平台对控制器发布巡检任务，也可通过控制器将全天候巡检无人机的飞行状态及无人机巡检实时的影像进行调度、监控发送给无人机管控平台，提高无人机自主化巡检作业的效率，减少人工干预，降低无人机准入门槛。

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。