一种高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置的制作方法

本发明属于无人机巡检设备，尤其涉及一种高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置。

背景技术：

1、随着高压、特高压输电电网不断建设完善，输电线路多铺设于山地、旷野等复杂野外环境，传统人工巡检效率低、风险高、巡检盲区大，难以适配现代化电网运维需求。无人机凭借机动灵活、安全性高的特点，广泛应用于高压输电施工巡检与隐患预警作业，通过搭载高清摄像设备完成线路缺陷拍摄、状态监测等核心工作，是电网智能化运维的重要手段，对设备运行稳定性和拍摄清晰度要求极高。

2、当前输电巡检无人机普遍存在机脚减震缺失、摄像头减震效果差的双重技术缺陷，严重制约巡检作业质量与设备使用寿命。无人机起降过程中，机脚直接与地面、杆塔平台硬性接触，易产生剧烈冲击振动，同时飞行过程中动力运转、野外强风乱流会引发机身抖动，振动会同步传导至机身及搭载的摄像组件。一方面，机脚无有效减震会造成机身颠簸、姿态不稳，易导致机身结构松动；另一方面，摄像头长期受振动干扰，会出现镜头偏移、画面模糊、成像抖动等问题，无法精准捕捉输电线路细微破损、金具松动等隐患，检测与预警准确性大幅降低，难以满足高压输电施工高精度、高稳定性的巡检预警作业要求，因此亟需研发一种兼顾无人机脚减震与摄像头减震的无人机自主巡检安全预警装置。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置。

2、为实现上述目的，本发明的一种高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，包括机体、机臂、机脚、摄像机构、第一减震机构、第二减震机构及预警检测单元；所述机体为无人机中部平台，所述机臂设置有四个且分别固定于机体四个端角，各所述机臂外端均转动安装有旋翼，所述机脚设置两组并对称固定于机体底面两端，所述摄像机构安装于机体正下方，所述第一减震机构设置在机体与摄像机构之间，用于缓冲飞行振动，所述第二减震机构设置在机脚底部，用于缓冲起降冲击，所述摄像机构包括摄像头、红外检测单元及巡检摄像模块，用于完成输电线路自主巡检成像与缺陷数据采集；所述预警检测单元设置在机体上，包括有电磁场传感器，用于检测高压输电线路周围的电磁场强度，并根据检测信号判断无人机与输电线路的距离及相对位置；所述机体上固设有控制模块，分别与摄像机构和预警检测单元电性连接，用于根据巡检数据、飞行姿态、环境参数以及预警检测单元的检测信号，实现输电线路碰撞预警、垂落电线位置识别报警与姿态异常安全预警。

3、可选地，所述机体正下方平行设置有安装板，所述机体与安装板之间固定连接有若干钢丝绳。

4、可选地，所述摄像机构还包括第一旋转组件与第二旋转组件，所述第一旋转组件包括第一电机、第一皮带轮、转动轴、第二皮带轮及第一皮带，所述第一电机固定在安装板顶面，所述第一电机输出轴贯穿安装板并与第一皮带轮固定连接，所述转动轴转动安装在安装板底面，所述第二皮带轮固设在转动轴底端，所述第一皮带轮与第二皮带轮之间张紧缠绕第一皮带。

5、可选地，所述第二皮带轮底面固定有两个对称布置的固定板，所述第二旋转组件安装在两个固定板之间，所述第二旋转组件包括第二电机、第三皮带轮、第四皮带轮、转动杆、第一圆盘、第二圆盘及摄像头，所述第二电机固定于其中一个固定板上，所述第三皮带轮固设在第二电机输出轴上，所述转动杆转动架设两固定板之间，所述第四皮带轮固设在转动杆上，所述第三皮带轮与第四皮带轮之间张紧缠绕第二皮带。

6、可选地，所述转动杆两端分别固定第一圆盘与第二圆盘，所述第一圆盘与第二圆盘底端共同固定有连接板，所述摄像头固定安装在连接板底端，用于实现多角度360°旋转拍摄。

7、可选地，所述机体底面固定有减震垫，所述第一减震机构设置有多组并均匀布置在减震垫与安装板之间；每组所述第一减震机构分别包括固定杆、第一套筒及第一弹簧，所述固定杆底端固定在安装板上，所述固定杆顶部固定滑块，所述第一套筒顶端与减震垫固定，所述第一套筒底端滑动套设在固定杆外侧，所述第一套筒内部开设有与滑块配合的滑槽，所述滑块限位滑动连接在滑槽内。

8、可选地，所述第一弹簧设于第一套筒内部，所述第一弹簧两端分别与第一套筒内顶面、固定杆顶面固定连接，用于吸收飞行振动能量。

9、可选地，所述第二减震机构包括第一连接杆、第二连接杆、缓冲垫、第二弹簧；所述第一连接杆、第二连接杆均竖向铰接在机脚底部，所述缓冲垫设于机脚正下方，所述缓冲垫上固设第一铰接座与第二铰接座，所述第一连接杆底端铰接第一铰接座，所述第二连接杆底端铰接第二铰接座，所述第一连接杆中部铰接第一连接块，所述第二连接杆中部铰接第二连接块，所述第一连接块与第二连接块上均固设第二套筒，两侧所述第二套筒之间滑动连接滑杆，所述第二弹簧套设在第二套筒与滑杆外侧，所述第二弹簧两端分别固设在第一连接块与第二连接块之间。

10、可选地，所述预警检测单元根据所述电磁场传感器检测到的电磁场强度以及电磁场强度变化率，计算无人机与垂落电线的相对距离和趋近速度并发送到所述控制模块，当所述相对距离小于预设安全距离或趋近速度超过预设速度阈值时，所述控制模块生成碰撞预警信号并输出报警，并尝试远离垂落电线。

11、可选地，所述控制模块还根据从所述预警检测单元接收到的相对距离和趋近速度，提前确定垂落电线的空间位置和走向，从而实时生成无人机避障路径规划路线，控制无人机自动调整飞行航向以避开垂落电线。本发明的有益效果为：

12、1、本发明设置双重减震结构，通过机体与摄像机构之间的第一减震机构配合钢丝绳柔性减震，可有效吸收无人机飞行过程中的高频振动与气流扰动，大幅降低振动对摄像组件的影响，避免巡检画面抖动、模糊，显著提升输电线路巡检成像质量与数据采集精度。

13、2、本发明在机脚底部设置第二减震机构，利用连杆与水平弹簧配合结构，可将无人机起降产生的垂直刚性冲击转化为弹性缓冲，有效削弱起降冲击力，减少机身、机脚及机载精密部件的磨损与松动，延长设备使用寿命，提升无人机起降稳定性。

14、3、本发明采用双电机皮带传动结构，使摄像头可实现水平及俯仰多角度360°全方位调节，能够无死角拍摄输电导线、杆塔及金具位置，可精准捕捉细微缺陷，大幅提升高压输电巡检的全面性与可靠性。

15、4、本发明搭载自主巡检与安全预警功能，可实时采集线路状态、飞行姿态及环境数据，自动识别隐患并输出碰撞、姿态异常预警信号，实现巡检作业智能化风险防控。

1.一种高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：包括机体(1)、机臂(2)、机脚(3)、摄像机构(4)、第一减震机构(5)、第二减震机构(6) 及预警检测单元；所述机体(1)为无人机中部平台，所述机臂(2)设置有四个且分别固定于机体(1)四个端角，各所述机臂(2)外端均转动安装有旋翼(21)，所述机脚(3)设置两组并对称固定于机体(1)底面两端，所述摄像机构(4)安装于机体(1)正下方，所述第一减震机构(5)设置在机体(1)与摄像机构(4)之间，用于缓冲飞行振动，所述第二减震机构(6)设置在机脚(3)底部，用于缓冲起降冲击，所述摄像机构(4)包括摄像头(41)、红外检测单元及巡检摄像模块，用于完成输电线路自主巡检成像与缺陷数据采集；所述预警检测单元设置在机体(1)上，包括有电磁场传感器，用于检测高压输电线路周围的电磁场强度，并根据检测信号判断无人机与输电线路的距离及相对位置；所述机体(1)上固设有控制模块，分别与摄像机构(4)和预警检测单元电性连接，用于根据巡检数据、飞行姿态、环境参数以及预警检测单元的检测信号，实现输电线路碰撞预警、垂落电线位置识别报警与姿态异常安全预警。

2.根据权利要求1所述的高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：所述机体(1)正下方平行设置有安装板(7)，所述机体(1)与安装板(7)之间固定连接有若干钢丝绳(8)。

3.根据权利要求2所述的高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：所述摄像机构(4)还包括第一旋转组件(42)与第二旋转组件(43)，所述第一旋转组件(42)包括第一电机(421)、第一皮带轮(422)、转动轴(423)、第二皮带轮(424)及第一皮带(425)，所述第一电机(421)固定在安装板(7)顶面，所述第一电机(421)输出轴贯穿安装板(7)并与第一皮带轮(422)固定连接，所述转动轴(423)转动安装在安装板(7)底面，所述第二皮带轮(424)固设在转动轴(423)底端，所述第一皮带轮(422)与第二皮带轮(424)之间张紧缠绕第一皮带(425)。

4.根据权利要求3所述的高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：所述第二皮带轮(424)底面固定有两个对称布置的固定板，所述第二旋转组件(43)安装在两个固定板(9)之间，所述第二旋转组件(43)包括第二电机(431)、第三皮带轮(432)、第四皮带轮(433)、转动杆(434)、第一圆盘(435)、第二圆盘(436)及摄像头(41)，所述第二电机(431)固定于其中一个固定板(9)上，所述第三皮带轮(432)固设在第二电机(431)输出轴上，所述转动杆(434)转动架设两固定板(9)之间，所述第四皮带轮(433)固设在转动杆(434)上，所述第三皮带轮(432)与第四皮带轮(433)之间张紧缠绕第二皮带(437)。

5.根据权利要求4所述的高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：所述转动杆(434)两端分别固定第一圆盘(435)与第二圆盘(436)，所述第一圆盘(435)与第二圆盘(436)底端共同固定有连接板(438)，所述摄像头(41)固定安装在连接板(438)底端，用于实现多角度360°旋转拍摄。

6.根据权利要求2所述的高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：所述机体(1)底面固定有减震垫(11)，所述第一减震机构(5)设置有多组并均匀布置在减震垫(11)与安装板(7)之间；每组所述第一减震机构(5)分别包括固定杆(51)、第一套筒(53)及第一弹簧(54)，所述固定杆(51)底端固定在安装板(7)上，所述固定杆(51)顶部固定滑块(52)，所述第一套筒(53)顶端与减震垫(11)固定，所述第一套筒(53)底端滑动套设在固定杆(51)外侧，所述第一套筒(53)内部开设有与滑块(52)配合的滑槽(531)，所述滑块(52)限位滑动连接在滑槽(531)内。

7.根据权利要求6所述的高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：所述第一弹簧(54)设于第一套筒(53)内部，所述第一弹簧(54)两端分别与第一套筒(53)内顶面、固定杆(51)顶面固定连接，用于吸收飞行振动能量。

8.根据权利要求1所述的高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：所述第二减震机构(6)包括第一连接杆(61)、第二连接杆(62)、缓冲垫(65)、第二弹簧(691)；所述第一连接杆(61)、第二连接杆(62)均竖向铰接在机脚(3)底部，所述缓冲垫(65)设于机脚(3)正下方，所述缓冲垫(65)上固设第一铰接座(66)与第二铰接座(67)，所述第一连接杆(61)底端铰接第一铰接座(66)，所述第二连接杆(62)底端铰接第二铰接座(67)，所述第一连接杆(61)中部铰接第一连接块(63)，所述第二连接杆(62)中部铰接第二连接块(64)，所述第一连接块(63)与第二连接块(64)上均固设第二套筒(68)，两侧所述第二套筒(68)之间滑动连接滑杆(69)，所述第二弹簧(691)套设在第二套筒(68)与滑杆(69)外侧，所述第二弹簧(691)两端分别固设在第一连接块(63)与第二连接块(64)之间。

9.根据权利要求1所述的高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：所述预警检测单元根据所述电磁场传感器检测到的电磁场强度以及电磁场强度变化率，计算无人机与垂落电线的相对距离和趋近速度并发送到所述控制模块，当所述相对距离小于预设安全距离或趋近速度超过预设速度阈值时，所述控制模块生成碰撞预警信号和输出报警，并尝试远离垂落电线。

10.根据权利要求9所述的高压输电施工无人机自主巡检与安全预警装置，其特征在于：所述控制模块还根据从所述预警检测单元接收到的相对距离和趋近速度，提前确定垂落电线的空间位置和走向，从而实时生成无人机避障路径规划路线，控制无人机自动调整飞行航向以避开垂落电线。