基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人及其除冰方法

1.一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人，其特征在于，包括多旋翼飞行器（1）和除冰机械手（2），所述除冰机械手（2）位于多旋翼飞行器（1）正下方且通过固定杆（9）连接；
所述除冰机械手（2）包括设置于固定杆（9）下方的竖直底板（10），所述底板（10）一侧设置螺线管（12），底板（10）另一侧设置第一图像传感器（19）和第二图像传感器（20），所述螺线管（12）通交变电流，螺线管（12）两端设置若干定滑轮（11），螺线管（12）内设置圆弧形的回旋杆（13）且回旋杆（13）在定滑轮（11）的定位下可做回旋运动，所述回旋杆（13）中嵌入永久磁铁（14），回旋杆（13）两端设置左限位栓（15）和右限位栓（16），所述左限位栓（15）一侧设置第一激光器（17），所述右限位栓（16）一侧设置第二激光器（18）。
2.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人，其特征在于，所述第一激光器（17）和第二激光器（18）发出的激光光线均过回旋杆（13）中轴所在圆弧线（21）的圆心。
3.根据权利要求2所述的一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人，其特征在于，所述第一激光器（17）和第二激光器（18）发出的激光光线的夹角范围为（150°，210°）。
4.根据权利要求2所述的一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人，其特征在于，所述第一图像传感器（19）和第二图像传感器（20）的视线方向相交于目标中心点。
5.根据权利要求4所述的一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人，其特征在于，所述第一图像传感器（19）和第二图像传感器（20）的视线相交点与所述圆弧线（21）的圆心的连线垂直于圆弧线（21）所在平面。
6.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人，其特征在于，所述多旋翼飞行器（1）包括机架（4），所述机架（4）上设置控制模块（7）、GPS模块（8）和旋翼，所述旋翼分别连接一无刷电机（5），所述无刷电机（5）分别连接一电机调速器（6）。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人，其特征在于，所述除冰机器人用于电缆线除冰，所述第一图像传感器（19）和第二图像传感器（20）的视线相交于电缆线（3）的中心点。
8.基于权利要求1至6任一所述的一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人的除冰方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A、除冰机器人初始化，多旋翼飞行器起飞；
步骤B、判断第一图像传感器和第二图像传感器是否均找到目标，若没有找到目标，调整多旋翼飞行器位置，重新执行步骤B，若找到目标，转到步骤C；
步骤C、判断目标是否均位于第一图像传感器和第二图像传感器视线中央，若不位于中央，调整多旋翼飞行器位置，重新执行步骤C，若位于中央，转到步骤D；
步骤D、打开第一激光器和第二激光器，螺线管通电，回旋杆作回旋运动对目标进行除冰，保存当前GPS数据；
步骤E、多旋翼飞行器前进过程中，重复步骤C和步骤D，直至除冰结束；
步骤F、关闭第一激光器和第二激光器，螺线管断电，回旋杆回位，多旋翼飞行器返回降落。

基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人及其除冰方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于电缆线除冰领域，特别涉及一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人及其除冰方法。\n背景技术\n[0002] 当前，电缆线由于长期暴露在室外，在雨雪天气很容易结冰，而长期结冰容易造成电缆线老损，并且过重的冰会导致电缆线过重，电缆线会被压断等严重破坏情况。为了避免以上后果出现，我们需要对电缆线除冰。由于电缆线在高空中悬挂，人为除冰并不现实。\n[0003] 申请公布号为CN104810775A的发明专利公布了一种高压输电线路感应式取电的自动化四旋翼激光除冰装置，包括机身，机身的前、后端对称安装有第一、第二、第三、第四旋翼，旋翼分别与一无刷直流电机相连，无刷直流电机分别连接一电机调速器；电机调速器均与飞行控制器相连；驱动电源，驱动电源由取电PT通过高压线路取电；半导体激光器位于所述机身的下方，并通过可控万向节与机身相连接，可控万向节与飞行控制器连接，半导体激光器开关与飞行控制器连接；角速度传感器与角度传感器分别与飞行控制器连接。本发明结构简单，飞行稳定，可实现高压输电线路的自动除冰以及人工控制除冰，成本低，但在对电缆线进行360°除冰时，需要同时改变除冰装置的位置和半导体激光器的位置，较为不便。\n发明内容\n[0004] 发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人及其除冰方法，在除冰机器人位置不变的情况下，将激光来回绕射到电缆线上，最大可能的将激光照射到电缆线上的各个角落，这可完成对电缆线上冰块彻底清除，除冰比较彻底。\n[0005] 技术方案：本发明采用如下技术方案：一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人，其特征在于，包括多旋翼飞行器和除冰机械手，所述除冰机械手位于多旋翼飞行器正下方且通过固定杆连接；\n[0006] 所述除冰机械手包括设置于固定杆下方的竖直底板，所述底板一侧设置螺线管，底板另一侧设置第一图像传感器和第二图像传感器，所述螺线管通交变电流，螺线管两端设置若干定滑轮，螺线管内设置圆弧形的回旋杆且回旋杆在定滑轮的定位下可做回旋运动，所述回旋杆中嵌入永久磁铁，回旋杆两端设置左限位栓和右限位栓，所述左限位栓一侧设置第一激光器，所述右限位栓一侧设置第二激光器。\n[0007] 优选地，所述第一激光器和第二激光器发出的激光光线均过回旋杆中轴所在圆弧线的圆心。\n[0008] 优选地，所述第一激光器和第二激光器发出的激光光线的夹角范围为(150°，\n210°)。\n[0009] 优选地，所述第一图像传感器和第二图像传感器的视线相交于目标中心点。\n[0010] 优选地，所述第一图像传感器和第二图像传感器的视线相交点与所述圆弧线的圆心的连线垂直于圆弧线所在平面。\n[0011] 优选地，所述多旋翼飞行器包括机架，所述机架上设置控制模块、GPS模块和旋翼，所述旋翼分别连接一无刷电机，所述无刷电机分别连接一电机调速器。\n[0012] 优选地，其特征在于，所述除冰机器人用于电缆线除冰，所述第一图像传感器和第二图像传感器的视线相交于电缆线的中心点。\n[0013] 一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人的除冰方法，其特征在于，包括如下步骤：\n[0014] 步骤A、除冰机器人初始化，多旋翼飞行器起飞；\n[0015] 步骤B、判断图像传感器是否找到目标，若没有找到目标，调整多旋翼飞行器位置，重新执行步骤B，若找到目标，转到步骤C；\n[0016] 步骤C、判断目标是否位于图像传感器视线中央，若不位于中央，调整多旋翼飞行器位置，重新执行步骤C，若位于中央，转到步骤D；\n[0017] 步骤D、打开激光器，螺线管通电，回旋杆作回旋运动对目标进行除冰，保存当前GPS数据；\n[0018] 步骤E、多旋翼飞行器前进过程中，重复步骤C和步骤D，直至除冰结束；\n[0019] 步骤F、关闭激光器，螺线管断电，回旋杆回位，多旋翼飞行器返回降落。\n[0020] 有益效果：本发明通过除冰机械手，结合多旋翼飞行器实现对电缆线多角度多方位除冰，通过两个图像传感器来对电缆线进行定位，在不改变除冰机器人位置的情况下，通过除冰机械手将激光来回绕射到电缆线上，最大可能的将激光照射到电缆线上的各个角落，可完成对电缆线上冰块彻底清除，除冰比较彻底，并且多旋翼飞行器只要完成一次循环即可对电缆线进行彻底除冰，结构独特简单，效率高。\n附图说明\n[0021] 图1为本发明整体结构示意图；\n[0022] 图2为本发明正面结构示意图；\n[0023] 图3为本发明背面结构示意图；\n[0024] 图4为本发明除冰背面示意图；\n[0025] 图5为本发明除冰侧面示意图；\n[0026] 图6为本发明拆分示意图1；\n[0027] 图7为本发明拆分示意图2；\n[0028] 图8为本发明除冰回旋示意图1；\n[0029] 图9为本发明除冰回旋示意图2；\n[0030] 图10为本发明除冰回旋示意图3；\n[0031] 图11为本发明控制电路结构框图；\n[0032] 图12为本发明程序流程图；\n[0033] 其中，多旋翼飞行器1，除冰机械手2，电缆线3，机架4，无刷电机5，电机调速器6，控制模块7，GPS模块8，固定杆9，底板10，定滑轮11，螺线管12，回旋杆13，永久磁铁14，左限位栓15，右限位栓16，第一激光器17，第二激光器18，第一图像传感器19，第二图像传感器20，圆弧线21。\n具体实施方式\n[0034] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。\n[0035] 本发明公开了一种基于多旋翼飞行器的智能回旋式除冰机器人，可用于电缆线除冰，如图1所示，包括多旋翼飞行器1和除冰机械手2，所述除冰机械手2位于多旋翼飞行器1正下方且通过固定杆9连接。\n[0036] 如图2所示，多旋翼飞行器1包括机架4，所述机架4上设置控制模块7、GPS模块8和旋翼，每个旋翼分别连接一无刷电机5，每个无刷电机5分别连接一电机调速器6。\n[0037] 除冰机械手2包括底板10、定滑轮11、螺线管12、回旋杆13、永久磁铁14、左限位栓\n15、右限位栓16、第一激光器17、第二激光器18、第一图像传感器19和第二图像传感器20。\n[0038] 其中，固定杆9下方设置竖直底板10，底板10一侧设置螺线管12，螺线管12为空心，螺线管12两端设置若干定滑轮11；回旋杆13为圆弧形，其中心线为圆弧线21，圆弧线21的圆心为O，如图7、图10所示，永久磁铁14嵌入在回旋杆13中间的某一段中，形成完整光滑的回旋杆13，且回旋杆13能刚好插入到螺线管12中，在定滑轮11的定位下，回旋杆13能自由做回旋运动。\n[0039] 回旋杆13的两端还设有左限位栓15和右限位栓16，用来限制回旋杆13做回旋运动时的位置，以免过回旋。在左限位栓15的一侧设有第一激光器17，右限位栓16的一侧设有第二激光器18，第一激光器17和第二激光器18所发出的激光光线均过回旋杆13所在圆弧线21的圆心O并且激光光线所成夹角为θ，其范围为150°＜θ＜210°，在本实施例中，θ取180°，即第一激光器17和第二激光器18为对射状态，当回旋杆13做回旋运动时，第一激光器17和第二激光器18发出的激光始终照射到回旋杆13的半圆圆心O上，如图7～10所示。\n[0040] 螺线管12用来产生磁场，加在上面的驱动电流为交变电流，能使螺线管12产生大小和方向周期性改变的磁场。该磁场与永久磁铁14的磁场产生作用，由于同极相排斥、异极相吸引，螺线管12产生的磁场来回改变，因此回旋杆13受到的力来回变化，最终使得回旋杆\n13绕圆心O做周期性的回旋运动。此回旋运动将使得第一激光器17和第二激光器18发出的激光光点在电缆线3上移动，实现多方位多角度除冰。\n[0041] 如图3～5所示，本发明在底板10的背面还设有第一图像传感器19和第二图像传感器20，第一图像传感器19的视角方向竖直向下，第二图像传感器20的视角方向水平向左，分别指向电缆线3，并且第一图像传感器19和第二图像传感器20的视角方向相交于O＇点，该O＇点同时也为电缆线3的中心点位置，O＇点与O点的连线垂直于圆弧线21所在的平面，电缆线3处于O＇点与O点的连线上，如图5所示。\n[0042] 若电缆线3分别成像于第一图像传感器19和第二图像传感器20的中央位置，则说明此时电缆线3正好处于回旋杆13的圆心O上，此时第一激光器17和第二激光器18的激光光点正好指向了电缆线3上，此时可开启第一激光器17和第二激光器18开始除冰；如果电缆线\n3并未成像于第一图像传感器19和第二图像传感器20的中央位置，则说明电缆线3并未处于O点，此时应调整多旋翼飞行器的位置：当电缆线3并未成像于第一图像传感器19的中央，则应调整多旋翼飞行器的水平位置，使电缆线3处于第一图像传感器19的中央；当电缆线3并未成像于第二图像传感器20的中央，则应调整多旋翼飞行器的竖直位置，使电缆线3处于第二图像传感器20的中央。电缆线3分别成像于第一图像传感器19和第二图像传感器20的中央O＇点，则说明电缆线3处于O点，此时满足除冰条件，可开启第一激光器17和第二激光器18进行除冰。在除冰过程中，多旋翼飞行器将通过第一图像传感器19和第二图像传感器20的成像情况实时调整多旋翼飞行器的位置，以保证电缆线3实时处于O点位置。\n[0043] 如图11、图12所示，本发明的除冰方法如下：\n[0044] 系统上电后，首先进行初始化，然后多旋翼飞行器将通过第一图像传感器19和第二图像传感器20来寻找电缆线3，当找到电缆线3后，通过第一图像传感器19和第二图像传感器20的成像情况来确定当前电缆线3的位置。当电缆线3均成像于第一图像传感器19和第二图像传感器20的中央位置时，则说明电缆线3当前处于O＇、O点位置，即电缆线3在中央位置。此时将开启第一激光器17和第二激光器18，螺线管12通电，回旋杆13将开始回旋，多旋翼飞行器前进，激光除冰开始。\n[0045] 在激光除冰过程中，多旋翼飞行器一方面实时保存当前的GPS数据到存储模块中，另一方面多旋翼飞行器将实时调整自身位置，使电缆线3处于第一图像传感器19和第二图像传感器20的中央，直到除冰结束，此时关闭第一激光器17和第二激光器18，回旋杆13回位，螺线管12断电，多旋翼飞行器将返回，降落。\n[0046] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。