一种远程投放无人机大范围巡检系统
阅读说明：本技术 一种远程投放无人机大范围巡检系统 (Long-range inspection system for remotely-launched unmanned aerial vehicle ) 是由 孟伟 连仕康 鲁仁全 陈科璟 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种远程投放无人机大范围巡检系统,包括S1、垂直起降无人机的机舱中携带多架多旋翼无人机到达待作业区域；S2、启动投放装置将旋翼无人机投放出去；S3、地面控制系统对每一架多旋翼无人机进行任务规划,多旋翼无人机上通过图像传输模块传输到地面系统；S4、在将所有多旋翼无人机回收到垂直起降无人机的机舱中后,地面控制系统控制垂直起降无人机返回并降落到指定位置。本发明使用垂直起降无人机携带多架多旋翼无人机进行作业,提高了作业的效率以及作业半径,并且所采用垂直起降无人机无需额外跑道,节省起飞限制。垂直起降无人机能够大范围地实现自动化巡检的同时,多旋翼无人机则完成大范围的精细化协作巡检,实现远程投放的目的。(The invention discloses a large-range inspection system for a remote-throwing unmanned aerial vehicle, which comprises S1, wherein a cabin of a vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle carries a plurality of multi-rotor unmanned aerial vehicles to reach an area to be operated; s2, starting a throwing device to throw the unmanned aerial vehicle out; s3, the ground control system performs task planning on each multi-rotor unmanned aerial vehicle, and the multi-rotor unmanned aerial vehicle is transmitted to the ground system through the image transmission module; s4, after all the multi-rotor unmanned aerial vehicles are recovered into the cabin of the vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle, the ground control system controls the vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle to return and land to a specified position. The invention uses the vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle to carry a plurality of multi-rotor unmanned aerial vehicles for operation, improves the operation efficiency and the operation radius, and saves take-off limit because the adopted vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle does not need an additional runway. When VTOL unmanned aerial vehicle can realize automatic the patrolling and examining on a large scale, many rotor unmanned aerial vehicle then accomplish on a large scale the cooperation of becoming more meticulous and patrol and examine, realize the purpose of long-range input.)
技术领域
本发明涉及一种无人机技术领域，尤其是指一种远程投放无人机大范围巡检系统。
背景技术
随着无人机被各个行业的广泛应用，对无人机的性能要求也不断提高。如今旋翼无人机被广泛应用于电力巡检的领域，利用无人机进行自动化地巡检，是目前一种比较具有优势的方式。但由于多旋翼无人机所携带的电池容量有限，作业半径十分有限，并且通常电力巡检中心(无人机自动起飞位置)与需要巡检的电缆之间的距离均是比较远的。目前在无人机巡检过程中，解决该问题的方法，是在电塔的塔杆上设置供给无人机充电的停机坪。当无人机电量不足时，则停在停机坪上通过自动更换电池装置为其更换新电池。但是该技术需要在一定距离塔杆上设置停机坪以及自动更换电池装置，而且该方式需要提前计算电量不足的距离，以保证无人机可以登上在停机坪更换电池，导致无人机返回过程需要花费一定的时间和电量，这将影响无人机的自动巡检的效率。另一种方案是人为地搭载旋翼无人机到指定地点后，再起飞旋翼无人机执行任务。但这对于一些崎岖山路地区，是十分困难甚至是无法实现的。第三种方案是，使用固定翼无人机沿着电缆线路快速地巡检，虽然固定翼无人机所携带的电池作业半径是足够大了，但是固定翼无人机没办法在某个地方悬停(最多是在某个允许范围内盘旋)，从而达不到电网巡检的“精检”需求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种自动化巡检、巡检半径大和效率高的远程投放无人机大范围巡检系统。该系统能够大范围地实现无人机自动化巡检的同时，保证在普通电池携带量情况下完成大范围的精细化协作巡检。
本发明的目的可采用以下技术方案来达到：
一种远程投放无人机大范围巡检方法，包括以下步骤：
S1、垂直起降无人机的机舱中携带多架多旋翼无人机，地面控制系统实现航线规划，然后控制垂直起降无人机从巡检中心起飞，到达待作业区域；
S2、垂直起降无人机飞行到待作业区域后，启动投放装置将多架旋翼无人机以任意的姿态从机舱中投放出去，然后多旋翼无人机完成空中姿态恢复和空中悬停；
S3、地面控制系统对每一架多旋翼无人机进行任务规划，并通过多旋翼无人机上的定位系统控制航路和执行定点悬停的多个电力巡检节点的精细化检查；多旋翼无人机上的高清摄像头获取巡检的图像并通过图像传输模块传输到地面系统，完成一次单台多旋翼无人机电力巡检任务；在巡检的过程中，如果某一多旋翼无人机执行完成指定任务后电量不足以返回垂直起降无人机时，多旋翼无人机向地面控制系统发送信息，地面控制系统控制垂直起降无人机与该多旋翼无人机对接并回收到回收舱中；
S4、在将所有多旋翼无人机回收到垂直起降无人机的机舱中后，地面控制系统控制垂直起降无人机返回并降落到指定位置。
进一步地，所述步骤S1中的垂直起降无人机先垂直上升飞行，然后通过固定翼进行飞行。
进一步地，所述步骤S3中的地面控制系统与垂直起降无人机、地面控制系统与多旋翼无人机之间均通过5G通信模块进行数据传输。
进一步地，所述步骤S3中的垂直起降无人机与多旋翼无人机之间通过无线WIFI模块或者NRF24L01的无线通信模块进行数据传输。
进一步地，所述步骤S3中的第一架所述多旋翼无人机均设有唯一ID号；根据接收到的多旋翼无人机的回收信息的ID号以及定位信息，地面控制系统控制垂直起降无人机与相应ID号的多旋翼无人机对接并回收到回收舱中。
进一步地，所述步骤S3中的垂直起降无人机设有两台高清摄像头，垂直起降无人机通过地面控制系统获取待回收多旋翼无人机ID号和GPS定位信息，然后飞行到达多旋翼无人机附近；垂直起降无人机与多旋翼无人机之间创建局部通信网络，以完成数据信息共享，并通过两个高清摄像头锁定多旋翼无人机位置；待回收多旋翼无人机悬停于空中，垂直起降无人机上的机舱口切面相对于多旋翼无人机垂直，垂直起降无人机将多旋翼无人机回收到回收舱内。
一种远程投放无人机大范围巡检方法的巡检系统，其特征在于：包括垂直起降无人机、多旋翼无人机和地面控制系统，所述垂直起降无人机的底部设有带投放装置的机舱，所述多旋翼无人机设为多架且搭载于机舱内；所述地面控制系统控制垂直起降无人机飞行到待作业区域，垂直起降无人机控制投放装置将多旋翼无人机投放出去；所述地面控制系统通过5G模块与多旋翼无人机进行通信连接，且控制多旋翼无人机进行巡检。
进一步地，垂直起降无人机与多旋翼无人机之间通过无线WIFI模块或者NRF24L01的无线通信模块进行数据传输；在巡检的过程中，某一多旋翼无人机执行完成指定任务后电量不足以返回垂直起降无人机时，多旋翼无人机向地面控制系统发送信息，地面控制系统控制垂直起降无人机并飞行到多旋翼无人机设定范围内，使垂直起降无人机与该多旋翼无人机通信连接并回收到回收舱中。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明使用垂直起降无人机携带多架多旋翼无人机进行作业，无需额外跑道，节省起飞限制。垂直起降无人机能够大范围地实现无人机自动化巡检的同时，多旋翼无人机则完成大范围的精细化协作巡检，即实现远程投放的目的，解决了现有利用多旋翼无人机所携带的电池容量有限，作业半径十分有限，而固定翼无人机没办法在某个地方悬停，达不到电网巡检的“精检”需求的问题。本发明具有自动化巡检、巡检半径大和效率高的优点。
2、本发明通过地面控制系统与垂直起降无人机、地面控制系统与多旋翼无人机、垂直起降无人机与多旋翼无人机之间的通信和控制，实现垂直起降无人机与多旋翼无人机之间的协同合作，完成高效率、大范围、精细化和自动化巡检的功能，具有自动化巡检、巡检半径大和效率高的优点。
附图说明
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他的附图。
图1是本发明远程投放无人机大范围巡检系统的控制流程框图。
图2是本发明远程投放无人机大范围巡检系统的结构示意图。
图3是本发明远程投放无人机大范围巡检系统的旋翼无人机放置于机舱内的结构示意图。
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。
实施例
参照图1至图3，本实施例涉及远程投放无人机大范围巡检方法，包括以下步骤：
S1、垂直起降无人机1的机舱11中携带多架多旋翼无人机2，地面控制系统实现航线规划，以完成自主飞行，然后控制垂直起降无人机1从巡检中心起飞，到达待作业区域；在该过程中，垂直起降无人机1先垂直上升飞行，然后通过固定翼进行飞行。本方法使用垂直起降无人机1携带多架多旋翼无人机2进行作业，无需额外跑道，节省起飞限制。垂直起降无人机1能够大范围地实现无人机自动化巡检的同时，多旋翼无人机2则完成大范围的精细化协作巡检。
S2、垂直起降无人机1飞行到待作业区域后，启动投放装置将多架旋翼无人机2从机舱11中投放出去，然后地面控制系统控制多旋翼无人机2进行空中姿态恢复和空中悬停；根据垂直起降无人机1所在位置和执行任务对应的多旋翼无人机2启动不同的投放装置10，进行多个电力巡检节点投放多旋翼无人机2。多旋翼无人机2要求体积足够小又轻，垂直起降无人机1可以携带尽量多架多旋翼无人机2，并且具备任意姿态起飞能力。在垂直起降无人机1被投放出去后，多旋翼无人机2的姿态往往是任意姿态的，因此空中姿态恢复，空中悬停是非常有必要的。
S3、地面控制系统对每一架多旋翼无人机2进行任务规划，并通过多旋翼无人机2上的定位系统控制航路和执行定点悬停的多个电力巡检节点的精细化检查；多旋翼无人机2上的高清摄像头获取巡检的图像并通过图像传输模块传输到地面系统，完成一次单台多旋翼无人机2电力巡检任务；在巡检的过程中，如果某一多旋翼无人机2执行完成指定任务后电量不足以返回垂直起降无人机1时，多旋翼无人机2向地面控制系统发送信息，地面控制系统控制垂直起降无人机1与该多旋翼无人机2对接并回收到回收舱12中；垂直起降无人机1与多旋翼无人机2之间通过无线WIFI模块或者NRF24L01的无线通信模块进行数据传输。第一架所述多旋翼无人机2均设有唯一ID号；根据接收到的多旋翼无人机2的回收信息的ID号以及定位信息，地面控制系统控制垂直起降无人机1与相应ID号的多旋翼无人机2对接并回收到回收舱12中。垂直起降无人机1设有两台高清摄像头，垂直起降无人机1通过地面控制系统获取待回收多旋翼无人机2ID号和GPS定位信息，然后飞行到达多旋翼无人机2附近；垂直起降无人机1与多旋翼无人机2之间创建局部通信网络，以完成数据信息共享，并通过两个高清摄像头锁定多旋翼无人机2位置；待回收多旋翼无人机2悬停于空中，垂直起降无人机1上的机舱11口切面相对于多旋翼无人机2垂直，垂直起降无人机1将多旋翼无人机2回收到回收舱12内。地面控制系统与垂直起降无人机1、地面控制系统与多旋翼无人机2之间均通过5G通信模块进行数据传输。
具体的，多旋翼无人机2系统处理能力有限且电力巡检任务往往是离线处理，因此所设计多旋翼无人机2是尽量轻便。在多旋翼无人机2实现空中姿态恢复和稳定飞行后，首先结合地面控制系统对每一架多旋翼无人机2的任务规划，通过5G通信模块获取本机信息(多旋翼无人机2自身的任务规划和航路点)；然后根据定位系统所提供位置信息开始执行定点悬停的多个电力巡检节点的精细化检查，把高清摄像头所获取到的巡检结果通过5G通信模块快速传输回到地面系统，完成一次单台多旋翼无人机2电力巡检任务。
多旋翼无人机2根据地面控制系统动态规划任务，多台旋翼无人机2相互间协同完成一片区域的电力系统节点的巡检。在部分旋翼无人机2执行完成指定任务或者电量不足以支撑完成任务时，多旋翼无人机2将触发垂直起降无人机1的回收任务。多旋翼无人机2通过5G通信模块与地面控制系统发布回收任务，并共享本机的ID号(每台多旋翼无人机2和垂直起降无人机1均有唯一的ID号)和GPS的全局定位信息。地面控制系统根据多旋翼无人机2发布的信息，结合距离和所执行的任务类别(是否执行完投放任务和是否正在执行多旋翼无人机2回收任务)优化分配垂直起降无人机1，进行多旋翼无人机2和垂直起降无人机1对接。
考虑到地面控制系统所使用的5G通信模块是针对全局所有无人机进行通信，为减少局部通信对5G通信网络资源的占用，可以通过创建局部通信网络，使通信资源更加充足且稳定。局部通信网络通过共享相互之间的位置信息，考虑定位信息的受到噪声干扰的不确定性，使用垂直起降无人机1上的高清摄像头进行实时校准，即考虑到垂直起降无人机1具备一定的设备搭载能力，在垂直起降无人机1上搭载两台高清摄像头(一个在无人机回收舱12内部，另外一个位置在回收舱12后部，用于锁定多旋翼无人机2)。多旋翼无人机2自身携带为视觉摄像头定位所需的明显特征点，诸如小型荧光球，多点特定载波频率的红外线发光源等。所述回收舱12设计有梯形向上开的接口，四周使用绳索13网覆盖，所使用绳索13网对螺旋桨有一定的缠绕作用；机舱11左右两端的高度呈从机体尾部到机头逐渐递减状态，所设计形状增加多旋翼无人机2进入回收舱12口的面积，进而增加回收的成功率。多旋翼无人机2回收任务具体操作如下：垂直起降无人机1通过地面控制系统获取待回收多旋翼无人机2ID号和GPS全局定位系统位置信息，到达多旋翼无人机2附近；接着创建局部通信网络快速稳定地完成数据信息共享，并通过高清摄像头锁定多旋翼无人机2位置，计算相对位置、矫正定位信息并规划垂直起降多旋翼无人机2的轨迹；待回收多旋翼无人机2悬停于空中相对静止，垂直起降无人机1上的回收舱12口切面相对于多旋翼无人机2垂直(这增加了回收成功率)。考虑到在回收过程可能发生反弹现象，使用具有伸展性质的网绳，缓冲多旋翼无人机2与垂直起降无人机1相对速度的动能。
S4、在将所有多旋翼无人机2回收到垂直起降无人机1的机舱11中后，地面控制系统控制垂直起降无人机1返回并降落到指定位置。
本实施例还提供了一种远程投放无人机大范围巡检方法的巡检系统，其特征在于：包括垂直起降无人机1、多旋翼无人机2和地面控制系统，所述垂直起降无人机1的底部设有带投放装置10的机舱11，所述多旋翼无人机2设为多架且搭载于机舱11内；所述地面控制系统控制垂直起降无人机1飞行到待作业区域，垂直起降无人机1控制投放装置将多旋翼无人机2投放出去；所述地面控制系统通过5G模块与多旋翼无人机2进行通信连接，且控制多旋翼无人机2进行巡检。
垂直起降无人机1与多旋翼无人机2之间通过无线WIFI模块或者NRF24L01的无线通信模块进行数据传输；在巡检的过程中，某一多旋翼无人机2执行完成指定任务后电量不足以返回垂直起降无人机1时，多旋翼无人机2向地面控制系统发送信息，地面控制系统控制垂直起降无人机1并飞行到多旋翼无人机2设定范围内，使垂直起降无人机1与该多旋翼无人机2通信连接并回收到回收舱12中。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。