自主高空电缆检查系统技术方案

提供一种高空检查系统，包括具有铰接臂与其连接的无人飞行器(UAV)。末端执行器连接到铰接臂的第二端，末端执行器的大小和形状为以靠近的接近度至少部分地在高空电缆周围延伸。一个或多个传感器沿着末端执行器的内表面设置，并且对控制单元提供反馈。在响应中，控制单元调整UAV、铰接臂和末端执行器的至少一个的位置，从而末端执行器相对于电缆保持靠近而非接触的位置。

Autonomous aerial cable inspection system

An altitude inspection system is provided, including an articulated arm and an unmanned aerial vehicle (UAV) connected to it. The end effector is connected to the second end of the articulated arm, and the size and shape of the end effector extend at least in part near the aerial cable at a near proximity. One or more sensors are placed along the inner surface of the end effector, and feedback is provided to the control unit. In response, the control unit adjusts the position of at least one of the UAV, the articulated arm and the end effector, so that the end effector stays close to the cable rather than the contact position.

【技术实现步骤摘要】
自主高空电缆检查系统
技术介绍
高空电缆，例如光缆，可能因松鼠咀嚼、烟花、枪弹、天气、磨损等受到损坏。一旦发生，可能中断通过高空电缆提供的服务。当前在长距离上检查高空光缆线套管完整性或损坏的方法很缓慢、笨重，并且有时引起不安全的实践或方法。由于典型地非常难以找到哪里的电缆被损坏并然后将其修复，服务中断可能持续很长时间。光纤网络部署、操作和维护的成本和延迟上的最大问题之一是人工劳动。高空光缆的检查是劳动密集型和通常高成本的任务。另一个问题是安全。很多高空工人每年在工作上被夺去生命，并且许多其他的人遭受电烧伤和机械性损伤造成四肢的非致命性损失。
技术实现思路
本公开的一个方面提供高空检查设备，包括飞行器、在第一端连接到飞行器的铰接臂、以及连接到铰接臂的第二端的末端执行器，末端执行器的大小和形状为至少部分地围绕高空电缆延伸，其一个或多个传感器沿着末端执行器的内表面设置。此外，设备中的控制单元配置为从一个或多个传感器接收信息，并且响应于由一个或多个传感器检测的信息调整飞行器的位置、铰接臂的运动或末端执行器的运动的至少一个，以保持末端执行器相对于电缆的预定相对位置。末端执行器可包括底座、从底座的上部延伸的第一钳、以及从底座的下部延伸的第二钳，其中所述一个或多个传感器和/或摄像机沿着每个钳和底座的长度设置。摄像机适合于捕获高空电缆的360度视图。控制单元配置为自主保持一个或多个传感器相对于高空电缆的非接触位置。本公开的另一个方面提供一种系统，包括一个或多个传感器、存储器、以及与一个或多个传感器和存储器通信的一个或多个处理器。一个或多个处理器配置为从一个或多个传感器接收输入，根据接收的输入检测飞行器的末端执行器和电缆之间的接近度，并且响应于接收的输入调整末端执行器相对于高空电缆的位置，从而末端执行器至少部分地围绕电缆的外径，并且电缆的外径与末端执行器的每个围绕部分保持大约1-100mm的距离。本公开的再一个方面提供一种方法，包括从一个或多个传感器连续接收输入，一个或多个传感器定位在连接到无人飞行器的末端执行器上，输入对应于高空电缆，用一个或多个处理器根据接收的输入检测末端执行器和高空电缆之间的接近度，并且响应于接收的输入连续调整末端执行器相对于高空电缆的位置，从而末端执行器至少部分地围绕电缆的外径，并且电缆的外径保持距末端执行器的每个围绕部分大约1-100mm的距离。附图说明图1A-1B示出了根据本公开各方面的示例性高空检查系统。图2A-2D示出了根据本公开各方面的示例性末端执行器。图3示出了根据本公开各方面的末端执行器上的示例性传感器设置。图4A-4B是根据本公开各方面的示例性末端执行器相对于一个或多个电缆的侧视图。图5A-5B示出了根据本公开各方面的检查高空电缆的图1的高空检查系统的示例。图6示出了根据本公开的各方面在相对于高空电缆的示例性安全保障模式中图1的高空检查系统。图7A-7B示出了根据本公开各方面的示例性锁定机构。图8是根据本公开各方面的示例性计算装置的方块图。图9是根据本公开各方面的示例性系统的方块图。图10是示出根据本公开各方面的示例性方法的流程图。具体实施方式概述本公开的技术总体上涉及无人飞行器(UAV)，例如无人驾驶飞机，适合于靠近检查高空电缆。飞行器包括轻质铰接机器人延伸臂，其末端执行器适合于相对于高空电缆保持固定的位置。例如，末端执行器包括一个或多个传感器，可提供实时接近性反馈、稳定化控制和远程遥测数据。末端执行器还包括一个或多个摄像机，适合于捕获高空电缆的360度图像。延伸臂由轻质材料制造，并且利用七个自由度铰接，在每个关节上平衡以便光滑和有效的运动。在一个示例中，配备有两个3轴无刷DC万向节，臂的每一端一个，并且具有无刷DC电动机的单轴关节位于臂的大致中点(肘关节)。铰接特点允许臂在向事故位置导航飞行和从事故位置导航飞行期间被收起(stow)。设置在连接到UAV的臂的端部的3-轴万向节允许UAV调整其陀螺仪姿态(横滚、俯仰和横摆)而与臂的位置无关，因此允许臂和末端执行器传感器阵列对目标电缆保持稳定的关系和接近度。另外，臂提供一定程度的挠曲性以适应UAV的线性飞行特性且补偿由于风和通常导航要求引起的UAV的线性(X、Y和Z)姿势调整。末端执行器可通过3轴无刷万向节连接到延伸臂，3轴无刷万向节连接到末端执行器的底座。多个钳从底座突出。例如，四个钳可设置在底座的大致每个拐角。钳可定位成运动，例如通过彼此接近运动或者彼此远离运动。这样，钳可定位在不同直径的电缆或电缆捆周围，而仍保持电缆和钳之间的一致的距离。多个面向光缆的摄像机、光和光电机械传感器可沿着每个钳和底座的长度设置。这些摄像机和传感器适合于评估光缆的表面且识别损坏。例如，摄像机可捕获信息，例如印刷在光缆外套上的制造商信息和光缆的损坏位置。装置可使用标签、快速响应(QR)代码、射频识别(RFID)、信标蓝牙低能量(BLE)或其它类型的标记帮助识别或有助于识别目标电缆。另外，前后面对的摄像机和传感器使UAV能够避开阻挡其飞行路径的障碍物。在某些示例中，飞行器可配备有工具以清洁或修理电缆。例如，末端执行器可包括喷嘴，喷嘴配置为使压缩空气和/或水雾对准目标电缆以清洗各种碎屑，例如灰尘、污垢、泥土、雪等，该碎屑可能存在于电缆上且妨碍电缆表面的清楚检查。飞行器也可配备有安全保障机构。例如，末端执行器可配置为响应于预定的事件锁定到高空电缆上。这样的预定事件可包括例如突发未预期的位置改变、在规定限度之外的位置改变、与另一个物体接触等的检测。飞行器的控制单元可包括例如微控制器，其编程为控制延伸臂和末端执行器的运动。例如，控制单元可连续检测飞行器的位置和末端执行器相对于电缆的位置。作为响应，控制单元可调整末端执行器的位置。它也可调整飞行器的位置。控制单元还可包括GPS导航和通信单元，例如RF收发器。飞行器可用于任何数量的实现方式。例如，飞行器可响应于网络操作中断或者作为常规维护的一部分来检查电缆。这样，飞行器可快速且安全地获得有关电缆条件的信息，查明发生损坏的区域。在此情况下，飞行器检测的信息也可用于快速维修电缆，例如通过将损坏的类型和损坏电缆的制造商信息通信给技术人员。示例性系统图1A示出了示例性高空电缆检查系统100。高空检查系统包括无人飞行器(UAV)110，铰接的机器人延伸臂120与其连接。臂120的相对端是末端执行器150。末端执行器150包括一个或多个传感器或摄像机，用于接近检查高空电缆，如这里更加详细的讨论。延伸臂120由轻质材料制造，例如，聚乙烯、铝、碳纤维或任何其它耐用的轻质材料。臂110可铰接有七个自由度或者更多或更少自由度。在该示例中，臂120包括段122、124和126，它们由关节132、134、136彼此连接。臂120可在每个关节处进行平衡以能实现光滑和有效的运动。根据一个示例，关节132和136是3轴无刷DC万向节，并且关节134是具有无刷DC电动机的单轴关节。在其它示例中，可采用不同类型的关节。此外，段122-126和关节132-136的数量可修改。铰接特性允许臂120在导航飞行到事件位置和从事件位置导航飞行期间收起(stow)。将臂120连接到UAV100的关节132允许UAV110与臂位置无关地调节其陀螺仪姿态。例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高空检查设备，包括：飞行器；铰接臂，该铰接臂在第一端耦合到该飞行器；末端执行器，该末端执行器耦合到该铰接臂的第二端，该末端执行器的大小和形状为至少部分地围绕高空电缆延伸，且具有沿着该末端执行器的内表面设置的一个或多个传感器；以及控制单元，该控制单元配置为从该一个或多个传感器接收信息，并且响应于由该一个或多个传感器检测的信息调整该飞行器的位置、该铰接臂的运动或该末端执行器的运动的至少一个，从而保持该末端执行器相对于该电缆的预定相对位置。

【技术特征摘要】
2016.04.07 US 15/092,8241.一种高空检查设备，包括：飞行器；铰接臂，该铰接臂在第一端耦合到该飞行器；末端执行器，该末端执行器耦合到该铰接臂的第二端，该末端执行器的大小和形状为至少部分地围绕高空电缆延伸，且具有沿着该末端执行器的内表面设置的一个或多个传感器；以及控制单元，该控制单元配置为从该一个或多个传感器接收信息，并且响应于由该一个或多个传感器检测的信息调整该飞行器的位置、该铰接臂的运动或该末端执行器的运动的至少一个，从而保持该末端执行器相对于该电缆的预定相对位置。2.如权利要求1所述的设备，其中该末端执行器包括：底座；从该底座的上部延伸的第一钳；以及从该底座的下部延伸的第二钳。3.如权利要求2所述的设备，其中该一个或多个传感器沿着每个钳和该底座的长度设置。4.如权利要求2所述的设备，其中该末端执行器还包括：第三钳，所述第三钳从该底座的上部延伸且与该第一钳分隔开；以及第四钳，所述第四钳从该底座的下部延伸且与该第二钳分隔开。5.如权利要求1所述的设备，其中该一个或多个传感器包括摄像机或光-电动机械传感器的至少一个。6.如权利要求5所述的设备，其中该摄像机适合于捕获高空电缆的360度视图。7.如权利要求1所述的设备，其中该控制单元配置为自动地保持该一个或多个传感器相对于该高空电缆的非接触位置。8.如权利要求1所述的设备，其中该控制单元配置为自动地纠正该飞行器的飞行高度。9.如权利要求8所述的设备，其中该控制单元配置为检测预定限度以外的位置改变，并且响应于检测这样的位置改变而关闭该高空电缆周围的该末端执行器。10.如权利要求1所述的设备，其中该控制单元与远程单元无线通信地连接。11.如权利要求1所述的设备，其中所述铰接臂包括：第一段，所述第一段具有第一近端和第一远端，该第一近端通过3-轴万向节连接到该飞行器；第二段，所述第二段具有第二近端和第二远端，该第二近端通过关节连接到该第一段的该第一远端；以及第三段，所述第三段具有第三近端和第三远端，该第三近端通过3-轴万向节连接到该第二段的该...

【专利技术属性】
技术研发人员：DW约翰逊，MB弗罗因德，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：发明
国别省市：美国,US