[发明专利]用于管道机器人定位的无人机导航系统及其导航方法

说明书

本发明公开一种用于管道机器人定位的无人机导航系统及其导航方法，属于无人机自动导航领域。它由无人机系统、管道机器人装置、地面控制平台组成。针对管道的不同铺设情况，工作中，地面控制平台确定无人机工作模式，同时发送跟踪指令，无人机接到指令后根据设定的导航模式进行导航飞行。导航飞行中的速度开始有工作人员根据需要设定，当监测到管道机器人时，无人机导航系统根据机器人的状态，自动调整无人机的导航飞行速度，同时把管道机器人坐标信息发送到地面控制平台。本发明实现用于管道机器人定位的无人机的导航飞行，为管道机器人进行实时快速定位和跟踪提供了保证，适应性强，自动化水平较高。

本申请为专利号201820320949.3 ，申请日为2016年9月14日，发明名称为“一种用于管道机器人定位的无人机导航系统及方法”的分案发明。

技术领域

本发明涉及一种用于管道机器人定位的无人机导航系统及方法。

背景技术

为保障石油管道运输安全，需要对石油管道进行定期的检测和维修。管道清堵机器人是清理管道的主要设备，管道清堵机器人在高强度气压、水压或油压的推动下，在管道内行走，起到对石油管道的清理和探测作用。当管道清堵机器人在管道内清理时，时常跑飞或被堵卡住，需要地面上人员快速寻找管道清堵机器人的位置，以便进行挖掘、维修和清堵等工作。目前主要方法是管道机器人内部放置低频电磁发射线圈，持续的发射极低频电磁信号，管道外工作人员手持或采用车载螺线管天线沿管道行走，寻找、接收管道机器人内部发射的电磁信号，当采集到管道内电磁信号时即确定管道清堵机器人的位置。但手持或采用车载螺线管天线行走速度较慢，在长距离管道需要快速寻找清堵机器人的情况下，效率大大下降，同时遇到不同的地形障碍物时，行走困难。采用无人机搭载电磁螺线管天线和信号处理系统进行管道清堵机器人的追踪定位是实现快速定位监测的有效方法，采用无人机载天线进行监测定位方法的首要核心任务是无人机要沿管道铺设方向飞行。因此，用于管道清堵机器人定位的无人机的飞行路径导航是实现管道清堵机器人追踪定位的前提和保证，是首先需要解决的主要问题。

发明内容

针对管道清堵机器人无人机快速定位监测方法中无人机飞行路径导航问题，本发明主要公开一种能够使无人机沿石油管道铺设方向飞行的导航方法。

本发明具体方案是：一种用于管道机器人定位的无人机导航系统，包括无人机系统、管道机器人系统和地面控制平台；无人机系统包括信号检测单元、信号处理单元、数据存储模块、GPS系统、智能视觉模块、数传模块和飞行控制模块，信号处理单元分别连接信号检测单元、数据存储模块、GPS系统、智能视觉模块、数传模块和飞行控制模块；智能视觉模块包括图像传感器及其图像处理电路，信号检测单元采用螺线管磁电传感器来检测管道机器人内发射出来的电磁波以寻找和定位机器人，信号处理单元对采集到的管道机器人磁场强度信号、GPS数据等数据的读取、存储和处理，数据存储模块采用型号为MC32DTF的SD卡，用于存储所需用的地下管道GPS数据以及检测信号数据；地面控制平台包括初始飞行指令生成模块、数传模块、数据分析模块，地面控制平台作用是确定无人机工作模式，初始化飞行状态，分析无人机检测结果，生成故障报告；管道机器人系统包括在管道中运行的管道机器人，向管外发射低频电磁信号，供无人机上的电磁感应天线接收和检测，该检测信号由以AT89C2051处理器为核心的信号发生器产生的低频信号，经电压放大电路，最终通过螺线管天线向外发射低频电磁信号。

2.一种用于管道机器人定位的无人机导航方法，包括以下步骤：A、无人机进行初始化，无人机进行工作状态的自检，然后进行工作模式的选择，当接到来自地面控制平台的追踪指令以及工作模式的信号后，无人机根据设定的工作模式对管道走向进行导航寻址，确定飞行路线，追踪管道机器人；

B、管道机器人在管道中运行，不断向管外发射低频电磁信号，供无人机上的电磁感应天线接收和检测，以便对管道机器人进行定位和跟踪。该检测信号由以AT89C2051处理器为核心的信号发生器产生的低频信号，经电压放大电路，最终通过螺线管天线向外发射低频电磁信号；