CN110460001B - 一种基于无人机控制的爆破除冰机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种基于无人机控制的爆破除冰机器人及使用方法，它包括无人机主体，所述无人机主体的下方搭载有存储装置，所述存储装置的存储滑轨上配合安装有用于爆破除冰的爆炸药管。通过设计炸药投放装置以及对无人机精准投放的控制实现对高压输电线路爆破所需炸药的精准投放，完成除冰任务。

Description

一种基于无人机控制的爆破除冰机器人及使用方法

技术领域

本发明属于输电线路巡检设备技术领域，尤其是涉及一种基于无人机控制的爆破除冰机器人及使用方法。

背景技术

高压输电线路覆冰严重，威胁到国家电网稳定正常运行，由于传统除冰方法效率低、成本高、受限条件多，而采用的除冰机器人在效率、成本、安全性方面虽有一定成效，但目前除冰技术上存在动力供给、耐张杆塔越障、恶略环境本体保护等方面的技术瓶颈。机器人除冰仅处于研究阶段未得到实际良好的应用。鉴于此，本发明提供了一种基于无人机控制的爆破除冰机器人。

发明内容

有鉴于此，本发明对高压输电线路覆冰爆破除冰进行了研究，在相关研究基础上设计了一种基于无人机控制的爆破除冰机器人及使用方法。通过设计炸药投放装置以及对无人机精准投放的控制实现对高压输电线路爆破所需炸药的精准投放，完成除冰任务。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种基于无人机控制的爆破除冰机器人，它包括无人机主体，所述无人机主体的下方搭载有存储装置，所述存储装置的存储滑轨上配合安装有用于爆破除冰的爆炸药管。

所述存储装置包括上安装板，所述上安装板通过螺栓固定安装在无人机主体的底端，所述上安装板的底部一端通过电机安装支座固定安装有电机，所述电机的主轴通过联轴器与滚珠丝杠的一端固定相连，所述滚珠丝杠的两端通过丝杠安装支座固定支撑在上安装板上，所述丝杠安装支座之间安装有存储滑轨，所述滚珠丝杠上通过丝杠传动配合安装有螺母座，所述螺母座上配合安装有助推拨片。

所述存储滑轨的两端安装有限位开关，所述限位开关与设置在存储滑轨上的爆炸药管相配合，并检测爆炸药管的位置。

所述上安装板上固定安装有安装支架，所述安装支架上固定安装有感知装置。

所述感知装置包括摄像头、距离传感器、温度传感器、感知外部环境的CCD摄像机或传感器以及自带温度补偿功能的高精度超声波传感器，用于测量存储装置与目标冰层的距离；所述CCD摄像机识别电网线路排布的方向疏密，在能见度允许下，可辅助高精度超声波传感器测量到电线冰层的距离与考察电网线路状况；所述感知装置综合多个传感器采集到的数据，经过滤波、融合和姿态解算求得有效、可靠的数据定位到投放的合理位置，在检测出冰层覆盖厚度与长度状况后，选用自动分析模式或人为遥控模式操作无人机，来控制投放爆炸药管的密度，有针对性的除冰。

所述爆炸药管包括外壳，所述外壳整体采用A字型结构，在外壳的顶部固定有T形挂钩，所述T形挂钩与存储装置的存储滑轨构成滑动配合，所述外壳的内顶部和内壳共同构成炸药仓，所述炸药仓内部存储有用于爆破的无火炸药点火装置及火药；所述外壳的两侧壁上，并位于炸药仓的下方铰接有活动夹板，在两个活动夹板的中间部位通过软塑胶带铰接相连。

所述活动夹板的下部内侧壁上设置有应力裂口，所述应力裂口采用波纹状的防滑结构；所述爆炸药管重心位于A字型结构下方，自由投放时将始终保持大口朝下尖端朝上的状态。

所述无人机主体包括采用X型结构的机身、动力传动系统、遥控系统、飞控系统和可折叠机架，四个悬臂与机身主体部分采用铰链加便携式可拆卡口支架连接，起落架采用连杆结构，末端装有海绵垫；动力传动系统包含动力系统和传动系统，动力系统采用油电混合动力系统，飞行螺旋桨传动系统包括单电机齿轮传动与同步带传动，螺旋桨变螺距采用连杆滑块结构；遥控系统由发射机和接收机组成，用于信号的发送和接收；飞控系统主要由航向控制系统、速度控制系统、高度控制系统、自动着陆系统四个基本子系统构成。

所述无人机主体上安装有九轴传感器，所述九轴传感器获取准确可靠的姿态数据与GPS传感器配合可得出输电线路的方向和距离信息，达到稳定控制投放爆炸药管的目的。

一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，它包括以下步骤：

Step1：选择使用自动巡检或者遥控巡检的工作模式；

Step2：在自动巡检工作模式下，无人机将按照已规划GPS路线与CCD摄像机识别电缆线配合，始终沿着电缆线的铺设路线飞行，拍摄并实时传回现场图像；

Step3：当需要除冰或停止时切换到遥控模式，遥控模式时，将根据图像、距离与其它传感器返回的物理数据来定位到投放位置；

Step4：定位后无人机将悬停，无人机主体将与控制存储装置的单片机通讯，通过综合感知装置上多种传感器采集到的数据，经过滤波、融合和姿态解算求得有效、可靠的数据定位到投放的合理位置，在检测出冰层覆盖厚度与长度状况后，可选自动分析模式或人为遥控模式操作无人机，来控制投放爆炸药管的密度，有针对性的除冰；

Step5：在投递过程中，无人机主体的油电混合动力系统提供电能将驱动电机，电机正转，通过电机驱动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠推动助推拨片前进，助推拨片将推动爆炸药管向前运动，当前端限位开关检测到爆炸药管后，电机将减速旋转，直到推动爆炸药管离开存储滑轨，并向下投递爆炸药管；

Step6：爆炸药管在自由下落过程中，软塑胶带碰到冰层时由于加速度与自重将收缩，拉动活动夹板收缩抱紧导线；

Step7：延时一定时间，发信号给爆炸药管中的电子炸药，引爆，达到除冰效果。

本发明有如下有益效果：

1、本发明可对电力高压线路进行自动化除冰作业，且除冰效果相对于传统融冰刀闸、融冰小车，明显减省人力；不需要改造除冰线路以适应除冰工具与不需要线路停电后再除冰，明显减省物力；不需要工作人员到达现场操作，明显提高安全性高。解决了电力高压线路低温环境下结冰后人工除冰困难的问题，保证了恶劣环境中电力输送的稳定性。

2、本发明的存储装置简单方便，可实现运载爆破所需物品的任务。并且可拓展性强，可根据实际需求使用不同长度导轨，来运载更多爆炸药管。可安装更多传感器，以改善接收到的物理环境信息适应不同天气状况与特殊需求。

3、本发明的爆炸药管采用可降解PLA，成本低，环境友好，使用效果好。能实现投放后对导线的抱紧功能。并可适应于不同结冰厚度和不同粗细的电力高压线路的除冰作业，同时不损伤电线。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明存储装置立体结构示意图。

图3是本发明爆破药管的立体结构示意图。

图中：无人机主体、存储装置、爆炸药管；

上安装板201、电机202、电机安装支座203、联轴器204、滚珠丝杠205、丝杠安装支座206、螺母座207、助推拨片208、存储滑轨209、限位开关210、安装支架211、感知装置212；

T形挂钩301、外壳302、炸药仓303、内壳304、活动夹板305、软塑胶带306。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-3，一种基于无人机控制的爆破除冰机器人，它包括无人机主体10，所述无人机主体10的下方搭载有存储装置20，所述存储装置20的存储滑轨209上配合安装有用于爆破除冰的爆炸药管30。通过采用上述结构的爆破除冰机器人能够用于电力高压线路进行自动化除冰作业，且除冰效果相对于传统融冰刀闸、融冰小车，明显减省人力。

进一步的，所述存储装置20包括上安装板201，所述上安装板201通过螺栓固定安装在无人机主体10的底端，所述上安装板201的底部一端通过电机安装支座203固定安装有电机202，所述电机202的主轴通过联轴器204与滚珠丝杠205的一端固定相连，所述滚珠丝杠205的两端通过丝杠安装支座206固定支撑在上安装板201上，所述丝杠安装支座206之间安装有存储滑轨209，所述滚珠丝杠205上通过丝杠传动配合安装有螺母座207，所述螺母座207上配合安装有助推拨片208。通过采用上述结构的存储装置20能够对爆炸药管30进行搭载，进而配合无人机主体10将其准确的输送到需要爆破的位置，而且待其输送到位之后，通过电机202能够驱动联轴器204，再由联轴器204驱动滚珠丝杠205，进而通过滚珠丝杠205与螺母座207之间的配合推动助推拨片208，最终通过助推拨片208推动放置在存储滑轨209上的爆炸药管30，并实现爆炸药管30的投放。

进一步的，所述存储滑轨209的两端安装有限位开关210，所述限位开关210与设置在存储滑轨209上的爆炸药管30相配合，并检测爆炸药管30的位置。通过上述的限位开关210主要用于在爆炸药管30投放过程中，对其移动位置进行检测，进而保证在搭载有多个爆炸药管30时，能够保证每次都精确的投放一个爆炸药管30，在工作过程中，当第一个爆炸药管30到达限位开关210的位置时，表明爆炸药管30已经到达存储滑轨209的边缘，此时需要对电机202进行减速，进而保证只有位于边缘的爆炸药管30才能够进行自由下落和投放。

进一步的，所述上安装板201上固定安装有安装支架211，所述安装支架211上固定安装有感知装置212。所述感知装置212包括摄像头、距离传感器、温度传感器、感知外部环境的CCD摄像机或传感器以及自带温度补偿功能的高精度超声波传感器，用于测量存储装置20与目标冰层的距离；所述CCD摄像机识别电网线路排布的方向疏密，在能见度允许下，可辅助高精度超声波传感器测量到电线冰层的距离与考察电网线路状况；所述感知装置212综合多个传感器采集到的数据，经过滤波、融合和姿态解算求得有效、可靠的数据定位到投放的合理位置，在检测出冰层覆盖厚度与长度状况后，选用自动分析模式或人为遥控模式操作无人机，来控制投放爆炸药管30的密度，有针对性的除冰。

进一步的，所述爆炸药管30包括外壳302，所述外壳302整体采用A字型结构，在外壳302的顶部固定有T形挂钩301，所述T形挂钩301与存储装置20的存储滑轨209构成滑动配合，所述外壳302的内顶部和内壳304共同构成炸药仓303，所述炸药仓303内部存储有用于爆破的无火炸药点火装置及火药；所述外壳302的两侧壁上，并位于炸药仓303的下方铰接有活动夹板305，在两个活动夹板305的中间部位通过软塑胶带306铰接相连。

进一步的，所述活动夹板305的下部内侧壁上设置有应力裂口，所述应力裂口采用波纹状的防滑结构；所述爆炸药管30重心位于A字型结构下方，自由投放时将始终保持大口朝下尖端朝上的状态。

进一步的，所述无人机主体10包括采用X型结构的机身、动力传动系统、遥控系统、飞控系统和可折叠机架，四个悬臂与机身主体部分采用铰链加便携式可拆卡口支架连接，起落架采用连杆结构，末端装有海绵垫；动力传动系统包含动力系统和传动系统，动力系统采用油电混合动力系统，飞行螺旋桨传动系统包括单电机齿轮传动与同步带传动，螺旋桨变螺距采用连杆滑块结构；遥控系统由发射机和接收机组成，用于信号的发送和接收；飞控系统主要由航向控制系统、速度控制系统、高度控制系统、自动着陆系统四个基本子系统构成。

进一步的，无人机主体采用油电混合动力系统，可适应极寒天气，自带油箱也可在电池消耗完后，提供更持久的动力，消除仅使用单一电池供电的不稳定性。

进一步的，所述无人机主体10上安装有九轴传感器，所述九轴传感器获取准确可靠的姿态数据与GPS传感器配合可得出输电线路的方向和距离信息，达到稳定控制投放爆炸药管的目的。

进一步的，可进行多线路同时爆破，如有三条平行线路需要同时除冰，可设置爆破信号分组，在三条线路上投放多个所需爆炸药管30，并引爆这一组投放的爆炸药管。

实施例2：

一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，它包括以下步骤：

Step1：选择使用自动巡检或者遥控巡检的工作模式；

Step2：在自动巡检工作模式下，无人机将按照已规划GPS路线与CCD摄像机识别电缆线配合，始终沿着电缆线的铺设路线飞行，拍摄并实时传回现场图像；

Step3：当需要除冰或停止时切换到遥控模式，遥控模式时，将根据图像、距离与其它传感器返回的物理数据来定位到投放位置；

Step4：定位后无人机将悬停，无人机主体10将与控制存储装置20的单片机通讯，通过综合感知装置212上多种传感器采集到的数据，经过滤波、融合和姿态解算求得有效、可靠的数据定位到投放的合理位置，在检测出冰层覆盖厚度与长度状况后，可选自动分析模式或人为遥控模式操作无人机，来控制投放爆炸药管30的密度，有针对性的除冰；

Step5：在投递过程中，无人机主体10的油电混合动力系统提供电能将驱动电机202，电机202正转，通过电机202驱动滚珠丝杠205旋转，滚珠丝杠205推动助推拨片208前进，助推拨片208将推动爆炸药管30向前运动，当前端限位开关210检测到爆炸药管30后，电机202将减速旋转，直到推动爆炸药管30离开存储滑轨209，并向下投递爆炸药管30；

Step6：爆炸药管30在自由下落过程中，软塑胶带306碰到冰层时由于加速度与自重将收缩，拉动活动夹板305收缩抱紧导线；

Step7：延时一定时间，发信号给爆炸药管30中的电子炸药，引爆，达到除冰效果。

Claims (9)

1.一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，其特征在于：所述爆破除冰机器人，它包括无人机主体（10），所述无人机主体（10）的下方搭载有存储装置（20），所述存储装置（20）的存储滑轨（209）上配合安装有用于爆破除冰的爆炸药管（30）；

所述使用方法，它包括以下步骤：

Step1：选择使用自动巡检或者遥控巡检的工作模式；

Step2：在自动巡检工作模式下，无人机将按照已规划GPS路线与CCD摄像机识别电缆线配合，始终沿着电缆线的铺设路线飞行，拍摄并实时传回现场图像；

Step3：当需要除冰或停止时切换到遥控模式，遥控模式时，将根据图像、距离与其它传感器返回的物理数据来定位到投放位置；

Step4：定位后无人机将悬停，无人机主体（10）将与控制存储装置（20）的单片机通讯，通过综合感知装置（212）上多种传感器采集到的数据，经过滤波、融合和姿态解算求得有效、可靠的数据定位到投放的合理位置，在检测出冰层覆盖厚度与长度状况后，可选自动分析模式或人为遥控模式操作无人机，来控制投放爆炸药管（30）的密度，有针对性的除冰；

Step5：在投递过程中，无人机主体（10）的油电混合动力系统提供电能将驱动电机（202），电机（202）正转，通过电机（202）驱动滚珠丝杠（205）旋转，滚珠丝杠（205）推动助推拨片（208）前进，助推拨片（208）将推动爆炸药管（30）向前运动，当前端限位开关（210）检测到爆炸药管（30）后，电机（202）将减速旋转，直到推动爆炸药管（30）离开存储滑轨（209），并向下投递爆炸药管（30）；

Step6：爆炸药管（30）在自由下落过程中，软塑胶带（306）碰到冰层时由于加速度与自重将收缩，拉动活动夹板（305）收缩抱紧导线；

Step7：延时一定时间，发信号给爆炸药管（30）中的电子炸药，引爆，达到除冰效果。

2.根据权利要求1所述一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，其特征在于：所述存储装置（20）包括上安装板（201），所述上安装板（201）通过螺栓固定安装在无人机主体（10）的底端，所述上安装板（201）的底部一端通过电机安装支座（203）固定安装有电机（202），所述电机（202）的主轴通过联轴器（204）与滚珠丝杠（205）的一端固定相连，所述滚珠丝杠（205）的两端通过丝杠安装支座（206）固定支撑在上安装板（201）上，所述丝杠安装支座（206）之间安装有存储滑轨（209），所述滚珠丝杠（205）上通过丝杠传动配合安装有螺母座（207），所述螺母座（207）上配合安装有助推拨片（208）。

3.根据权利要求2所述一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，其特征在于：所述存储滑轨（209）的两端安装有限位开关（210），所述限位开关（210）与设置在存储滑轨（209）上的爆炸药管（30）相配合，并检测爆炸药管（30）的位置。

4.根据权利要求2所述一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，其特征在于：所述上安装板（201）上固定安装有安装支架（211），所述安装支架（211）上固定安装有感知装置（212）。

5.根据权利要求4所述一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，其特征在于：所述感知装置（212）包括摄像头、距离传感器、温度传感器、感知外部环境的CCD摄像机以及自带温度补偿功能的高精度超声波传感器，用于测量存储装置（20）与目标冰层的距离；所述CCD摄像机识别电网线路排布的方向疏密，在能见度允许下，可辅助高精度超声波传感器测量到电线冰层的距离与考察电网线路状况；所述感知装置（212）综合多个传感器采集到的数据，经过滤波、融合和姿态解算求得有效、可靠的数据定位到投放的合理位置，在检测出冰层覆盖厚度与长度状况后，选用自动分析模式或人为遥控模式操作无人机，来控制投放爆炸药管（30）的密度，有针对性的除冰。

6.根据权利要求1所述一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，其特征在于：所述爆炸药管（30）包括外壳（302），所述外壳（302）整体采用A字型结构，在外壳（302）的顶部固定有T形挂钩（301），所述T形挂钩（301）与存储装置（20）的存储滑轨（209）构成滑动配合，所述外壳（302）的内顶部和内壳（304）共同构成炸药仓（303），所述炸药仓（303）内部存储有用于爆破的无火炸药点火装置及火药；所述外壳（302）的两侧壁上，并位于炸药仓（303）的下方铰接有活动夹板（305），在两个活动夹板（305）的中间部位通过软塑胶带（306）铰接相连。

7.根据权利要求6所述一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，其特征在于：所述活动夹板（305）的下部内侧壁上设置有应力裂口，所述应力裂口采用波纹状的防滑结构；所述爆炸药管（30）重心位于A字型结构下方，自由投放时将始终保持大口朝下尖端朝上的状态。

8.根据权利要求1所述一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，其特征在于：所述无人机主体（10）包括采用X型结构的机身、动力传动系统、遥控系统、飞控系统和可折叠机架，四个悬臂与机身主体部分采用铰链加便携式可拆卡口支架连接，起落架采用连杆结构，末端装有海绵垫；动力传动系统包含动力系统和传动系统，动力系统采用油电混合动力系统，飞行螺旋桨传动系统包括单电机齿轮传动与同步带传动，螺旋桨变螺距采用连杆滑块结构；遥控系统由发射机和接收机组成，用于信号的发送和接收；飞控系统主要由航向控制系统、速度控制系统、高度控制系统、自动着陆系统四个基本子系统构成。

9.根据权利要求8所述一种基于无人机控制的爆破除冰机器人的使用方法，其特征在于：所述无人机主体（10）上安装有九轴传感器，所述九轴传感器获取准确可靠的姿态数据与GPS传感器配合可得出输电线路的方向和距离信息，达到稳定控制投放爆炸药管的目的。

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