CN111152930A - 一种电力巡线无人机及其在线充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电力巡线无人机及其在线充电方法，所述在线充电装置包括设置在无人机上且用于为无人机供电的蓄电池，所述无人机的底部转动连接有两个均通过驱动电机驱动的支撑架，两个所述支撑架之间设置有磁感线切割充电机构，使用时，无人机飞行会带动磁感线切割充电机构切割磁感线，将产生的电流为蓄电池进行充电，可大幅度提高无人机的续航能力。

Description

一种电力巡线无人机及其在线充电方法

技术领域

本发明实施例涉及无人机技术领域，具体涉及一种电力巡线无人机及其在线充电方法。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。

随着输电线路运维要求的提高，利用科技手段或新型装置代替人工巡线，已经成为大的趋势，当前无人机巡线已经广泛应用于电力巡检中，其巡视效率较人工方式大为提高，但无人机巡检应用中也出现一些待提升和改善的方面，如目前无人机巡航能力弱，无法长距离、连续作业等，当前也出现一些提高续航的研究成果，其主要方法大抵是设置充电站或停机坪使无人机自主充电提高续航能力，但这些方法大多需要无人机飞往设定地点充电，无法做到连续工作，存在中断，且站点固定效率还不够高。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种电力巡线无人机及其在线充电方法，以解决现有技术中利用在指定位置设置充电站的方式提高无人机续航，其设定大量的充电站，会大大增加使用成本，且其在没电时需要无人飞至指定的地点进行充电，无法做到连续工作的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种电力巡线无人机，包括无人机和设置在无人机上的用于为无人机供电的蓄电池；所述无人机的底部转动连接有两个支撑架，所述支撑架连接所述无人机的驱动电机；两个所述支撑架之间设置有磁感线切割充电机构；所述无人机上还设置有充电控制模块，所述充电控制模块分别与所述蓄电池和所述磁感线切割充电机构电性连接；

所述磁感线切割充电机构包括两个固定块、用于连接两个固定块的若干个金属条和转动连接在所述支撑架上的连接杆，所述连接杆远离所述支撑架的一端通过轴承转动连接有与所述固定块滑动连接的安装块，所述连接杆上套设有电滑环，所述金属条通过所述电滑环与所述充电控制模块连接。

可选的，所述磁感线切割充电机构还包括若干个通过转轴转动连接在所述固定块侧壁上的风叶，所述转轴上设置有第一伞齿轮，且所述固定块上转动连接有与所述第一伞齿轮啮合的第二伞齿轮，所述第二伞齿轮远离第一伞齿轮的一侧设置有若干个端头为倾斜状结构的推块，且所述安装块上设置有与推块对应的推杆。

可选的，相邻两个所述风叶之间的间距大于二分之一风叶的宽度。

可选的，所述固定块上设置有用于对第二伞齿轮限位的扭簧。

可选的，所述蓄电池至少设置有两个。

可选的，若干个所述金属条关于所述固定块的中心轴线环形阵列设置。

可选的，所述充电控制模块包括稳压器、用于控制所述蓄电池充放电状态的控制器和与所述金属条连接的AC-DC转换器，所述AC-DC转换器与所述稳压器相连接，且所述稳压器通过控制器分别与两个所述蓄电池连接。

另一方面，本发明还提供一种电力巡线无人机的在线充电方法，包括：

S100，启动无人机，并控制无人机飞至输电线缆上空；

S200，通过驱动电机控制金属条展开，并控制无人机沿输电线缆进行巡检飞行；

S300，由AC-DC转换器将金属条切割磁感线产生的电流转换为直流电；

S400，由稳压器将转换后的电流转换成为蓄电池充电的指定电压电流，完成对蓄电池充电。

可选的，判断两个蓄电池充放电状态的过程包括：

S401，由控制器检测两个蓄电池的电量；

S402，对比两个蓄电池的电量，并由控制器根据对比结果控制两个蓄电池的充放电状态。

可选的，S402具体包括：

当其中一蓄电池处于放电状态，另一蓄电池处于充电状态时，若所述另一蓄电池的电量大于所述其中一蓄电池的电量且两个蓄电池之间的电量差值大于蓄电池电池容量的10％，则控制所述其中一蓄电池停止放电，控制所述另一蓄电池切换为放电状态，开始放电。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明在进行使用时，可通过设置的磁感线切割充电机构能够在无人机沿着输电线路进行巡检时，对输电线路所产生的磁场进行切割，进而可通过磁生电的原理来产生电流为无人机的蓄电池进行充电，在大幅度提高无人机续航能力的同时，还可有效的避免工作不连续导致巡检结构存在较大偏差的问题。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施方式中无人机切割磁场的运动示意；

图2为本发明实施方式中无人机的结构示意图；

图3为本发明实施方式中磁感线切割充电机构的结构示意图；

图4为本发明实施方式中固定块的结构示意图；

图5为本发明实施方式中固定块的立体图；

图6为本发明实施方式中充电控制模块的结构示意图。

图中：

1-无人机；2-蓄电池；3-支撑架；4-磁感线切割充电机构；5-充电控制模块；

401-固定块；402-金属条；403-连接杆；404-安装块；405-电滑环；406-转轴；407-风叶；408-第一伞齿轮；409-第二伞齿轮；410-推块；411-推杆；

501-稳压器；502-控制器；503-AC-DC转换器。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图6所示，本发明提供了一种电力巡线无人机，包括无人机1和设置在无人机1上且用于为无人机1供电的蓄电池2，无人机1的底部转动连接有两个由无人机1的驱动电机驱动的支撑架3，两个支撑架3之间设置有磁感线切割充电机构4，支撑架3可在停放无人机1时，对无人机1起到支撑的作用，另外在使用时，也可在驱动电机的作用下起到对磁感线切割充电机构4进行调节的作用，在无人机1上还设置有充电控制模块5，充电控制模块5分别与蓄电池2和磁感线切割充电机构4电性连接，磁感线切割充电机构4的数量可根据无人机1的大小进行设置，即在保证不影响无人机1工作的情况下，最大限度设置多个磁感线切割充电机构4来提高其充电的效率。

需要补充的是，为了进一步提高无人机1在对输电线缆巡检时，通过磁感线切割充电机构4对蓄电池2进行充电的效率，可将支撑架3安装在一个通过驱动电机驱动的转动盘上，即转动盘根据磁场的方向来对磁感线切割充电机构4的角度做出对应的调整，从而在无人机1的飞行的过程中，使磁感线切割充电机构4实时处于最佳的切割磁感线状态，从而可有效的提高该装置的充电效率。

如图2至5所示，磁感线切割充电机构4包括两个固定块401、用于连接两个固定块401的若干个金属条402和转动连接在支撑架3上的连接杆403，若干个金属条402关于固定块401中心轴线环形阵列设置，连接杆403远离支撑架3的一端通过轴承转动连接有与固定块401滑动连接的安装块404，且在连接杆403上套设有电滑环405，金属条402通过电滑环405与充电控制模块5连接。

金属条402优选为弹性较好的合金钢，在固定块401运动而挤压金属条402时，可使若干个金属条402成灯笼骨架状结构进行弯曲，而为了防止金属条402会朝向内侧弯曲，可在制造金属条402时，就使金属条402具有一定的弧度，从在施加力使其弯曲时，保证其能够顺着制造时的弧度进行弯曲。

磁感线切割充电机构4还包括若干个通过转轴406转动连接在固定块401侧壁上的风叶407，且若干个风叶407关于固定块401中线轴线环形阵列设置，转轴406上设置有第一伞齿轮408，且在固定块401上转动连接有与第一伞齿轮408啮合的第二伞齿轮409，第一伞齿轮408和第二伞齿轮409在啮合时，可改变力的传动方向，从而可在第二伞齿轮409转动时，能够带动风叶发生转动，进一步在无人机1飞行的过程中，可在风力的作用下通过风叶407带动金属条402的转动，从而通过增加金属条402运动速度来增加其产生电流的大小。

在第二伞齿轮409远离第一伞齿轮408的一侧设置有若干个端头为倾斜状结构的推块410，且在安装块404上设置有与推块410对应的推杆411。

在通过驱动电机带动支撑架3的运动时会带动连接杆403的运动，连接杆403运动时会首先带动推杆411的运动，进而通过推杆411与推块410的配合，可使第二伞齿轮409进行转动，进一步通过第一伞齿轮408与第二伞齿轮409的啮合使风叶407发生转动，而继续通过驱动电机带动支撑架3进行运动，则可通过安装块404来推动固定块401的运动，两个固定块401之间的间距降低，因此可使金属条402发生弯曲，进而在无人机1飞行的过程中，可通过风叶407带动弯曲后的金属条402进行转动，进一步则可增加金属条402切割磁感线的速度，可有效提高其为蓄电池2充电的效率。

需要补充的是，固定块401与金属条402优选为一体式结构，而电滑环405是用于保证金属条402在旋转的过程中，能够始终与充电控制模块5相连接，以避免出现金属条402切割磁感线所产生的电流，无法被传导出的问题。

相邻两个风叶407之间的间距大于二分之一风叶407的宽度，保证在正常的情况下相邻两个风叶407可贴合在一起，可有效的降低其在未展开磁感线切割充电机构4时风叶的受力面积，进一步则可降低无人机1在飞行时的风阻，而在展开时，其可呈现出与无人机1飞行方向具有一定倾斜角度的状态，进而可在风力的作用下推动风叶进行转动，其叶片407的状态可根据实际需求做出相应的调整。

固定块401上设置有用于对第二伞齿轮409限位的扭簧，设置的扭簧主要是用于使第二伞齿轮409能够实现自动的复位，即在无外力的作用下，第二伞齿轮409在扭簧的作用下可进行转动，第二伞齿轮409转动则可带动第一伞齿轮408的转动，从而可使风叶407恢复至最小风阻的状态。

蓄电池2至少设置有两个，两个蓄电池2为并联，正常情况下一个蓄电池2进行充电，一个蓄电池2为无人机进行供电，可避免在长时间的边充电边放电时，会对蓄电池2造成较大损伤的问题。

如图6所示，充电控制模块5包括稳压器501、用于控制蓄电池2充放电状态的控制器502和与金属条402连接的AC-DC转换器503，AC-DC转换器503与稳压器501相连接，且稳压器501通过控制器502分别与两个蓄电池2连接，控制器502即单片机，可优选为STC89系列的高性能单片机，其主要用于对蓄电池2的充电状态进行控制，AC-DC转换器503主要用于将切割磁感线所产生的交流电转换为直流电，稳压器501的作用为将转换后的直流电转换为用于为蓄电池2充电的指定电压，即其中一个蓄电池2在为无人机1进行供电的过程中，控制器502则可控制另一个蓄电池2通过磁感线切割充电机构4所产生的电流进行充电，以此实现无人机1在沿着输电线缆进行巡检时，能够通过切割磁感线进行实时的充电，可大幅度提高无人机在工作时的续航能力。

一种电力巡线无人机的在线充电方法，在线充电方法包括如下步骤：

S100，启动无人机1，并控制无人机1飞至输电线缆上空；

S200，通过驱动电机控制金属条402展开，并控制无人机沿输电线缆进行巡检飞行；

S300，由AC-DC转换器503将金属条402切割磁感线产生的电流转换为直流电；

S400，由稳压器501将转换后的电流转换成为蓄电池充电的指定电压电流，完成对蓄电池充电。

需要注意的是，为了保证蓄电池2的最大充电效率和无人机1的安全，无人机1距巡检的输电线路之间的间距优选为1-2米之间，在保证无人机1飞行安全的同时，避免距离过远磁场强度会大幅度较低，而导致充电效率会大幅度降低的问题。

判断两个蓄电池充放电状态的过程包括：

S401，由控制器检测两个蓄电池2的电量；

S402，对比两个蓄电池2的电量，并由控制器502根据对比结果控制两个蓄电池2的充放电状态。

切换两个蓄电池的充放电状态的条件为两个蓄电池的电量差大于10％；

具体的，本实施例中，当其中一蓄电池2处于放电状态，另一蓄电池2处于充电状态时，若另一蓄电池2的电量大于其中一蓄电池2的电量且两个蓄电池2之间的电量差值大于蓄电池2电池容量的10％，则控制其中一蓄电池2停止放电，控制另一蓄电池2切换为放电状态，开始放电

切换蓄电池2充放电状态的条件，可根据实际的情况作出对应的调整，在当控制器502所检测的两个蓄电池2的电量一致时，则随机选定一个蓄电池2作为无人机1供电，而另一个蓄电池2则通过磁感线切割充电机构4进行充电，使用时，还可设定蓄电池2剩余电量5％为返航电量，可以保证无人机1能够在特殊情况下进行安全返航。

需要注意的是，该无人机1的两个蓄电池2为并联，以防止在频繁的切换蓄电池2的充放电时，无人机1不会出现供电中断的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电力巡线无人机，包括无人机(1)和设置在无人机(1)上的用于为无人机(1)供电的蓄电池(2)，所述无人机(1)的底部通过驱动电机转动连接有两个支撑架(3)；其特征在于，两个所述支撑架(3)之间设置有磁感线切割充电机构(4)；所述无人机(1)上还设置有充电控制模块(5)，所述充电控制模块(5)分别与所述蓄电池(2)和所述磁感线切割充电机构(4)电性连接；

所述磁感线切割充电机构(4)包括两个固定块(401)、用于连接两个固定块(401)的若干个金属条(402)和转动连接在所述支撑架(3)上的连接杆(403)，所述连接杆(403)远离所述支撑架(3)的一端通过轴承转动连接有与所述固定块(401)滑动连接的安装块(404)，所述连接杆(403)上套设有电滑环(405)，所述金属条(402)通过所述电滑环(405)与所述充电控制模块(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种电力巡线无人机，其特征在于，所述磁感线切割充电机构(4)还包括若干个通过转轴(406)转动连接在所述固定块(401)侧壁上的风叶(407)，所述转轴(406)上设置有第一伞齿轮(408)，且所述固定块(401)上转动连接有与所述第一伞齿轮(408)啮合的第二伞齿轮(409)，所述第二伞齿轮(409)远离第一伞齿轮(408)的一侧设置有若干个端头为倾斜状结构的推块(410)，且所述安装块(404)上设置有与推块(410)对应的推杆(411)。

3.根据权利要求2所述的一种电力巡线无人机，其特征在于，相邻两个所述风叶(407)之间的间距大于二分之一风叶(407)的宽度。

4.根据权利要求2所述的一种电力巡线无人机，其特征在于，所述固定块(401)上设置有用于对第二伞齿轮(409)限位的扭簧。

5.根据权利要求1所述的一种电力巡线无人机，其特征在于，所述蓄电池(2)至少设置有两个。

6.根据权利要求1所述的一种电力巡线无人机，其特征在于，若干个所述金属条(402)关于所述固定块(401)的中心轴线环形阵列设置。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种电力巡线无人机，其特征在于，所述充电控制模块(5)包括稳压器(501)、用于控制所述蓄电池(2)充放电状态的控制器(502)和与所述金属条(402)连接的AC-DC转换器(503)，所述AC-DC转换器(503)与所述稳压器(501)相连接，且所述稳压器(501)通过控制器(502)分别与两个所述蓄电池(2)连接。

8.一种电力巡线无人机的在线充电方法，其特征在于，采用如权利要求7所述的一种力巡线无人机，所述在线充电方法包括：

S100，启动无人机(1)，并控制无人机(1)飞至输电线缆上空；

S200，通过驱动电机控制金属条(402)展开，并控制无人机沿输电线缆进行巡检飞行；

S300，由AC-DC转换器(503)将金属条(402)切割磁感线产生的电流转换为直流电；

S400，由稳压器(501)将转换后的电流转换成为蓄电池充电的指定电压电流，完成对蓄电池充电。

9.根据权利要求8所述的在线充电方法，其特征在于，蓄电池(2的数量为两个；判断两个蓄电池(2)充放电状态的过程包括：

S401，由控制器(502)检测两个蓄电池(2)的电量；

S402，对比两个蓄电池(2)的电量，并由控制器(502)根据对比结果控制两个蓄电池(2)的充放电状态。

10.根据权利要求9所述的在线充电方法，其特征在于，S402具体包括：

当其中一蓄电池(2)处于放电状态，另一蓄电池(2)处于充电状态时，若所述另一蓄电池(2)的电量大于所述其中一蓄电池(2)的电量且两个蓄电池(2)之间的电量差值大于蓄电池(2)电池容量的10％，则控制所述其中一蓄电池(2)停止放电，控制所述另一蓄电池(2)切换为放电状态，开始放电。

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