CN111604910A - 一种电力检修无人机用异物清除装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力检修无人机用异物清除装置，安置于无人机机体下部，检修人员能够通过控制器操作无人机与多轴机械臂进行异物清除作业。本发明在保障架空电力线路正常供电、无人机工作安全的前提下，方便检修人员远距离操控无人机接近高压架空输电线路，操纵多轴机械臂完成接触式异物清除操作。

Description

一种电力检修无人机用异物清除装置

技术领域

本发明涉及一种电力检修无人机用异物清除装置，具体地涉及一种应用高压绝缘材料、极低延时传输技术和低畸图像技术，在接近和接触架空输电线路的工况下，能够操纵机械臂进行接触式检修异物清除的装置，属于无人机电力巡检领域。

背景技术

电力系统中，高压架空输电线路是地区电力输送的主动脉，高压架空线路检修是保障高压输电网络安全运行的基本技术保证。高压架空输电线路的检修工作用来保障电网的安全、稳定、高效运行，但输电线路设备长期暴露在户外，导线、避雷线、绝缘子、金具在长时间运行后，由于各种因素的长期作用，很容易导致倒塔、磨损、断股、锈蚀、过热等异况发生，绝缘子还存在被雷击损坏、树枝引起高压放电以及绝缘老化、异物覆盖而导致输电线路事故等意外风险，电力巡检部门必须及时发现并处理这些情况。

无人机检修是未来架空输电线路维修的前进方向，它可以用来搭载光学相机、红外热成像、紫外成像以及激光雷达等一系列设备对架空输电线路杆塔进行巡视和接触式作业。传统依靠人工杆塔检修的作业方式，检修工作消耗体力大，存在高空坠落风险，大量检修工作需要停电进行、带电检修危险性大，威胁检修人员生命安全，同时复杂的地理环境导致一些作业方式无法开展，整体效率也不高。同时，无人机检修需要充分考虑无人机机身防护以及接触作业时的带电部位对飞机的影响，通过综合通信、自动控制、绝缘技术等多个技术领域，完成辅助人工或替代人工进行架空输电线路检修作业。

由此，针对目前接触式电力巡检装备较少、检修效率较低、恶劣条件下的适应性较差等诸多痛点，本发明提出一个能适应恶劣条件的无人机用检修异物清除装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有的接触式电力检修无人机装置的不足，通过采用高压绝缘材料、极低延时传输技术和低畸图像技术，设计一种能够适应恶劣条件，在接近和接触架空输电线路的工况下，能够操纵机械臂进行接触式异物清除的装置。

本发明装置包括控制模块1、执行模块2、图传模块3和供电模块4；所述控制模块1包括FUTABA 16SZ 2.4G 18通遥控器、FUTABA R7008SB接收机，所述遥控器、接收机用于控制异物清除机械手、多轴机械臂及云台上的多个伺服舵机；所述执行模块2包括异物清除机械手、多轴机械臂以及云台，所述异物清除机械手、多轴机械臂与云台上的伺服舵机通过采用无线通信方式的接收机与遥控器建立通信链路；所述图传模块3包括计算机显示器、高精度工业摄像头、CONNEX 5.8G数字高清图传和HDMI线，所述CONNEX 5.8G数字高清图传的地面端通过HDMI线连接计算机显示器，主要用于展示设备电源情况及当前工作环境，所述高精度工业摄像头安装在云台上并与其建立通信链路；所述供电模块4包括2200mah 25C11.1V 3S航模锂电池2个、UBEC 3A降压模块、UBEC 10A降压模块与杜邦线。

在无人机机体下端安装有环氧树脂绝缘板，主要用于承担异物清除系统载荷并降低无人机在工作过程中因异物清除装置接触高压环境可能产生的静电或击穿风险。

在环氧树脂绝缘板的中心位置下方装载有多轴机械臂，多轴机械臂的固定底座、旋转底座均为钢板；所述固定底座的下板通过螺丝、螺母装载在环氧树脂绝缘板上，上板中心镂空用于装载旋转底座；所述固定底座的上、下板经双头螺杆连接；所述固定底座的下板与旋转底座的下板通过双头螺杆连接，双头螺杆中间装有第一齿轮；所述第一齿轮左边装载第一舵机，舵机的舵盘与第二齿轮经螺丝、螺母固定为一体，舵盘带动第二齿轮旋转，进而带动第一齿轮旋转，最后带动旋转底座，能够改变多轴机械臂绕向；所述第一舵机通过螺丝、螺母安置于固定底座的下板上。

旋转底座的上、下板通过双头螺杆连接，多轴机械臂的第一轴臂通过螺丝、螺母固定于旋转底座的上板；所述第一轴臂的侧壁两面之间安装舵机，其舵盘通过螺丝、螺母固定于第二轴臂前端；所述第二轴臂末端的两面均安装舵机，其舵盘通过螺丝、螺母固定于第三轴臂前端；所述第三轴臂末端的两面均安装舵机，其舵盘通过螺丝、螺母固定于第四轴臂，第三轴臂之间装有支撑杆；所述第四轴臂的平面前端留有与异物清除机械手连接杆相匹配的连接凸台；所述异物清除机械手和与其匹配的连接凸台相接并固定于多轴机械臂的末端；异物清除机械手由舵机进行张合驱动，舵机的舵盘通过螺丝、螺母固定在异物清除机械手的关节上。

多轴机械臂的第一轴臂为半“土”字构造，第二轴臂为双“Y”形结构，第三轴臂为双“一”形结构，第四轴臂为半“H”形结构。

在多轴机械臂侧边安装有云台，云台上装有高精度工业摄像头，实时显示多轴机械臂高压异物清除工况。

多轴机械臂由2200mah 25C 11.1V 3S航模锂电池和UBEC 10A降压模块单独进行供电，云台由2200mah 25C 11.1V 3S航模锂电池和UBEC 3A降压模块单独进行供电，上述供电模块、图传模块3包括的CONNEX 5.8G数字高清图传机载端及控制模块1包括的FUTABAR7008SB接收机均固定在环氧树脂绝缘板上，与无人机不存在电气联系，保障飞机安全。

多轴机械臂的各个轴臂均选用每毫米10kV耐压值的、能够保证装置工作于高压环境的环氧树脂材料进行加工。

本发明具有积极的效果：(1)本发明设计的检测装置，结构简单，易于检修人员进行系统控制；(2)本装置在使用时能够较大程度地提高电力检修检及异物清除效率；(3)本装置能够达到对高压输电线路检修状态实时监测的要求；(4)本装置能够较大程度地保障检修无人机与操作人员的安全；(5)本装置在绝缘材料选取以及设备选用与保护等方面尽善尽美，装置整体具有精度高、恶劣条件下适应性好等特点。

附图说明

图1是本发明的配置示意图；

图2是本发明的系统结构示意图；

图3是本发明的多轴机械臂结构示意图。

图1中的配置标记如下：

控制模块1、执行模块2、图传模块3和供电模块4。

图2中的各部件标记如下：

环氧树脂绝缘板101、多轴机械臂102、云台103。

图3中的各部件标记如下：

固定底座的下板201、固定底座的双头螺杆202、第一齿轮203、第二齿轮204、第一舵机205、固定底座的上板206、旋转底座的下板207、旋转底座的双头螺杆208、旋转底座的上板209、第一轴臂2010、第二轴臂2011、第三轴臂2012、第四轴臂2013、连接凸台2014、异物清除机械手2015、第二舵机2016、第三舵机2017、第四舵机2018、第五舵机2019、第六舵机2020、支撑杆2021、异物清除机械手连接杆2022、第七舵机2023。

具体实施方式

下面结合附图阐述发明内容的具体实施方式。

图1所示的是一种电力检修无人机用异物清除装置，它包括控制模块1、执行模块2、图传模块3和供电模块4。

所述控制模块1包括FUTABA 16SZ 2.4G 18通遥控器、FUTABA R7008SB接收机，该模块主要用于控制异物清除机械手、多轴机械臂及云台上的多个伺服舵机，保证各个相互关联的组件完成检修异物清除任务。特别的，所述控制模块不能采用无人机飞行控制器的拓展通道，也不能接入飞机飞控模块，无人机控制系统和检修异物清除控制系统相互独立，不存在电气联系，保障飞机安全。

所述执行模块2包括异物清除机械手、多轴机械臂以及云台，异物清除机械手、多轴机械臂与云台上的伺服舵机通过采用无线通信方式的接收机与遥控器建立通信链路。控制器驱动异物清除机械手、多轴机械臂上的舵机，进而驱动组成多轴机械臂的各个轴臂和机械手，操控多轴机械臂整体的伸直、曲折与旋转方向以及机械手的张合，实现对高压输电线路异物的准确清除。控制器对云台舵机进行控制，进而控制摄像头的观察方向，以实时展示装置的当前工作环境。

所述图传模块3包括计算机显示器、高精度工业摄像头、CONNEX 5.8G数字高清图传和HDMI线，高精度工业摄像头安装在云台上并与其建立通信链路，CONNEX 5.8G数字高清图传的地面端通过HDMI线连接计算机显示器，主要用于展示设备电源情况及当前工作环境。

所述供电模块4包括2200mah 25C 11.1V 3S航模锂电池2个、UBEC 3A降压模块、UBEC 10A降压模块与杜邦线，该模块主要为异物清除机械手、多轴机械臂、云台系统输送电能。

图2所示的是本发明的系统结构示意图，主要包括环氧树脂绝缘板101、多轴机械臂102、云台103。

环氧树脂绝缘板101主要用于承担异物清除系统载荷并降低无人机在工作过程中因异物清除装置接触高压环境可能产生的静电或击穿风险，其四个边角区域后续打出通孔以便于安装到无人机机体底部，CONNEX 5.8G数字高清图传机载端、FUTABAR7008SB接收机、2200mah 25C 11.1V 3S航模锂电池、UBEC 3A降压模块和UBEC 10A降压模块均固定在绝缘板上表面，绝缘板下表面的居中位置装载多轴机械臂102，侧边位置装载云103。

图3所示的是本发明的多轴机械臂结构示意图，主要包括固定底座的下板201、固定底座的双头螺杆202、第一齿轮203、第二齿轮204、第一舵机205、固定底座的上板206、旋转底座的下板207、旋转底座的双头螺杆208、旋转底座的上板209、第一轴臂2010、第二轴臂2011、第三轴臂2012、第四轴臂2013、连接凸台2014、异物清除机械手2015、第二舵机2016、第三舵机2017、第四舵机2018、第五舵机2019、第六舵机2020、支撑杆2021、异物清除机械手连接杆2022、第七舵机2023。

多轴机械臂的固定底座、旋转底座均为钢板；固定底座的下板201通过螺丝、螺母装载在环氧树脂绝缘板上，上板中心镂空用于装载旋转底座；所述固定底座的上板206、下板201经固定底座的双头螺杆202连接；固定底座的下板201与旋转底座的下板207通过双头螺杆连接，双头螺杆中间装有第一齿轮203；第一齿轮203左边装载第一舵机205，舵机的舵盘与第二齿轮204经螺丝、螺母固定为一体，舵盘带动第二齿轮204旋转，进而带动第一齿轮203旋转，最后带动旋转底座，改变多轴机械臂绕向；第一舵机205通过螺丝、螺母安置于固定底座的下板201上。

旋转底座的上板209、下板207通过旋转底座的双头螺杆208连接，多轴机械臂的第一轴臂2010通过螺丝、螺母固定于旋转底座的上板209；第一轴臂2010的侧壁两面之间安装舵机(第二舵机2016)，其舵盘通过螺丝、螺母固定于第二轴臂2011前端；第二轴臂2011末端的两面均安装舵机(第三舵机2017、第四舵机2018)，其舵盘通过螺丝、螺母固定于第三轴臂2012前端；第三轴臂2012末端的两面均安装舵机(第五舵机2019、第六舵机2020)，其舵盘通过螺丝、螺母固定于第四轴臂2013，第三轴臂2012之间装有支撑杆2021；所述第四轴臂2013的平面前端留有与异物清除机械手连接杆2022相匹配的连接凸台2014；异物清除机械手2015由第七舵机2023进行张合驱动；异物清除机械手2015和与其匹配的连接凸台2014通过异物清除机械手连接杆2022相接并固定于多轴机械臂的末端。

多轴机械臂的第一轴臂2010为半“土”字构造，第二轴臂2011为双“Y”形结构，第三轴臂2012为双“一”形结构，第四轴臂2013为半“H”形结构。

上述装置各部件连接处的连接件均可采用绝缘材质的螺丝和螺母，各个舵机的驱动线路均紧贴各轴臂，舵机可置于绝缘保护盒内，进一步隔绝外部高压环境可能带来的电磁冲击，减小舵机内电路击穿风险；多轴机械臂的各个轴臂、异物清除机械手等均选用每毫米10kV耐压值的、能够保证装置工作于高压环境的环氧树脂材料进行加工。

在异物清除操作过程中，飞行手通过飞行控制器控制无人机靠近高压输电线路，操作手通过本装置的控制器控制各舵机运转，进而使异物清除机械手抓牢异物并进行拖拽，实现本装置的异物清除功能以及云台对本装置工况的实时观测，完成高压异物清除检修操作。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化从而可以得到相对应的等同的技术方案，例如增减多轴机械臂的轴臂数量以提高系统稳定性，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种电力检修无人机用异物清除装置，其特征在于本装置包括控制模块(1)、执行模块(2)、图传模块(3)和供电模块(4)；所述控制模块(1)包括FUTABA 16SZ 2.4G 18通遥控器、FUTABA R7008SB接收机，所述遥控器、接收机用于控制异物清除机械手、多轴机械臂及云台上的多个伺服舵机；所述执行模块(2)包括异物清除机械手、多轴机械臂以及云台，所述异物清除机械手、多轴机械臂与云台上的伺服舵机通过采用无线通信方式的接收机与遥控器建立通信链路；所述图传模块(3)包括计算机显示器、高精度工业摄像头、CONNEX 5.8G数字高清图传和HDMI线，所述CONNEX 5.8G数字高清图传的地面端通过HDMI线连接计算机显示器，所述高精度工业摄像头安装在云台上并与其建立通信链路；所述供电模块(4)包括2200mah 25C 11.1V 3S航模锂电池2个、UBEC 3A降压模块、UBEC 10A降压模块与杜邦线。

2.如权利要求1所述的一种电力检修无人机用异物清除装置，其特征在于无人机机体下端安装有环氧树脂绝缘板。

3.如权利要求2所述的一种电力检修无人机用异物清除装置，其特征在于环氧树脂绝缘板的中心位置下方装载多轴机械臂，多轴机械臂的固定底座、旋转底座均为钢板；所述固定底座的下板通过螺丝、螺母装载在环氧树脂绝缘板上，上板中心镂空用于装载旋转底座；所述固定底座的上、下板经双头螺杆连接；所述固定底座的下板与旋转底座的下板通过双头螺杆连接，双头螺杆中间装有第一齿轮；所述第一齿轮左边装载第一舵机，舵机的舵盘与第二齿轮经螺丝、螺母固定为一体，舵盘带动第二齿轮旋转，进而带动第一齿轮旋转，最后带动旋转底座改变多轴机械臂绕向；所述第一舵机通过螺丝、螺母安置于固定底座的下板上。

4.如权利要求3所述的一种电力检修无人机用异物清除装置，其特征在于旋转底座的上、下板通过双头螺杆连接，多轴机械臂的第一轴臂通过螺丝、螺母固定于旋转底座的上板；所述第一轴臂的侧壁两面之间安装舵机，其舵盘通过螺丝、螺母固定于第二轴臂前端；所述第二轴臂末端的两面均安装舵机，其舵盘通过螺丝、螺母固定于第三轴臂前端；所述第三轴臂末端的两面均安装舵机，其舵盘通过螺丝、螺母固定于第四轴臂，第三轴臂之间装有支撑杆；所述第四轴臂的平面前端留有与异物清除机械手连接杆相匹配的连接凸台；所述异物清除机械手和与其匹配的连接凸台相接并固定于多轴机械臂的末端；异物清除机械手由舵机进行张合驱动，舵机的舵盘通过螺丝、螺母固定在异物清除机械手的关节上。

5.如权利要求3所述的一种电力检修无人机用异物清除装置，其特征在于多轴机械臂的第一轴臂为半“土”字构造，第二轴臂为双“Y”形结构，第三轴臂为双“一”形结构，第四轴臂为半“H”形结构。

6.如权利要求1所述的一种电力检修无人机用异物清除装置，其特征在于在多轴机械臂侧边安装云台，云台上装有高精度工业摄像头。

7.如权利要求1所述的一种电力检修无人机用异物清除装置，其特征在于多轴机械臂由2200mah 25C 11.1V 3S航模锂电池和UBEC 10A降压模块单独进行供电，云台由2200mah25C 11.1V 3S航模锂电池和UBEC 3A降压模块单独进行供电，上述供电模块(4)、图传模块(3)包括的CONNEX 5.8G数字高清图传机载端及控制模块(1)包括的FUTABA R7008SB接收机均固定在环氧树脂绝缘板上。

8.如权利要求1所述的一种电力检修无人机用异物清除装置，其特征在于异物清除机械手、多轴机械臂的各个关节、轴臂均选用环氧树脂材料进行加工。

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