CN112531554A - 一种基于无人机的精确挂设双滑车系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于无人机的精确挂设双滑车系统，属于电力输电技术领域，精确挂设双滑车系统包括用于挂设到输电导线上的双滑车、用于远程控制双滑车挂设到输电导线上的牵引无人机、用于一端与牵引无人机相连，另一端呈爪状用于抓取双滑车的机械手以及用于观测牵引无人机、双滑车、机械手和输电导线的位置，辅助控制牵引无人机挂设双滑车的观测无人机。另外，本发明还公开了一种基于无人机的精确挂设双滑车方法，本发明的优点在于，使得作业人员挂设双滑车时更加方便，本发明用于挂设双滑车。

Description

一种基于无人机的精确挂设双滑车系统和方法

【技术领域】

本发明涉及一种基于无人机的精确挂设双滑车系统和方法，属于电力输电技术领域。

【背景技术】

在电力行业中，为减少停电时间，保证供电可靠性，经常需要开展不停电作业，即带电作业。带电作业即指在电气设备在带电的情况下，对其进行的检修、安装、调试、改造以及测量等的工作。

输电线路在运维过程中经常发现防震锤滑移、间隔棒脱落、破损、档距中央的导线断股、档距中央导线异物等各种导地线缺陷。这些类缺陷数量多，占比较大，威胁线路的安全稳定运行，必须及时进行缺陷消除。为了消除缺陷而停电进行检修，损失是巨大的，因此当发现上述缺陷时，首选的消缺方式是带电作业消缺。带电作业无需倒闸操作，不需改变系统运行方式，不需要线路停电即可完成缺陷消除，提高线路运行的可靠性、减少电能的损耗。

传统带电作业消缺时，通常需要将双滑车挂设在输电导线，通过输电导线起吊绝缘软体，工作人员通过绝缘软梯攀爬至输电导线出进行等电位消缺，而双滑车常用的挂设方法为使用者携带工具登塔，通过操作杆挂设并移动双滑车。这种挂设方法可以将双滑车挂设到输电导线上，但是挂设时需要作业人员手持操作杆进行挂设，作业人员需要承受操作杆和双滑车的巨大压力，使得作业人员挂设时不方便。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无人机的精确挂设双滑车系统和方法，使得作业人员挂设双滑车时更加方便。

为解决上述技术问题，本发明一种基于无人机的精确挂设双滑车系统包括：

双滑车，用于挂设到输电导线上；

牵引无人机，用于远程控制双滑车挂设到输电导线上；

机械手，一端与牵引无人机相连，另一端呈爪状用于抓取双滑车；

观测无人机，用于观测牵引无人机、双滑车、机械手和输电导线的位置，辅助控制牵引无人机挂设双滑车。

作为优选，所述牵引无人机上搭载有用于测量牵引无人机、机械手、输电导线和双滑车的位置以精确定位牵引无人机位置的RTK平台和用于观测的摄像头，所述摄像头与所述牵引无人机之间为球连接。

作为优选，所述机械手包括机械爪、机械臂和连接装置，所述连接装置与所述牵引无人机相连，所述机械臂一端与所述连接装置相连，另一端与所述机械爪相连，所述机械爪用于抓取双滑车。

作为优选，所述连接装置包括扣环和与扣环相连的绳索，所述扣环与所述无人机相连，所述绳索与所述机械臂相连，所述机械臂为环氧树脂杆。

作为优选，所述机械爪包括多个单爪，所述多个单爪沿环氧树脂杆的周向方向上均匀分布，且每个单爪与环氧树脂杆的夹角均为锐角。

作为优选，所述多个单爪中至少有两个单爪与所述环氧树脂杆的夹角不同。

作为优选，所述观测无人机上搭载有用于测量牵引无人机、机械爪、机械臂、连接装置、输电导线和双滑车的位置以控制牵引无人机精确挂设双滑车的RTK平台和用于观测的摄像机。

本发明还公开了一种基于无人机的精确挂设双滑车方法，包括：

步骤1：控制观测无人机在输电导线周围飞行，找出输电导线上的缺陷位置，根据RTK载波相位差分技术计算出缺陷位置的经度值、纬度值和高度值；

步骤2：控制观测无人机飞行至输电导线上方且与输电导线相平行的位置，调整观测无人机上的摄像机呈水平角度摄像；

步骤3：控制牵引无人机起飞，调整飞行高度以使机械爪抓取双滑车，控制牵引无人机带动双滑车飞行至输电导线的缺陷位置上方；

步骤4：观测无人机观测牵引无人机和双滑车的位置，当双滑车位于缺陷位置上方0.5米处时，观测无人机发出悬停指令；

步骤5：牵引无人机接收到观测无人机发出的悬停指令时，调整至悬停状态；

步骤6：调整牵引无人机上的摄像头呈竖直向下拍摄，根据双滑车和输电导线的位置关系调整双滑车的水平位置，以使双滑车的水平位置接近输电导线的水平位置；

步骤7：控制观测无人机在牵引无人机的周围环绕飞行，观察牵引无人机、连接装置、机械臂、机械爪和双滑块之间的连接是否稳定；

步骤8：当牵引无人机、连接装置、机械臂、机械爪和双滑块之间的连接稳定时，观测无人机发出下降指令，牵引无人机接收到观测无人机发出的下降指令时开始下降；

步骤9：控制观测无人机在牵引无人机的周围环绕飞行，观察双滑块与输电导线的相对位置，实时调整牵引无人机的位置以保证双滑块挂设到输电导线上。

作为优选，所述步骤6中：牵引无人机根据RTK载波相位差分技术计算出双滑车的经度值和纬度值，根据双滑车的经度值和纬度值与缺陷位置的经度值和纬度值的差值进行位置微调，以减小双滑车的经度值和纬度值与缺陷位置的经度值和纬度值的差值。

作为优选，所述步骤9中：

当输电导线晃动时，观测无人机根据RTK载波相位差分技术实时计算输电导线上缺陷位置的经度值、纬度值和高度值，将实时计算的输电导线上缺陷位置的经度值、纬度值和高度值传输给牵引无人机；

牵引无人机根据RTK载波相位差分技术实时计算双滑车的经度值、纬度值和高度值，根据双滑车的经度值、纬度值和高度值与缺陷位置的经度值、纬度值和高度值差值，实时调整双滑车的位置，以保证双滑块挂设到输电导线上。

本发明的有益效果为：

首先，通过牵引无人机挂设双滑车，作业人员在挂设双滑车时不需要攀爬到杆塔上，通过操作杆进行挂设，可以在地面上远程控制牵引无人机飞行带动双滑车进行挂设，使得作业人员挂设时十分方便，其次，通过机械手可以抓取和松开双滑车，使得双滑车在地面上时牵引无人机可以抓取双滑车带动双滑车进行挂设，当双滑车挂设到输电导线上时，机械手可以松开双滑车，使得牵引无人机可以与双滑车分离，防止作业人员带电作业是，无人机和机械手影响作业，最后，通过观测无人机实时观察牵引无人机、双滑车、机械手和输电导线的位置，使得作业人员可以更加精确且方便地控制双滑车挂设到输电导线上，同时控制机械手松开和抓取可以更加精确方便，同时可以提高挂设效率，降低挂车难度，减小挂设时危险发生的几率。

此外，观测无人机也可以观察输电导线准确找出缺陷位置，提高消缺的效率，观测无人机通过摄像机和RTK载波相位差分技术可以准确定位输电导线、察牵引无人机、双滑车和机械手的位置，使得挂设时定位更加准确，挂设效率和成功率更高，同时，观测无人机可以实时多角度观察挂设的位置和牵引无人机、双滑车以及机械手之间的连接是否稳定，防止挂车时出现故障导致危险发生，牵引无人机通过摄像头和RTK载波相位差分技术可以准确控制双滑车和输电导线之间的距离，并实时控制双滑车与输电导线的位置，使得可以提高挂设的成功率，保证挂设的成功。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，其中：

图1为本实施例一精确挂设双滑车系统的示意图；

图2为图1在A出的放大示意图；

图3为本实施例二精确挂设双滑车方法的示意图。

附图标记：

1双滑车，2输电导线，3机械爪，4机械臂，5连接装置，6牵引无人机，7观测无人机。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者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。

实施例一：

如图1和图2所示，本实施例基于无人机的精确挂设双滑车系统包括：

双滑车1，用于挂设到输电导线2上；

牵引无人机6，用于远程控制双滑车1挂设到输电导线2上；

机械手，一端与牵引无人机6相连，另一端呈爪状用于抓取双滑车1；

观测无人机7，用于观测牵引无人机6、双滑车1、机械手和输电导线2的位置，辅助控制牵引无人机6挂设双滑车1。

本实施例的有益效果为：

首先，通过牵引无人机6挂设双滑车1，作业人员在挂设双滑车1时不需要攀爬到杆塔上，通过操作杆进行挂设，可以在地面上远程控制牵引无人机6飞行带动双滑车1进行挂设，使得作业人员挂设时十分方便，其次，通过机械手可以抓取和松开双滑车1，使得双滑车1在地面上时牵引无人机6可以抓取双滑车1带动双滑车1进行挂设，当双滑车1挂设到输电导线2上时，机械手可以松开双滑车1，使得牵引无人机6可以与双滑车1分离，防止作业人员带电作业是，无人机和机械手影响作业，最后，通过观测无人机7实时观察牵引无人机6、双滑车1、机械手和输电导线2的位置，使得作业人员可以更加精确且方便地控制双滑车1挂设到输电导线2上，同时控制机械手松开和抓取可以更加精确方便，同时可以提高挂设效率，降低挂车难度，减小挂设时危险发生的几率。

为了使挂设双滑车1更加精确，本实施例优选所述牵引无人机6上搭载有用于测量牵引无人机6、机械手、输电导线2和双滑车1的位置以精确定位牵引无人机6位置的RTK平台和用于观测的摄像头，所述摄像头与所述牵引无人机6之间为球连接，所述RTK平台是指一种利用RTK载波相位差分技术进行定位的平台，通过RTK平台可以计算出目标物体的经度值、纬度值和高度值，牵引无人机6上搭载RTK平台，使得牵引无人机6可以精确计算出双滑车1的经度值、纬度值和高度值，从而精确定位双滑车1的位置，使得挂设双滑车1时更加精确方便，牵引无人机6通过摄像头可以观察周围环境，便于远程控制，同时通过观察定位双滑块的位置，便于RTK平台精确定位双滑块，摄像头与牵引无人机6之间为球连接可以使得摄像头自由移动，既可以便于远程控制时对周围环境的观测，又可以在挂设双滑块时，转动拍摄双滑块，便于双滑块的定位。

其中，实时动态差分法(Real-time kinematic)，RTK，是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK通过采用载波相位动态实时差分的方法能够在野外实时得到厘米级的定位精度。

为了优化机械手的结构，本实施例优选所述机械手包括机械爪3、机械臂4和连接装置5，所述连接装置5与所述牵引无人机6相连，所述机械臂4一端与所述连接装置5相连，另一端与所述机械爪3相连，所述机械爪3用于抓取双滑车1，采用这种结构，使得无人机可以抓取双滑块进行挂设，也可以增加无人机和双滑块之间的距离，防止无人机上机翼的转动带动环境中气流流动影响双滑块的挂设。

为了保证无人机能够更加平稳地飞行，本实施例优选所述连接装置5包括扣环和与扣环相连的绳索，所述扣环与所述无人机相连，所述绳索与所述机械臂4相连，所述机械臂4为环氧树脂杆，其中，扣环固定在无人机下方的两个支腿上，由于无人机飞行时会受到外部风力等因素的影响，导致无人机容易在空中发生晃动，而无人机发生晃动时会带动机械手一起晃动影响双滑块的挂设，连接装置5为绳索时，绳索具有一定的缓冲作用，使得无人机迅速调整后，双滑块的晃动幅度较小，同时，当双滑块受到外部风力等因素的影响发生晃动时，可以通过绳索的缓冲作用，减小对无人机的影响，使得无人机晃动幅度较小，进而保证无人机能够平稳飞行。

由于作业现场的阵风以及上方无人机桨叶产生的风的作用，机械臂4为绳索时，双滑车1会随着绳索产生水平旋转，导致挂设成功率降低、作业时间延长，而机械臂4为环氧树脂杆时，既可以绝缘防止导电，又可以减小作业现场的阵风和上方无人机桨叶产生的风的影响，保证挂设的成功率。

为了优化机械爪3的结构，本实施例优选所述机械爪3包括多个单爪，所述多个单爪沿环氧树脂杆的周向方向上均匀分布，且每个单爪与环氧树脂杆的夹角均为锐角，通过多个单爪进行抓取，使得沿环氧树脂杆周向的多个方向均可以进行抓取，使得作业人员控制无人机抓取双滑块时更加方便，每个单爪与环氧树脂杆的夹角均为锐角可以防止双滑块从机械爪3上滑脱，当机械爪3由于双滑块的重力作用发生形变，导致与环氧树脂杆的夹角增大时，单爪与环氧树脂杆的夹角为锐角还可以使机械爪3有一定的形变缓冲，即尽管机械爪3发生形变，单爪与环氧树脂杆的夹角增大后仍为锐角或变为直角，而不会变为钝角导致双滑块从机械爪3上滑脱。

为了增加机械爪3的适用范围，本实施例优选所述多个单爪中至少有两个单爪与所述环氧树脂杆的夹角不同，不同夹角的单爪可以抓取不同高度、不同倾斜角度的双滑块，使得机械爪3能够适用于更多的双滑块，从而增加机械爪3的适用范围。

为了使观测无人机7观测时更加精确，本实施例优选所述观测无人机7上搭载有用于测量牵引无人机6、机械爪3、机械臂4、连接装置5、输电导线2和双滑车1的位置以控制牵引无人机6精确挂设双滑车1的RTK平台和用于观测的摄像机，观测无人机7通过RTK平台和摄像机可以精确定位牵引无人机6、机械爪3、机械臂4、连接装置5、输电导线2和双滑车1的位置，便于双滑块的精确定位，同时通过摄像机可以观察牵引无人机6的挂设过程，防止危险发生。

实施例二：

本实施例为一种基于无人机的精确挂设双滑车方法，如图3所示，本实施例的优选方案主要包括：

步骤1：控制观测无人机在输电导线周围飞行，找出输电导线上的缺陷位置，根据RTK载波相位差分技术计算出缺陷位置的经度值、纬度值和高度值；

步骤2：控制观测无人机飞行至输电导线上方且与输电导线相平行的位置，调整观测无人机上的摄像机呈水平角度摄像；

步骤3：控制牵引无人机起飞，调整飞行高度以使机械爪抓取双滑车，控制牵引无人机带动双滑车飞行至输电导线的缺陷位置上方；

步骤4：观测无人机观测牵引无人机和双滑车的位置，当双滑车位于缺陷位置上方0.5米处时，观测无人机发出悬停指令；

步骤5：牵引无人机接收到观测无人机发出的悬停指令时，调整至悬停状态；

步骤6：调整牵引无人机上的摄像头呈竖直向下拍摄，根据双滑车和输电导线的位置关系调整双滑车的水平位置，以使双滑车的水平位置接近输电导线的水平位置；

步骤7：控制观测无人机在牵引无人机的周围环绕飞行，观察牵引无人机、连接装置、机械臂、机械爪和双滑块之间的连接是否稳定；

步骤8：当牵引无人机、连接装置、机械臂、机械爪和双滑块之间的连接稳定时，观测无人机发出下降指令，牵引无人机接收到观测无人机发出的下降指令时开始下降；

步骤9：控制观测无人机在牵引无人机的周围环绕飞行，观察双滑块与输电导线的相对位置，实时调整牵引无人机的位置以保证双滑块挂设到输电导线上。

采用这种方法，观测无人机也可以观察输电导线准确找出缺陷位置，提高消缺的效率，观测无人机通过摄像机和RTK载波相位差分技术可以准确定位输电导线、察牵引无人机、双滑车和机械手的位置，使得挂设时定位更加准确，挂设效率和成功率更高，同时，观测无人机可以实时多角度观察挂设的位置和牵引无人机、双滑车以及机械手之间的连接是否稳定，防止挂车时出现故障导致危险发生，牵引无人机通过摄像头和RTK载波相位差分技术可以准确控制双滑车和输电导线之间的距离，并实时控制双滑车与输电导线的位置，使得可以提高挂设的成功率，保证挂设的成功，其中所述双滑车的水平位置是指双滑车的经度值和纬度值，所述输电导线的水平位置是指输电导线的经度值和纬度值。

为了使牵引无人机更加精确地调整双滑块的位置，本实施例优选所述步骤6中：牵引无人机根据RTK载波相位差分技术计算出双滑车的经度值和纬度值，根据双滑车的经度值和纬度值与缺陷位置的经度值和纬度值的差值进行位置微调，以减小双滑车的经度值和纬度值与缺陷位置的经度值和纬度值的差值，通过牵引无人机的位置微调，可以使双滑块挂设时更加精确，成功率更高。

为了使双滑块的位置可以实时调整，本实施例优选所述步骤9中：

当输电导线晃动时，观测无人机根据RTK载波相位差分技术实时计算输电导线上缺陷位置的经度值、纬度值和高度值，将实时计算的输电导线上缺陷位置的经度值、纬度值和高度值传输给牵引无人机；

牵引无人机根据RTK载波相位差分技术实时计算双滑车的经度值、纬度值和高度值，根据双滑车的经度值、纬度值和高度值与缺陷位置的经度值、纬度值和高度值差值，实时调整双滑车的位置，以保证双滑块挂设到输电导线上，通过观测无人机和牵引无人机的配合，实时调整双滑块的位置，使得输电导线晃动时，双滑块也可以挂设到输电导线上，提高双滑块挂设的成功率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种基于无人机的精确挂设双滑车系统，其特征在于，包括：

双滑车，用于挂设到输电导线上；

牵引无人机，用于远程控制双滑车挂设到输电导线上；

机械手，一端与牵引无人机相连，另一端呈爪状用于抓取双滑车；

观测无人机，用于观测牵引无人机、双滑车、机械手和输电导线的位置，辅助控制牵引无人机挂设双滑车。

2.如权利要求1所述的一种基于无人机的精确挂设双滑车系统，其特征在于：所述牵引无人机上搭载有用于测量牵引无人机、机械手、输电导线和双滑车的位置以精确定位牵引无人机位置的RTK平台和设有用于观测的摄像头，所述摄像头与所述牵引无人机之间为球连接。

3.如权利要求1所述的一种基于无人机的精确挂设双滑车系统，其特征在于：所述机械手包括机械爪、机械臂和连接装置，所述连接装置与所述牵引无人机相连，所述机械臂一端与所述连接装置相连，另一端与所述机械爪相连，所述机械爪用于抓取双滑车。

4.如权利要求3所述的一种基于无人机的精确挂设双滑车系统，其特征在于：所述连接装置包括扣环和与扣环相连的绳索，所述扣环与所述无人机相连，所述绳索与所述机械臂相连，所述机械臂为环氧树脂杆。

5.如权利要求4所述的一种基于无人机的精确挂设双滑车系统，其特征在于：所述机械爪包括多个单爪，所述多个单爪沿环氧树脂杆的周向方向上均匀分布，且每个单爪与环氧树脂杆的夹角均为锐角。

6.如权利要求5所述的一种基于无人机的精确挂设双滑车系统，其特征在于：所述多个单爪中至少有两个单爪与所述环氧树脂杆的夹角不同。

7.如权利要求3所述的一种基于无人机的精确挂设双滑车系统，其特征在于：所述观测无人机上搭载有用于测量牵引无人机、机械爪、机械臂、连接装置、输电导线和双滑车的位置以控制牵引无人机精确挂设双滑车的RTK平台和用于观测的摄像机。

8.一种基于无人机的精确挂设双滑车方法，其特征在于，包括：

步骤1：控制观测无人机在输电导线周围飞行，找出输电导线上的缺陷位置，根据RTK载波相位差分技术计算出缺陷位置的经度值、纬度值和高度值；

步骤2：控制观测无人机飞行至输电导线上方且与输电导线相平行的位置，调整观测无人机上的摄像机呈水平角度摄像；

步骤3：控制牵引无人机起飞，调整飞行高度以使机械爪抓取双滑车，控制牵引无人机带动双滑车飞行至输电导线的缺陷位置上方；

步骤4：观测无人机观测牵引无人机和双滑车的位置，当双滑车位于缺陷位置上方0.5米处时，观测无人机发出悬停指令；

步骤5：牵引无人机接收到观测无人机发出的悬停指令时，调整至悬停状态；

步骤6：调整牵引无人机上的摄像头呈竖直向下拍摄，根据双滑车和输电导线的位置关系调整双滑车的水平位置，以使双滑车的水平位置接近输电导线的水平位置；

步骤7：控制观测无人机在牵引无人机的周围环绕飞行，观察牵引无人机、连接装置、机械臂、机械爪和双滑块之间的连接是否稳定；

步骤8：当牵引无人机、连接装置、机械臂、机械爪和双滑块之间的连接稳定时，观测无人机发出下降指令，牵引无人机接收到观测无人机发出的下降指令时开始下降；

步骤9：控制观测无人机在牵引无人机的周围环绕飞行，观察双滑块与输电导线的相对位置，实时调整牵引无人机的位置以保证双滑块挂设到输电导线上。

9.如权利要求8所述的一种基于无人机的精确挂设双滑车方法，其特征在于：所述步骤6中：牵引无人机根据RTK载波相位差分技术计算出双滑车的经度值和纬度值，根据双滑车的经度值和纬度值与缺陷位置的经度值和纬度值的差值进行位置微调，以减小双滑车的经度值和纬度值与缺陷位置的经度值和纬度值的差值。

10.如权利要求8所述的一种基于无人机的精确挂设双滑车方法，其特征在于：所述步骤9中：

当输电导线晃动时，观测无人机根据RTK载波相位差分技术实时计算输电导线上缺陷位置的经度值、纬度值和高度值，将实时计算的输电导线上缺陷位置的经度值、纬度值和高度值传输给牵引无人机；

牵引无人机根据RTK载波相位差分技术实时计算双滑车的经度值、纬度值和高度值，根据双滑车的经度值、纬度值和高度值与缺陷位置的经度值、纬度值和高度值差值，实时调整双滑车的位置，以保证双滑块挂设到输电导线上。

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