发明内容
本发明的目的在于提供一种包含双机的输电线路巡检飞行机器人,降低结构复杂性和重量,提高荷载能力,减少与输电线路之间的摩擦力,又能够适应大坡度线路的巡检,避免打滑现象;确保越障安全可靠,可实现定点拍摄,准确清晰地获取小尺寸金具的近距离清晰图像,避免拍摄盲区和像素不足的技术问题。本说明书所述的方位以图1中箭头所指的巡检行进方向为基准,图1中箭头所指的方向表示巡检行进方向,为前,反之为后;前后方向为纵向;靠近读者为右,反之为左;依此类推。本发明的具体技术方案如下。
一种包含双机的输电线路巡检飞行机器人,包含主机1、副机2和绝缘绳3,携带巡检设备5,悬挂于输电线路4的导线或地线上,进行低风速巡检和高风速巡检,能够紧急避险,并适应大坡度线路,如图1所示。所述巡检设备5至少包括数字相机、摄像机、红外热像仪、激光测量仪和激光雷达。
所述主机1和副机2通过绝缘绳3连接,提高越障安全性和成功率,实现定点拍摄,以获取小尺寸金具的近距离清晰图像,避免拍摄盲区和像素不足的技术问题。所述定点拍摄是指主机1或副机2固定于输电线路4的导线、地线、金具或杆塔的确定位置,以确定的方向进行拍摄,以获得输电线路4上确定位置的近距离清晰图像。所述近距离清晰图像是指达到人工登杆检查的近距离观察效果,能够满足现有图像处理技术对于小尺寸金具的定位和缺陷分析需要,避免拍摄盲区和像素不足的技术问题。
所述主机1包含机身11、挂臂12、挂爪13、压爪14、旋翼15、云台16、起落架17、电动绞车18和插座19,通过电动绞车18固定并卷放绝缘绳3;所述副机2包含与主机1结构相同的机身11、挂臂12、挂爪13、压爪14、旋翼15、云台16和起落架17,尺寸小于主机1,并带有插头21,通过插头21与绝缘绳3一端的固定连接,实现主机1与副机2的柔性连接,通过插头21与主机1插座19的插接,实现主机1与副机2的紧固连接和电连接,进行通信和充电。所述电动绞车18固定并卷放绝缘绳3,引导并驱使插头21与插座19插接和分离,提高插接和分离操作的便捷性和可靠性。
所述挂臂12与机身11铰接,能够相对机身11旋转与锁定,收放于机身11,以减少飞行阻力,提高飞行安全性;所述挂臂12带有第一台阶面122和第二台阶面123,并与所述挂爪13紧固连接。
所述挂爪13带有槽轮132、台阶面134和活块138,通过槽轮132将主机1或副机2悬挂于输电线路4上,并相对其滚动。所述台阶面134与挂臂12的第二台阶面123共同卡接金具或杆塔,实现主机1或副机2相对金具或杆塔的固定,进行定点拍摄。所述活块138弹性连接于挂爪13的下端,在下表面与挂臂12的第一台阶面122共同卡接金具或杆塔,实现主机1或副机2相对金具或杆塔的固定,进行定点拍摄,提高可靠性和安全性,也具有导向作用。
所述压爪14带有压块141和压轮143;所述压块141在上表面压紧输电线路4的导线、地线、金具或杆塔,在行进过程中刹车,实现主机1或副机2相对输电线路4的固定;所述压轮143在行进过程中弹性抵接输电线路4的导线或地线,避免所述导线或地线从槽轮132与压轮143之间意外脱出,提高安全性和稳定性,减少动能消耗。
所述主机1和副机2,通过挂臂12、挂爪13和压爪14悬挂于输电线路4的导线或地线,并相对其滚动,依靠旋翼15所获得的空气动力沿着所述导线或地线行进,不依靠挂爪13和压爪14相对所述导线或地线的摩擦力,减少摩擦力和动能消耗,提高巡检效率和续航能力。
所述机身11为扁平的箱体结构,在上表面安装风速传感器和测距传感器,在内部安装电动绞车18、电源、天线和主板,在主板上带有通信模块、控制模块、导航模块、数据处理模块和电源模块,与旋翼15固定连接。所述机身11在中部带有铰接孔、铰链轴和挂臂电机111,通过所述铰接孔穿入铰链轴与挂臂12铰接,在所述铰链轴上安装角度传感器,通过所述角度传感器检测挂臂12相对机身11的角度,通过挂臂电机111驱动挂臂12相对机身11旋转与锁定。所述机身11在上表面带有凹陷,使得挂臂12相对铰链轴向后旋转到与机身11平行的位置,能够进入所述凹陷,收放于机身11,能够减少飞行阻力,提高飞行安全性。
所述通信模块使得本发明的主机1与副机2能够互相通信,并与遥控器或机巢的监控系统进行无线通信,接收调度指令,发送巡检图像和其它信息。所述控制模块带有加速度计、陀螺仪和罗盘,控制旋翼15、挂臂12、压爪14和电动绞车18,对飞行姿态和运动参数实时控制。所述导航模块带有全球导航系统(GPS)或北斗导航系统,实时获得飞行航线信息。所述数据处理模块存储并处理巡检设备5获得的巡检数据,并安装可视化图像处理软件,采用图像处理算法,实时处理巡检设备5获得的可视化图像,获得需要定点拍摄的感兴趣区域和拍摄点。
所述挂臂12包含下部的直管部和上部的曲板部,所述直管部在上端与曲板部的下端固定连接,使得所述挂臂12成为一个整体,如图2所示。所述挂臂12在直管部的下端带有铰接孔,通过所述铰接孔穿过机身11的铰链轴与机身11铰接。所述挂臂12在直管部的内部安装电动推杆,通过所述电动推杆驱动压爪14上下移动。所述挂臂12在直管部的上端带有密封圈121,实现压爪14相对挂臂12在直管部的密封,避免雨水和灰尘进入,确保电动推杆的安全运行。
所述挂臂12在曲板部的上部向右弯曲形成第一台阶面122,并通过所述第一台阶面122卡接金具或杆塔,实现主机1或副机2相对金具或杆塔的固定,实现定点拍摄。所述挂臂12在曲板部第一台阶面122的上侧向右弯曲形成第二台阶面123,并通过所述第二台阶面123卡接金具或杆塔,实现主机1或副机2相对金具或杆塔的固定,实现定点拍摄。所述挂臂12在曲板部第二台阶面123的上侧带有横向的轴孔124。所述挂臂12在曲板部的上端向右弯曲并形成外凸沿,并在所述外凸沿上带有螺栓孔125,通过所述螺栓孔125穿入螺栓实现挂臂12与挂爪13的紧固连接。
所述挂爪13为曲板型结构,与所述挂臂12在曲板部第二台阶面123的上侧部位左右对称,如图2所示,在上端向左弯曲并形成外凸沿,在所述外凸沿上带有螺栓孔131;所述挂爪13的外凸沿在左侧面与所述挂臂12的外凸沿右侧面配合,挂爪13的螺栓孔131与挂臂12的螺栓孔125相对并穿入螺栓,实现挂臂12与挂爪13的紧固连接。
所述挂爪13在中部带有槽轮132;所述槽轮132为圆形滑轮,带有轮轴,在圆周面上带有U型槽,在所述U型槽的底部与输电线路4的导线或地线抵接,将主机1或副机2悬挂于输电线路4上。所述挂爪13在中部带有横向的轴孔133,与挂臂12的轴孔124相对,并共同容纳槽轮132的轮轴,使得槽轮132相对挂臂12和挂爪13旋转,也使得挂臂12和挂爪13相对输电线路4的导线或地线滚动,避免产生滑动摩擦,减少能量消耗。所述挂爪13在下部向右弯曲并形成台阶面134,所述台阶面134与挂臂12的第二台阶面123左右对称,上下平齐,能够与挂臂12的第二台阶面123共同卡接金具或杆塔,实现主机1或副机2相对金具或杆塔的固定,实现定点拍摄。
所述挂爪13在下端带有朝下的纵向凹槽136、弹簧137、纵向条形的活块138和连接螺钉,在所述纵向凹槽136的底面上带有竖直的螺纹孔135,通过所述螺纹孔135与连接螺钉在杆部的螺纹配合,使得活块138弹性连接于所述挂爪13的下端。所述活块138在上部宽度小于下部,在上部插入纵向凹槽136,并相对纵向凹槽136沿上下方向平滑移动,具有导向作用,避免活块138相对纵向凹槽136横向偏转。所述活块138带有上下贯通的圆形阶梯孔,在所述阶梯孔的上部容纳弹簧137,在所述阶梯孔的中部相对其上部直径减小,形成台阶面,并穿过所述连接螺钉的杆部,在所述阶梯孔的下部,相对中部直径增大,容纳所述连接螺钉的头部,使得活块138通过阶梯孔穿过所述连接螺钉,弹性连接于所述挂爪13的下端。
所述弹簧137带有弹性,在上端与纵向凹槽136的底面抵接,在下端与活块138阶梯孔的台阶面抵接,并穿过所述连接螺钉的杆部,使得所述活块138弹性连接于挂爪13的下端,提高主机1或副机2悬挂或固定于输电线路4的地线、导线、金具或杆塔的可靠性和安全性,避免意外脱落,也在上线过程中提供导向作用。所述挂爪13的活块138在完全插入纵向凹槽136时,在下表面与挂臂12的第一台阶面122上下平齐,能够与挂臂12的第一台阶面122共同卡接金具或杆塔,实现主机1或副机2相对金具或杆塔的固定,实现定点拍摄。
所述压爪14包含下部条形的直杆和上部纵向的凹槽部,在所述凹槽部带有朝上的纵向凹槽。所述压爪14的直杆穿过挂臂12的密封圈121,在下端与挂臂12在直管部的电动推杆固定连接,以获得上下移动的驱动力。所述压爪14在所述凹槽部带有压块141、左右两个侧壁142、压轮143、扭簧144和轴槽145,通过压块141和压轮143压紧输电线路4的导线、地线、金具或杆塔,使得主机1或副机2相对所述导线、地线、金具或杆塔固定,实现紧急避险或定点拍摄,通过压轮143弹性抵接输电线路4的导线或地线,提高巡检过程的安全性和稳定性,也避免压块141过度磨损,减少能量消耗。
所述压块141带有弹性,为条形块状结构,在下部宽度小于上部,在下部卡入压爪14的纵向凹槽内,包含两块,分别位于压爪14在凹槽部的前部和后部,在下表面通过螺钉与压爪14纵向凹槽的底面固定连接,在上表面压紧输电线路4的导线、地线、金具或杆塔,实现主机1或副机2相对所述导线、地线、金具或杆塔的固定,进行紧急避险或定点拍摄。所述侧壁142为所述纵向凹槽朝上的左右两个侧壁,为压块141和压轮143提供导向和限位,在中部比前部和后部高,在中部带有轴槽145。
所述压轮143为圆形滑轮,带有轮轴,在圆周面上带有凹槽,并在圆周面上压紧输电线路4的导线、地线、金具或杆塔,使得主机1或副机2相对所述导线、地线、金具或杆塔固定,进行紧急避险或定点拍摄。所述压轮143的轮轴,在左右两端分别穿过轴槽145,获得上下移动的导向和限位。
所述扭簧144带有扭转弹性,分别穿过压轮143上轮轴的左右两端,促使压轮143上移,远离压爪14纵向凹槽的底面,使得压轮143高出压块141的上表面,能够在巡检过程中弹性抵接输电线路4的导线或地线,提高巡检过程的安全性和稳定性,也避免压块141过度磨损,减少动能消耗,节约能量。所述轴槽145位于侧壁142的中部,为竖直延伸的长条形通槽,穿过压轮143的轮轴,使得压轮143获得上下移动的导向和限位。
所述旋翼15为条形结构,带有防撞架151、桨叶152和飞行马达153,在内侧端与机身11固定连接,在外侧端固定连接防撞架151和飞行马达153,通过所述飞行马达153的转子与桨叶152固定连接,通过所述飞行马达153驱动桨叶152旋转,获得空气动力,产生飞行驱动力,进行上下线、巡检和越障。
所述云台16采用电机驱动,能够左右和上下旋转,安装于机身11下表面位于起落架17之间的部位,在其上安装巡检设备5进行输电线路4的智能巡检。所述起落架17固定安装于机身11下表面的中部,为杆状支架结构,在起落时缓冲,保护巡检设备5。所述电动绞车18带有圆形卷筒和绞车电机,安装于主机1在机身11的内后部,通过绞车电机为卷筒提供旋转和锁定驱动力,通过所述卷筒固定并卷放绝缘绳3,驱使副机2的插头21与主机1的插座19插接和分离。
所述插座19为矩形截面的杆状结构,在前端面与主机1在机身11的后侧面固定连接,在后端面带有朝向后方的棱台形开口191,在所述开口191的底面中心带有圆形的通孔192,在所述开口191的底面上带有上下对称分布的两个插管193,如图3所示。所述开口191横截面为圆角菱形,在后方的横截面大于前方的横截面,形成向内倾斜的侧面,以引导副机2的插头21插入,具有引导作用,并通过所述侧面与插头21的配合实现插头21在开口191内的紧固,实现副机2与主机1的紧固连接。
所述通孔192为圆形,直径大于绝缘绳3,穿过绝缘绳3,为绝缘绳3提供导向和限位作用,使得电动绞车18能够通过卷放绝缘绳3实现副机2的插头21与主机1的插座19插接和分离。所述插管193为纵向的直管型结构,长度小于开口191深度的一半,在前端与开口191的底面固定连接,并与主机1在机身11内部的主板电连接。
所述副机2位于主机1的后方,在其机身11的前端带有插头21,与主机1的插座19配合并紧固,实现副机2与主机1的紧固连接和电连接,进行通信和充电。所述插头21为矩形截面的纵向杆状结构,在后端面与副机2在机身11的前侧面固定连接,在前端带有朝向前方的棱台形结构,在所述棱台形结构的顶面中心带有绳孔,在所述棱台形结构的顶面上带有上下对称分布的两个插孔。
所述插头21的棱台形结构,与主机1插座19的开口191形状和尺寸相同,横截面为圆角菱形,插入插座19的开口191,与插座19的侧面配合并紧固,具有引导作用,实现副机2与主机1的紧固连接。所述插头21的绳孔为纵向圆形通孔,与插座19的通孔192位置相对,穿入绝缘绳3的一端,实现插头21与绝缘绳3的固定连接,使得电动绞车18能够通过卷放绝缘绳3实现副机2的插头21与主机1的插座19插接和分离。所述插头21的插孔为圆形内孔,在其中心带有纵向的插针;所述插针与副机2在机身11内部的主板电连接,其结构尺寸与插座19的插管193内腔相同,插入插座19的插管193,实现主机1与副机2的电连接,进行通信和充电。
本发明的飞行机器人,设定避险风速阀值,记为V a ;设定巡检风速阀值,记为V b ;V a >V b ;能够进行低风速巡检、高风速巡检和紧急避险。采用本发明飞行机器人的输电线路巡检过程包含以下步骤。
第一步,起飞准备:主机1和副机2平放在地面上,主机1和副机2的挂臂12向后收放于机身11,副机2的插头21插入主机1的插座19并锁定,使得副机2与主机1紧固连接和电连接;启动主机1和副机2的飞行马达153,驱动桨叶152旋转,做好起飞准备。
第二步,在巡检开始时进行上线操作:主机1和副机2起飞,逐渐调整挂臂12相对机身11的角度,并使得压爪14远离挂爪13;控制主机1和副机2飞行到输电线路4的导线或地线左侧,逐渐靠近所述导线或地线,使得挂臂12的挂爪13悬挂于所述导线或地线;挂爪13的槽轮132在U型槽底部与所述导线或地线抵接;控制挂臂12的电动推杆,驱动压爪14上行,直到压爪14的压轮143与所述导线或地线弹性抵接,并确保压块141不接触所述导线或地线。
第三步,采样风速传感器获得当前风速,记为V s ;进行低风速巡检、高风速巡检或紧急避险。
若V b ≤V s ≤V a ,则分别调节主机1和副机2的挂臂12相对其机身11的角度,使得主机1和副机2向前倾斜,通过旋翼15的桨叶152旋转驱动主机1和副机2相对输电线路4行进;并确保副机2的插头21插入主机1的插座19并锁定,进行高风速巡检。
若V s <V b ,则增大主机1桨叶152的转速,并控制电动绞车18释放绝缘绳3,使得主机1与副机2分离;分别调节主机1和副机2的挂臂12相对其机身11的角度,使得主机1和副机2向前倾斜,通过旋翼15的桨叶152旋转驱动主机1和副机2相对输电线路4行进,进行低风速巡检;本发明的主机1和副机2在低风速巡检时的姿态如图9所示。
所述高风速巡检是指风速相对较高,V b ≤V s ≤V a ,副机2的插头21插入主机1的插座19并锁定,使得主机1与副机2紧固连接;所述低风速巡检是指风速相对较低,V s <V b ,主机1的插座19与副机2的插头21分离,主机1与副机2柔性连接。在低风速巡检和高风速巡检过程中,不断采样V s ;分别调节主机1和副机2的挂臂12相对其机身11的角度,并分别调节主机1和副机2的桨叶152的旋转速度与方向,以调节行进速度。
若V s >V b ,则分别控制主机1和副机2的压爪14上行,使得压爪14的压块141压紧输电线路4的导线或地线,使得压爪14的压轮143被压下,不高出压块141的上表面,进行刹车,快速降低行进速度;当所述行进速度为零时,主机1和副机2固定在输电线路4的导线或地线上,进行紧急避险。所述紧急避险是指主机1和副机2在V s >V b 或发现障碍物时,固定在输电线路4的导线或地线上,以降低安全风险,避免安全事故。
第四步,在巡检结束时进行下线操作:控制电动绞车18卷绕绝缘绳3,使得副机2的插头21插入主机1的插座19并锁定;控制主机1和副机2进入紧急避险状态;当行进速度降为零后,分别控制主机1和副机2的压爪14下行,使得压爪14的压块141和压轮143远离输电线路4的导线或地线;控制主机1和副机2向左侧飞离输电线路4的导线或地线;逐渐调节主机1和副机2的挂臂12相对机身11的角度,使得挂臂12收放于机身11;并逐渐降低飞行高度,最终平稳降落于地面。
一种输电线路巡检的越障方法,采用本发明的飞行机器人,包含以下步骤。
第一步,越障准备:在输电线路4的巡检行进过程中,若主机1发现障碍物,则紧急避险;确保主机1和副机2在障碍物后方,固定在输电线路4的导线或地线上。
第二步,主机1越障:主机1的压爪14下行,使得压爪14的压块141和压轮143远离输电线路4的导线或地线,并控制电动绞车18不断释放绝缘绳3;主机1向左侧飞离所述导线或地线,主机1通过测距传感器实时检测与障碍物的距离;在越过障碍物后,主机1再向右侧靠近所述导线或地线,使得主机1的挂爪13悬挂于所述导线或地线;控制主机1的压爪14上行,直到所述压爪14的压块141和压轮143压紧所述导线或地线;确保主机1固定在障碍物前方的导线或地线上,并相距障碍物确定的距离,为副机2留出足够的悬挂空间。
第三步,副机2越障:副机2的压爪14下行,使得所述压爪14的压块141和压轮143远离输电线路4的导线或地线;副机2再向左侧飞离所述导线或地线,并控制电动绞车18不断卷绕绝缘绳3;在越过障碍物后,副机2再向右侧靠近所述导线或地线,使得副机2的挂爪13悬挂于所述导线或地线;控制副机2的压爪14上行,直到所述压爪14的压轮143与所述导线或地线弹性抵接。
第四步,继续巡检:调整主机1和副机2的姿态,继续进行巡检。
一种输电线路巡检的定点拍摄方法,采用本发明的飞行机器人,能够获得小尺寸金具的近距离清晰图像,包含以下步骤。
第一步,准备操作:主机1和副机2的压爪14上行并压紧输电线路4的导线或地线,进行刹车,使得主机1和副机2在输电线路4的杆塔后方确定的距离,固定在所述导线或地线上;主机1利用可视化巡检设备获取杆塔、跳线、金具和绝缘子的清晰图像,并由数据处理模块利用图像处理算法,获得需要定点拍摄的感兴趣区域和拍摄点;所述感兴趣区域是指图像处理算法提取获得的包含小尺寸金具的矩形区域,像素较少,需要近距离定点拍摄,以获得所述小尺寸金具的近距离清晰图像;所述拍摄点是指在靠近感兴趣区域的杆塔角铁、金具、导线、地线或跳线上,能够固定副机2的位置,用于副机2的固定,便于拍摄感兴趣区域所包含小尺寸金具的近距离清晰图像。
第二步,副机2离线并固定在拍摄点:副机2记录当前位置,作为离线点;副机2与主机1无线通信,获得拍摄点和感兴趣区域信息;副机2的压爪14下行,远离输电线路4的导线或地线;主机1的电动绞车18释放绝缘绳3;副机2向左侧飞离所述导线或地线;副机2不断搜索拍摄点,并接收主机1的调度指令;副机2到达拍摄点后,副机2的挂爪13悬挂于所述拍摄点,副机2的压爪14上行,固定在拍摄点。
第三步,拍摄图像:副机2调节其挂臂12与机身11的角度,并调节其云台16;副机2与主机1无线通信,接收主机1的调度指令,以辅助所述的调节操作;副机2对所述感兴趣区域进行定点拍摄,以获得小尺寸金具的近距离清晰图像。
第四步,副机2返回:副机2与主机1无线通信,接收主机1的调度指令,沿着原路线返回离线点,继续第二步和第三步进行下一个定点拍摄,或者继续进行巡检。
补充说明:(1)本发明的主机1和副机2悬挂于输电线路4上进行巡检时,通过调节挂臂12相对机身11的角度和调节桨叶152的旋转速度与方向两种手段实现巡检行进速度的调节,也可通过压块141压紧输电线路4的导线或地线,进行刹车,以快速降低行进速度。调节挂臂12相对机身11的角度,可调节主机1或副机2的机身11相对输电线路4的倾斜角度,改变沿着输电线路4方向的行进推力在旋翼15所获得空气动力中的比例。调节桨叶152的旋转速度与方向,可以调节主机1和副机2的旋翼15所获得的空气动力。在刹车时,压爪14上行,使得压爪14的压块141压紧输电线路4的导线或地线,使得压爪14的压轮143被压下,不高出压块141的上表面,快速降低巡检时的行进速度,最终固定在输电线路4上。
(2)本发明的主机1和副机2悬挂于输电线路4上进行巡检时,依靠旋翼15所获得的空气动力沿着输电线路4的导线或地线行进,不依靠挂爪13和压爪14相对所述导线或地线的摩擦力;所述挂爪13通过槽轮132抵接所述导线或地线,并相对其滚动,所述压爪14通过压轮143弹性抵接所述导线或地线,可减小主机1和副机2相对于输电线路4的滚动摩擦力,避免产生滑动摩擦,减少动能消耗,节约能量,提高巡检效率和续航能力。
(3)本发明的主机1和副机2悬挂于输电线路4上进行巡检;在爬坡时,调节挂臂12相对机身11的角度,能够调节行进推力与挂爪13相对输电线路4的压力在旋翼15所获得空气动力中的比例;因此,在爬坡时,提高旋翼15所获得空气动力中沿着竖直上升方向的动力的比例时,必然引起挂爪13相对输电线路4的导线或地线的压力减小,减少本发明的主机1和副机2相对于输电线路4的滚动摩擦力,减少动能消耗。在下坡时,本发明主机1和副机2的势能转化为行进的动能,提高行进速度,补偿旋翼15提供的行进推力,节约能量,提高巡检效率和续航能力。
(4)本发明的主机1或副机2通过其挂臂12、挂爪13和压爪14固定于输电线路4的杆塔角铁、金具、导线、地线或跳线上,能够适应各种截面和表面结构。本发明的挂臂12、挂爪13和压爪14固定于带有圆形小截面的杆状结构上,如导线、地线、跳线、延长环和U型挂环,如图2所示。本发明的挂臂12、挂爪13和压爪14固定于带有圆形大截面的杆状结构上,如间隔棒、屏蔽环、耐张线夹、接续管和接线端子,如图4所示。本发明的挂臂12、挂爪13和压爪14固定于板状结构上,如调节板、十字挂板、牵引板和联板,如图5所示。本发明的挂臂12、挂爪13和压爪14固定于扁平截面的条状结构上,如平行挂板、U型挂板、直角挂板和耐张线夹的引流板,如图6所示。本发明的挂臂12、挂爪13和压爪14固定于杆塔的角铁上,如图7所示。本发明的挂臂12、挂爪13和压爪14固定于方形截面的条状结构上,如平行挂板、直角挂板和碗头挂板,如图8所示。
本发明的有益效果如下:(1)本发明的主机1和副机2通过其挂臂12、挂爪13和压爪14悬挂于输电线路4上进行巡检,能够适应大坡度线路,依靠旋翼15所获得的空气动力沿着输电线路4的导线或地线行进,不依靠挂爪13和压爪14相对所述导线或地线的摩擦力;所述挂爪13通过槽轮132抵接所述导线或地线,并相对其滚动,所述压爪14通过压轮143弹性抵接所述导线或地线,可减小压爪14相对于输电线路4的滚动摩擦力。
现有技术的飞行机器人在输电线路上行走时,为了适应大坡度线路,避免打滑,在行走机构中带有导轮和驱动电机,需要增加行走机构相对导线的摩擦力,消耗功率较大,也增加了行走机构的复杂性和重量,影响续航能力。因此,与现有技术的飞行机器人相比,本申请的飞行机器人,在其挂臂12、挂爪13和压爪14上不带有驱动电机,不依靠相对输电线路4的导线或地线的摩擦力行进,结构简单,重量轻。本发明在爬坡时,提高旋翼15所获得空气动力中沿着竖直上升方向的动力的比例,必然引起挂爪13相对输电线路4的导线或地线的压力减小,减少本发明的主机1和副机2相对于输电线路4的滚动摩擦力,减少动能消耗。在下坡时,本发明主机1和副机2的势能转化为行进的动能,提高行进速度,补偿旋翼15提供的行进推力,节约能量,能够提高巡检效率和续航能力。
(2)本发明飞行机器人的挂臂12在曲板部带有第一台阶面122和第二台阶面123;所述挂爪13带有槽轮132、台阶面134和活块138;所述台阶面134与挂臂12的第二台阶面123共同卡接金具或杆塔;所述活块138弹性连接于挂爪13的下端,在下表面能够与挂臂12的第一台阶面122共同卡接金具或杆塔,实现主机1或副机2相对金具或杆塔的固定。所述压爪14带有压块141和压轮143;所述压块141在上表面能够压紧输电线路4的导线、地线、金具或杆塔,在巡检的行进过程中,能够进行刹车,实现主机1或副机2相对输电线路4的导线、地线、金具或杆塔的固定;所述压轮143能够在巡检过程中弹性抵接输电线路4的导线或地线,避免所述导线或地线从槽轮132与压轮143之间意外脱出,引发安全事故,提高巡检过程的安全性和稳定性,也避免压块141的过度磨损,减少动能消耗,节约能量。
因此,本发明飞行机器人的挂臂12、挂爪13和压爪14能够在巡检行进时,将本发明的主机1或副机2悬挂于输电线路4的导线或地线上,并相对其滚动,进行高风速巡检、低风速巡检和刹车,能够紧急避险,避免所述导线或地线意外脱出,提高安全性和稳定性,抗风能力强;也能够将本发明的主机1或副机2固定在输电线路4的导线、地线、金具或杆塔上,进行紧急避险和定点拍摄。
(3)本发明的主机1带有电动绞车18和插座19,所述副机2带有插头21;所述插座19带有开口191、通孔192和插管193,通过所述通孔192穿过绝缘绳3;所述插头21带有棱台形结构、绳孔和插孔;所述插头21的棱台形结构,插入插座19的开口191,与插座19的侧面配合并锁定,实现副机2与主机1的紧固连接;所述绳孔穿入绝缘绳3,实现插头21与绝缘绳3的固定连接,使得电动绞车18能够通过卷放绝缘绳3实现副机2的插头21与主机1的插座19插接和分离,提高了插接和分离操作的便捷性和可靠性。所述插头21的插孔在其中心带有插针;所述插针插入插座19的插管193,实现主机1与副机2的电连接,进行通信和充电。
因此,本发明所述主机1的电动绞车18与插座19、绝缘绳3和副机2的插头21,使得所述主机1与副机2能够通过绝缘绳3柔性连接,通过插座19与插头21的配合并锁定实现紧固连接和电连接,通过电动绞车18卷放绝缘绳3,引导并驱使插座19与插头21插接和分离,提高了插接和分离操作的便捷性和可靠性,大大提高了安全性。
(4)本发明的主机1与副机2通过绝缘绳3柔性连接,通过电动绞车18卷放绝缘绳3,控制主机1与副机2的柔性连接、紧固连接和电连接。在本发明的越障方法中,当主机1飞离输电线路4的导线或地线时,副机2固定在所述导线或地线上;当副机2飞离所述导线或地线时,主机1固定在所述导线或地线上;因此,本发明的飞行机器人在越障过程中,一直通过绝缘绳3固定在所述导线或地线上,抗风能力强,降低了安全风险,有够有效避免安全事故。
现有技术的飞行机器人在飞行越障时,整体脱离输电线路4的导线或地线,受气候影响大,抗风能力差,具有较高的安全风险。因此,与现有的飞行机器人或无人机的飞行越障过程相比,本发明的越障方法在越障过程中,一直通过绝缘绳3固定在输电线路4的导线或地线上,有够有效避免失控、意外跌落和其它安全事故,确保本发明的飞行机器人和巡检数据的安全,安全性更高,抗风能力更强。
本发明的越障方法,采用本发明的飞行机器人,能够成功越过由各类线路金具引起的确定性障碍,也能够成功越过由导线缺陷或异物引起的不确定性障碍,能够适应输电线路的导线换相。因此,与现有巡检机器人的越障过程相比,本发明的越障方法,控制机构简单,重量轻,能够成功越过各类障碍,越障成功率高。
(5)本发明的定点拍摄方法,将主机1固定在输电线路4的导线或地线上,副机2飞到并固定在拍摄点,近距离地拍摄,能够获得小尺寸金具的近距离清晰图像;所述近距离清晰图像能够达到人工登杆检查的近距离观察效果,能够满足现有图像处理技术对于小尺寸金具的定位和缺陷分析需要,避免拍摄盲区和像素不足的技术问题。
现有采用可视化图像处理的智能巡检技术,在图像背景中定位金具并进一步分析处理,无法发现拍摄盲区内的金具缺陷;由于小尺寸金具所占像素较少,难以有效进行小尺寸金具的定位和缺陷分析。人们不得不登杆检查,风险高,效率低,费时费力。因此,与现有的输电线路智能巡检和人工巡检相比,本发明的定点拍摄方法,能够达到人工登杆检查的近距离观察效果,避免了拍摄盲区和像素不足的技术问题,安全风险低,效率高。
具体实施方式
以下结合附图和具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细地说明。图1为本发明的总体结构示意图;本发明的飞行机器人包含主机1、副机2和绝缘绳3;所述主机1包含机身11、挂臂12、挂爪13、压爪14、旋翼15、云台16、起落架17、电动绞车18和插座19;所述副机2包含与主机1结构相同的机身11、挂臂12、挂爪13、压爪14、旋翼15、云台16和起落架17,尺寸小于主机1,并带有插头21。
所述机身11为扁平的箱体结构,优选碳纤维树脂复合材料经过热压成形加工制成,也可采用工程塑料、改性尼龙和航空合金制造;在其上表面安装的风速传感器和测距传感器,优选公知的风速传感器和激光测距传感器;在其内部安装的电动绞车18、电源和天线优选公知的航空绞车、电池和天线,并采用公知的电路板加工工艺和开发技术制造所述主板。所述机身11在中部带有的铰接孔优选机械加工成形,所述铰链轴优选合金结构钢棒料经过机械加工成形;所述挂臂电机111优选公知的伺服电机。所述铰链轴上安装的角度传感器优选公知的角度传感器产品。
图2为挂臂12、挂爪13和压爪14在图1方位的左视图。所述挂臂12包含下部的直管部和上部的曲板部,都优选碳纤维树脂复合材料热压成形;所述直管部在上端与曲板部下端的固定连接优选粘接。所述挂臂12在直管部下端带有的铰接孔,优选在所述直管部的成形加工过程中成形。所述挂臂12在所述直管部安装的电动推杆,优选公知的电动推杆产品。所述挂臂12在直管部上端带有的密封圈121,优选公知密封圈产品的材料和工艺加工成形。
所述挂臂12在曲板部上部带有的第一台阶面122、第二台阶面123、轴孔124、外凸沿和螺栓孔125,优选在所述曲板部的成形加工过程中成形。所述第一台阶面122和第二台阶面123都优选粘接橡胶层,使其在卡接金具或杆塔时紧固可靠,避免滑脱。
所述挂爪13为曲板型结构,优选碳纤维树脂复合材料热压成形。所述挂爪13带有的外凸沿、螺栓孔131、轴孔133、台阶面134和纵向凹槽136都优选在所述挂爪13的成形加工过程中成形。所述纵向凹槽136在底面上带有的螺纹孔135优选机械加工成形。所述挂爪13带有的槽轮132优选改性尼龙材料热压成形;所述槽轮132在其圆周面上带有的U型槽,优选在所述槽轮132的成形加工过程中成形。所述槽轮132带有的轮轴优选合金结构钢棒料经过机械加工成形。
所述挂爪13带有的弹簧137优选公知的圆柱螺旋弹簧产品;所述挂爪13在下端带有的连接螺钉优选公知的螺钉产品。所述挂爪13在下端带有的活块138优选碳纤维树脂复合材料热压成形。所述活块138带的圆形阶梯孔优选机械加工成形。所述挂爪13在下部带有的台阶面134和所述活块138的下表面都优选粘接橡胶层,使其在卡接金具或杆塔时紧固可靠,避免滑脱。
所述压爪14包含下部条形的直杆和上部纵向的凹槽部,优选碳纤维树脂复合材料热压成形。所述压爪14在所述凹槽部带有的纵向凹槽和左右两个侧壁142,都优选在所述压爪14的成形加工过程中成形。所述压爪14的直杆在下端与挂臂12的电动推杆的固定连接,优选机械连接,以便于拆卸和维修。
所述压爪14在凹槽部带有的压块141带有弹性,为条形块状结构,优选合成橡胶材料经过热压和硫化加工成形。所述压爪14在凹槽部带有的压轮143为圆形滑轮,带有轮轴,优选改性尼龙材料热压成形;所述压轮143带有的轮轴优选合金结构钢棒料经过机械加工成形。所述压爪14在凹槽部带有的扭簧144带有扭转弹性,优选公知的扭转弹簧材料和成形工艺加工制成。所述侧壁142在中部带有的轴槽145,为竖直延伸的长条形通槽,优选机械加工成形。
所述旋翼15为条形结构,优选碳纤维树脂复合材料热压成形,在内侧端与机身11的固定连接,优选机械连接。所述旋翼15带有的防撞架151、桨叶152和飞行马达153都优选公知无人机的防撞架、桨叶和无刷电机产品。所述云台16和起落架17都优选公知无人机的云台和起落架产品。
图3为插座19的结构示意图。所述插座19为矩形截面的杆状结构,优选碳纤维树脂复合材料热压成形。所述插座19在前端面与主机1在机身11后侧面的固定连接,优选机械连接,以便于拆卸和维修。所述插座19的开口191和通孔192优选在插座19的成形加工过程中成形。
所述插管193为纵向的直管型结构,优选铜管型材经过机械加工成形;所述插管193在前端与开口191底面的固定连接优选机械连接,以便于拆卸和维修。所述插管193与主机1在机身11内部主板的电连接,优选公知的导线采用两端焊接方式实现,确保所述插管193与机身11的主板电路之间接触良好。
所述副机2的插头21为矩形截面的纵向杆状结构,优选碳纤维树脂复合材料热压成形。所述插头21在后端面与副机2在机身11前侧面的固定连接,优选机械连接,便于拆卸和维修。所述插头21与绝缘绳3的固定连接,优选公知的安全扣与绝缘绳3一端的环形绳套机械连接,确保安全可靠,也便于装拆。
所述插头21的插孔为圆形内孔,在其中心带有纵向的插针;所述插针优选铜合金型材经过机械加工成形;所述插针与副机2在机身11内部主板的电连接,优选公知的导线采用两端焊接方式实现,确保所述插针与机身11的主板电路之间接触良好。所述主机1的插管193和所述副机2插头21的插针,也可采用其它公知电连接的插座和插头结构实现。
图4为本发明固定于圆形大截面杆状结构的示意图;图5为本发明固定于板状结构的示意图;图6为本发明固定于扁平截面条状结构的示意图;图7为本发明固定于杆塔角铁的示意图;图8为本发明固定于方形截面条状结构的示意图。图4—图8表明本发明的主机1和副机2可通过其挂臂12、挂爪13和压爪14固定在杆塔角铁、金具、导线、地线或跳线上,能够适应其各种截面和表面结构,不局限于图4—图8表达的结构和固定方式。
上述实施仅仅是本发明的优选实施方式,不构成对本发明的限制。在满足本发明的结构和性能要求条件下,改变材料和制造工艺,都在本发明的保护范围之内。