CN113071337B - 野外风光互补供电的无人智能机巢 - Google Patents

野外风光互补供电的无人智能机巢 Download PDF

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Abstract

野外风光互补供电的无人智能机巢，包括塔架、通信基站模块、太阳能发电机组、风力发电机组、风光互补控制器、蓄电池组及PLC控制器，所述塔架顶部设有起降平台，该起降平台上设有停机库及净空装置，该停机库内设有与蓄电池组电性连接的无线充电装置，所述净空装置设置于起降平台边缘，包括若干超声波传感器，调节转台、移动式电锯、及设置在调节转台上的绳索抛射器、绳索、电动绞盘，所述若干超声波传感器间隔设置在起降平台边缘，并对应竖直上方发生超声波，检测是否有异物遮挡；所述绳索一端设有吊坠及若干倒刺，另一端穿过绳索抛射器与电动绞盘连接；所述绳索抛射器根据超声波传感器信号发射绳索，所述移动式电锯待绳索勾回后，锯断植物。

Description

野外风光互补供电的无人智能机巢
技术领域
本发明涉及无人机野外监测设备技术领域，具体涉及野外风光互补供电的无人智能机巢。
背景技术
无人机应用于自然国土资源、安全监控、电力输电线路巡检等众多场合。由于无人机不受地形地貌限制，尤其适用于险峻山区、多河流地貌下的巡线工作。机载高清摄像设备可进行实时在线定位和监控，地面控制人员可根据地面站回传实况及时发现隐患，节省了大量人力、物力，提高了巡检人员工作安全系数。
为了保证无人机在野外进行长时间的续航，减少工作人员去偏远地区的辛劳，通常在野外定点建立无人机机库，供无人机充电、停靠、避险。
目前无人机野外巡航存在的问题是：1.野外经过航线安全排查、试航后，天空中没有影响飞行的障碍物，完全可以依靠自动程序，使无人机定期定时自行完成任务，无需再安排人员进行操作。但问题在于随着时间日久，机库周围的植物生长，容易出现遮挡无人机起降路径的枝条、藤蔓等植物，造成无人机起降时被缠绕，机巢被卡死等问题，不得不依靠人工，对现场画面进行实时判断，再控制无人机起降。这是造成无人机无法自动化运作的主要原因。2.为在野外长时间供电，机巢通常设置发电设备及蓄电设备，户外天气恶劣，还有野兽袭扰，存在电路故障引发山火的隐患。
发明内容
本发明为了解决上述技术的不足，提供了野外风光互补供电的无人智能机巢。本发明的技术方案：野外风光互补供电的无人智能机巢，包括塔架、通信基站模块、太阳能发电机组、风力发电机组、风光互补控制器、蓄电池组及PLC控制器，所述塔架顶部设有起降平台，该起降平台上设有停机库及净空装置，该停机库设有朝向竖直上方的进出口及与PLC控制器信号连接的电控门，且内设有与蓄电池组电性连接的无线充电装置，所述净空装置设置于起降平台边缘，包括若干超声波传感器，调节转台、移动式电锯、及设置在调节转台上的绳索抛射器、绳索、电动绞盘，所述若干超声波传感器间隔设置在起降平台边缘，并对应竖直上方发生超声波，检测是否有异物遮挡；所述调节转台包括转盘、周转电机及驱动气缸，该周转电机与转盘联动配合，驱动转盘周转，所述绳索抛射器设有第一铰接端及第二铰接端，该第一铰接端与转盘铰接，所述第二铰接端与驱动气缸铰接，该驱动气缸固定于转盘上；所述绳索一端设有吊坠及若干倒刺，另一端穿过绳索抛射器与电动绞盘连接；所述净空装置与PLC控制器信号连接，所述绳索抛射器根据超声波传感器信号发射绳索，所述移动式电锯待绳索勾回后，沿起降平台边缘行走，锯断植物。
采用上述技术方案，太阳能发电机组主要由太阳能电池板、控制器和逆变器三部分组装。风力发电机组主要由风轮、发动机和塔筒三部分组成。各自通过风力、光生伏特效应产生电能，然后由风光互补控制器控制，储存电能至蓄电池组内。再通过无线充电充电技术，直接怼无人机内置的无线充电模块进行充电，免去了野外远程拆换无人机电池的步骤，减少故障发生。通过设置的通信基站模块，进行数据传输互通，使工作人员远程掌握机巢状态，也可以实现多机巢之间的信息联动。如按无人机最大航程间隔设置机巢，无人机点至点移动、停靠、充电，省去返航的消耗，增加巡查范围。
通过设置机库，日常对无人机进行保护，遮挡风雨灰尘。待运行时，程序控制电控门打开起降。
通过设置的净空装置，在无人机自动运行前，首先通过超声波传感器发出超声波，检测周围植物的枝条是否蔓延起降平台内，遮挡起降平台正上方，即检测无人机起降路径是否有障碍物。如有枝条存在，发出的超声波产生反射波，超声波传感器产生信号给PLC控制器，PLC控制器根据发回信号的超声波传感器编号，确定方位，控制周转电机、转盘调整绳索发射器的朝向，控制驱动气缸调整绳索发射器的角度，然后绳索发射器发出绳索，在吊坠的带动下，绳索缠绕枝条，倒刺勾住枝条，然后电动绞盘回收绳索，将枝条拉近起降平台，被移动式电锯切断。至此完成无人机升降路径的枝条障碍物清理，解决了野外自然环境下，植物随时间生长，遮挡起降路径的问题。为无人机在野外，特别是林区的全自动巡航，提供了可靠的起停条件。
本发明图中只显示了一侧设置净空装置，实则围绕起降平台，四边均可设置。
本发明的进一步设置：所述起降平台边缘设有围栏，该围栏沿水平方向设有轨道，所述移动式电锯包括电锯、移动座及链传动机组，该移动座与轨道做滑动配合，并与链传动机组联动配合，所述电锯与移动座固定连接，并朝向竖直上方。
采用上述技术方案，围栏不仅是人员的安全防护，同时还是限制植物有序蔓延的挡墙，植物只能从围栏上方进入起降平台，必然触发超声波传感器，且正落入移动式电锯的移动轨迹内，
本发明的进一步设置：所述机巢周边设有灭火设备，该灭火设备包括线性光束感烟火灾探测器、电动消防炮及蓄水坑，该蓄水坑开口设有滤网，所述电动消防炮与蓄水坑连通，并根据线性光束感烟火灾探测器信号发射。
采用上述技术方案，通过在轴部设置的灭火设备，避免机巢也野外恶劣环境下意外失火的问题，及时发现火源，并通过电动消防炮调整角度进行灭火。蓄水坑积蓄自然雨水，坑口通过滤网隔离落叶等杂物，避免与电动消防炮的连通堵塞。灭火设备电源与蓄电池组连接。
本发明的进一步设置：所述塔架底部设有地下电源室，所述蓄电池组设置于地下电源室内。
采用上述技术方案，设置地下电源室，对蓄电池组进行保护，避免暴露在外的危险。
本发明的进一步设置：所述机巢周边设有驱兽设备，该驱兽设备包括红外温度传感器及声光警报器，该声光警报器根据红外温度传感器信号启动。
采用上述技术方案，通过圣歌警报驱赶野外动物，避免其破坏设备。
附图说明
图1为本发明实施例的结构图1；
图2为本发明实施例的结构图2；
图3为本发明实施例的净空装置结构图1；
图4为本发明实施例的净空装置结构图2；
图5为本发明实施例的净空装置结构图3。
其中,1-塔架、11-起降平台、12-停机库、13-电控门、14-围栏、15-轨道、2-太阳能发电机组、3-风力发电机组、4-净空装置、41-超声波传感器、42-调节转台、421-转盘、422-驱动气缸、43-移动式电锯、431-电锯、432-移动座、433-链传动机组、44-绳索抛射器、45-绳索、 46-电动绞盘、51-线性光束感烟火灾探测器、52-电动消防炮、53-蓄水坑。
具体实施方式
如图1-5所示，野外风光互补供电的无人智能机巢，包括塔架1、通信基站模块、太阳能发电机组2、风力发电机组3、风光互补控制器、蓄电池组及PLC控制器，所述塔架1 顶部设有起降平台11，该起降平台11上设有停机库12及净空装置4，该停机库12设有朝向竖直上方的进出口及与PLC控制器信号连接的电控门13，且内设有与蓄电池组电性连接的无线充电装置，所述净空装置4设置于起降平台11边缘，包括若干超声波传感器41，调节转台42、移动式电锯43、及设置在调节转台42上的绳索抛射器44、绳索45、电动绞盘 46，所述若干超声波传感器41间隔设置在起降平台11边缘，并对应竖直上方发生超声波，检测是否有异物遮挡；所述调节转台42包括转盘421、周转电机及驱动气缸422，该周转电机与转盘421联动配合，驱动转盘421周转，所述绳索抛射器44设有第一铰接端及第二铰接端，该第一铰接端与转盘421铰接，所述第二铰接端与驱动气缸422铰接，该驱动气缸 422固定于转盘421上；所述绳索45一端设有吊坠451及若干倒刺452，另一端穿过绳索抛射器44与电动绞盘46连接；所述净空装置4与PLC控制器信号连接，所述绳索抛射器44 根据超声波传感器41信号发射绳索45，所述移动式电锯43待绳索45勾回后，沿起降平台 11边缘行走，锯断植物。
太阳能发电机组2主要由太阳能电池板、控制器和逆变器三部分组装。风力发电机组3主要由风轮、发动机和塔筒三部分组成。各自通过风力、光生伏特效应产生电能，然后由风光互补控制器控制，储存电能至蓄电池组内。再通过无线充电充电技术，直接怼无人机内置的无线充电模块进行充电，免去了野外远程拆换无人机电池的步骤，减少故障发生。通过设置的通信基站模块，进行数据传输互通，使工作人员远程掌握机巢状态，也可以实现多机巢之间的信息联动。如按无人机最大航程间隔设置机巢，无人机点至点移动、停靠、充电，省去返航的消耗，增加巡查范围。
通过设置机库，日常对无人机进行保护，遮挡风雨灰尘。待运行时，程序控制电控门13打开起降。
如图5所示，通过设置的净空装置4，在无人机自动运行前，首先通过超声波传感器41发出超声波，检测周围植物的枝条是否蔓延起降平台11内，遮挡起降平台11正上方，即检测无人机起降路径是否有障碍物。如有枝条存在，发出的超声波产生反射波，超声波传感器41产生信号给PLC控制器，PLC控制器根据发回信号的超声波传感器41编号，确定方位，控制周转电机、转盘421调整绳索45发射器的朝向，控制驱动气缸422调整绳索45发射器的角度，然后绳索45发射器发出绳索45，在吊坠451的带动下，绳索45缠绕枝条，倒刺452勾住枝条，然后电动绞盘46回收绳索45，将枝条拉近起降平台11，被移动式电锯43切断。至此完成无人机升降路径的枝条障碍物清理，解决了野外自然环境下，植物随时间生长，遮挡起降路径的问题。为无人机在野外，特别是林区的全自动巡航，提供了可靠的起停条件。
本发明图中只显示了一侧设置净空装置4，实则围绕起降平台11，四边均可设置。
所述起降平台11边缘设有围栏14，该围栏14沿水平方向设有轨道15，所述移动式电锯43包括电锯431、移动座432及链传动机组433，该移动座432与轨道15做滑动配合，并与链传动机组433联动配合，所述电锯431与移动座432固定连接，并朝向竖直上方。
围栏14不仅是人员的安全防护，同时还是限制植物有序蔓延的挡墙，植物只能从围栏14上方进入起降平台11，必然触发超声波传感器41，且正落入移动式电锯43的移动轨迹内，
所述机巢周边设有灭火设备，该灭火设备包括线性光束感烟火灾探测器51、电动消防炮52 及蓄水坑53，该蓄水坑53开口设有滤网，所述电动消防炮52与蓄水坑53连通，并根据线性光束感烟火灾探测器51信号发射。
通过在轴部设置的灭火设备，避免机巢也野外恶劣环境下意外失火的问题，及时发现火源，并通过电动消防炮52调整角度进行灭火。蓄水坑53积蓄自然雨水，坑口通过滤网隔离落叶等杂物，避免与电动消防炮52的连通堵塞。灭火设备电源与蓄电池组连接。
所述塔架1底部设有地下电源室15，所述蓄电池组设置于地下电源室15内。
采用上述技术方案，设置地下电源室15，对蓄电池组进行保护，避免暴露在外的危险。
所述机巢周边设有驱兽设备，该驱兽设备包括红外温度传感器及声光警报器，该声光警报器根据红外温度传感器信号启动。
通过圣歌警报驱赶野外动物，避免其破坏设备。

Claims (5)

1.野外风光互补供电的无人智能机巢，包括塔架、通信基站模块、太阳能发电机组、风力发电机组、风光互补控制器、蓄电池组及PLC控制器，其特征在于：所述塔架顶部设有起降平台，该起降平台上设有停机库及净空装置，该停机库设有朝向竖直上方的进出口及与PLC控制器信号连接的电控门，且内设有与蓄电池组电性连接的无线充电装置，所述净空装置设置于起降平台边缘，包括若干超声波传感器，调节转台、移动式电锯、及设置在调节转台上的绳索抛射器、绳索、电动绞盘，所述若干超声波传感器间隔设置在起降平台边缘，并对应竖直上方发生超声波，检测是否有异物遮挡；所述调节转台包括转盘、周转电机及驱动气缸，该周转电机与转盘联动配合，驱动转盘周转，所述绳索抛射器设有第一铰接端及第二铰接端，该第一铰接端与转盘铰接，所述第二铰接端与驱动气缸铰接，该驱动气缸固定于转盘上；所述绳索一端设有吊坠及若干倒刺，另一端穿过绳索抛射器与电动绞盘连接；所述净空装置与PLC控制器信号连接，所述绳索抛射器根据超声波传感器信号发射绳索，所述移动式电锯待绳索勾回后，沿起降平台边缘行走，锯断植物。
2.根据权利要求1所述的野外风光互补供电的无人智能机巢，其特征在于：所述起降平台边缘设有围栏，该围栏沿水平方向设有轨道，所述移动式电锯包括电锯、移动座及链传动机组，该移动座与轨道做滑动配合，并与链传动机组联动配合，所述电锯与移动座固定连接，并朝向竖直上方。
3.根据权利要求2所述的野外风光互补供电的无人智能机巢，其特征在于：所述机巢周边设有灭火设备，该灭火设备包括线性光束感烟火灾探测器、电动消防炮及蓄水坑，该蓄水坑开口设有滤网，所述电动消防炮与蓄水坑连通，并根据线性光束感烟火灾探测器信号发射。
4.根据权利要求3所述的野外风光互补供电的无人智能机巢，其特征在于：所述塔架底部设有地下电源室，所述蓄电池组设置于地下电源室内。
5.根据权利要求4所述的野外风光互补供电的无人智能机巢，其特征在于：所述机巢周边设有驱兽设备，该驱兽设备包括红外温度传感器及声光警报器，该声光警报器根据红外温度传感器信号启动。
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