CN113697100A - 一种用于输电走廊即时堪灾的无人机 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，涉及输电线路无人监测技术领域，包括能够垂直升降的无人机本体，无人机本体的底部设置有架空线悬挂取电装置。架空线悬挂取电装置包括开口式互感器以互感器张合驱动机构，互感器张合驱动机构能够驱动开口式互感器张开或者闭合，通过开口式互感器能够将无人机悬挂在架空电缆上，并从架空电路上感应获取电能，为无人机进行能源补给。这样的设置，可以使无人机在远距离巡航没有电后随时进行休息和补给不需要特定的停机平台，增加其巡航半径，另外还能够通过互感器分析电路上是否存在异常，从而根据异常信号进行定点区域巡航，快速、准确发现灾情。

Description

一种用于输电走廊即时堪灾的无人机
技术领域
本申请涉及输电线路无人监测技术领域，尤其涉及一种用于输电走廊即时堪灾的无人机。
背景技术
随着我国综合国力的不断提高以及经济、技术的大力发展，我国对于常规能源(例如电能)的需求仍然很旺盛。但是，根据我国目前的电能供求形式，用电需求大的城市和地区往往并不适合就近建设电厂，这就要求生产电能的各个电厂必须将电能通过各级变电站和输电线路传输到不同的城市和地区，这种远距离的电能传输就给事故的发生埋下了隐患。而且由于输电线路所处环境是野外露天场所，容易受到各种因素影响发生断股、磨损、腐蚀等损伤，如果不能及时的进行修复，一旦发生事故，就会造成极大的经济损失。这就需要及时发现输电线路的隐患和缺陷，并进行修复，防患于未然，因此，为保证正常的输电、供电，必须对输电线路进行定期的巡检。将无人机应用于输电线路的巡检中，不仅可以提高巡检效率、节约成本，而且也可以节省人力，提高巡检的可靠性。目前在电力行业中已经在使用无人机进行输电线路巡检，由于无人机需要动力，飞行一段时间后返回更换电池或者补充燃油，完成补给后才能再次起飞进行巡航，这就限制了无人机的飞行半径并影响及时快速发现灾情，最终影响救灾时间。
发明内容
为解决上述问题，本申请采用如下技术方案实现：
一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，包括无人机本体，所述无人机本体的底部设置有架空线悬挂取电装置；
所述架空线悬挂取电装置包括开口式互感器以互感器张合驱动机构，互感器张合驱动机构包括电机和凸轮。所述互感器张合驱动机构能够驱动所述开口式互感器张开或者闭合，通过开口式互感器能够将无人机悬挂在架空电缆上，并从架空电路上感应获取电能，为无人机进行能源补给。
优选地，所述开口式互感器的输出端分别与整流电路的输入端、采样电路的输入端连接；整流电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端与无人机上的电池连接，为电池提供电能；
所述电池分别与无人机上的控制单元、通讯单元、姿态检测单元、图像采集单元以及电机驱动单元连接，为各个单元模块提供电能；
所述采样电路的输出端与控制单元的采样接口连接，该采样接口为模数转换接口；
所述控制单元主要由单片机构成，控制单元分别与通讯单元、姿态检测单元、图像采集单元以及电机驱动单元连接；其中，通讯单元用于通过无线电与控制终端连接，接收控制指令或者发送数据给控制终端
所述图像采集单元，包括设置在无人机腹部前方的微型摄像机，用于获取图像数据；
所述电机驱动单元用于驱动无人机的电机；
所述姿态检测单元则用于检测无人机的状态，姿态检测单元包括电子陀螺仪、接近开关等。
优选地，还包括分布式环境信息采样模块，所述分布式环境信息采样模块分别固定设置在输电线路的杆塔上，该分布式环境信息采样模块包括采集模块控制器以及采集模块通讯单元；所述采集模块控制器分别与电流互感器、温度传感器、湿度传感器、风力传感器、雨水传感器以及采集模块通讯单元电性连接，用于采集杆塔周围的温度、湿度、风力、雨水以及电流数据，并通过采集模块通讯单元与无人机通讯。当某一个杆塔上的环境信息采样模块发现异常时，比如互感器所检测的高压输电线路突然没有电，或者温度突然升高等，则通过采集模块通讯单元与无人机上的通讯单元联系，控制无人机结束休眠立即起飞进行巡航检测，以便及时发现灾情。巡航的时候，可以根据预设好的巡航路线进行巡航，比如用GPS或者北斗系统设置好循环区域，无人机根据卫星定位的数据自动往复飞行并拍摄图像数据，这样就可以通过环境异常唤醒无人机，减少人员干预，及时准确发现问题。
优选地，所述架空线悬挂取电装置还包括引导支架，所述引导支架呈Y字形结构；引导支架固定安装在无人机的底部，且引导支架的开口朝下；口朝下的目的是无人机在降落到架空线缆上时，两侧的Y形挡板可以起到导向的作用，使得互感器能够准确对准架空线缆并锁紧。
Y字形结构的引导支架包括两侧的翼板，以及两块翼板的汇合部，所述汇合部开设有线缆槽、互感器槽、转轴孔、电机孔；
所述线缆槽沿着引导支架的长度方向贯通开设，整个线缆槽为长槽结构，其底部敞口且位于Y字形结构的引导支架的中线位置；
所述互感器槽垂直于引导支架设置，所述互感器槽内设置有所述开口式互感器；
所述转轴孔沿着引导支架的长度方向贯通开设，其位于所述线缆槽的上方，转轴孔内穿设有转轴，所述开口式互感器的旋转部套设在所述转轴上；
所述电机孔沿着引导支架的长度方向开设，且位于互感器槽的一侧；电机孔内固定设置有电机，所述电机的输出转轴上固定设置有凸轮，所述凸轮位于所述开口式互感器的把手内，通过凸轮的转动，能够控制开口式互感器的张开或者闭合。
优选地，所述无人机为能够垂直升降的无人机。
优选地，所述开口式互感器由两块弧形铁芯可转动构成一个完整的圆环，弧形铁芯上绕设有绕组；
两个弧形铁芯铰接处穿设有所述转轴，所述转轴上设置有扭簧，在不受外力作用下，扭簧始终保持两个弧形铁芯张开状态即没有外力做一下，互感器总是处于开口状态。；
两个弧形铁芯靠近铰接处的外周分别设置有第一把手和第二把手；
第一把手和第二把手之间设置有所述凸轮。凸轮由电机带动旋转，当凸轮的长轴方向与第一把手和第二把手接触时，挤压把手，使得互感器闭合。
优选地，所述电机为N20直流减速电机，所述N20直流减速电机上还设置有霍尔传感器，用于检测电机转动的角度。
优选地，所述转轴采用直径大于3mm的不锈钢管制成。转轴需要支撑整个无人机的重量，因此需要足够的机械强度，但又不能太重给无人机造成负担，因此采用不锈钢管材。
优选地，所述引导支架采用网板材料制成。网板材料风阻小，可以减少无人机飞行时受到风力的影响。
优选地，所述网板材料采用中部为泡棉外壳包裹硬质材料的网板。这样的材料也用3D打印机制成，其中间连接部可以采用比较轻质的泡棉填充，外壳做成坚硬耐磨的即可，这样能够减轻重量，减小风阻，还能延长使用寿命。
本申请公开的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，包括能够垂直升降的无人机本体，无人机本体的底部设置有架空线悬挂取电装置。架空线悬挂取电装置包括开口式互感器以互感器张合驱动机构，互感器张合驱动机构能够驱动开口式互感器张开或者闭合，通过开口式互感器能够将无人机悬挂在架空电缆上，并从架空电路上感应获取电能，为无人机进行能源补给。这样的设置，可以使无人机在远距离巡航没有电后随时进行休息和补给不需要特定的停机平台，增加其巡航半径，另外还能够通过互感器分析电路上是否存在异常，从而根据异常信号进行定点区域巡航，快速、准确发现灾情。
附图说明
图1是本申请提供的实施例总体结构示意图；
图2是本申请提供的实施例主视图；
图3是本申请提供的实施例俯视图；
图4是本申请提供的实施例左视图；
图5是本申请提供的实施例中架空线悬挂取电装置的总体结构示意图；
图6是本申请提供的实施例中架空线悬挂取电装置的剖视图；
图7是本申请提供的实施例中架空线悬挂取电装置另一个视角的剖视图；
图8是本申请提供的实施例无人机吊挂在输电线缆上充电休息时的示意图；
图9是本申请提供的实施例无人机电路框图。
具体实施方式
为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的图1~9，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1~9所示，一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，包括无人机本体1，无人机本体1的底部设置有架空线悬挂取电装置2。架空线悬挂取电装置2包括开口式互感器21以及互感器张合驱动机构，互感器张合驱动机构包括电机和凸轮。互感器张合驱动机构能够驱动开口式互感器21张开或者闭合，通过开口式互感器21能够将无人机悬挂在架空电缆上，并从架空电路上感应获取电能，为无人机进行能源补给。
更具体地，如图5~7所示，架空线悬挂取电装置2还包括引导支架20，引导支架20呈Y字形结构。本实施例优选引导支架20采用网板材料制成。网板材料风阻小，可以减少无人机飞行时受到风力的影响。其中网板材料采用中部为泡棉外壳包裹硬质材料的网板。这样的材料也用3D打印机制成，其中间连接部可以采用比较轻质的泡棉填充，外壳做成坚硬耐磨的即可，这样能够减轻重量，减小风阻，还能延长使用寿命。
引导支架20固定安装在无人机的底部，安装方式可以是扣接或者粘贴的方式，引导支架20的开口朝下，开口朝下的目的是无人机在降落到架空线缆上时，两侧的Y形挡板可以起到导向的作用，使得互感器能够准确对准架空线缆并锁紧。这里Y字形结构的引导支架20包括两侧的翼板，以及两块翼板的汇合部，汇合部开设有线缆槽200、互感器槽201、转轴孔202、电机孔203。线缆槽200沿着引导支架20的长度方向贯通开设，整个线缆槽200为长槽结构，其底部敞口且位于Y字形结构的引导支架20的中线位置。互感器槽201垂直于引导支架20设置，互感器槽201内设置有开口式互感器21。开口式互感器21由两块弧形铁芯可转动构成一个完整的圆环，弧形铁芯上绕设有绕组。两个弧形铁芯铰接处穿设有转轴，转轴上设置有扭簧，在不受外力作用下，扭簧始终保持两个弧形铁芯张开状态即没有外力做一下，互感器总是处于开口状态。两个弧形铁芯靠近铰接处的外周分别设置有第一把手210和第二把手211，第一把手210和第二把手211之间设置有凸轮22。凸轮22由电机23带动旋转，当凸轮的长轴方向与第一把手210和第二把手211接触时，挤压把手，使得互感器闭合。
转轴孔202沿着引导支架20的长度方向贯通开设，其位于线缆槽200的上方，转轴孔202内穿设有转轴，开口式互感器21的旋转部套设在转轴上。电机孔203沿着引导支架20的长度方向开设，且位于互感器槽201的一侧；电机孔203内固定设置有电机23，电机23的输出转轴上固定设置有凸轮22，凸轮22位于开口式互感器21的把手210、211内，通过凸轮22的转动，能够控制开口式互感器21的张开或者闭合。
需要注意的是，无人机必须是能够垂直升降的无人机。这样才能够实现准确降落到线缆上的操作。
优选地，电机23为N20直流减速电机，N20直流减速电机上还设置有霍尔传感器，用于检测电机转动的角度。转轴采用直径大于3mm的不锈钢管制成。转轴需要支撑整个无人机的重量，因此需要足够的机械强度，但又不能太重给无人机造成负担，因此采用不锈钢管材。
此外，整个无人机还有电路部分，其中：
开口式互感器21的输出端分别与整流电路的输入端、采样电路的输入端连接；整流电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端与无人机上的电池连接，为电池提供电能；电池又与无人机上的各个单元、功能模块连接，为它们提供电能。
采样电路的输出端与控制单元的采样接口连接，该采样接口为模数转换接口。控制单元主要由单片机构成，控制单元分别与通讯单元、姿态检测单元、图像采集单元以及电机驱动单元连接。其中，通讯单元用于通过无线电与控制终端连接，接收控制指令或者发送数据给控制终端。比如发送图像采集单元获得的勘灾图像数据、姿态检测单元的无人机姿态数据等。图像采集单元，主要是无人机腹部前方的微型摄像机。电机驱动单元是用于驱动无人机的电机进行工作。姿态检测单元则是用于检测无人机的状态，其中包括飞行姿态、休眠待机姿态、互感器锁紧状态等数据。这些数据是通过焊接在无人机控制电路板上的电子陀螺仪、接近开关等获得。
还包括分布式环境信息采样模块，分布式环境信息采样模块分别固定设置在输电线路的杆塔上，该分布式环境信息采样模块包括采集模块控制器以及采集模块通讯单元；采集模块控制器分别与电流互感器、温度传感器、湿度传感器、风力传感器、雨水传感器以及采集模块通讯单元电性连接，用于采集杆塔周围的温度、湿度、风力、雨水以及电流数据，并通过采集模块通讯单元与无人机通讯。当某一个杆塔上的环境信息采样模块发现异常时，比如互感器所检测的高压输电线路突然没有电，或者温度突然升高等，则通过采集模块通讯单元与无人机上的通讯单元联系，控制无人机结束休眠立即起飞进行巡航检测，以便及时发现灾情。巡航的时候，可以根据预设好的巡航路线进行巡航，比如用GPS或者北斗系统设置好循环区域，无人机根据卫星定位的数据自动往复飞行并拍摄图像数据，这样就可以通过环境异常唤醒无人机，减少人员干预，及时准确发现问题。
工作的时候，无人机初步起飞靠操作人员操作，当飞到一定距离需要补给充电时，无人机对准一根架空线缆垂直下降，使得Y字形引导支架20对准架空线缆，在引导支架20的引导下，架空线缆被导入开口式互感器21中，接着控制电机带动凸轮转动90度，凸轮带动互感器的两个把手向外张开，互感器的开口闭合，将架空线缆锁在互感器内。这时候互感器就可以从电缆上获取电能为无人机充电了。在充电时，可以将无人机的左侧旋翼（10）、右侧旋翼（11）停止旋转，由于重力作用，无人机会向下转动，类似蝙蝠那样倒挂在线缆上，这样可以最大程度地节省电能。利用互感器，无人机还可以检测到该条线路是否存在异常，比如突然没有电或者电流波动很大时，则说明线缆存在异常，这时候无人机可以根据预定程序自动起飞进行定点巡航，快速准确地发现故障点。起飞的时候，首先开启一侧的旋翼，比如开启左侧旋翼（10），这时候无人机会沿着线缆3转动，当转动到正常状态，即正面朝上时（通过电子陀螺仪感知），四个旋翼同时转动，具有一定升力后，控制电机和凸轮开启互感器的开口，无人机就可以顺利起飞。这样的设计可以使无人机在任何时候都可以休息、补给，并能够根据环境自动巡航，长时间续航。
本申请公开的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，包括能够垂直升降的无人机本体，无人机本体的底部设置有架空线悬挂取电装置。架空线悬挂取电装置包括开口式互感器以互感器张合驱动机构，互感器张合驱动机构能够驱动开口式互感器张开或者闭合，通过开口式互感器能够将无人机悬挂在架空电缆上，并从架空电路上感应获取电能，为无人机进行能源补给。这样的设置，可以使无人机在远距离巡航没有电后随时进行休息和补给不需要特定的停机平台，增加其巡航半径，另外还能够通过互感器分析电路上是否存在异常，从而根据异常信号进行定点区域巡航，快速、准确发现灾情。

Claims (10)

1.一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，包括无人机本体（1），其特征在于：
所述无人机本体（1）的底部设置有架空线悬挂取电装置（2）；
所述架空线悬挂取电装置（2）包括开口式互感器（21）以互感器张合驱动机构，所述互感器张合驱动机构能够驱动所述开口式互感器（21）张开或者闭合，通过开口式互感器（21）能够将无人机悬挂在架空电缆上，并从架空电路上感应获取电能，为无人机进行能源补给。
2.根据权利要求1所述的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，其特征在于：
所述开口式互感器（21）的输出端分别与整流电路的输入端、采样电路的输入端连接；整流电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端与无人机上的电池连接，为电池提供电能；
所述电池分别与无人机上控制单元、通讯单元、姿态检测单元、图像采集单元以及电机驱动单元连接，为各个单元模块提供电能；
所述采样电路的输出端与控制单元的采样接口连接，该采样接口为模数转换接口；
所述控制单元主要由单片机构成，控制单元分别与通讯单元、姿态检测单元、图像采集单元以及电机驱动单元连接；其中，通讯单元用于通过无线电与控制终端连接，接收控制指令或者发送数据给控制终端
所述图像采集单元，包括设置在无人机腹部前方的微型摄像机，用于获取图像数据；
所述电机驱动单元用于驱动无人机的电机；
所述姿态检测单元则用于检测无人机的状态，姿态检测单元包括电子陀螺仪、接近开关。
3.根据权利要求2所述的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，其特征在于：
还包括分布式环境信息采样模块，所述分布式环境信息采样模块分别固定设置在输电线路的杆塔上，该分布式环境信息采样模块包括采集模块控制器以及采集模块通讯单元；所述采集模块控制器分别与电流互感器、温度传感器、湿度传感器、风力传感器、雨水传感器以及采集模块通讯单元电性连接，用于采集杆塔周围的温度、湿度、风力、雨水以及电流数据，并通过采集模块通讯单元与无人机通讯。
4.根据权利要求1所述的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，其特征在于：
所述架空线悬挂取电装置（2）还包括引导支架（20），所述引导支架（20）呈Y字形结构；引导支架（20）固定安装在无人机的底部，且引导支架（20）的开口朝下；
Y字形结构的引导支架（20）包括两侧的翼板，以及两块翼板的汇合部，所述汇合部开设有线缆槽（200）、互感器槽（201）、转轴孔（202）、电机孔（203）；
所述线缆槽（200）沿着引导支架（20）的长度方向贯通开设，整个线缆槽（200）为长槽结构，其底部敞口且位于Y字形结构的引导支架（20）的中线位置；
所述互感器槽（201）垂直于引导支架（20）设置，所述互感器槽（201）内设置有所述开口式互感器（21）；
所述转轴孔（202）沿着引导支架（20）的长度方向贯通开设，其位于所述线缆槽（200）的上方，转轴孔（202）内穿设有转轴，所述开口式互感器（21）的旋转部套设在所述转轴上；
所述电机孔（203）沿着引导支架（20）的长度方向开设，且位于互感器槽（201）的一侧；电机孔（203）内固定设置有电机（23），所述电机（23）的输出转轴上固定设置有凸轮（22），所述凸轮（22）位于所述开口式互感器（21）的把手内，通过凸轮（22）的转动，能够控制开口式互感器（21）的张开或者闭合。
5.根据权利要求1所述的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，其特征在于：
所述无人机为能够垂直升降的无人机。
6.根据权利要求4所述的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，其特征在于：
所述开口式互感器（21）由两块弧形铁芯可转动构成一个完整的圆环，弧形铁芯上绕设有绕组；
两个弧形铁芯铰接处穿设有所述转轴，所述转轴上设置有扭簧，在不受外力作用下，扭簧始终保持两个弧形铁芯张开状态；
两个弧形铁芯靠近铰接处的外周分别设置有第一把手（210）和第二把手（211）；
第一把手（210）和第二把手（211）之间设置有所述凸轮（22）。
7.根据权利要求6所述的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，其特征在于：
所述电机（23）为N20直流减速电机，所述N20直流减速电机上还设置有霍尔传感器，用于检测电机转动的角度。
8.根据权利要求6所述的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，其特征在于：
所述转轴采用直径大于3mm的不锈钢管制成。
9.根据权利要求4所述的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，其特征在于：
所述引导支架（20）采用网板材料制成。
10.根据权利要求9所述的一种用于输电走廊即时堪灾的无人机，其特征在于：
所述网板材料采用中部为泡棉外壳包裹硬质材料的网板。
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