CN114188884A - 可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述巡检和维护装置包括控制模块，还包括能以对接结构在空中对接和分离的运输部和垃圾清理部；所述对接结构包括运输部的承接凸台（40）和垃圾清理部的对接扩口（39）；所述垃圾清理部包括机械臂和能在高压电线上移动的行走轮；当本装置对高压电线执行垃圾清理维护时，运输部把垃圾清除部运送至高压电线的待清理位置处并将其挂置于高压电线上，使垃圾清理部在与运输部分离后，能以其行走轮挂接于高压电线处移动，并以机械臂对高压电线处的垃圾进行清理；本发明能解决现存高压电线垃圾清除装置清除时效率低下，安全系数低以及清除后安全隐患大等问题。

Description

可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置

技术领域

本发明涉及电网运维技术领域，尤其是可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置。

背景技术

电力要想从发电厂高质量传输到用电地，则必然要借助电网的传输功能。而高压电线所传输的电压越高，那么在传输过程中，传输过程中能耗越小，也因此，高压输电线路的输电电压大多在1万伏特以上，有些线路的电压甚至高达10万伏、50万伏。考虑到成本和散热的两方面因素，在野外的超高压电线不能覆盖绝缘层。当高压电线上挂有垃圾袋、布料、风筝等垃圾，再遇到雨季，这些垃圾可能成为导体，致使运输电网短路，造成严重的破坏，导致区域断电，甚至火灾。

现有的高压电线上的垃圾清除方式主要有三种：

1.利用局部短路，使导线自身产生热量，熔断高压电线上的杂物。这种清理方式会造成区域性断电，而且对电网的损伤较大。

2.利用喷火无人机清除杂物。由于大都数悬挂在高压电线上的杂物都属于可燃物，这种清除方式，主要是依靠于工作人员对无人机的操作技术，这种方式极大的避免了地理因素的影响，也使工作人员远离了危险。但这种方式存在高空定位难、受空中环境的影响大、操作难度高和观测要求高等问题。

3.利用地面激光炮清除高压电线上的杂物。主要是利用激光聚焦于杂物重力支撑部位或缠绕导线的部位，将该部位熔断或者汽化，进而使失去支撑的杂物在重力的作用下自然掉落。这种清除方式受天气和空气浮尘量的影响较大，而且如果悬挂杂物的缠绕方式比较刁钻，这将给清除工作带来很大的麻烦。基于以上工作中的缺陷，一种高效、安全和易操作的高压电线上的垃圾清除的高空作业机器人的研发已迫在眉睫。

本发明的意义在于在一定程度上解决了裸露的高压电线上悬挂的垃圾难处理的问题。以前清理电线杆上悬挂物需要在停电情况下操作，并且耗时耗人，往 往花费 3-5 小时完成。相较于传统方法，其意义在于，更高效、智能化、安全和环保的帮助电路维护工人处理了高空电线上的垃圾，为电网的维护提供了莫大的助力，节省了大量的维护费用，降低了人员伤亡的概率。

发明内容

本发明提出可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，能解决现存高压电线垃圾清除装置清除时效率低下，安全系数低以及清除后安全隐患大等问题。

本发明采用以下技术方案。

可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，所述巡检和维护装置包括控制模块，还包括能以对接结构在空中对接和分离的运输部（3）和垃圾清理部；所述对接结构包括运输部的承接凸台（40）和垃圾清理部的对接扩口（39）；所述垃圾清理部包括机械臂和能在高压电线上移动的行走轮；当本装置对高压电线执行垃圾清理维护时，运输部把垃圾清除部运送至高压电线的待清理位置处并将其挂置于高压电线上，使垃圾清理部在与运输部分离后，能以其行走轮挂接于高压电线处移动，并以机械臂对高压电线处的垃圾进行清理。

所述运输部为无人机；所述承接凸台为设于无人机俯视向的中央部位的上凸结构；所述对接扩口设于垃圾清理部的下部；当运输部和垃圾清理部对接时，无人机的承接凸台插置于垃圾清理部的对接扩口中；

所述垃圾清理部包括机架（1）和固定于机架处的机械臂（2）。

所述无人机的四个旋翼形成中心、左右、前后对称的飞行构造，且四个旋翼的下部均装配有机脚。

所述垃圾清理部在行走轮旁侧处设有高度检测光电开关（9）；当无人机把所运载的垃圾清理部以行走轮挂接于高压电线处时，所述高度检测光电开关用于评估行走轮所在高度是否高于高压电线；

所述垃圾清理部在行走轮下方的机壳顶面处设有多个水平位检测光电开关；所述多个水平位检测光电开关在行走轮两侧对称分布，当无人机把所运载的垃圾清理部以行走轮挂接于高压电线处时，所述水平位检测光电开关用于评估行走轮所在水平位置及朝向是否与高压电线重合。

所述行走轮为内置驱动电机（8）的V型槽轮，以V槽轮支架（16）支撑于垃圾清理部处；所述驱动电机从其两侧均延伸出电机轴，一侧电机轴以螺纹结构与V槽轮支架相连，另一侧以螺纹结构与电机轴连接块相连；所述电机轴连接块上方旁侧设置高度检测光电开关；所述高度检测光电开关、水平位检测光电开关均为与控制模块相连的漫反射光电开关；

所述电机轴连接块处设有铁件（12），所述铁件下方设有以气缸（19）驱动升降的气缸杆（18）；所述气缸杆顶端处以电磁铁承接块固定第一电磁铁（14）；所述电磁铁承接块固定于气缸杆顶端的受力改善块处；

当无人机把所运载的垃圾清理部以行走轮挂接于高压电线处时，若控制模块评估高压电线位于V型槽轮和机壳顶面之间，且V型槽轮位于高压电线的正上方，则气缸杆上推，使第一电磁铁与电机轴连接块处的铁件吸合，以V型槽轮把垃圾清理部悬挂于高压电线处。

所述无人机与悬挂于高压电线处的垃圾清理部对接时，垃圾清理部通过与对接扩口相连的定力矩下放机构来缓冲对接时的受力；所述定力矩下放机构包括滚筒外套和带有梯形台的架子，滚筒外套通过缠绕于滚筒外套处的绳子悬吊挂接对接扩口，并在大扭矩电机（20）驱动下使悬吊的对接扩口升降；

所述对接扩口顶部设有带梯形槽的微凸台和带有螺纹的光杆；当滚筒外套通过缠绕于滚筒外套处的绳子悬吊挂接对接扩口时，带有梯形台的架子可沿着对接扩口的梯形槽嵌入到指定位置，对接扩口的光杆插入垃圾清理部的机架（1）的圆柱槽内以限位。

所述定力矩下放机构包括滚筒外套（29）、设有半球形凹槽的滚筒内套（34）、弹簧（31）、钢球（32）、紧固螺钉（30）；

所述大扭矩电机经锥齿轮组（25）驱动滚筒内套旋转；所述滚筒内套置于滚筒外套内，滚筒内套、滚筒外套以置于滚筒内套的半球形凹槽的钢球分隔，所述弹簧设于滚筒内套、滚筒外套之间以调节钢球受力；

当滚筒外套通过绳子挂接对接扩口时，若滚筒外套受的扭矩转化的力达到临界力矩，则球形钢球在滚筒内套的半球形凹槽间滚动，此时滚筒外套转动而滚筒内套不转动；若滚筒外套收到的扭矩转化的力未达到临界力矩，则不足以使球形钢球在滚筒内套的半球形凹槽间滚动，此时滚筒外套和滚筒内套会一起运动，且转动的速率相同；

当需调整临界力矩时，通过调节滚筒外套上的紧固螺钉来调节弹簧的受力，进而调节弹簧对圆形钢珠的压力，以此改变临界力矩。

所述承接凸台的顶端设置安装有第二电磁铁；所述对接扩口内设有铁制件（38）；当无人机的承接凸台插置于垃圾清理部的对接扩口中以进行对接时，承接凸台的第二电磁铁以磁力吸引对接扩口内的铁制件以强化对接结构的连接稳定性；

所述对接扩口的侧壁处开设通孔以减小扩口重量，以及在对接时用于排出扩口内的空气避免对接过程受空气压强干扰；

对接扩口与承接凸台都是四棱台，对接扩口的拔模角度比承接凸台大；

所述对接扩口的顶部内侧中央处设有视觉识别模块（36）。

所述机械臂末端的执行器为温度可调的电烙铁；当对高压电线处悬挂的垃圾进行清理时，控制模块把电烙铁的温度设定于可熔断垃圾但不会使垃圾燃烧的温度，使机械臂把电烙铁移动至与高压电线齐平的旁侧，通过电烙铁处的视觉识别装置来识别悬挂垃圾在高压电线上的受力薄弱点后，控制机械臂以电烙铁熔断该受力薄弱点使垃圾掉落。

所述控制模块包括垃圾清理部上的控制板和无人机上的飞控板；当高压电线巡检和维护装置在空中作业时，垃圾清理部上的控制板和无人机上的飞控板由地面控制台通过无线方式发送控制指令分别进行控制，并通过无线方式分别接收控制板和飞控板的信息；垃圾清理部、无人机以其各自内置的电池工作；

当无人机把垃圾清理部挂置于高压电线时，其方法包括以下步骤，

步骤S1、无人机飞至与高压电线相邻的位置，控制板通过V型槽轮轴线处以传感器支撑架固定的高度检测光电开关检测V型槽轮的轴线是否越过高压电线；

步骤S2、如果V型槽轮的轴线越过高压电线，由于V型槽轮的轴线到V型槽轮的下方轮沿的距离是一固定值的，则通过固定程序控制无人机向上飞行一定距离，再向侧面飞行预设距离，使高压电线就到达V型槽轮的下方；

步骤S3、气缸驱动气缸杆向上移动，使气缸杆上的电磁铁承接块的上表面与电机轴连接块的下表面相互接触；再给电磁铁承接块内嵌的第一电磁铁（14）通电，通电后的电磁铁会吸住位于电机轴连接块下方的铁件；使气缸、气缸杆、受力转接块、电机轴连接块 、第一电磁铁、铁件以及电机轴连接块共同构成可伸缩的稳定的临时支撑架，与传感器支撑架（10）共同承载支撑整个垃圾清理部的拉力；步骤S4、无人机的承接凸台内用于吸合对接扩口的电磁铁断电，无人机脱离垃圾清除部；

步骤S5、垃圾清除部以V型槽轮悬挂在高压电线上并移动；

当垃圾清除部完成垃圾清理作业后，无人机飞至垃圾清理部下方，垃圾清除部以绳索把对接扩口垂下用于对接，地面控制站通过垃圾清除部对接结构的视觉识别模块来观察无人机位置，控制无人机到达能被机器视觉模块准确识别的距离后，由程序自动控制无人机与垃圾清理部对接，对接完成后第一电磁铁断电，气缸驱动气缸杆回缩，无人机顶托垃圾清理部，使垃圾清理部与高压电线分离并能由无人机运载回地面。

与现有技术相比，本发明专利具有以下优点:

1、本发明专利实现了高压电线上垃圾清除的自动化和智能化，仅需控制员控制运输部分将垃圾清除部分运输到需要垃圾清除的高压电线附近区域，完成对接和分离动作即可。

2、本发明专利采用电烙铁来清理高压电线上垃圾的方式，它可以利用更少的能量来清除垃圾，更加节能、安全和环保；相较于直接用喷火器来清除高压电线上垃圾的方式而言，控制好电烙铁的温度高于悬挂物的熔点而低于悬挂物的燃点，可以很好的避免悬挂物的燃烧，减少了对高压电线的损伤，也在一定程度上避免了燃烧的悬挂物掉落在布满可燃物的地面而引起火灾的危险，消除了清洁后的隐患。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1为可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置示意图；

附图2为可运输部分和垃圾清除部分的装配关系示意图；

附图3为垃圾清除部分的结构说明示意图；

附图4为滚筒绳索升降机构说明示意图；

附图5为支撑内部的详细结构以及对接扩口和承接凸台配合关系的表示示意图；

附图6为运输部分的结构说明示意图；

附图7为机械臂的结构说明示意图。

附图8是装置的供电与控制系统的简要说明示意图

图中：1-垃圾清理部的机架、2-机械臂、3-运输部、4-螺栓、5-短铜柱、6长铜柱、7 -V型槽轮、8-驱动电机、9-光电开关传感器、10-传感器支撑架、11-电机轴连接块、12-铁件、13-受力转接块、14-第一电磁铁、15-电机轴连接块、16-V槽轮支架、17-定力矩下放机构（滚筒绳索升降机构）的外部保护壳、18-气缸杆、19-气缸、20-大扭矩电机、21-微型气泵、22-隔板、23-中央支撑架、24-机壳、25-锥齿轮组、26-轴承座、27-轴承、28-长轴、29-滚筒外套、30-紧固螺钉、31-弹簧、32-钢球、33-短轴、34-滚筒内套、35-定位支柱、36-视觉识别模块、37-绳架、38-铁制件、39-对接扩口、40-承接凸台、41-浆帽、42-螺旋桨、43-无刷电机、44-机脚、45-机臂、46-中央连接板、47舵机、48底部圆盘、49小圆环、50推力球轴承、51小圆盘、52舵机支架、53-短连接支架、54-L型连接架、55-U型连接架、56-长连接支架，57-电烙铁、58-舵盘。

具体实施方式

如图所示，可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，所述巡检和维护装置包括控制模块，还包括能以对接结构在空中对接和分离的运输部3和垃圾清理部；所述对接结构包括运输部的承接凸台40和垃圾清理部的对接扩口39；所述垃圾清理部包括机械臂和能在高压电线上移动的行走轮；当本装置对高压电线执行垃圾清理维护时，运输部把垃圾清除部运送至高压电线的待清理位置处并将其挂置于高压电线上，使垃圾清理部在与运输部分离后，能以其行走轮挂接于高压电线处移动，并以机械臂对高压电线处的垃圾进行清理。

所述运输部为无人机；所述承接凸台为设于无人机俯视向的中央部位的上凸结构；所述对接扩口设于垃圾清理部的下部；当运输部和垃圾清理部对接时，无人机的承接凸台插置于垃圾清理部的对接扩口中；

所述垃圾清理部包括机架1和固定于机架处的机械臂2。

所述无人机的四个旋翼形成中心、左右、前后对称的飞行构造，且四个旋翼的下部均装配有机脚。

所述垃圾清理部在行走轮旁侧处设有高度检测光电开关9；当无人机把所运载的垃圾清理部以行走轮挂接于高压电线处时，所述高度检测光电开关用于评估行走轮所在高度是否高于高压电线；

所述垃圾清理部在行走轮下方的机壳顶面处设有多个水平位检测光电开关；所述多个水平位检测光电开关在行走轮两侧对称分布，当无人机把所运载的垃圾清理部以行走轮挂接于高压电线处时，所述水平位检测光电开关用于评估行走轮所在水平位置及朝向是否与高压电线重合。

所述行走轮为内置驱动电机8的V型槽轮，以V槽轮支架16支撑于垃圾清理部处；所述驱动电机从其两侧均延伸出电机轴，一侧电机轴以螺纹结构与V槽轮支架相连，另一侧以螺纹结构与电机轴连接块相连；所述电机轴连接块上方旁侧设置高度检测光电开关；所述高度检测光电开关、水平位检测光电开关均为与控制模块相连的漫反射光电开关；

所述电机轴连接块处设有铁件12，所述铁件下方设有以气缸19驱动升降的气缸杆18；所述气缸杆顶端处以电磁铁承接块固定第一电磁铁14；所述电磁铁承接块固定于气缸杆顶端的受力改善块处；

当无人机把所运载的垃圾清理部以行走轮挂接于高压电线处时，若控制模块评估高压电线位于V型槽轮和机壳顶面之间，且V型槽轮位于高压电线的正上方，则气缸杆上推，使第一电磁铁与电机轴连接块处的铁件吸合，以V型槽轮把垃圾清理部悬挂于高压电线处。

所述无人机与悬挂于高压电线处的垃圾清理部对接时，垃圾清理部通过与对接扩口相连的定力矩下放机构来缓冲对接时的受力；所述定力矩下放机构包括滚筒外套和带有梯形台的架子，滚筒外套通过缠绕于滚筒外套处的绳子悬吊挂接对接扩口，并在大扭矩电机20驱动下使悬吊的对接扩口升降；

所述对接扩口顶部设有带梯形槽的微凸台和带有螺纹的光杆；当滚筒外套通过缠绕于滚筒外套处的绳子悬吊挂接对接扩口时，带有梯形台的架子可沿着对接扩口的梯形槽嵌入到指定位置，对接扩口的光杆插入垃圾清理部的机架1的圆柱槽内以限位。

所述定力矩下放机构包括滚筒外套29、设有半球形凹槽的滚筒内套34、弹簧31、钢球32、紧固螺钉30；

所述大扭矩电机经锥齿轮组25驱动滚筒内套旋转；所述滚筒内套置于滚筒外套内，滚筒内套、滚筒外套以置于滚筒内套的半球形凹槽的钢球分隔，所述弹簧设于滚筒内套、滚筒外套之间以调节钢球受力；

当滚筒外套通过绳子挂接对接扩口时，若滚筒外套受的扭矩转化的力达到临界力矩，则球形钢球在滚筒内套的半球形凹槽间滚动，此时滚筒外套转动而滚筒内套不转动；若滚筒外套收到的扭矩转化的力未达到临界力矩，则不足以使球形钢球在滚筒内套的半球形凹槽间滚动，此时滚筒外套和滚筒内套会一起运动，且转动的速率相同；

当需调整临界力矩时，通过调节滚筒外套上的紧固螺钉来调节弹簧的受力，进而调节弹簧对圆形钢珠的压力，以此改变临界力矩。

所述承接凸台的顶端设置安装有第二电磁铁；所述对接扩口内设有铁制件38；当无人机的承接凸台插置于垃圾清理部的对接扩口中以进行对接时，承接凸台的第二电磁铁以磁力吸引对接扩口内的铁制件以强化对接结构的连接稳定性；

所述对接扩口的侧壁处开设通孔以减小扩口重量，以及在对接时用于排出扩口内的空气避免对接过程受空气压强干扰；

对接扩口与承接凸台都是四棱台，对接扩口的拔模角度比承接凸台大；

所述对接扩口的顶部内侧中央处设有视觉识别模块36。

所述机械臂末端的执行器为温度可调的电烙铁；当对高压电线处悬挂的垃圾进行清理时，控制模块把电烙铁的温度设定于可熔断垃圾但不会使垃圾燃烧的温度，使机械臂把电烙铁移动至与高压电线齐平的旁侧，通过电烙铁处的视觉识别装置来识别悬挂垃圾在高压电线上的受力薄弱点后，控制机械臂以电烙铁熔断该受力薄弱点使垃圾掉落。

所述控制模块包括垃圾清理部上的控制板和无人机上的飞控板；当高压电线巡检和维护装置在空中作业时，垃圾清理部上的控制板和无人机上的飞控板由地面控制台通过无线方式发送控制指令分别进行控制，并通过无线方式分别接收控制板和飞控板的信息；垃圾清理部、无人机以其各自内置的电池工作；

当无人机把垃圾清理部挂置于高压电线时，其方法包括以下步骤，

步骤S1、无人机飞至与高压电线相邻的位置，控制板通过V型槽轮轴线处以传感器支撑架固定的高度检测光电开关检测V型槽轮的轴线是否越过高压电线；

步骤S2、如果V型槽轮的轴线越过高压电线，由于V型槽轮的轴线到V型槽轮的下方轮沿的距离是一固定值的，则通过固定程序控制无人机向上飞行一定距离，再向侧面飞行预设距离，使高压电线就到达V型槽轮的下方；

步骤S3、气缸驱动气缸杆向上移动，使气缸杆上的电磁铁承接块的上表面与电机轴连接块的下表面相互接触；再给电磁铁承接块内嵌的第一电磁铁14通电，通电后的电磁铁会吸住位于电机轴连接块下方的铁件；使气缸、气缸杆、受力转接块、电机轴连接块 、第一电磁铁、铁件以及电机轴连接块共同构成可伸缩的稳定的临时支撑架，与传感器支撑架10共同承载支撑整个垃圾清理部的拉力；步骤S4、无人机的承接凸台内用于吸合对接扩口的电磁铁断电，无人机脱离垃圾清除部；

步骤S5、垃圾清除部以V型槽轮悬挂在高压电线上并移动；

当垃圾清除部完成垃圾清理作业后，无人机飞至垃圾清理部下方，垃圾清除部以绳索把对接扩口垂下用于对接，地面控制站通过垃圾清除部对接结构的视觉识别模块来观察无人机位置，控制无人机到达能被机器视觉模块准确识别的距离后，由程序自动控制无人机与垃圾清理部对接，对接完成后第一电磁铁断电，气缸驱动气缸杆回缩，无人机顶托垃圾清理部，使垃圾清理部与高压电线分离并能由无人机运载回地面。

实施例1：

如图1为可空中对接和分离的高压电线垃圾清除装置，该装置包括了以机架主体1和机械臂2为组成部分的垃圾清除部分和以四翼无人机为基础的运输部分3。

如图2所示，机械臂2是通过螺栓4与机械臂上的带内螺纹铜柱6配合，将机械臂2固定在机架主体1的侧壁上。短铜柱5设置的目的是为了让其两端的圆盘保持一定的距离。机架主体1是直接放在运输部分3上的，具体处理的方式在图5中有详细说明。

如图3展示了运输部分3的具体结构构成，7为V槽轮，8为驱动电机（V槽轮内嵌电机），其特征在于具备向外延伸的两个固定轴，轴不动而电机外圈动，进而带动V槽轮转动，在其左侧通过支架16支撑在机壳24的上表面，其右侧通过螺纹配合固定了电机轴连接块11，电机轴连接块11上方固定了一个光电开关传感器9的传感器支撑架10。

实施例2：

实施例1中，当无人机要把垃圾清理部挂置于高压电线时，其方法如下，

通过光电开关9检测V槽轮的轴线是否越过高压电线，如果越过了，由于V槽轮的轴线到V槽轮的下方的距离是一定的，则通过固定程序控制无人机向上飞行一定距离，再向右侧飞行一定距离后，高压电线就到达了V槽轮的下方。之后，气缸19会推着气缸杆18向上移动，达到其行程极限，气缸杆上的电磁铁承接块15的上表面恰好与电机轴连接块11的下表面相互接触。而后，再给电磁铁14通电，通电后的电磁铁具备较强的磁吸力，会吸住位于电机轴连接块11下方的圆形铁片12。气缸19、气缸杆18、受力转接块13、电机轴连接块 15、电磁铁14、铁片12以及电机轴连接块11构成了一个可以伸缩的稳定的支撑架，与支撑架10共同负担起支撑整个垃圾清除部分的拉力。待形成一个稳定的支架后，运输部分即可脱离垃圾清除部分回到地面，而垃圾清除部分会借助V槽轮悬挂在高压电线上并行走。

实施例3：

图4所示，实施例2的装置中，17是滚筒绳索升降机构的外部保护壳，20为一个大扭矩电机，为17中的凸台下放装置提供驱动力，21为一个微型气泵，其作用是为了给气缸提供驱动力。22为隔板，主要是为了给电池和控制器的安放提供支撑的场地。23为中央支撑架，作为链接装置各部分的一个桥梁。

图4为滚筒绳索升降机构详细说明图。该机构与普通的卷扬机结构大致相同，但是为了防止承接部分和对接部分在对接的瞬间，所产生的力使垃圾清除部分的装置产生剧烈的倾斜和使高压电线突然受到向下的拉力，特地增添了一个类定力矩扳手式的结构，当对接时的瞬间力大于滚筒内的类定力矩扳手结构所设定的力的时候，滚筒外圈将会转动，而滚筒内圈不转，仅绳索下降而形成一个缓冲。

具体来说，大扭矩电机20的电机轴与锥齿轮25相连，锥齿轮25与另外一个锥齿轮通过齿轮啮合，传递到长轴28上。26为轴承座，27轴承，对它们起到支撑的作用。长轴28和滚筒外套29相互配合，短轴 33和滚筒内套34相互配合，滚筒外套29和滚筒内套34之间为间隙配合，以滚筒内套34上的球形凹槽和球形钢球32之间的配合为桥梁，使得滚筒外套29和滚筒内套34之间相互传导力，而钢球32上方的弹簧31和紧固螺钉30则是用来调整滚筒外套29和滚筒内套34之间相互传导力大小的。当紧固螺钉30拧紧时，弹簧31受到更大的压力，被压缩量也越大，给钢球32产生更大的压力，使得滚筒外套29和滚筒内套34更不容易产生相对滚动。由此，通过调整紧固螺钉30，即可达到当缠绕在滚筒外套29上的绳子对滚筒外套29产生的瞬时拉力转化的力矩大于类定力矩扳手所设定力矩的时，滚筒外套29转而滚筒内套34不转，缓解瞬时拉力的目的。

实施例4：

实施例3所述装置中，图5所示为支撑内部的详细结构以及对接扩口39和承接凸台40配合关系的表示图。其中中央支撑架23内部的对接扩口39与运输部分3中央的承接凸台40是直接接触的。对接扩口39与承接凸台40都是四棱台，不一样的是，对接扩口39比承接凸台40的拔模角度大1°，这样设计的目的是为了方便对接时空气的排除。

定位支柱35是为了保证对接扩口39在下放的过程是沿直线运动的，防止有风吹动它摆来摆去而增加对接的难度。

图中，37为绳架，绳子的一端与绳架37相连，另外一端与滚筒外套29相连，是二者传递力的桥梁。36为一个微型视觉识别模块，它的镜口透过其下方的铁片38可以看到对接扩口39内部及其下放的景象，设置的目的是为了使对接过程中能够实时看到承接凸台40和对接过程中两者之间的位置，再利用相应的图像识别算法，使得两个部分迅速进行配合，进而实现对接过程中的自动化、精确化以及快速化。

对接的详细过程可表述如下，当运输部分到达垃圾清除部分的正下方后，操作人员控制垃圾清除部分上的大扭矩电机20，转动滚筒，松放绳子，使对接扩口39在定位支柱的约束下直线下降。而之所以要将对接扩口39进行下放而不是直接在垃圾清除部分的机体上直接进行对接，是为了防止无人机在空中运转时，突然受到大风的影响，而给予无人机一个横向力，使其偏离原有的位置导致飞行桨碰到垃圾清除部分的机体，进而损坏无人机的飞行桨和电机，使无人机产生故障而坠毁。

当对接扩口39下降到指定的位置后，再利用相应的图像识别算法，使得两个部分迅速进行配合。在两个部分完全配合完成之前，位于承接凸台40上的电磁铁持续保持打开的状态，当对接扩口39的底部和承接凸台40顶部在相距一定距离时，电磁铁的强力磁力会吸引位于对接扩口39底部的铁片。最后，使对接扩口39的底部和承接凸台40顶部紧密地贴合在一起，浑然一体。当完成这部分后，稳定无人机的位置，开始控制气缸杆18回缩，控制无人机使垃圾清除部分脱离高压电线的范围，最后返回控制地面。通过以上操作，即可顺利完成对接、结合以及返回的过程。

图6为运输部分3的详细结构组成图。41为螺旋桨42的桨帽，用于固定螺旋桨42，螺旋桨安装在无人机无刷电机43上。44为无人机脚，用于承接整个装置的整体重量，45为无人机臂。46为无人机中央连接板，负责将各机臂连接在一块，且用于承接飞控板和电池等作用。这些部件组合，即构成了一个较为简单的四翼无人机系统。

实施例5：

图7是对机械臂2详细结构说明。为了使机械臂末端的电烙铁最终可以 360° 围绕着所悬挂的垃圾旋转，所设计的机械臂的自由度为5，具体来说，一个绕着机体本身旋转的自由度，使机械臂能够绕着机身 360°旋转，一个自由度不与高压电线共线，一个自由度能够让机械臂末端沿着导线运动，一个自由度迫使机械臂能够有回到与高压电线共线的运动，最后需要一个自由度来使机械臂末端的电烙铁57自由运动，每个自由度的实现是依靠舵机47，故整个机械臂设置了5个舵机。

为了使机械臂能够自由活动，搭配了相关的连接部件，主要包括底部圆盘48、小圆环49、推力球轴承50、小圆盘51、舵机支架52、短连接支架53、L型连接架54、U型连接架55、长连接支架56，舵盘58等部件。

在机械臂末端的U型连接架上还设置了一个视觉识别模块，用来观察和识别出悬挂物的薄弱处。对于垃圾清除的过程，具体来说，由于装置整体为一个对称装置，而且机械臂底部圆盘盘的对称面和整个装置整体的对称面重合，与此同时，高压电线也是位于整个装置的对称面上，这样就形成了一个稳定的位置关系，通过所设定的固有程序，即可使电烙铁57到达于与高压电线平齐的侧面，而后通过机械臂上微型视觉识别模块57进行图像识别找出垃圾杂物的受力薄弱点，熔断垃圾杂物的受力薄弱处，使垃圾杂物受重力的影响而自主掉落。通过以上操作，即可顺利清除高压电线上的垃圾。

图8是装置的供电与控制系统的简要说明图。由地面控制台来对整个装置进行控制，主要的传输方式为无线信号传输，地面控制台可以发送控制指令给垃圾清除部分上的控制板和运输部分上的飞控板，也可以接收它们的信息。位于无人机机架和垃圾清除部分机架内的锂电池会对两个部分分别供电。控制板和飞控板主要用来控制舵机、电机、气泵、电烙铁等部件的运动，同时用来接收、处理、分析视觉识别模块传输回来的信息。

以上所述仅为本发明专利的优选实例，并不用于限制发明专利，对于本领域的技术人员来说，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述巡检和维护装置包括控制模块，还包括能以对接结构在空中对接和分离的运输部和垃圾清理部；所述对接结构包括运输部的承接凸台（40）和垃圾清理部的对接扩口（39）；所述垃圾清理部包括机械臂和能在高压电线上移动的行走轮；当本装置对高压电线执行垃圾清理维护时，运输部把垃圾清除部运送至高压电线的待清理位置处并将其挂置于高压电线上，使垃圾清理部在与运输部分离后，能以其行走轮挂接于高压电线处移动，并以机械臂对高压电线处的垃圾进行清理。

2.根据权利要求1所述的可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述运输部为无人机；所述承接凸台为设于无人机俯视向的中央部位的上凸结构；所述对接扩口设于垃圾清理部的下部；当运输部和垃圾清理部对接时，无人机的承接凸台插置于垃圾清理部的对接扩口中；

所述垃圾清理部包括机架（1）和固定于机架处的机械臂（2）。

3.根据权利要求1所述的可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述无人机的四个旋翼形成中心、左右、前后对称的飞行构造，且四个旋翼的下部均装配有机脚。

4.根据权利要求2所述的可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述垃圾清理部在行走轮旁侧处设有高度检测光电开关（9）；当无人机把所运载的垃圾清理部以行走轮挂接于高压电线处时，所述高度检测光电开关用于评估行走轮所在高度是否高于高压电线；

所述垃圾清理部在行走轮下方的机壳顶面处设有多个水平位检测光电开关；所述多个水平位检测光电开关在行走轮两侧对称分布，当无人机把所运载的垃圾清理部以行走轮挂接于高压电线处时，所述水平位检测光电开关用于评估行走轮所在水平位置及朝向是否与高压电线重合。

5.根据权利要求4所述的可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述行走轮为内置驱动电机（8）的V型槽轮，以V槽轮支架（16）支撑于垃圾清理部处；所述驱动电机从其两侧均延伸出电机轴，一侧电机轴以螺纹结构与V槽轮支架相连，另一侧以螺纹结构与电机轴连接块相连；所述电机轴连接块上方旁侧设置高度检测光电开关；所述高度检测光电开关、水平位检测光电开关均为与控制模块相连的漫反射光电开关；

所述电机轴连接块处设有铁件（12），所述铁件下方设有以气缸（19）驱动升降的气缸杆（18）；所述气缸杆顶端处以电磁铁承接块固定第一电磁铁（14）；所述电磁铁承接块固定于气缸杆顶端的受力改善块处；

当无人机把所运载的垃圾清理部以行走轮挂接于高压电线处时，若控制模块评估高压电线位于V型槽轮和机壳顶面之间，且V型槽轮位于高压电线的正上方，则气缸杆上推，使第一电磁铁与电机轴连接块处的铁件吸合，以V型槽轮把垃圾清理部悬挂于高压电线处。

6.根据权利要求4所述的可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述无人机与悬挂于高压电线处的垃圾清理部对接时，垃圾清理部通过与对接扩口相连的定力矩下放机构来缓冲对接时的受力；所述定力矩下放机构包括滚筒外套和带有梯形台的架子，滚筒外套通过缠绕于滚筒外套处的绳子悬吊挂接对接扩口，并在大扭矩电机（20）驱动下使悬吊的对接扩口升降；

所述对接扩口顶部设有带梯形槽的微凸台和带有螺纹的光杆；当滚筒外套通过缠绕于滚筒外套处的绳子悬吊挂接对接扩口时，带有梯形台的架子可沿着对接扩口的梯形槽嵌入到指定位置，对接扩口的光杆插入垃圾清理部的机架的圆柱槽内以限位。

7.根据权利要求6所述的可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述定力矩下放机构包括滚筒外套（29）、设有半球形凹槽的滚筒内套（34）、弹簧（31）、钢球（32）、紧固螺钉（30）；

所述大扭矩电机经锥齿轮组（25）驱动滚筒内套旋转；所述滚筒内套置于滚筒外套内，滚筒内套、滚筒外套以置于滚筒内套的半球形凹槽的钢球分隔，所述弹簧设于滚筒内套、滚筒外套之间以调节钢球受力；

当滚筒外套通过绳子挂接对接扩口时，若滚筒外套受的扭矩转化的力达到临界力矩，则球形钢球在滚筒内套的半球形凹槽间滚动，此时滚筒外套转动而滚筒内套不转动；若滚筒外套收到的扭矩转化的力未达到临界力矩，则不足以使球形钢球在滚筒内套的半球形凹槽间滚动，此时滚筒外套和滚筒内套会一起运动，且转动的速率相同；

当需调整临界力矩时，通过调节滚筒外套上的紧固螺钉来调节弹簧的受力，进而调节弹簧对圆形钢珠的压力，以此改变临界力矩。

8.根据权利要求2所述的可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述承接凸台的顶端设置安装有第二电磁铁；所述对接扩口内设有铁制件（38）；当无人机的承接凸台插置于垃圾清理部的对接扩口中以进行对接时，承接凸台的第二电磁铁以磁力吸引对接扩口内的铁制件以强化对接结构的连接稳定性；

所述对接扩口的侧壁处开设通孔以减小扩口重量，以及在对接时用于排出扩口内的空气避免对接过程受空气压强干扰；

对接扩口与承接凸台都是四棱台，对接扩口的拔模角度比承接凸台大；

所述对接扩口的顶部内侧中央处设有视觉识别模块（36）。

9.根据权利要求2所述的可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述机械臂末端的执行器为温度可调的电烙铁；当对高压电线处悬挂的垃圾进行清理时，控制模块把电烙铁的温度设定于可熔断垃圾但不会使垃圾燃烧的温度，使机械臂把电烙铁移动至与高压电线齐平的旁侧，通过电烙铁处的视觉识别装置来识别悬挂垃圾在高压电线上的受力薄弱点后，控制机械臂以电烙铁熔断该受力薄弱点使垃圾掉落。

10.根据权利要求4所述的可空中对接和分离的高压电线巡检和维护装置，其特征在于：所述控制模块包括垃圾清理部上的控制板和无人机上的飞控板；当高压电线巡检和维护装置在空中作业时，垃圾清理部上的控制板和无人机上的飞控板由地面控制台通过无线方式发送控制指令分别进行控制，并通过无线方式分别接收控制板和飞控板的信息；垃圾清理部、无人机以其各自内置的电池工作；

当无人机把垃圾清理部挂置于高压电线时，其方法包括以下步骤，

步骤S1、无人机飞至与高压电线相邻的位置，控制板通过V型槽轮轴线处以传感器支撑架固定的高度检测光电开关检测V型槽轮的轴线是否越过高压电线；

步骤S2、如果V型槽轮的轴线越过高压电线，由于V型槽轮的轴线到V型槽轮的下方轮沿的距离是一固定值的，则通过固定程序控制无人机向上飞行一定距离，再向侧面飞行预设距离，使高压电线就到达V型槽轮的下方；

步骤S3、气缸驱动气缸杆向上移动，使气缸杆上的电磁铁承接块的上表面与电机轴连接块的下表面相互接触；再给电磁铁承接块内嵌的第一电磁铁（14）通电，通电后的电磁铁会吸住位于电机轴连接块下方的铁件；使气缸、气缸杆、受力转接块、电机轴连接块 、第一电磁铁、铁件以及电机轴连接块共同构成可伸缩的稳定的临时支撑架，与传感器支撑架（10）共同承载支撑整个垃圾清理部的拉力；步骤S4、无人机的承接凸台内用于吸合对接扩口的电磁铁断电，无人机脱离垃圾清除部；

步骤S5、垃圾清除部以V型槽轮悬挂在高压电线上并移动；

当垃圾清除部完成垃圾清理作业后，无人机飞至垃圾清理部下方，垃圾清除部以绳索把对接扩口垂下用于对接，地面控制站通过垃圾清除部对接结构的视觉识别模块来观察无人机位置，控制无人机到达能被机器视觉模块准确识别的距离后，由程序自动控制无人机与垃圾清理部对接，对接完成后第一电磁铁断电，气缸驱动气缸杆回缩，无人机顶托垃圾清理部，使垃圾清理部与高压电线分离并能由无人机运载回地面。

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