CN114348261A - 无人机可搭载式线路异物清除器及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机可搭载式线路异物清除器及操作方法，属于无人机电力巡检技术领域。本发明包括外壳、安装于外壳内的伸缩装置和配重装置，以及自外壳向外伸出的旋转控制组件和能量管理装置；伸缩装置包括步进电机、安装于步进电机端部的丝杠、滑动块和绝缘杆；配重装置包括固定架、设置固定架底部的导轨、活动设置于导轨内的配重块，以及连接固定架和配重块的导向杆；旋转控制组件包括控制插接杆头进行二自由度旋转的旋转控制装置Ⅰ和旋转控制装置Ⅱ；能量管理装置包括安装于绝缘杆端部的插接杆头，以及安装于插接杆头上的热熔丝；通电后的热熔丝与线路异物相接触，实现异物自线路的清除。本发明采用高效便捷的处理方法、简单的设备构造。

Description

无人机可搭载式线路异物清除器及操作方法

技术领域

本发明涉及一种无人机可搭载式线路异物清除器及操作方法，属于无人机电力巡检技术领域。

背景技术

随着技术的不断进步，大棚塑料塑料薄膜等制品大量使用，大风天气下缠绕在输电线路导线上时，容易造成线路跳闸。在风力作用下塑料薄膜等会顺着导线滑动，最后堆积到绝缘子及防震锤等处。此处异物当前无法采用激光器及无人机喷火装置清除，只能通过人工作业方式摘除，劳动强度大、作业时间长。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种无人机可搭载式线路异物清除器及操作方法，降低了异物摘除作业人员的劳动强度同时提高了作业效率，实现提质增效和保障电网的安全运行的目的。

本发明所述的无人机可搭载式线路异物清除器，包括外壳、安装于外壳内的伸缩装置和配重装置，以及自外壳向外伸出的旋转控制组件和能量管理装置，其中：

外壳，呈长方体设置，外壳内平行放置有伸缩装置和配重装置，伸缩装置自外壳一端伸出并与旋转控制组件相连，配重装置自外壳另一端伸出并与无人机的控制装置相连，同时水平安装于无人机本体的下方；

伸缩装置，包括步进电机、安装于步进电机端部的丝杠、活动设置于丝杠上的滑动块和固定于滑动块上的绝缘杆；步进电机带动丝杠旋转，从而带动滑动块沿丝杠进行前后移动，同步控制绝缘杆前后移动；

配重装置，包括固定架、设置固定架底部的导轨、活动设置于导轨内的配重块，以及连接固定架和配重块的导向杆；配重块通过控制杆与无人机的控制装置相连，配重块在控制杆的作用力下沿导向杆、导轨方向前后移动；

旋转控制组件，包括控制插接杆头进行二自由度旋转的旋转控制装置Ⅰ和旋转控制装置Ⅱ；

能量管理装置，包括安装于绝缘杆端部的插接杆头，以及安装于插接杆头上的热熔丝；通电后的热熔丝与线路异物相接触，实现异物自线路的清除。

本发明提供一种异物清除器，利用等比例伸缩的配重块和绝缘杆保持无人机飞行平稳基础上，利用绝缘杆自带的二自由度控制的旋转控制组件，对于热熔丝进行精细的操控，保证既可以清除异物，又不会被异物缠绕，保证清除效率和无人机的安全。

需要说明的是：本发明的外壳相对于裸露在外的伸缩装置，其提供了在恶劣天气依然可以执行清除操作的可能，对于其内部的伸缩装置和配重装置起到了保护作用。并且外壳还可以与无人机固定悬挂起到增加接触面的效果。

伸缩装置和配重装置是配合使用的，当绝缘杆前伸时必然导致前重后轻，此时需要配重块后移，使重心自前面往后移动，最终将重心保持在无人机下方的位置，维持无人机平稳运行。

旋转控制组件提供了两个角度的旋转，根据需要还可以调整两者的顺序，即先进行摆动旋转再进行轴向旋转，采用这种顺序虽然会增加重心调整的难度，但是依然在本发明的保护范围内。

能量管理装置是清楚异物的功能部件，相对于机械切割，通过电热切割效率更高，通电与否也可以远程控制，安全性较高。

优选地，所述伸缩装置的绝缘杆在步进电机的驱动下，带动位于绝缘杆端部的插接杆头进行前后移动，从而在无人机保持不动情况下，搭载在无人机下的插接杆头前后伸缩实现与线路上的异物接触。

绝缘杆的长度叠加上外壳的长度，即为整个异物清除器最大的伸展长度，其空间坐标的调整主要靠无人机的飞行控制，而细微角度上的调整主要靠绝缘杆的前后移动。

优选地，所述配重装置在无人机控制装置的控制作用下，配重装置驱动配重块前后移动，无人机始终保持平稳飞行。

配重块是为了配合绝缘杆而存在的，当绝缘杆动作时，配重块需要做反向动作保持重心平稳。

优选地，所述旋转控制组件至少包括以下两个二自由度旋转控制，即：

轴向旋转控制，插接杆头以绝缘杆为轴心进行轴向旋转，旋转控制装置Ⅰ包括设置在绝缘杆一侧的旋转舵机Ⅰ和设置在插接杆头一侧的旋转齿轮Ⅰ，旋转舵机Ⅰ设置有与旋转齿轮Ⅰ平行啮合的齿轮；绝缘杆保持不动，插接杆头相对于绝缘杆作360°轴向旋转；

摆动旋转控制，插接杆头以绝缘杆为铰接点进行摆动旋转，旋转控制装置Ⅱ包括设置在绝缘杆一侧的旋转舵机Ⅱ和设置在插接杆头一侧的旋转齿轮Ⅱ，旋转舵机Ⅱ设置有与旋转齿轮Ⅱ垂直啮合的齿轮；绝缘杆保持不动，插接杆头相对于绝缘杆作360°摆动旋转。

如上文所述，旋转控制组件的顺序可以调整，根据需要甚至旋转控制组件的数量也可以变化，例如设置有三个旋转舵机，其中一个进行径向旋转，另外两个进行摆动旋转，采用多节逐级控制。

优选地，所述旋转控制装置Ⅰ和旋转控制装置Ⅱ依次安装于绝缘杆靠近插接杆头的一端，旋转控制装置Ⅰ和旋转控制装置Ⅱ之间设置有连接件。

绝缘杆不是连续的一根杆，而是利用旋转控制组件进行连接，设置有几个旋转控制组件，则需要几个连接件进行串接，并且提供与插接杆头的连接。

优选地，所述能量管理装置的插接杆头表面覆盖绝缘材质涂层，热熔丝经由自带锂电池或沿绝缘杆铺设的电源线供电。

插接杆头通过覆盖绝缘材质涂层，避免与线路碰触造成触电，而热熔丝在不通电时也是安全的，只有在通过自带或者外界提供电源时才工作，可以精确控制与异物接触的时机，避免不必要的能源浪费，提高能源管理的效率。

优选地，所述能量管理装置与旋转控制组件之间还设置有脱离部件，脱离部件包括相互插接配合的电磁线圈和磁铁，当插接杆头被异物缠绕时，电磁线圈反向通电形成与磁铁吸力相反的排斥力，将插接杆头和热熔丝弹出脱离。

脱离部件是为了保证无人机的安全，相对于无人机的价值，插接杆头和热熔丝的价值相对可以忽略，因此在绝缘杆端部增加脱离部件，保证绝大部分异物清除器可以回收的情况下，提高无人机执行清除任务时的可靠性，必要时远程遥控电磁线圈弹出能量管理装置。

本发明的有益效果是：本发明所述的无人机可搭载式线路异物清除器，在带电处理导线异物工作中，采用热熔切割的方式进行异物摘除，极大的提高了人工摘除线路异物的工作效率，降低了带电摘除异物的劳动强度，有效弥补的现有无人机喷火装置及激光器的不足。

本发明所述的无人机可搭载式线路异物清除器的操作方法，包括如下步骤：作业时将异物清除器安装在无人机上，由无人机携带异物清除器飞到离异物较近的位置进行悬停，然后操作人员遥控启动步进电机使绝缘杆和配重块等比例伸出，当靠近异物很近时启动旋转舵机Ⅰ和旋转舵机Ⅱ控制热熔丝将异物摘除；异物完成摘除后无人机飞离线路，同时将旋转舵机Ⅰ和旋转舵机Ⅱ复位，将绝缘杆和配重块等比例收缩，工作结束。

本发明的操作方法，采用高效便捷的处理方法、简单的设备构造，使该带电异物摘除器可以在输电线路导线任何位置使用，为高效快速处理输电线路导线上的异物处理提供保障，减少了线路因导线异物跳闸的几率，提高了供电可靠性。

附图说明

图1是本发明异物清除器的结构示意图。

图2是本发明外壳内部的结构示意图。

图3是配重装置的结构示意图。

图4是旋转控制组件和能量管理装置的结构示意图。

图5是带有外壳的结构示意图。

图6是带有无人机的结构示意图。

图中：1、步进电机；2、丝杠；3、滑动块；4、配重装置；41、配重块；42、导轨；43、导向杆；44、固定架；5、控制杆；6、绝缘杆；7、旋转控制装置Ⅰ；71、旋转舵机Ⅰ；72、旋转齿轮Ⅰ；8、能量管理装置；81、插接杆头；82、热熔丝；9、旋转控制装置Ⅱ；91、旋转舵机Ⅱ；92、旋转齿轮Ⅱ；10、外壳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提供一种异物清除器，利用等比例伸缩的配重块41和绝缘杆6保持无人机飞行平稳基础上，利用绝缘杆6自带的二自由度控制的旋转控制组件，对于热熔丝82进行精细的操控，保证既可以清除异物，又不会被异物缠绕，保证清除效率和无人机的安全。如图1至图5所示，本发明所述的无人机可搭载式线路异物清除器，包括外壳10、安装于外壳10内的伸缩装置和配重装置4，以及自外壳10向外伸出的旋转控制组件和能量管理装置8。

如图2所示，伸缩装置和配重装置4是配合使用的，当绝缘杆6前伸时必然导致前重后轻，此时需要配重块41后移，使重心自前面往后移动，最终将重心保持在无人机下方的位置，维持无人机平稳运行。

如图1和图2所示，伸缩装置，包括步进电机1、安装于步进电机1端部的丝杠2、活动设置于丝杠2上的滑动块3和固定于滑动块3上的绝缘杆6；步进电机1带动丝杠2旋转，从而带动滑动块3沿丝杠2进行前后移动，同步控制绝缘杆6前后移动。所述伸缩装置的绝缘杆6在步进电机1的驱动下，带动位于绝缘杆6端部的插接杆头81进行前后移动，从而在无人机保持不动情况下，搭载在无人机下的插接杆头81前后伸缩实现与线路上的异物接触。绝缘杆6的长度叠加上外壳10的长度，即为整个异物清除器最大的伸展长度，其空间坐标的调整主要靠无人机的飞行控制，而细微角度上的调整主要靠绝缘杆6的前后移动。

如图2和图3所示，配重装置4，包括固定架44、设置固定架44底部的导轨42、活动设置于导轨42内的配重块41，以及连接固定架44和配重块41的导向杆43；配重块41通过控制杆5与无人机的控制装置相连，配重块41在控制杆5的作用力下沿导向杆43、导轨42方向前后移动。所述配重装置4在无人机控制装置的控制作用下，配重装置4驱动配重块41前后移动，无人机始终保持平稳飞行。配重块41是为了配合绝缘杆6而存在的，当绝缘杆6动作时，配重块41需要做反向动作保持重心平稳。

如图4所示，旋转控制组件，包括控制插接杆头81进行二自由度旋转的旋转控制装置Ⅰ7和旋转控制装置Ⅱ9。旋转控制组件提供了两个角度的旋转，根据需要还可以调整两者的顺序，即先进行摆动旋转再进行轴向旋转，采用这种顺序虽然会增加重心调整的难度，但是依然在本发明的保护范围内。所述旋转控制组件至少包括以下两个二自由度旋转控制，即：

轴向旋转控制，插接杆头81以绝缘杆6为轴心进行轴向旋转，旋转控制装置Ⅰ7包括设置在绝缘杆6一侧的旋转舵机Ⅰ71和设置在插接杆头81一侧的旋转齿轮Ⅰ72，旋转舵机Ⅰ71设置有与旋转齿轮Ⅰ72平行啮合的齿轮；绝缘杆6保持不动，插接杆头81相对于绝缘杆6作360°轴向旋转；

摆动旋转控制，插接杆头81以绝缘杆6为铰接点进行摆动旋转，旋转控制装置Ⅱ9包括设置在绝缘杆6一侧的旋转舵机Ⅱ91和设置在插接杆头81一侧的旋转齿轮Ⅱ92，旋转舵机Ⅱ91设置有与旋转齿轮Ⅱ92垂直啮合的齿轮；绝缘杆6保持不动，插接杆头81相对于绝缘杆6作360°摆动旋转。

旋转控制组件的顺序可以调整，根据需要甚至旋转控制组件的数量也可以变化，例如设置有三个旋转舵机，其中一个进行径向旋转，另外两个进行摆动旋转，采用多节逐级控制。所述旋转控制装置Ⅰ7和旋转控制装置Ⅱ9依次安装于绝缘杆6靠近插接杆头81的一端，旋转控制装置Ⅰ7和旋转控制装置Ⅱ9之间设置有连接件。绝缘杆6不是连续的一根杆，而是利用旋转控制组件进行连接，设置有几个旋转控制组件，则需要几个连接件进行串接，并且提供与插接杆头81的连接。

如图4所示，能量管理装置8，包括安装于绝缘杆6端部的插接杆头81，以及安装于插接杆头81上的热熔丝82；通电后的热熔丝82与线路异物相接触，实现异物自线路的清除。

能量管理装置8是清楚异物的功能部件，相对于机械切割，通过电热切割效率更高，通电与否也可以远程控制，安全性较高。所述能量管理装置8的插接杆头81表面覆盖绝缘材质涂层，热熔丝82经由自带锂电池或沿绝缘杆6铺设的电源线供电。插接杆头81通过覆盖绝缘材质涂层，避免与线路碰触造成触电，而热熔丝82在不通电时也是安全的，只有在通过自带或者外界提供电源时才工作，可以精确控制与异物接触的时机，避免不必要的能源浪费，提高能源管理的效率。

如图5所示，外壳10，呈长方体设置，外壳10内平行放置有伸缩装置和配重装置4，伸缩装置自外壳10一端伸出并与旋转控制组件相连，配重装置4自外壳10另一端伸出并与无人机的控制装置相连，同时水平安装于无人机本体的下方。本发明的外壳10相对于裸露在外的伸缩装置，其提供了在恶劣天气依然可以执行清除操作的可能，对于其内部的伸缩装置和配重装置4起到了保护作用。并且外壳10还可以与无人机固定悬挂起到增加接触面的效果。

本发明异物清除器的有益效果是：本发明所述的无人机可搭载式线路异物清除器，在带电处理导线异物工作中，采用热熔切割的方式进行异物摘除，极大的提高了人工摘除线路异物的工作效率，降低了带电摘除异物的劳动强度，有效弥补的现有无人机喷火装置及激光器的不足。

实施例2：

本实施例提供脱离部件的具体实现方式。

所述能量管理装置8与旋转控制组件之间还设置有脱离部件，脱离部件包括相互插接配合的电磁线圈和磁铁，当插接杆头81被异物缠绕时，电磁线圈反向通电形成与磁铁吸力相反的排斥力，将插接杆头81和热熔丝82弹出脱离。

脱离部件是为了保证无人机的安全，相对于无人机的价值，插接杆头81和热熔丝82的价值相对可以忽略，因此在绝缘杆6端部增加脱离部件，保证绝大部分异物清除器可以回收的情况下，提高无人机执行清除任务时的可靠性，必要时远程遥控电磁线圈弹出能量管理装置8。

具体地，脱离部件包括双侧弹簧按钮、对应尺寸的双侧凹槽，连接时只需要将双侧弹簧按钮和双侧凹槽对接，然后挤压限位扣此时弹簧压缩，凹槽顺着限位扣对接，当对接完成后松开弹簧按钮，完成各模块的对接。

三角形插接导轨42与对应三角凹槽分别对应磁铁、电磁线圈和电源正负极接触片。操作时将导轨42插入凹槽处，完成插接，电源通电后电磁线圈通电，产生与相同方向的磁场，以此使和紧密接触，带动电磁线圈和磁铁的紧密压接。当有异物缠绕在插接杆头81图上时，电磁线圈反向通电，时和排斥将插接杆头81和热熔丝82弹出脱离。

实施例3：

本实施例提供能量管理装置8的具体实现方式。

能量管理装置8还包括电池仓及电能转换及稳压模块，主要完成对热熔部件的供电。

能量管理装置8还包括温度和湿度传感器，当环境温度发生变化时能量管理装置8能够根据温度变化改变功率输出大小，从而保证热熔丝82的温度，当湿度大于一定数值时发出告警信息，同时停止为热熔丝82供电。插接杆头81上安装有导电凸头，导电凸头的背侧设置有粘贴在插接杆头81的导电铜箔，装时螺栓通过孔将导电铜箔与热熔丝82紧密接触使通电回路接通。

实施例4：

如图6所示，本发明所述的无人机可搭载式线路异物清除器的操作方法，包括如下步骤：作业时将异物清除器安装在无人机上，由无人机携带异物清除器飞到离异物较近的位置进行悬停，然后操作人员遥控启动步进电机1使绝缘杆6和配重块41等比例伸出，当靠近异物很近时启动旋转舵机Ⅰ71和旋转舵机Ⅱ91控制热熔丝82将异物摘除；异物完成摘除后无人机飞离线路，同时将旋转舵机Ⅰ71和旋转舵机Ⅱ91复位，将绝缘杆6和配重块41等比例收缩，工作结束。

本发明的操作方法有益效果是：采用高效便捷的处理方法、简单的设备构造，使该带电异物摘除器可以在输电线路导线任何位置使用，为高效快速处理输电线路导线上的异物处理提供保障，减少了线路因导线异物跳闸的几率，提高了供电可靠性。

本发明可广泛运用于无人机电力巡检场合。

上述未提及的内容为本领域常见技术手段，最为典型的是，2012年清华大学出版社出版的教科书中《单片机原理及其应用》中有介绍，因此，上述描述和附图充分地示出了本发明的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。

Claims (8)

1.一种无人机可搭载式线路异物清除器，其特征在于，包括外壳(10)、安装于外壳(10)内的伸缩装置和配重装置(4)，以及自外壳(10)向外伸出的旋转控制组件和能量管理装置(8)，其中：

外壳(10)，呈长方体设置，外壳(10)内平行放置有伸缩装置和配重装置(4)，伸缩装置自外壳(10)一端伸出并与旋转控制组件相连，配重装置(4)自外壳(10)另一端伸出并与无人机的控制装置相连，同时水平安装于无人机本体的下方；

伸缩装置，包括步进电机(1)、安装于步进电机(1)端部的丝杠(2)、活动设置于丝杠(2)上的滑动块(3)和固定于滑动块(3)上的绝缘杆(6)；步进电机(1)带动丝杠(2)旋转，从而带动滑动块(3)沿丝杠(2)进行前后移动，同步控制绝缘杆(6)前后移动；

配重装置(4)，包括固定架(44)、设置固定架(44)底部的导轨(42)、活动设置于导轨(42)内的配重块(41)，以及连接固定架(44)和配重块(41)的导向杆(43)；配重块(41)通过控制杆(5)与无人机的控制装置相连，配重块(41)在控制杆(5)的作用力下沿导向杆(43)、导轨(42)方向前后移动；

旋转控制组件，包括控制插接杆头(81)进行二自由度旋转的旋转控制装置Ⅰ(7)和旋转控制装置Ⅱ(9)；

能量管理装置(8)，包括安装于绝缘杆(6)端部的插接杆头(81)，以及安装于插接杆头(81)上的热熔丝(82)；通电后的热熔丝(82)与线路异物相接触，实现异物自线路的清除。

2.根据权利要求1所述的无人机可搭载式线路异物清除器，其特征在于，所述伸缩装置的绝缘杆(6)在步进电机(1)的驱动下，带动位于绝缘杆(6)端部的插接杆头(81)进行前后移动，从而在无人机保持不动情况下，搭载在无人机下的插接杆头(81)前后伸缩实现与线路上的异物接触。

3.根据权利要求1所述的无人机可搭载式线路异物清除器，其特征在于，所述配重装置(4)在无人机控制装置的控制作用下，配重装置(4)驱动配重块(41)前后移动，无人机始终保持平稳飞行。

4.根据权利要求1所述的无人机可搭载式线路异物清除器，其特征在于，所述旋转控制组件至少包括以下两个二自由度旋转控制，即：

轴向旋转控制，插接杆头(81)以绝缘杆(6)为轴心进行轴向旋转，旋转控制装置Ⅰ(7)包括设置在绝缘杆(6)一侧的旋转舵机Ⅰ(71)和设置在插接杆头(81)一侧的旋转齿轮Ⅰ(72)，旋转舵机Ⅰ(71)设置有与旋转齿轮Ⅰ(72)平行啮合的齿轮；绝缘杆(6)保持不动，插接杆头(81)相对于绝缘杆(6)作360°轴向旋转；

摆动旋转控制，插接杆头(81)以绝缘杆(6)为铰接点进行摆动旋转，旋转控制装置Ⅱ(9)包括设置在绝缘杆(6)一侧的旋转舵机Ⅱ(91)和设置在插接杆头(81)一侧的旋转齿轮Ⅱ(92)，旋转舵机Ⅱ(91)设置有与旋转齿轮Ⅱ(92)垂直啮合的齿轮；绝缘杆(6)保持不动，插接杆头(81)相对于绝缘杆(6)作360°摆动旋转。

5.根据权利要求1或4所述的无人机可搭载式线路异物清除器，其特征在于，所述旋转控制装置Ⅰ(7)和旋转控制装置Ⅱ(9)依次安装于绝缘杆(6)靠近插接杆头(81)的一端，旋转控制装置Ⅰ(7)和旋转控制装置Ⅱ(9)之间设置有连接件。

6.根据权利要求1所述的无人机可搭载式线路异物清除器，其特征在于，所述能量管理装置(8)的插接杆头(81)表面覆盖绝缘材质涂层，热熔丝(82)经由自带锂电池或沿绝缘杆(6)铺设的电源线供电。

7.根据权利要求1所述的无人机可搭载式线路异物清除器，其特征在于，所述能量管理装置(8)与旋转控制组件之间还设置有脱离部件，脱离部件包括相互插接配合的电磁线圈和磁铁，当插接杆头(81)被异物缠绕时，电磁线圈反向通电形成与磁铁吸力相反的排斥力，将插接杆头(81)和热熔丝(82)弹出脱离。

8.一种无人机可搭载式线路异物清除器的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：作业时将异物清除器安装在无人机上，由无人机携带异物清除器飞到离异物较近的位置进行悬停，然后操作人员遥控启动步进电机(1)使绝缘杆(6)和配重块(41)等比例伸出，当靠近异物很近时启动旋转舵机Ⅰ(71)和旋转舵机Ⅱ(91)控制热熔丝(82)将异物摘除；异物完成摘除后无人机飞离线路，同时将旋转舵机Ⅰ(71)和旋转舵机Ⅱ(91)复位，将绝缘杆(6)和配重块(41)等比例收缩，工作结束。

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