CN116039932B - 一种无人机蒸汽除冰装置及除冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机蒸汽除冰装置及除冰方法，涉及无人机除冰技术领域，包括无人机、蒸汽发生器、动力电缆盘，所述无人机的底部固定连接有挂架，挂架的底部固定连接有安装板，安装板的中心处转动连接有安装轴，安装轴的底端固定连接有挂载器，挂架的顶面上固定连接有第一电机，第一电机的输出轴与安装轴上均固定连接有相互啮合的齿轮，挂载器的内圆面均匀开设有多个升降槽。本发明，通过在无人机底部设置挂载器，在使用装置的过程中，当蒸汽发生器中的水分耗尽之后，可以将蒸汽发生器取下更换，避免了在工作过程中，需要将无人机停机加注水分的问题，可以使无人机进行连续的工作，提高了工作效率。

Description

一种无人机蒸汽除冰装置及除冰方法

技术领域

本发明涉及无人机除冰技术领域，更具体的是涉及一种无人机蒸汽除冰装置及除冰方法。

背景技术

我国地域辽阔，气候条件复杂，风电场主要分布在东北、西北、华北(三北)地区。这些地区冬季的气候极为寒冷，风机机组经常遭受雨雪冰冻天气的袭击，风机叶片冻结结冰现象普遍存在，叶片结冰后会引起载荷增加，对叶片的寿命有直接的影响，并且每个叶片上的冰载不同，使得机组的不平衡载荷增大，如果没有及时采取应对措施会对机组产生严重的危害，没有对风机叶片进行防除冰保护的风机叶片将会面临脱网停机的可能，低温区域大大拉低了全年的整体发电量。年发电量损失1%-10%，恶劣地区为20%-50%。除此之外，叶片积冰严重时会导致叶片断裂，另外叶片结冰后随着温度升高，不定时脱落的冰块会对现场的维护人员和机组造成很大的安全隐患。

目前市场上无人机叶片除冰的应用较少，少部分采用喷洒盐水的方式，无人机喷洒盐水除冰效果不明显，持续时间较短，盐水等液体易对周围土壤环境产生影响，而现有的无人机蒸汽除冰装置，在使用过中，由于风机叶片尺寸过大，风场面积也非常辽阔，在操作无人机的过程中由于工作量巨大，长时间工作会造成工作人员劳动强度过大，且蒸汽发生装置与无人机一体，在使用过程中，当水分用尽之后就需要对其补充水分，就需要无人机停机，在一定程度上降低了工作效率。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决目前市场上无人机叶片除冰的应用较少，少部分采用喷洒盐水的方式，无人机喷洒盐水除冰效果不明显，持续时间较短，盐水等液体易对周围土壤环境产生影响，而现有的无人机蒸汽除冰装置，在使用过中，由于风机叶片尺寸过大，风场面积也非常辽阔，在操作无人机的过程中由于工作量巨大，尝试将工作会造成，工作人员劳动强度过大，且蒸汽发生装置与无人机一体，在使用过程中，当水分用尽之后就需要对其补充水分，就需要无人机停机，在一定程度上降低了工作效率的问题，本发明提供一种无人机蒸汽除冰装置。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种无人机蒸汽除冰装置，包括无人机、蒸汽发生器、动力电缆盘，所述无人机的底部固定连接有挂架，挂架的底部固定连接有安装板，安装板的中心处转动连接有安装轴，安装轴的底端固定连接有挂载器，挂架的顶面上固定连接有第一电机，第一电机的输出轴与安装轴上均固定连接有相互啮合的齿轮，挂载器的内圆面均匀开设有多个升降槽，挂载器的内部滑动设置有升降板，挂载器的内壁顶部固定连接有第二电机，第二电机的输出轴上固定连接有转动连接在挂载器内壁底部的螺纹杆，升降板螺纹连接在螺纹杆上，升降板的底面四周均匀设置有与升降槽对应的挂板，挂板的底部相对内侧转动连接有位于升降槽内的托板，挂载器的内圆面上位于升降槽的上方固定连接有限位板，挂载器的内圆面上位于挂板的下方固定连接有翻折挡板；

蒸汽发生器的顶部固定连接有连接架，连接架的顶部固定连接有连接头，连接头的顶部开设有两条同心导电环，连接头的顶部外圆面设置有下翻部，蒸汽发生器的顶部位于挂架下方固定连接有高压蒸汽喷头，挂载器的内壁顶部一侧平行设置有导电环对应的导电探针。

优选的，连接头的顶部中心处设置有GPS模块，挂载器的内壁顶部中心处设置有接近传感器，其中一个支架上设置有位移传感器。

优选的，托板的顶部设置有弧形上翻部，托板顶面靠近挂板的一侧设置有圆弧部，托板的底部设置有抵接块。

优选的，无人机的底部设置有电源连接口，无人机的其中一个支架上固定连接固定连接有固定板，固定板的一端转动连接有压板，压板侧内侧开有固定槽，压板远离固定板的一端螺纹连接有蝶形螺栓，固定板的另一端开设有与蝶形螺栓对应的螺纹孔。

优选的，动力电缆盘上设置有电机控制模块、第二数据处理模块、电机控制模块，无人机上设置有激光视觉传感器、加速度传感器、飞行控制模块以及通讯模块。

一种利用无人机蒸汽除冰装置的除冰方法，包括如下步骤，

第一，机舱塔底引出插座，将动力电缆盘上的电缆与插座连接，电缆的另一端与无人机连接进行供电，同时将蒸汽发生器与无人机底部的挂载器连接，并默认起飞位置为指定降落位置。

第二，以一定的速度使无人机上升，同时将无人机的上升数据同步至动力电缆盘上，在无人机上升的同时动力电缆盘可以同步释放电缆。

第三，在无人机移动的预定位置后，激光视觉传感器的作用下，使无人机以风机叶片为路径自动移动，并使用高温高压蒸汽对风及叶片表面的覆冰进行清理，同时在加速度传感器的作用下确定无人机的垂直上升速度，控制动力电缆盘进行放线。

第四，在无人机移动到叶片末端的时候，认为当前叶片除冰完成，以同样的方法将剩余两个风机叶片上的覆冰进行清理。

第五，在除冰完成之后，无人机返回底面指定降落位置，根据无人机速度动力电缆盘将电缆同步回收，将蒸汽发生器放下，之后无人机接收地面另一个蒸汽发生器的信号，飞至其上方，在接近传感器的作用下，无人机底部挂架与新的蒸汽发生器连接，进行新的除冰工作。

本发明的有益效果如下：

1、本发明，通过在无人机底部设置挂载器，在使用装置的过程中，当蒸汽发生器中的水分耗尽之后，可以将蒸汽发生器取下更换，避免了在工作过程中，需要将无人机停机加注水分的问题，可以使无人机进行连续的工作，提高了工作效率。

2、本发明，通过在无人机上设置加速度传感器以及激光视觉传感器装置，在使用装置的过程中，可以控制无人机自动自动对风机叶片进行除冰，并且在除冰完成之后能够自动更换蒸汽发生器，代替人工进行工作，降低个工作人员的劳动强度。

附图说明

图1为本发明的轴测示意图；

图2为本发明无人机结构的放大示意图；

图3为本发明无人机结构的仰视示意图；

图4为本发明无人机结构的后视示意图；

图5为本发明A处结构的放大示意图；

图6为本发明挂载器结构的仰视示意图；

图7为本发明挂载器结构的侧视剖面示意图；

图8为本发明连接头结构的连接示意图；

图9为本发明托板结构的放大示意图；

图10为本发明蒸汽发生器结构的完整示意图；

图11为本发明连接头结构的下翻部示意图。

图12为本发明自动控制示意图。

图13为本发明完整示意图

附图标记：1、无人机；2、蒸汽发生器；3、高压蒸汽喷头；4、挂载器；5、挂架；6、激光视觉传感器；7、电源连接口；8、加速度传感器；9、第一电机；10、齿轮；11、安装轴；12、固定板；13、压板；14、蝶形螺栓；15、固定槽；16、螺纹孔；17、导电探针；18、托板；181、圆弧部；182、抵接块；183、上翻部；19、翻折挡板；20、升降槽；21、接近传感器；22、限位板；23、第二电机；24、螺纹杆；25、挂板；26、升降板；27、有GPS模块；28、连接头；281、下翻部；29、同心导电环；31、动力电缆盘；32、安装板；33、位移传感器；34、连接架。

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。

请参阅图 1-13，一种无人机蒸汽除冰装置，包括无人机1、蒸汽发生器2、动力电缆盘31，所述无人机1的底部固定连接有挂架5，挂架5的底部固定连接有安装板32，安装板32的中心处转动连接有安装轴11，安装轴11的底端固定连接有挂载器4，挂架5的顶面上固定连接有第一电机9，第一电机9的输出轴与安装轴11上均固定连接有相互啮合的齿轮10，由于将蒸汽发生器2与无人机1连接之后，高压蒸汽喷头3可能无法位于正确的位置，需要调整高压蒸汽喷头3的位置，在调整的时候，运行第一电机9，在第一电机9的作用下，带动齿轮10转动，使安装轴11带动挂载器4转动，可以使挂载器4带动蒸汽发生器2旋转，调节高压蒸汽喷头3的位置。

挂载器4的内圆面均匀开设有多个升降槽20，挂载器4的内部滑动设置有升降板26，挂载器4的内壁顶部固定连接有第二电机23，第二电机23的输出轴上固定连接有转动连接在挂载器4内壁底部的螺纹杆24，升降板26螺纹16连接在螺纹杆24上，升降板26的底面四周均匀设置有与升降槽20对应的挂板25，挂板25的底部相对内侧转动连接有位于升降槽20内的托板18，挂载器4的内圆面上位于升降槽20的上方固定连接有限位板22，挂载器4的内圆面上位于挂板25的下方固定连接有翻折挡板19；

通过在无人机1底部设置挂载器4，在使用装置的过程中，在安装蒸汽发生器2时，无人机1飞行至蒸汽发生器2的上方，之后将连接头28移动至挂载器4内，使挂载器4持续下降，在蒸汽发生器2的下翻部281与托板18接触后，使其向上翻折，在下翻部281移动过托板18后，托板18恢复原状，并且此时下翻部281位于托板18上方，在限位板22与下翻部281接触后，第二电机23运行，使升降板26带动挂板25上升，在挂板25的作用下，带动托板18上升，使上翻部183与下翻部281接触，把连接头28固定，可以使无人机1带动蒸汽发生器2起飞，在更换蒸汽发生器2时候，无人机1降落，在蒸汽发生器2接触地面后，第二电机23再次运行，推动升降板26下降，使挂板25带动托板18下降，在托板18接触到翻折挡板19后，使托板18向上翻折，在托板18的间距大于下翻部281间距的后，无人机1可以上升，使挂载器4与连接头28脱离，之后在第二电机23的作用下将托板18恢复原状，当蒸汽发生器2中的水分耗尽之后，可以将蒸汽发生器2取下更换，避免了在工作过程中，需要将无人机1停机加注水分的问题，可以使无人机1进行连续的工作，提高了工作效率。

蒸汽发生器2的顶部固定连接有连接架34，连接架34的顶部固定连接有连接头28，连接头28的顶部开设有两条同心导电环29，连接头28的顶部外圆面设置有下翻部281，蒸汽发生器2的顶部位于挂架5下方固定连接有高压蒸汽喷头3，挂载器4的内壁顶部一侧平行设置有导电环29对应的导电探针17，导电环29内部为导电金属环，并与蒸汽发生器2连接，在将挂载器4与连接头28连接在一起的时候，可以使导电探针17与导电环29接触形成完整的通路，使无人机1的电源可以对蒸汽发生器2进行供电，同时导电探针17与无人机1使用电滑环连接，使其可以自由转动。

连接头28的顶部中心处设置有GPS模块27，挂载器4的内壁顶部中心处设置有接近传感器21，其中一个支架上设置有位移传感器33，GPS模块27可以发送点前的坐标经纬度，根据当前位置和目标位置的经纬度，分别对经纬度求误差，转换成距离后，判定当前位置和目标位置的距离，从而判定是否已经到达目标点上空，进行自主降落即可，在降落的过程中，通过接近传感器21控制挂载器4与连接头28的位置，使其能够精准将连接头28的下翻部281与托板的上翻部183卡接，完成对接，在完成对接后需要调节蒸汽发生器2的位置，在蒸汽发生器2转动的过程中，当高压蒸汽喷头3转动至位移传感器底部33的时候，停止转动，高压蒸汽喷头3移动至正确位置。

托板18的顶部设置有弧形上翻部183，托板18顶面靠近挂板25的一侧设置有圆弧部181，托板18的底部设置有抵接块182，上翻部183与下翻部结合后，能够避免相互滑动，增加稳定性，限位板22可以将下翻部281夹紧，防止蒸汽发生器2转动，圆弧部181可以使托板18正常向上翻折，在抵接块182的作用下使托板18只能向上翻折，自然状态下处于水平状态。

无人机1的底部设置有电源连接口7，无人机1的其中一个支架上固定连接固定连接有固定板12，固定板12的一端转动连接有压板13，压板13侧内侧开有固定槽15，压板13远离固定板12的一端螺纹16连接有蝶形螺栓14，固定板12的另一端开设有与蝶形螺栓14对应的螺纹孔16，由于无人机需要拖动蒸汽发生器2以及对蒸汽发生器2进行供电，耗电量很大，需要连接电源进行供电，在供电的时候，将电缆的插孔改成插头并与电源连接口7连接进行供电，同时将电缆从压板13的固定槽内穿过，使用蝶形螺栓14将压板13与固定板12紧贴可以将电缆固定，防止电缆沉重脱落，无人机1自带电池，通过供电IC可以实现电源与电池的无缝切换，可以避免在断电情况下无人机坠落。

动力电缆盘31上设置有电机控制模块、第二数据处理模块、电机控制模块，无人机1上设置有激光视觉传感器6、加速度传感器8、飞行控制模块以及通讯模块。

通过在无人机1上设置加速度传感器8以及激光视觉传感器6装置，在使用装置的过程中，在无人机1到达预定位置后之后，系统开始工作，程序开始运行，激光视觉传感器6中的CCD便实时监视图像，每隔一定的时间抓拍一幅图像，通过程序对图像进行实时处理，得到图像的风机叶片位置，以当前位置相对于上次叶片位置偏差量为检测量，以确定飞行位置，第一数据处理模块对检测数据进行处理，并将数据传输给飞行控制模块，控制无人机1按照风机叶片路径进行飞行，风机收浆的时候，叶片位置并不固定，在无人机1上升的过程中，如果为倾斜上升的状态，加速度传感器8可以计算出当前的倾角，根据倾角数据和斜飞速度可以计算出当前的垂直上升速度，同时可以根据倾角数据计算出倾斜上升的电缆长度与垂直上升的长度之差，第一数据处理模块通过通讯模块将数据值传输至动力电缆盘31的数据接收模块，第二数据处理模块接收到数据接收模块的数据数据后，将数据发送给电机控制模块，使动力电缆盘31同步放线，避免速度过慢导致拖拽无人机1，过快导致导线缠绕，可以控制无人机1自动自动对风机叶片进行除冰，并且在除冰完成之后能够自动更换蒸汽发生器2，代替人工进行工作，降低个工作人员的劳动强度。

综上所述：本发明，通过在无人机底部设置挂载器，在使用装置的过程中，当蒸汽发生器中的水分耗尽之后，可以将蒸汽发生器取下更换，避免了在工作过程中，需要将无人机停机加注水分的问题，可以使无人机进行连续的工作，提高了工作效率，可以控制无人机自动自动对风机叶片进行除冰，并且在除冰完成之后能够自动更换蒸汽发生器，代替人工进行工作，降低个工作人员的劳动强度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种无人机蒸汽除冰装置，其特征在于：包括无人机（1）、蒸汽发生器（2）、动力电缆盘（31），所述无人机（1）的底部固定连接有挂架（5），挂架（5）的底部固定连接有安装板（32），安装板（32）的中心处转动连接有安装轴（11），安装轴（11）的底端固定连接有挂载器（4），挂架（5）的顶面上固定连接有第一电机（9），第一电机（9）的输出轴与安装轴（11）上均固定连接有相互啮合的齿轮（10），挂载器（4）的内圆面均匀开设有多个升降槽（20），挂载器（4）的内部滑动设置有升降板（26），挂载器（4）的内壁顶部固定连接有第二电机（23），第二电机（23）的输出轴上固定连接有转动连接在挂载器（4）内壁底部的螺纹杆（24），升降板（26）螺纹连接在螺纹杆（24）上，升降板（26）的底面四周均匀设置有与升降槽（20）对应的挂板（25），挂板（25）的底部相对内侧转动连接有位于升降槽（20）内的托板（18），挂载器（4）的内圆面上位于升降槽（20）的上方固定连接有限位板（22），挂载器（4）的内圆面上位于挂板（25）的下方固定连接有翻折挡板（19），托板（18）的顶部设置有弧形上翻部（183），托板（18）顶面靠近挂板（25）的一侧设置有圆弧部（181），托板（18）的底部设置有抵接块（182），动力电缆盘（31）上设置有电机控制模块、第二数据处理模块、电机控制模块，无人机（1）上设置有激光视觉传感器（6）、加速度传感器（8）、飞行控制模块以及通讯模块；

蒸汽发生器（2）的顶部固定连接有连接架（34），连接架（34）的顶部固定连接有连接头（28），连接头（28）的顶部开设有两条同心导电环（29），连接头（28）的顶部外圆面设置有下翻部（281），蒸汽发生器（2）的顶部位于挂架（5）下方固定连接有高压蒸汽喷头（3），挂载器（4）的内壁顶部一侧平行设置有导电环（29）对应的导电探针（17）。

2.根据权利要求1所述的一种无人机蒸汽除冰装置，其特征在于：连接头（28）的顶部中心处设置有GPS模块（27），挂载器（4）的内壁顶部中心处设置有接近传感器（21），其中一个支架上设置有位移传感器（33）。

3.根据权利要求1所述的一种无人机蒸汽除冰装置，其特征在于：无人机（1）的底部设置有电源连接口（7），无人机（1）的其中一个支架上固定连接固定连接有固定板（12），固定板（12）的一端转动连接有压板（13），压板（13）侧内侧开有固定槽（15），压板（13）远离固定板（12）的一端螺纹连接有蝶形螺栓（14），固定板（12）的另一端开设有与蝶形螺栓（14）对应的螺纹孔（16）。

4.一种利用权利要求1所述的无人机蒸汽除冰装置的除冰方法，包括如下步骤，

第一，机舱塔底引出插座，将动力电缆盘（31）上的电缆与插座连接，电缆的另一端与无人机（1）连接进行供电，同时将蒸汽发生器（2）与无人机（1）底部的挂载器（4）连接，并默认起飞位置为指定降落位置；

第二，以一定的速度使无人机（1）上升，同时将无人机（1）的上升数据同步至动力电缆盘（31）上，在无人机（1）上升的同时动力电缆盘（31）可以同步释放电缆；

第三，在无人机（1）移动的预定位置后，激光视觉传感器（6）的作用下，使无人机（1）以风机叶片为路径自动移动，并使用高温高压蒸汽对风及叶片表面的覆冰进行清理，同时在加速度传感器（8）的作用下确定无人机（1）的垂直上升速度，控制动力电缆盘（31）进行放线；

第四，在无人机（1）移动到叶片末端的时候，认为当前叶片除冰完成，以同样的方法将剩余两个风机叶片上的覆冰进行清理；

第五，在除冰完成之后，无人机（1）返回底面指定降落位置，根据无人机（1）速度动力电缆盘（31）将电缆同步回收，将蒸汽发生器（2）放下，之后无人机（1）接收地面另一个蒸汽发生器（2）的信号，飞至其上方，在接近传感器（21）的作用下，无人机（1）底部挂架（5）与新的蒸汽发生器（2）连接，进行新的除冰工作。