CN116620582A - 一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，包括无人机的机身，无人机的机身包括前、后两部分，前、后两部分通过无人机机身伸缩杆连接，无人机的机身上方设置有光伏系统和旋翼，无人机的机身下方设置有起落架、图像系统、越障爬杆机构和除障机构。本发明在去除简易障碍物以及自主越障爬杆方面具有极大的优势；在能源消耗方面，本发明具有太阳能板，尽可能地为其提供更多的能量工作，此外，越障爬杆机构可以节省一部分的能源。本发明对工作环境条件要求低，即使在风雨雪雾等恶劣天气下，本装置完全可以依靠越障爬杆机构在高压电线上缓慢地进行巡检工作，抓夹的稳定性极大地为本发明在该恶劣天气下的安全提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机。
背景技术
现有的无人机用于电力巡检的方式主要分为两种，一种是固定翼无人机巡检，一种是多旋翼无人机巡检。固定翼无人机飞行速度快，续航能力强，常被用于远距离通道快速巡视，但是，固定翼无人机无法悬停，对输电线路的细节巡视能力不足。而多旋翼无人机飞行速度慢，具有定点悬停功能，可对特定巡视目标进行细节观察，有利于缺陷发现。在其它领域，轨道或者挂轨式无人机巡检也是一种检测线性目标的方法，但其不适用于在高压输电线路上进行电力巡检。因此业界主流的仍为多旋翼无人机巡检。
电力巡检无人机主要用于保障电力设施运行安全，在输、配电设备(包括发电、供电、受电)及其线路通道上进行的巡视检查。它们具有多种功能，如近距离检测架空输电线路，准确发现断线、绝缘子损坏等缺陷，及避免人工爬塔、路线走线等操作，有效降低劳动强度，提高运维效率，控制人员伤亡风险。电力巡检无人机还具有拍摄高清照片和影像的功能，以便及时传回运输电路情况。
现有的电力巡检无人机的主要结构包括无人机机身、控制系统、动力系统、图像及通信设备等。机身是整个设备的核心部分，用于承载各种科学仪器和其他设备。旋翼是巡检无人机正常飞行及工作的基本组件。动力系统包括旋翼马达、电池等，负责为巡检无人机提供飞行及正常工作所需动力。控制系统即通过各种电脑程序以及单片机等原件来控制无人机的运动轨迹。技术成熟的电力巡检公司还可利用电脑程序指定巡检无人机的固定巡航路线。除了以上部件，巡检无人机还包括许多其他部件。例如，它还有图像和通信设备，用于拍摄照片和影像向技术部门传输具体的电路情况。这些部件的协调配合，使巡检无人机能够在代替人工在高空中进行高效率、低成本地进行巡检任务。
电路巡检无人机具有明显的优势。确切地说，无人机进行电路巡检的优点是其可以从全方位、多领域进行高空电路情况的检视，收集高空电路情况，对于复杂的电路维修问题将发送给技术部门进行更全面的分析以及得出解决方案。该功能减少了电力巡检部门工作人员的工作量，提高安全性以及降低人工成本。如若在雨雾天气等恶劣环境中，仍采用人工方式，不仅危险性高，且效率低。
现有技术存在的问题和缺点
1)目前的多旋翼电力巡检无人机的智能化程度不高，高度依赖熟练的无人机驾驶员，而现有该方面人才供远小于求。同时由于无人机电力巡检复杂的使用环境及视角差原因，驾驶员难以准确判断无人机与铁塔、无人机与相邻电线间的距离，导致无人机姿态调整困难，目标定位不准，影响巡视效果，甚至出现操控失误，给电力无人机巡检带来很大的安全隐患。此外，其能耗高、续航差、抗恶劣天气能力弱以及无法去除简单的障碍物，例如风筝线及冬日时电线上的冰等，使得在发现后仍需要人工介入来处理这些问题，造成巡检效率低下。
2)现今的轨道或者挂轨式无人机巡检，虽然速度快，但是不具备有自主越障功能，如避开绝缘子等以及除障功能，且自身结构和供能方式等不适用于进行高压输电线路的巡检。
3)现今其他的电力巡检机器人，如浙江国自的“室外轮式巡检机器人”，其只能在地面区域工作，无法在高空勘测具体电路上的情况、需要额外配备专门的后备储能车为其提供电源，极为不便，且无法在极端天气下工作。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，包括无人机的机身，无人机的机身包括前、后两部分，前、后两部分通过无人机机身伸缩杆连接，无人机的机身上方设置有光伏系统和旋翼，无人机的机身下方设置有起落架、图像系统、越障爬杆机构和除障机构。
所述无人机的机身的前、后两部分通过无人机机身伸缩杆进行伸缩，无人机机身伸缩杆有两个，分别设置于无人机的机身上的两个相同长度的滑槽内。
所述图像系统包括球铰杆、180°可旋转摄像头和球铰底座。其中，180°可旋转摄像头固连在球铰杆上，球铰杆通过其上部的球体结构与球铰底座相连，组成球副。
所述越障爬杆机构包括伸缩机构，所述伸缩机构设置于无人机机身正下方，旋翼马达设置于无人机机身内部，位于旋翼正下方。
所述除障机构包括除障连动杆、固定杆、除障块、除障刀片和固定内圈；所述除障连动杆总共有4根，分为前后两对，前侧的两根除障连动杆分别与两个除障块相连，除障刀片安装在两个除障块的表面，后侧的两根除障连动杆分别通过两个固定内圈与两个固定内圈相连。
所述伸缩机构包括连动杆、固定盖、抓夹、伸缩片、伸缩机构连接与机身抬降端口、固定螺栓、主连动块和固定端壳；所述抓夹总共有4个，分为前后两对，两对抓夹分别通过前后的两个主连动块与前后两个固定端壳相连；
所述固定盖总共有前后两个，每个通过固定螺栓与前后两个固定端壳紧密相连；每个固定盖配有一个连动杆，连动杆与无人机的机身下方小孔配合；所述伸缩片彼此相连，左右两端的伸缩片与固连在固定端壳上的伸缩机构连接与机身抬降端口相连。
所述旋翼安装在保护壳内。
所述光伏系统包括太阳能板。
所述无人机工作过程包括地面待机、起飞过程、下落过程；
所述地面待机包括：所述无人机在未起飞时处于收缩待机状态，此时无人机的机身中的无人机机身伸缩杆收缩至最短状态，伸缩机构也缩至最短状态，同时，抓夹和除障连动杆处于展开待机状态，无人机此时依靠起落架平稳地置于地面上；
所述起飞过程包括针对无需除障和越障的一般行进过程、针对需要越障的行进过程、针对需要除障的行进过程和针对巡检高压电塔过程；
所述针对无需除障和越障的一般行进过程包括：
当无人机到达指定区域后，无人机会在图像系统的辅助下，由驾驶员操作，缓慢下落至合适位置，随后伸缩机构的前后两对抓夹收拢，牢固地抓住高压电线，在此过程中除障机构仍处于展开待机状态，无人机机身伸缩杆和伸缩机构仍处于收缩状态；
所述针对需要越障的行进过程包括：
步骤a1，无人机行进方向前侧机体越障，具体包括：
步骤a1-1，行进方向前侧的抓夹张开；
步骤a1-2，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆在滑槽中的可上滑范围；
步骤a1-3，伸缩机构和无人机机身伸缩杆将同步伸长，将无人机行进方向前侧的机体推过障碍物，推动前进的距离为无人机的机身在闭合状态时在行进方向长度的X倍；
步骤a1-4，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆下滑，下滑至抬升前的高度；
步骤a1-5，行进方向前侧的抓夹闭合，重新抓住高压输电线；
步骤a2，无人机行进方向后侧机体越障，具体包括：
步骤a2-1，行进方向后侧的抓夹张开；
步骤a2-2，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆在滑槽中的可上滑范围；
步骤a2-3，伸缩机构和无人机机身伸缩杆将同步收缩，将无人机行进方向后侧的机体拉过障碍物，并且使无人机行进方向前后两侧的机体再次合并；
步骤a2-4，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆下滑，下滑至抬升前的高度；
步骤a2-5，行进方向后侧的抓夹闭合，重新抓住高压输电线；
步骤a1～步骤a2结束后，无人机完成一次越障流程；
所述针对需要除障的行进过程包括：
当无人机到达指定区域后，无人机会缓慢下落至合适位置，随后，除障机构的四个除障连动杆开始合并，合并完全时，行进方向前侧除障机构的除障块开始旋转，行进方向后侧的除障机构与高压电线形成紧密的配合，随后利用推力平衡原理以及定轨设置，使其按照固定的工作路径开始除障，当运动途径中出现障碍时，正在旋转的除障块用其表面的除障刀片将其去除；
所述针对需要除障的行进过程中，还包括需要越障的行进过程：
步骤b1，无人机行进方向前侧机体越障，具体包括：
步骤b1-1，行进方向前侧的抓夹和除障连动杆张开；
步骤b1-2，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆在滑槽中的可上滑范围；
步骤b1-3，伸缩机构和无人机机身伸缩杆将同步伸长，将无人机行进方向前侧的机体推过障碍物，推动前进的距离为无人机机身在闭合状态时在行进方向长度的X倍；
步骤b1-4，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆下滑，下滑至抬升前的高度；
步骤b1-5，行进方向前侧的抓夹和除障连动杆闭合，重新抓住高压输电线；
步骤b2，无人机行进方向后侧机体越障，具体包括：
步骤b2-1，行进方向后侧的抓夹和除障连动杆张开；
步骤b2-2，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆在滑槽中的可上滑范围；
步骤b2-3，伸缩机构和无人机机身伸缩杆将同步收缩，将无人机行进方向后侧的机体拉过障碍物，并且使无人机行进方向前后两侧的机体再次合并；
步骤b2-4，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆下滑，下滑至抬升前的高度；
步骤b2-5，行进方向后侧的抓夹和除障连动杆闭合，重新抓住高压输电线；
步骤b1～步骤b2结束后，无人机完成一次在除障中需要越障的流程；
所述针对巡检高压电塔过程包括：
操控无人机升至指定空域，随后切换至自动飞行巡逻检查模式，让无人机按照固定的飞行路线在高压电塔周围的指定空域进行循环巡检，技术部门通过图像系统实时检查高压电塔，评估高压电塔在不同方面地损坏及倒塌的可能性，并制定相应的解决方案。
所述下落过程包括：
工作完成后，无人机伸长杆和伸缩机构连接与抬降端口收缩至最短状态，无人机的机身处于合并状态，越障爬杆机构的抓夹和除障连动杆均处于张开状态，随后操控无人机在脱离开电线后离开工作区域；下降后，无人机依靠起落架平稳地落于地面；
在地面待机、起飞过程、下落过程中，太阳能板持续将太阳能转化为电能。
由于现今我国电网发展迅速，电力设施逐步先进，且随着我国的特高压输电技术的发展，输电电压越来越高，其对输电线路的安全性和可靠性的要求也越来越高。
针对现今主要多旋翼电路巡检无人机操纵难度高、易与线路发生碰撞的问题，本发明所述的无人机可以通过抓夹抓握在所巡检的线路上，在通过降低操控自由度的方法来大幅降低操控难度的同时，避免了无人机因操纵员误判从而偏航的后果。同时，由于无人机的抓夹抓握在线路上，在遇到高压输电线路上常见的小体积障碍物，如间隔棒和发生位移的防震锤等时，本发明所述无人机也可依靠前后分体式设计和越障爬杆机构，一前一后的快速越过障碍。考虑到高压输电线在高空随风的摆动，这样的分体式越障，相比于无人机整体脱离电线飞过障碍物再重新对接的方法，大幅降低了对接的难度，节省了越障的时间。
针对现今主要应用在高压电路巡检的无人机的高能耗及低续航问题，本发明在原有无人机机身上方额外安装太阳能板，采用太阳能转化成电能的原理，来尽可能延长电力巡检无人机的正常工作时间，并使得其在恶劣地形处仍能在待机时较方便的得到充电。
针对现今主要应用在高压输电线路巡检的无人机的工作环境要求高问题，上述的越障爬杆机构可以使得本发明的电力巡检无人机与高压电线形成紧固的联系。在风雨雪雾等恶劣天气下，普通的电力巡检无人机无法正常飞行以及巡检。而本发明中的无人机可利用越障爬杆机构中的抓夹来大幅增强其工作稳定性，保证其在高压电线上继续安全工作。
冬日里高压输电线路易结冰，而线路结冰是严重的供电系统自然灾害，可造成高压电路的塔杆倾倒、断裂，严重可造成整个电网停电。冷的雨滴凝结在电线上,就形成电线结冰，如果一个范围内的所有电线都被冰雪包住,这就是线路覆冰。覆冰使细的电线变成了冰棍,对于长距离输电的高压电线,使支撑高压线的铁塔加大了负重。严重的覆冰使铁塔无力支持这些电线而倒塌。针对现今主要应用在高压电路巡检无人机因无法除去工作路径中的常见障碍，如覆冰何风筝线等，导致巡检效率低下的问题，本发明具有可快速清除运动路径上的常见障碍物的能力。从而在确保本发明可以安全稳定的正常进行巡检工作的同时，提高高压输电线路电路的安全，并大幅提高巡检效率和降低维修成本以及人工成本。
有益效果：本发明主要以可越障和除障的无人机为载体进行高压输电线路的线路巡检，与其他电力巡检方式相比，尤其是全部过程为人工操作无人机进行电力巡检的方式，其优点在于可以极大程度地减少人工成本，提高巡检效率；而与其他现已有地电力巡检无人机相比，本发明更注重于自动化、智能化以及创新性，在去除简易障碍物以及自主越障爬杆方面具有极大的优势；而在能源消耗方面，本发明具有太阳能板，尽可能地为其提供更多的能量工作，此外，越障爬杆机构可以节省一部分的能源；与此同时，本发明对工作环境条件要求低，即使在风雨雪雾等恶劣天气下，本装置完全可以依靠越障爬杆机构在高压电线上缓慢地进行巡检工作，而抓夹的稳定性极大地为本发明在该恶劣天气下的安全提供保障。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机侧面视图。
图2为自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机下视图。
图3为自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机二侧轴视图。
图4为越障爬杆机构示意图。
图5为180°可旋转摄像头示意图。
图6a为闭合工作状态下的除障机构示意图。
图6b为展开待机状态下的除障机构示意图。
图7为无人机机身前半部分示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其中无人机的机身201分为前后两部分，通过无人机机身伸缩杆104连接，机身上方配有光伏系统101和旋翼102，机身下方配有起落架203、如图5所示的图像系统204、如图4所示的越障爬杆机构和如图6a、图6b所示的除障机构。
具体结构如图1至图7所示。
如图1、图2和图7所示，光伏系统包括太阳能板。
旋翼102安装在保护壳202内。
无人机机身201在伸缩时依靠两部分均有的无人机机身伸缩杆104，其位于机身两个相同长度的滑槽701内。图像系统204具体结构如图5所示，包括球铰杆501、180°可旋转摄像头502和球铰底座503。其中，180°可旋转摄像头502固连在球铰杆501上，球铰杆501通过其上部的球体结构与球铰底座503相连，两者组成球副。
所述越障爬杆机构包括伸缩机构205，伸缩机构205置于无人机机身201正下方。旋翼马达206设置于无人机机身201内部，位于旋翼102正下方。
如图3和图6a、图6b所示，所述除障机构包括图6a、图6b所示的除障连动杆601、固定杆602、除障块603、除障刀片604和固定内圈605。
所述除障连动杆601总共有4根，如图6b所示，分为前后两对，前侧的两根除障连动杆601分别与两个除障块603相连，数个除障刀片604安装在两个除障块603的表面，后侧的两根除障连动杆601分别通过两个固定内圈605与两个固定内圈605相连。
除障连动杆601及固定连动杆602一同收缩抓紧高压电线103(示意)。随后当固定内圈605与高压电线103(示意)紧密配合后，除障块603开始转动，利用除障刀片604将覆冰或风筝线等其它常见障碍去除。
如图4所示，连动杆401与无人机机身201下方小孔配合。固定盖402通过固定螺栓406与固定端壳408紧密连接。伸缩机构205包括连动杆401、固定盖402、抓夹403、伸缩片404、伸缩机构连接与机身抬降端口405、固定螺栓406、主连动块407和固定端壳408。
所述抓夹403总共有4个，如图4所示，分为前后两对，两对抓夹403分别通过前后的两个主连动块407与前后两个固定端壳408相连；
所述固定盖402总共有前后两个，每个通过两颗固定螺栓406与前后两个固定端壳408紧密相连；每个固定盖402配有一个连动杆401，连动杆401与无人机的机身201下方小孔配合；如图4所示，伸缩片404彼此相连，左右两端的伸缩片404与固连在固定端壳408上的伸缩机构连接与机身抬降端口405相连。
本发明无人机工作原理和工作过程包括：
地面待机：
为了便于储存和运输，无人机在未起飞时处于收缩待机状态，此时无人机机身201中的无人机机身伸缩杆104收缩至最短状态，其下方越障爬杆机构中的伸缩机构205也缩至最短状态。同时，下方的越障爬杆装置中的抓夹403和除障连动杆601如图6b所示处于展开待机状态。无人机此时可依靠起落架203平稳地置于地面上。
起飞过程：
本发明需要人工操控其上升至指定高压电路所在的工作区间的高度。
针对无需除障和越障的一般行进过程：
当无人机到达指定区域后，无人机会在图像系统(204)的辅助下，由驾驶员操作，使其缓慢下落至合适位置，随后伸缩机构205的前后两对抓夹403收拢，牢固地抓住高压电线。在此过程中除障机构仍处于如图6b所示的展开待机状态，无人机机身伸缩杆104和越障爬杆机构的伸缩机构205仍处于收缩状态。
针对需要越障的行进过程：
在高压输电线路上，常有间隔棒和发生位移的防震锤等小体积障碍物。当无人机在行进过程中遇到它们时，将进行越障。为了快速高效的完成越障，无人机的旋翼将用于保持水平平稳，越障爬杆机构将主要负责使无人机整体跨过障碍物。
(1)无人机行进方向前侧机体越障
第一步，行进方向前侧的抓夹403张开。第二步，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆104抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆104在滑槽701中的可上滑范围。第三步，伸缩机构205和无人机机身伸缩杆104将同步伸长，将无人机行进方向前侧的机体推过障碍物，推动前进的距离为无人机机身201在闭合状态时在行进方向长度的1.2倍。第四步，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆104下滑，下滑至抬升前的高度。第五步，行进方向前侧的抓夹403闭合，重新抓住高压输电线。
(2)无人机行进方向后侧机体越障
第一步，行进方向后侧的抓夹403张开。第二步，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆104抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆104在滑槽701中的可上滑范围。第三步，伸缩机构205和无人机机身伸缩杆104将同步收缩，将无人机行进方向后侧的机体拉过障碍物，并且使无人机行进方向前后两侧的机体再次合并。第四步，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆104下滑，下滑至抬升前的高度。第五步，行进方向后侧的抓夹403闭合，重新抓住高压输电线。
上述过程结束后，无人机完成一次越障流程。
针对需要除障的行进过程：
当无人机到达指定区域后，无人机会缓慢下落至合适位置，随后，除障机构的四个除障连动杆401开始合并。合并完全时，行进方向前侧除障机构的除障块603开始旋转，行进方向后侧的除障机构与高压电线形成紧密的配合。随后利用推力平衡原理以及定轨设置，使其按照固定的工作路径开始除障。当运动途径中出现覆冰或风筝线等其它常见障碍时，正在旋转的除障块即可用其表面的除障刀片604将其去除。
针对在除障中需要越障的行进过程：
1)无人机行进方向前侧机体越障
第一步，行进方向前侧的抓夹403和除障连动杆601张开。第二步，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆104抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆104在滑槽701中的可上滑范围。第三步，伸缩机构205和无人机机身伸缩杆104将同步伸长，将无人机行进方向前侧的机体推过障碍物，推动前进的距离为无人机机身201在闭合状态时在行进方向长度的1.2倍。第四步，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆104下滑，下滑至抬升前的高度。第五步，行进方向前侧的抓夹403和除障连动杆601闭合，重新抓住高压输电线。
(2)无人机行进方向后侧机体越障
第一步，行进方向后侧的抓夹403和除障连动杆601张开。第二步，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆104抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆104在滑槽701中的可上滑范围。第三步，伸缩机构205和无人机机身伸缩杆104将同步收缩，将无人机行进方向后侧的机体拉过障碍物，并且使无人机行进方向前后两侧的机体再次合并。第四步，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆104下滑，下滑至抬升前的高度。第五步，行进方向后侧的抓夹403和除障连动杆601闭合，重新抓住高压输电线。
上述过程结束后，无人机完成一次在除障中需要越障的流程。
针对巡检高压电塔过程：
先用人工操控无人机升至指定空域，随后切换至自动飞行巡逻检查模式，即可让其按照固定的飞行路线在高压电塔周围的指定空域进行循环巡检。技术部门可通过180°可旋转摄像头实时检查高压电塔，通过生成的点云数据和图像快速定位高压电塔的多个关键结构点位，随后扫描拍摄高清照片，使维护人员能多角度观察支撑结构的关键点位的受损情况，由此评估高压电塔在不同方面地损坏及倒塌的可能性，并制定相应的解决方案。
下落过程：
工作完成后，无人机伸长杆104和伸缩机构连接与抬降端口405收缩至最短状态，无人机机身201处于合并状态，越障爬杆机构的抓夹403和除障机构的除障连动杆601均处于张开状态，随后操控其在脱离开电线后离开工作区域。下降后，无人机依靠其下方的起落架平稳地落于地面。
在地面待机、起飞、行进、巡检高压电塔和下落全部过程中，太阳能板持续将太阳能转化为电能，尽可能延长无人机的续航。
实施例
以在高压输电线路上巡检时进行为例，此时无人机将分为前后两部分分别越障：
(1)无人机行进方向前侧机体越障
第一步，行进方向前侧的抓夹403张开。第二步，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆104抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆104在滑槽701中的可上滑范围。第三步，伸缩机构205和无人机机身伸缩杆104将同步伸长，将无人机行进方向前侧的机体推过障碍物，推动前进的距离为无人机机身201在闭合状态时在行进方向长度的1.2倍。第四步，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆104下滑，下滑至抬升前的高度。第五步，行进方向前侧的抓夹403闭合，重新抓住高压输电线。
(2)无人机行进方向后侧机体越障
第一步，行进方向后侧的抓夹403张开。第二步，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆104抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆104在滑槽701中的可上滑范围。第三步，伸缩机构205和无人机机身伸缩杆104将同步收缩，将无人机行进方向后侧的机体拉过障碍物，并且使无人机行进方向前后两侧的机体再次合并。第四步，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆104下滑，下滑至抬升前的高度。第五步，行进方向后侧的抓夹403闭合，重新抓住高压输电线。
上述过程结束后，无人机完成一次越障流程。
以在高压输电线路上巡检时进行除障为例，当无人机到达指定区域后，无人机会缓慢下落至合适位置，随后，除障机构的四个除障连动杆401开始合并。合并完全时，行进方向前侧除障机构的除障块603开始旋转，行进方向后侧的除障机构与高压电线形成紧密的配合。随后利用推力平衡原理以及定轨设置，使其按照固定的工作路径开始除障。当运动途径中出现覆冰或风筝线等其它常见障碍时，正在旋转的除障块即可用其表面的除障刀片604将其去除。
以在高压输电线路上巡检时越障和除障同时进行为例，此时无人机将分为前后两部分分别越障：
1)无人机行进方向前侧机体越障
第一步，行进方向前侧的抓夹403和除障连动杆601张开。第二步，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆104抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆104在滑槽701中的可上滑范围。第三步，伸缩机构205和无人机机身伸缩杆104将同步伸长，将无人机行进方向前侧的机体推过障碍物，推动前进的距离为无人机机身201在闭合状态时在行进方向长度的1.2倍。第四步，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆104下滑，下滑至抬升前的高度。第五步，行进方向前侧的抓夹403和除障连动杆601闭合，重新抓住高压输电线。
(2)无人机行进方向后侧机体越障
第一步，行进方向后侧的抓夹403和除障连动杆601张开。第二步，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆104抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆104在滑槽701中的可上滑范围。第三步，伸缩机构205和无人机机身伸缩杆104将同步收缩，将无人机行进方向后侧的机体拉过障碍物，并且使无人机行进方向前后两侧的机体再次合并。第四步，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口405将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆104下滑，下滑至抬升前的高度。第五步，行进方向后侧的抓夹403和除障连动杆601闭合，重新抓住高压输电线。
上述过程结束后，无人机完成一次在除障中需要越障的流程。
在实际应用中，本发明可大幅提高电路巡检人员的巡检效率和安全性，具体应用场景如下：
当巡检人员收到民众提醒或观察到有风筝线等杂物搭在输电线上时，可操纵本发明，在远距离升空对接电线，随后快速顺着电线飞到故障点附近，启动除障模式快速而安全的切断风筝线。
当巡检人员收到民众提醒或观察到高压电线出现结冰时，可操纵本发明，在远距离升空对接电线，随后快速顺着电线飞到结冰处附近，启动除冰模式快速除冰。
在这两个过程中，不需要巡检人员接近故障点，借助对接电线后的限位功能，降低了无人机的操纵难度，既提高了安全性，又提升了效率。
在高压电塔巡检过程中，本发明可通过单摄像头，通过深度学习算法生成高压电塔点云数据，配合图片，快速比对数据库中的高压电塔的模型，定位出结构关键点，从而帮助巡检人员迅速锁定关键点位进行排查。
本发明提供了一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，包括无人机的机身(201)，无人机的机身(201)包括前、后两部分，前、后两部分通过无人机机身伸缩杆(104)连接，无人机的机身(201)上方设置有光伏系统(101)和旋翼(102)，无人机的机身(201)下方设置有起落架(203)、图像系统(204)、越障爬杆机构和除障机构。
2.根据权利要求1所述的一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，所述无人机的机身(201)的前、后两部分通过无人机机身伸缩杆(104)进行伸缩，无人机机身伸缩杆(104)有两个，分别设置于无人机的机身(201)上的两个相同长度的滑槽(701)内。
3.根据权利要求2所述的一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，所述图像系统(204)包括球铰杆(501)、180°可旋转摄像头(502)和球铰底座(503)；其中，180°可旋转摄像头(502)固连在球铰杆(501)上，球铰杆(501)通过其上部的球体结构与球铰底座(503)相连，组成球副。
4.根据权利要求3所述的一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，所述越障爬杆机构包括伸缩机构(205)，所述伸缩机构(205)设置于无人机机身(201)正下方，旋翼马达(206)设置于无人机机身(201)内部，位于旋翼(102)正下方。
5.根据权利要求4所述的一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，所述除障机构包括除障连动杆(601)、固定杆(602)、除障块(603)、除障刀片(604)和固定内圈(605)；所述除障连动杆(601)总共有4根，分为前后两对，前侧的两根除障连动杆(601)分别与两个除障块(603)相连，除障刀片(604)安装在两个除障块(603)的表面，后侧的两根除障连动杆(601)分别通过两个固定内圈(605)与两个固定内圈(605)相连。
6.根据权利要求5所述的一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，所述伸缩机构(205)包括连动杆(401)、固定盖(402)、抓夹(403)、伸缩片(404)、伸缩机构连接与机身抬降端口(405)、固定螺栓(406)、主连动块(407)和固定端壳(408)；所述抓夹(403)总共有4个，分为前后两对，两对抓夹分别通过前后的两个主连动块(407)与前后两个固定端壳(408)相连；
所述固定盖(402)总共有前后两个，每个通过固定螺栓(406)与前后两个固定端壳(408)紧密相连；每个固定盖(402)配有一个连动杆(401)，连动杆(401)与无人机的机身(201)下方小孔配合；所述伸缩片(404)彼此相连，左右两端的伸缩片(404)与固连在固定端壳(408)上的伸缩机构连接与机身抬降端口(405)相连。
7.根据权利要求6所述的一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，所述旋翼(102)安装在保护壳(202)内。
8.根据权利要求7所述的一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，所述光伏系统(101)包括太阳能板。
9.根据权利要求8所述的一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，所述无人机工作过程包括地面待机、起飞过程、下落过程；
所述地面待机包括：所述无人机在未起飞时处于收缩待机状态，此时无人机的机身(201)中的无人机机身伸缩杆(104)收缩至最短状态，伸缩机构(205)也缩至最短状态，同时，抓夹(403)和除障连动杆(601)处于展开待机状态，无人机此时依靠起落架(203)平稳地置于地面上；
所述起飞过程包括针对无需除障和越障的一般行进过程、针对需要越障的行进过程、针对需要除障的行进过程和针对巡检高压电塔过程；
所述针对无需除障和越障的一般行进过程包括：
当无人机到达指定区域后，无人机会在图像系统(204)的辅助下，由驾驶员操作，缓慢下落至合适位置，随后伸缩机构(205)的前后两对抓夹(403)收拢，牢固地抓住高压电线，在此过程中除障机构仍处于展开待机状态，无人机机身伸缩杆(104)和伸缩机构(205)仍处于收缩状态；
所述针对需要越障的行进过程包括：
步骤a1，无人机行进方向前侧机体越障，具体包括：
步骤a1-1，行进方向前侧的抓夹(403)张开；
步骤a1-2，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口(405)将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆(104)抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆(104)在滑槽(701)中的可上滑范围；
步骤a1-3，伸缩机构(205)和无人机机身伸缩杆(104)将同步伸长，将无人机行进方向前侧的机体推过障碍物，推动前进的距离为无人机的机身(201)在闭合状态时在行进方向长度的X倍；
步骤a1-4，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口(405)将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆(104)下滑，下滑至抬升前的高度；
步骤a1-5，行进方向前侧的抓夹(403)闭合，重新抓住高压输电线；
步骤a2，无人机行进方向后侧机体越障，具体包括：
步骤a2-1，行进方向后侧的抓夹(403)张开；
步骤a2-2，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口(405)将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆(104)抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆(104)在滑槽(701)中的可上滑范围；
步骤a2-3，伸缩机构(205)和无人机机身伸缩杆(104)将同步收缩，将无人机行进方向后侧的机体拉过障碍物，并且使无人机行进方向前后两侧的机体再次合并；
步骤a2-4，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口(405)将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆(104)下滑，下滑至抬升前的高度；
步骤a2-5，行进方向后侧的抓夹(403)闭合，重新抓住高压输电线；
步骤a1～步骤a2结束后，无人机完成一次越障流程；
所述针对需要除障的行进过程包括：
当无人机到达指定区域后，无人机会缓慢下落至合适位置，随后，除障机构的四个除障连动杆(401)开始合并，合并完全时，行进方向前侧除障机构的除障块(603)开始旋转，行进方向后侧的除障机构与高压电线形成紧密的配合，随后利用推力平衡原理以及定轨设置，使其按照固定的工作路径开始除障，当运动途径中出现障碍时，正在旋转的除障块用其表面的除障刀片(604)将其去除；
所述针对需要除障的行进过程中，还包括需要越障的行进过程：
步骤b1，无人机行进方向前侧机体越障，具体包括：
步骤b1-1，行进方向前侧的抓夹(403)和除障连动杆(601)张开；
步骤b1-2，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口(405)将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆(104)抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆(104)在滑槽(701)中的可上滑范围；
步骤b1-3，伸缩机构(205)和无人机机身伸缩杆(104)将同步伸长，将无人机行进方向前侧的机体推过障碍物，推动前进的距离为无人机机身(201)在闭合状态时在行进方向长度的X倍；
步骤b1-4，无人机行进方向后侧的伸缩机构连接与机身抬降端口(405)将推动无人机行进方向前侧的机体和无人机机身伸缩杆(104)下滑，下滑至抬升前的高度；
步骤b1-5，行进方向前侧的抓夹(403)和除障连动杆(301)闭合，重新抓住高压输电线；
步骤b2，无人机行进方向后侧机体越障，具体包括：
步骤b2-1，行进方向后侧的抓夹(403)和除障连动杆(601)张开；
步骤b2-2，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口(405)将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆(104)抬升，使它们的高度略高于障碍物，上升范围为无人机机身伸缩杆(104)在滑槽(701)中的可上滑范围；
步骤b2-3，伸缩机构(205)和无人机机身伸缩杆(104)将同步收缩，将无人机行进方向后侧的机体拉过障碍物，并且使无人机行进方向前后两侧的机体再次合并；
步骤b2-4，无人机行进方向前侧的伸缩机构连接与机身抬降端口(405)将推动无人机行进方向后侧的机体和无人机机身伸缩杆(104)下滑，下滑至抬升前的高度；
步骤b2-5，行进方向后侧的抓夹(403)和除障连动杆(301)闭合，重新抓住高压输电线；
步骤b1～步骤b2结束后，无人机完成一次在除障中需要越障的流程；
所述针对巡检高压电塔过程包括：
操控无人机升至指定空域，随后切换至自动飞行巡逻检查模式，让无人机按照固定的飞行路线在高压电塔周围的指定空域进行循环巡检，技术部门通过图像系统(204)实时检查高压电塔，评估高压电塔在不同方面地损坏及倒塌的可能性，并制定相应的解决方案。
10.根据权利要求9所述的一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机，其特征在于，所述下落过程包括：
工作完成后，无人机伸长杆(104)和伸缩机构连接与抬降端口(405)收缩至最短状态，无人机的机身(201)处于合并状态，越障爬杆机构的抓夹(403)和除障连动杆(601)均处于张开状态，随后操控无人机在脱离开电线后离开工作区域；下降后，无人机依靠起落架(203)平稳地落于地面；
在地面待机、起飞过程、下落过程中，太阳能板持续将太阳能转化为电能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310412833.8A CN116620582A (zh) | 2023-04-18 | 2023-04-18 | 一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310412833.8A CN116620582A (zh) | 2023-04-18 | 2023-04-18 | 一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116620582A true CN116620582A (zh) | 2023-08-22 |
Family
ID=87620177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310412833.8A Pending CN116620582A (zh) | 2023-04-18 | 2023-04-18 | 一种自动化爬杆式高续航可除障高压电路巡检无人机 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN116620582A (zh) |
-
2023
- 2023-04-18 CN CN202310412833.8A patent/CN116620582A/zh active Pending
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