CN205085049U - 一种基于无人机的带电清洗绝缘子装置 - Google Patents

Abstract

一种基于无人机的带电清洗绝缘子装置，包括机架(4)、螺旋桨机翼，其特征是：在无人机腹部安置有摄像机(5)，在机架(4)上分别安装有清洁剂喷头(1)、高压喷头(2)、低压喷头(3)，其中清洁剂喷头(1)、高压喷头(2)和低压喷头(3)分别采用不同阀门控制，阀门的开度采用连接在无人机上飞行控制系统的舵机进行控制；控制阀门开度通过地面站的传输信息，不同阀门的开度通过地面站设置不同的按钮传输给无人机飞行控制系统进行调节。本实用新型的有益效果是：可以灵活方便的清洗绝缘子，相比人工喷水清洗，可以节约水资源，降低人工作业的风险。在清洗效果方面，采用三个喷头且有针对性的清洗，提高了绝缘子清洗的效率。

Description

一种基于无人机的带电清洗绝缘子装置

技术领域

本实用新型属无人机应用技术领域，采用三个喷头切换来对不同程度的积污进行清除，可有效去除绝缘子中绝大部分污垢，同时可以广泛用于清洗各种电力设备中的绝缘子。

背景技术

绝缘子表面上污秽层是由空气中悬浮的固体、液体或气体微粒的沉积而形成的，积污过程与绝缘子等绝缘子的形状、污源的性质、气象条件等有关。在污秽层中沉积的污秽物质有可溶解性物质和不可溶解性物质，一般来讲，污秽物中含有NaCl、CaSO4及其他成分。绝缘子表面灰密不同，污闪电压也不同，灰密增大，污闪电压将降低，反之增大；污秽物的不同成分对绝缘子的污闪特性的影响也不同，一般来说，NaCl比CaSO4、CaCl2、MgSO4等物质的影响大一些。

目前电力行业中对于绝缘子的清洗主要是使用机械手臂来清洗，而机械手臂的清洗却缺乏灵活性，笨重且造价昂贵，不便于运输。多旋翼的无人机作为新兴科技的结晶，不仅具有强大的机动性、方便搬运，而且还能很直接、快速的解决许多工人们难以解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是利用无人机上搭载不同的喷头来清洗绝缘子上的积污，通过优化的结构设计装置来达到清洗目的，可广泛用于各类无人机上。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来实现的。

一种无人机清洗带电绝缘子装置，包括机架、螺旋桨机翼，本实用新型特征是：在无人机腹部安置有摄像机，在机架上分别安装有清洁剂喷头、高压喷头、低压喷头，其中清洁剂喷头、高压喷头和低压喷头分别采用不同阀门控制，阀门的开度采用连接在无人机上飞行控制系统的舵机进行控制；控制阀门开度通过地面站的传输信息，不同阀门的开度通过地面站设置不同的按钮传输给无人机飞行控制系统进行调节。

本实用新型将无人机的机架的空间构造设为椭球凹面状，同时在其中放入清洁剂喷头、高压喷头、低压喷头；三根喷管均采用环形喷管，喷口对准同一方向；摄像机通过连接机架的机械转动装置设置在机架腹部。同时保持摄像头与喷头的安全距离，避免摄像头进水损坏。

本实用新型采用无线数传控制飞行控制器，机架采用质量轻硬度高的碳纤维材料，采用合理的机械结构设计来安装，清洁剂喷头、高压喷头、低压喷头三个喷管采用焊接将其固定在无人机机架上，三根喷管从左到右依次摆放，左右两根对称放置；将各喷管阀门分别连接在各自喷头前段，并用可控舵机来连接控制阀门开关大小，同时在机架腹部还安装有超声波测距仪，用以保持无人机工作的安全距离。

本实用新型通过在无人机的机架上安装三个不同功能的喷头，并固定喷头流量来计算高压喷头产生的实时动量矢量，并将测得的数据反馈给无人机飞行控制系统；无人机的飞行控制系统会通过内置算法产生向前的动量并与当前时刻的高压喷头产生的向后动量保持大小相等方向相反，保证无人机飞行的稳定性，并将此时无人机与绝缘子的距离和实时的清洗监控画面通过数传电台传回地面站，提供给操作者。

本实用新型通过优化无人机的结构设计，将三个喷头分别在机架上并行排列，并将其对准同一个清洗点，当工作时控制三个喷头分别进行各自的工作，结合为无人机机身上的一部分，通过飞控系统一起控制三个阀门的开关顺序。同时通过减重优化设计，选择质量轻，强度高的阀门和环形喷头，能增加无人机的灵活性和续航能力。

本实用新型的有益效果是：可以灵活方便的清洗绝缘子，相比人工喷水清洗，可以节约水资源，降低人工作业的风险。在清洗效果方面，采用三个喷头且有针对性的清洗，提高了绝缘子清洗的效率。

本实用新型解决的技术问题是：

超声波测距模块根据其数据稳定，支持多种接口并且响应性好的特性，一般我们将其应用在移动平台上。这种传感器的设计基于声纳原理。通过监测发射一连串调制后的超声波及其回波的时间差来得知传感器与目标物体间的距离值。

在无人机上安装三个喷头，并在地面站用三个不同的按钮来控制。将喷头开关信号反馈到无人机飞行控制系统，这样，无人机控制系统就可以获得当前时刻各喷头的流量。无人机可通过其内置的飞行控制器来调节自身速度，来平衡各个喷头喷清洁剂或水时向后产生的动量，即可保持无人机的稳定。

其中无人机整体质量为m₁，向前的速度为v₁，高压喷头固定在无人机机架上，喷水流量为Q，喷出水质量为m₂，喷出速度为v₂，则：

根据动量守恒有：m₁v₁＝m₂v₂(1)

流量公式为：Q＝S×v(2)

由流量Q和喷嘴截面积S已知，由(1)(2)可以得出高压喷头在单位时间产生的动量为：

$p=m_2{v}_2=\mathrm{\ρ}\×V\×\frac{Q}{S}=\frac{{\mathrm{\ρQ}}^2}{S}---\left(3\right)$

得无人机向前的飞行速度为： $v_1=\frac{{\mathrm{\ρQ}}^2}{m_{1}S}---\left(4\right)$

即当保持无人机在v₁的速度下飞行可以保持稳定，当喷头的流量变化时，不断调整无人机向前的速度v₁能保持无人机平衡来清洗绝缘子，同时也能保证监控画面的清晰。

无人机在设计安装三个阀门管道和摄像机时，需要充分考虑这些装置的结构特点来分布设计。首先，三个阀门管道的重量不能太大，可以选择质量轻、强度高的材料；其次，摄像机在工作时不能被其他器件所遮挡，可以将摄像头悬挂在无人机下方，且便于随时调整观察角度；最后，可以优化无人机的设计结构，通过模块化的设计，将三个喷管以功能块为单位进行结构设计，将其按照同样的大小材质来设计安装，实现其荷载、外形和重量的优化。

附图说明

图1是无人机的结构示意图。图中1.清洁剂喷头2.高压喷头3.低压喷头4.机架5摄像机6超声波测距模块

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

见图1，一种无人机清洗带电绝缘子装置，包括机架4、螺旋桨机翼，本实用新型特征是：在无人机腹部安置有摄像机5，在机架4上分别安装有清洁剂喷头1、高压喷头2、低压喷头3，其中清洁剂喷头1、高压喷头2和低压喷头3分别采用不同阀门控制，阀门的开度采用连接在无人机上飞行控制系统的舵机进行控制；控制阀门开度通过地面站的传输信息，不同阀门的开度通过地面站设置不同的按钮传输给无人机飞行控制系统进行调节。

本实用新型将无人机的机架的空间构造设为椭球凹面状，同时在其中放入清洁剂喷头1、高压喷头2、低压喷头3；三根喷管均采用环形喷管，喷口对准同一方向；摄像机5通过连接机架的机械转动装置设置在机架腹部。同时保持摄像头与喷头的安全距离，避免摄像头进水损坏。

本实用新型采用无线数传控制飞行控制器，机架4采用质量轻硬度高的碳纤维材料，采用合理的机械结构设计来安装，清洁剂喷头1、高压喷头2、低压喷头3三个喷管采用焊接将其固定在无人机机架上，三根喷管从左到右依次摆放，左右两根对称放置；将各喷管阀门分别连接在各自喷头前段，并用可控舵机来连接控制阀门开关大小，同时在机架4腹部还安装有超声波测距仪6，用以保持无人机工作的安全距离。

本实用新型通过在无人机的机架上安装三个不同功能的喷头：清洁剂喷头、高压喷头、低压喷头，并固定喷头流量来计算高压喷头产生的实时动量矢量，并将测得的数据反馈给无人机飞行控制系统；无人机的飞行控制系统会通过内置算法产生向前的动量并与当前时刻的高压喷头产生的向后动量保持大小相等方向相反，保证无人机飞行的稳定性，并将此时无人机与绝缘子的距离和实时的清洗监控画面通过数传电台传回地面站，提供给操作者。

本实用新型通过优化无人机的结构设计，将三个喷头分别在机架上并行排列，并将其对准同一个清洗点，当工作时控制三个喷头分别进行各自的工作，结合为无人机机身上的一部分，通过飞控系统一起控制三个阀门的开关顺序。同时通过减重优化设计，选择质量轻，强度高的阀门和环形喷头，能增加无人机的灵活性和续航能力。

用户通过优化无人机的结构设计，将三个喷头分别在机架上并行排列，并将其模块化，结合为无人机机身上的一部分，通过飞控系统一起控制三个阀门的开关顺序。同时通过减重优化设计，选择质量轻，强度高的阀门和喷头，能增加无人机的灵活性和续航能力。

本实施例如图1是无人机的结构示意图，其中，1是清洁剂喷管2是低压喷管，3是高压喷头，4是监控摄像头，5是超声波测距模块，6是机架。超声波测距模块安装在无人机机架上方，摄像机安装在机架下方，需要保证其不被遮挡。

在本装置的结构设计中，无人机需要搭载三个喷头和摄像机，同时还要时刻保持飞行的平衡性，这就需要尽可能的简化负载装置，并采用轻重量、高强度的材料来减轻无人机的荷载。

对于喷头的结构设计，则直接利用飞控系统输出信号来控制其阀门的开关，并将其作为无人机系统的一部分进行模块化设计，将三个喷头安装在无人机机架的前端，进行机械固定，并对准同一个方向，保证喷头能正常工作。超声波测距模块是保持无人机工作时的安全距离，需要放在无人机的机架正中间且不被遮挡，同时也避免工作时的水流弹回，进入机械设备而影响工作。最重要部分是要根据实际任务载荷需求及重量控制需求，来进行结构减重设计的反馈，设计合适的装置构造。主要包括整机结构中加入喷头的机械设计、模块化设计和减重优化。实现多旋翼飞行器的清洗工作，方便工作人员操作和对设备的维护。

Claims (3)

1.一种基于无人机的带电清洗绝缘子装置，包括机架(4)、螺旋桨机翼，其特征是：在无人机腹部安置有摄像机(5)，在机架(4)上分别安装有清洁剂喷头(1)、高压喷头(2)、低压喷头(3)，其中清洁剂喷头(1)、高压喷头(2)和低压喷头(3)分别采用不同阀门控制，阀门的开度采用连接在无人机上飞行控制系统的舵机进行控制；控制阀门开度通过地面站的传输信息，不同阀门的开度通过地面站设置不同的按钮传输给无人机飞行控制系统进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的带电清洗绝缘子装置，其特征是：将无人机的机架的空间构造设为椭球凹面状，同时在其中放入清洁剂喷头(1)、高压喷头(2)、低压喷头(3)；三根喷管均采用环形喷管，喷口对准同一方向；摄像机(5)通过连接机架的机械转动装置设置在机架腹部。

3.根据权利要求1或2所述的一种带电情况下一种基于无人机的带电清洗绝缘子装置，其特征是：采用无线数传控制飞行控制器，机架(4)采用碳纤维材料；清洁剂喷头(1)、高压喷头(2)、低压喷头(3)三个喷管采用焊接将其固定在无人机机架上，三根喷管从左到右依次摆放，左右两根对称放置；将各喷管阀门分别连接在各自喷头前段，并用可控舵机来连接控制阀门开关大小，同时在机架(4)腹部还安装有超声波测距仪(6)，用以保持无人机工作的安全距离。