CN212626849U - 一种飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型发明提出一种飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置,装置包括飞行机构、行走机构、本体控制箱三部分。飞行机构由六旋翼无人机和上下线引导机构组成，完成飞行功能；行走机构由行走轮和压紧轮组成，完成线上行走功能；本体控制箱由飞控模块、行走控制模块、内部状态感知模块、外部环境监测模块、无线通信模块组成，完成飞走切换、状态感知、环境监测、远程控制。该装置的特点是可飞可走，通过多旋翼为动力，解决巡检设备上下线和翻越塔头问题；通过行走轮为动力，配合压紧机构解决巡检设备自动适应档段内滑行、爬坡、保护、穿越水平障碍等问题；同时为后续该装置进行多传感器集成的巡检方法提供物理保障。

Description

一种飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置

技术领域

本实用新型涉及架空输电线路的检测领域，具体涉及一种架空输电线路巡线用可飞可走的自动巡检装置。

背景技术

随着我国电力系统的发展，高压、特高压等输电线路的建设，输电线路里程也越来越长，输电线路可靠传输电能已成为我国经济快速发展和保证国民日常生活基本保障。我国输电线路分布广泛，电力部门每年都会投入大量的人力物力财力进行定期的巡线工作。长期以来不仅造成经济损失，而且浪费大量的人力物力财力。另一方面高压线经常受风吹日晒、材料老化的影响，出现断股、磨损等有害情况的发生，导致严重事故，造成大面积停电。

目前的巡线方式主要有人工、车载、机载和机器人四种。其中人工巡线劳动强度大、准确率低，而且人工巡线也不能到达人迹相对罕见地带进行工作。因此人们亟待寻求可行的替代巡线模式。车载巡线只能巡检沿交通线布设的线路。机载巡线又可分为直升机、大型无人机、旋翼无人机三种。直升机和大型无人机可以同时搭载传感设备进行大面积联合作业。但难以贴近输电线路实施精细化巡检，而且采集费用和技术门开过高，其中直升机还受天气、环境等制约。旋翼无人机体积小、巡检线路精细化高，但其载荷有限、续航时间短。机器人巡线可以沿电力线深入人们难以到达的地带锁定线路进行精细化巡检，但机器人巡线需要人工或在电塔线上安装专门的吊装设备供其越过电塔，以及机器人体积重、设计和控制系统过于复杂。

因此根据现有的架空输电线路的巡检作业设备亟需一种既机动灵活、可适应各类线路越障，又能解决能耗问题、针对输电通道精细化巡检的自动巡检设备。

发明内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供了一种飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置以解决现有巡检装置无法满足灵活越障和长距离精细化巡检兼顾的等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

提供一种飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其包括由两个相同的八面体薄板和六个旋翼臂转接头通过螺栓连接呈现八面体中空箱体，旋翼臂连接旋翼臂转接头可绕箱体旋转，实现旋翼臂打开和收放。箱体上设置6个旋翼电动机；箱体内设置有飞控模块、行走控制模块、内部状态感知模块、无线通讯模块、电源模块；箱体的上端设置有外部环境监测模块；箱体内设置的内部状态感知模块、无线通讯模块和所述的外部环境监测模块的信号输入端电连接；箱体的上端设置有位于地线一侧的机械臂和与地线相接触的电动行走机构；所述箱体的上端设置有电动行走机构相互配合的压紧机构；电动行走机构、压紧机构和旋翼电动机分别连接控制系统的输出端；无线通讯模块与控制系统电连接；电源模块的输出端分别连接控制系统、无线通讯模块、内部状态感知模和无线通讯模块。

进一步地，飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，还包括电动行走机构，电动行走机构包括设置在地线一侧的机械臂和与地线相接触的行走轮，以及至少两个与地线接触的从动轮；机械臂上设置有行走电机、轴承、编码器、编码器接盘、行走轮轴、电机减速器。行走电机法兰、温度传感器、速度传感器和角位移传感器；温度传感器、速度传感器和角位移传感器和电源的输出端电连接；行走电机与所述的控制系统电连接。

进一步地，飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，还包括压紧机构，压紧机构包括设置在箱体上的导轨装置带有螺纹的滑块；与滑块相互配合的丝杠；与所述的行走轮相互配合的压紧轮；所述丝杠的末端安装有齿轮与升降电机轴上安装的齿轮相互配合构成齿轮组传动。导轨装置上安装有行程开关模块；所述的升降驱动装置上安装有速度传感器和转速传感器，用于检测升降驱动电机的速度和转速；所述的行程开关模块、升降驱动电机与所述的控制系统的输出端电连接。

进一步地，飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置包括控制系统、巡检系统、导航系统、机械系统和基站管理系统五个系统组成。

进一步地，飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于：所述的控制系统、巡检系统、导航系统、机械系统和基站管理系统包括速度传感器、高度传感器、陀螺仪、GPS定位模块、超声波传感器、气压传感器、转速传感器、角位移传感器、压力传感器。测距传感器。

本实用新型的有益效果如下：

飞走式多旋翼架空输电线路巡检装置相比较其他电路巡线设备，本实用新型更加智能化、质量轻、体积小、机动灵活且能快速挂线，能量消耗小、续航时间长、且能够越过防震锤、飞跃塔线。

本实用新型设计成飞走式多旋翼设备，是因为旋翼机更加机动灵活，且能快速挂线，减少人工挂线的可能。同时可适应飞跃各种悬垂型障碍物或各类塔头。飞走模式转换解决了无人机巡线中续航时间短、能耗消耗大的问题。

本实用新型设计的飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置中的线上电动行走机构原因在于巡线设备挂在线上，由电缆负重，可以大大节省能量消耗，增加巡线过程中航行时间；同时以电力线为导轨，可以简化导航系统；由于挂在电力线上，巡线更加稳定。线上电动行走机构中有编码器、电机减速器、角位移传感器使飞走式多旋翼架空输电线路设备自动适应档段内滑行、爬坡、保护、穿越水平障碍。

本实用新型设计中的压紧机构可以防止飞走式多旋翼电路巡检装置在线上巡检过程中脱离电线掉落，从而有效的保护该装置。

本实用新型设计的飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置挂线于地线，对其他相线进行巡检。在地线上完成飞走模式装换，越过防震锤、塔头等障碍物。

附图说明

图1是本实用新型的一种飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置立体示意图；

图2是本实用新型的一种飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置立体示意图；

图3、图4是本实用新型中电路信号示意图；

图5是本实用新型中线上行走模块机构示意图；

图6是本实用新型中升降驱动装置机构示意图；

图7是本实用新型中升降驱动装置中压紧机构示意图；

图8是本实用新型中一种飞走式六旋翼巡线无人机工作时跨越防震锤过程示意图一；

图9是本实用新型中一种飞走式六旋翼巡线无人机工作时跨越防震锤过程示意图二；

图10是本实用新型中一种飞走式六旋翼巡线无人机工作时跨越防震锤过程示意图三；

图11、图12、图13是本实用新型中一种飞走式六旋翼巡线无人机工作时跨越线塔和线夹过程示意图；

图14越障的流程示意图；

其中：1—箱体，2—旋翼电机，3—旋翼，4—旋翼护罩，5—旋翼臂旋转头，6—摄像头，7—旋翼臂，8—辅压紧轮，9—压紧轮杆件，10—从动轮，11—行走轮，12—主动轮法兰，13—机械臂，14—滑块，15—丝杠，16—升降驱动电机，17—行走轮轴承，18—编码器，19—编码器接盘。20—电机减速器，21—行走轮轴，22-行走驱动电机，23—从动齿轮，24--主动齿轮，25—升降驱动电机轴，26—导轨装置，27—主压紧轮，28—正行程开关，29—逆行程开关，30—电源模块，100—地线，200—线上行走装置，300—升降压紧机构，400—防震锤，500—线夹。

具体实施方式

为使本实用新型实施例中的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

本实用新型的核心在于提供一种飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，用于巡检电线以解决现有电路巡检设备中质量重、巡线过程中机动不灵活，减轻人工巡检强度、巡检设备巡检过程中能耗消耗大、续航时间短、无法越过塔线等问题。

本实用新型的另一个核心在于提供一种飞走模式相互转换的电线巡检装置。

请参阅图2-图7，该飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，包括由两个相同的八面体薄板和六旋翼臂转接头（5）通过螺栓连接呈现八面体中空箱体（1）；旋翼臂（7）连接旋翼臂转接头（5）可绕箱体旋转，实现旋翼臂的打开和收放；所述的箱体（1）上设置有6个旋翼臂（7）；每个旋翼臂（7）上安装有旋翼电机（2）；所述的箱体（1）内设置有飞控模块、行走控制模块、内部状态感知模块、无线通讯模块、电源模块（30）；所述箱体（1）的上端设置有外部环境监测模块；所述的箱体（1）内设置的内部状态感知模块、无线通讯模块和所述的外部环境监测模块的信号输入端电连接；所述箱体（1）的上端设置有位于地线（100）一侧的机械臂（13）和与地线（100）相接触的电动行走机构；所述箱体（1）的上端设置有电动行走机构相互配合的压紧机构；电动行走机构、压紧机构和旋翼电机（2）分别连接控制模组的输出端；所述的无线通讯模块与控制模组电连接；所述的电源模块（30）的输出端分别连接控制模组无线通讯模块、内部状态感知模和无线通讯模块。

电动行走机构包括设置在所述地线（100）一侧的机械臂（13）和与地线（100）相接触的行走轮（11），以及至少两个与地线接触的从动轮（10）；机械臂（13）上设置有行走电机（22）、轴承（17）、编码器（18）、编码器接盘（19）、轮轴（21）、电机减速器（20）。行走电机法兰（12）、温度传感器、速度传感器、角位移传感器；所述的温度传感器、速度传感器和角位移传感器和电源模块（30）的输出端电连接；行走电机（22）与所述的控制系统电连接。

压紧机构包括设置在箱体（1）上的导轨装置（26）、带有螺纹的滑块（14）；与滑块（14）相互配合的丝杠（15）；与所述的行走轮（11）相互配合的主压紧轮（27）、辅压紧轮（8）；所述丝杠（15）的末端安装有齿轮与升降电机轴上安装的主动齿轮（24）相互配合构成齿轮组传动。所述的导轨装置（26）上安装有行程正行程开关（28）、逆行程开关（29）；所述的升降驱动装置上安装有速度传感器和转速传感器，用于检测升降驱动电机的速度和转速；所述的行程正行程开关（28）、逆行程开关（29）升降驱动电机（16）与所述的控制模组的输出端电连接。所述的速度传感器和转速传感器和电源模块（30）的输出端电连接。

根据飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，包括内部状态感知模块，所述的内部状态感知模块，包括巡检时多旋翼巡检设备运动状态识别。具体包括多旋翼巡检设备巡检时的位置检测、内部各个电流信号检测和巡检设备自身的运动状态检测，具体1、检测各个驱动轴的电流，并根据各个检测的电流判断运动状态。2、检测压紧机构到达极限时的位置状态。3、检测行走轮的位置状态。所述的内部状态感知模块和所述的电源模块（30）的输出端电连接。

根据飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于：还包括外部环境监测模块，所述的外部环境监测模块包括全局环境识别和局部环境识别。全局环境识别包括整个巡线过程，由GPS定位感应器和高清摄像头组成。实时检测巡检设备的整个巡线过程。来确定巡检设备巡检线路的全局环境。局部环境识别是指巡检设备巡线过程，具体包括测距传感器和倾角传感器，由测距传感器完成对防震锤和塔线的测距和定位，由倾角传感器来识别巡检设备当前运行的坡度。所述地外部环境监测模块与所述电源模块（30）的输出端电连接。

根据飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于包括控制系统、巡检系统、导航系统、机械系统和基站管理系统五个系统组成。

根据飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于包括控制系统、巡检系统、导航系统、机械系统和基站管理系统包括速度传感器、高度传感器、陀螺仪、GPS定位模块、超声波传感器、气压传感器、转速传感器、角位移传感器、压力传感器。测距传感器。

如图2、图3、图4、图8-图14所示，该飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置的越障过程如下：

S1、飞走式多旋翼巡检装置由感应飞行姿态的陀螺仪、GPS定位模块、超声波传感器、气压传感器等功能传感器和控制电路控制该装置从地面起飞靠近地线100，在上下线引导装置的引导下挂于地线。控制系统中地控制电路控制旋翼电动机停止工作，之后再由控制系统中的控制电路控制线上行走电动机和压紧机构中的压紧电机开始工作。飞走式多旋翼巡检装置中的电动行走机构在地线上行走，压紧机构配合线上行走机构压紧电线。箱体中导航系统中的全局环境识别、局部环境识别和飞走式多旋翼巡检装置状态识别开始工作，根据高清摄像头、GPS定位模块和测距传感器判断是否检测到防震锤或接近线塔。如果是则进入S2,否则继续在线上行走判断。

S2、1检测到防震锤时，GPS定位模块和测距传感器向控制系统反馈信号。控制系统根据反馈的信号由控制电路控制压紧机构中的压紧电机，使滑块（14）向下运动到达逆行程开关（29）处，驱动电机停止工作。升降驱动机构中的压紧轮降到最低点。飞走式多旋翼巡检设备在线上行走轮带动下通过防震锤。

S2、2检测到接进线塔时，GPS定位模块和测距传感器向控制系统反馈信号。控制系统根据反馈的信号由控制电路控制行走电机停止工作，继而又由控制系统中的控制电路控制压紧电机工作，压紧电机工作使滑块（14）向下运动到达逆行程开关（29）处，升降电机停止工作。最后，由控制系统中的控制电路控制旋翼电机开始工作。之后，飞走式多旋翼巡检装置飞离线塔。

S3、1当飞走式多旋翼巡检设备中的越过防震锤时，GPS定位模块和测距传感器检测信号并向控制系统发送信号

控制系统根据反馈的信号由控制电路控制升降驱机构中的升降电机。升降电机开始工作，驱动滑块（14）达到正行程开关（28）处，升降驱动电机停止工作。压紧机构中的压紧轮和行走轮配合压紧电线。使飞走式多旋翼巡检设备继续巡检电路。

S3、2旋翼电机提供动力，飞走式多旋翼巡检设备飞跃塔头。

S4、1重复S1过程。飞走式多旋翼巡检装置中的电动行走机构继续在地线上行走。箱体中导航系统中的全局环境识别、局部环境识别和飞走式多旋翼巡检装置状态识别开始工作，根据高清摄像头、GPS定位模块和测距传感器判断是否检测到防震锤或接近线塔。

S4、2飞走式多旋翼巡检设备重新挂线。重复S1过程。

综上所述，本实用新型提供了一种飞走式六旋翼巡线无人机。借助摄像头、GPS等多模块协同作用，这种飞走式六旋翼巡线无人机可以提高巡检线路的工作效率和改善经济效益，同时降低了人工巡检的成本。节约人力物力财力。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式。但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化均属于等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于：包括由两个相同的八面体薄板和多个旋翼臂转接头（5）通过螺钉连接呈现八面体中空箱体（1），所述的箱体（1）上至少设置4个旋翼电机（2）；所述的箱体（1）内设置有飞控模块、行走控制模块、内部状态感知模块、无线通讯模块、电源模块（30）；所述箱体（1）的上端设置有外部环境监测模块；所述的箱体（1）内设置的内部状态感知模块、无线通讯模块和所述的外部环境监测模块的信号输入端电连接；所述箱体（1）的上端设置有位于地线（100）一侧的机械臂（13）和与地线（100）相接触的电动行走机构；所述箱体（1）的上端设置有电动行走机构相互配合的压紧机构；电动行走机构、压紧机构和旋翼电机（2）分别连接控制系统的输出端；所述的无线通讯模块与控制系统电连接；所述的电源模块（30）的输出端分别连接控制模块、内部状态感知模块和无线通讯模块。

2.根据权利要求1 所述的飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于：所述的电动行走机构包括设置在所述地线（100）一侧的机械臂（13）和与地线（100）相接触的行走轮（11），以及至少两个与地线接触的从动轮（10）；

机械臂（13）上设置有行走电机（22）、轴承（17）、编码器（18）、编码器接盘（19）、行走轮轴（21）、电机减速器（20），行走电机法兰（12）、温度传感器、速度传感器和角位移传感器；行走电机（22）与所述的控制系统电连接。

3.根据权利要求2 所述的飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于：还包括压紧机构，所述的压紧机构包括设置在箱体（1）上的导轨装置（26）、带有螺纹的滑块（14）；与滑块（14）相互配合的丝杠（15）；与所述的行走轮（11）相互配合的主压紧轮（27）、辅压紧轮（8）；所述丝杠（15）的末端安装有从动齿轮（23）与升降电机轴上安装的主动齿轮（24）相互配合构成齿轮组传动，所述的导轨装置（26）上安装有行程正行程开关（28）、逆行程开关（29）；设有升降驱动装置，所述的升降驱动装置上安装有速度传感器和转速传感器，用于检测升降驱动电机的速度和转速；所述的速度传感器和转速传感器和电源模块（30）的输出端电连接：所述的行程正行程开关（28）、逆行程开关（29）、升降驱动电机（16）与所述的控制模组的输出端电连接。

4.根据权利要求1所述的飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于：所述的内部状态感知模块，包括多旋翼巡检设备运动状态识别，具体包括巡检时多旋翼巡检设备的位置检测、内部各个电流信号检测和巡检设备自身的运动状态检测；所述的内部状态感知模块和所述的电源模块（30）的输出端电连接。

5.根据权利要求1所述的飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于：还包括外部环境监测模块，所述的外部环境监测模块包括全局环境识别和局部环境识别，所述外部环境监测模块与所述电源模块（30）的输出端电连接。

6.根据权利要求1所述的飞走式多旋翼架空输电线路自动巡检装置，其特征在于：包括控制系统、巡检系统、导航系统、机械系统和基站管理系统五个系统组成。

Images