电力巡线无人机无线充电中继站、充电飞控系统及方法技术方案

公开了一种电力巡线无人机无线充电中继站、充电飞控系统及方法，所述无人机无线充电中继站，包括：充电平台，其设置在输电塔上，所述充电平台上具有给无人机充电的无线充电区域；电磁锁紧装置，用于在无人机充电时产生磁性吸引力将无人机吸附在所述充电平台上，和在无人机起飞时产生磁性排斥力使无人机弹射起飞；夹紧装置，用于从横向和纵向方向夹紧无线充电区域上的无人机；CT取电装置，从输电线上取电给充电平台、电磁锁紧装置和夹紧装置供电；控制器，连接无线充电区域内无线充电系统发射端、电磁锁紧装置和夹紧装置。无人机自动寻找最近的无线充电中继站进行电能补给，进行长距离不间断自主巡线。

Wireless charging relay station, charging flight control system and method of UAV for power line patrol inspection

【技术实现步骤摘要】
电力巡线无人机无线充电中继站、充电飞控系统及方法
本专利技术属于无人机电力巡线领域，具体涉及一种具有塔上无线充电的巡线无人机稳定降落与起飞系统。
技术介绍
电力输电线路部件的老化、自然环境灾害和外部人为损坏对电网输电线路的安全和稳定运行形成了严峻挑战。常规的人工检查方法不仅效率低，而且影响偏远地区的巡检人员人身安全。随着无人机技术的高速发展，多旋翼无人机已经开始逐步应用于电力设备巡检。但是人工操控无人机巡检的效率和质量取决于无人机操作员的技术水平，一定程度上容易造成失误，运行中难免发生事故。而且，单电池无人机续航能力有限，无法进行长时间、长距离巡检工作。
技术实现思路
针对长距离电力线路巡检的应用需求，本专利技术以巡检无人机为载体，设计了具有塔上无线充电的巡线无人机稳定降落与起飞系统。本专利技术中的无人机可以根据输电塔架的坐标信息，实现预设航迹点的自主飞行。并且，通过在固定距离的电力塔架上安装本专利技术的无线充电中继站，使得无人机根据自身电池情况，自主请求中继站坐标，飞行到最近的中继站中进行无线充电。本专利技术的定位杆装置与电磁锁定装置将保证充电过程中的无人机保持稳定，以便对准无线充电线圈，实现高功率的安全充电。因此本专利技术对于提升无人机在长距离不间断电力巡线中的实际应用有着至关重要的作用。根据本专利技术实施例的一方面，提供一种无人机无线充电中继站，包括：充电平台，其设置在输电塔上，所述充电平台上具有给无人机充电的无线充电区域；电磁锁紧装置，用于在无人机充电时产生磁性吸引力将无人机吸附在所述充电平台上，和在无人机起飞时产生磁性排斥力使无人机弹射起飞；夹紧装置，其包括横行夹紧机构和纵向夹紧机构，所述横行夹紧机构包括横向导轨，置于所述横向导轨上的两根横向滑动杆，以及驱动所述两根横向滑动杆在所述横向导轨上相向运动或反向运动的第一驱动组件；所述纵向夹紧机构包括纵向导轨、置于所述纵向导轨上的两根纵向滑动杆，以及驱动所述两根纵向滑动杆在所述纵向导轨上相向运动或反向运动的第二驱动组件；CT取电装置，从输电线上取电给充电平台、电磁锁紧装置和夹紧装置供电；控制器，连接无线充电区域内无线充电系统发射端、电磁锁紧装置和夹紧装置。在上述的无人机无线充电中继站，所述横向滑动杆和所述纵向滑动杆上设有压力传感器。根据本专利技术实施例的另一方面，提供一种电力巡线无人机无线充电飞控系统，包括：所述的无人机无线充电中继站；无人机；和地面监测站。根据本专利技术实施例的又一方面，提供一种电力巡线无人机无线充电飞控系统的控制方法，包括：在巡线过程中实时监测无人机电池剩余电量；如果电池低于阈值，则发送实时坐标至地面监测站，请求和获取最近的无人机无线充电中继站位置，然后自主导航至该无线充电中继站；无人机落在充电平台上后，无人机飞控系统将发送降落指令给无线充电中继站的控制器，控制器控制电磁锁紧装置产生磁性吸引力将无人机吸附在充电平台上；同时，控制器控制夹紧装置的第一驱动组件和第二驱动组件运行，使两个横向滑动杆和两个纵向滑动杆分别相向滑动，将无人机夹紧在无线充电区域；无线充电线圈通电，无线充电程序启动；实时监测充电信息与电池状态，判断是否充电完成；充电完成时，夹紧装置的两个横向滑动杆和两个纵向滑动杆分别反向运动，松开无人机起落架；无人机自主启动，电磁锁紧装置产生磁性排斥力将无人机弹射出，无人机复飞后可继续巡线；充电平台继续取电，至蓄电池充满后停止，然后启动待机模式。无人机实时监控自身电量，待电量低于阈值时循环以上步骤。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术为电力巡线无人机提供了塔上无线充电与稳定起飞降落系统。该系统通过在输电线路塔上设置无线充电中继站，利用安全的高压取电和对无人机的高功率无线充电技术，实现无人机长距离不间断巡线。本专利技术设计的无人机定位杆和磁力锁定装置能够使机体精确锁定于无线充电线圈正上方，完成安全的高功率充电，确保无人机定位准确、降落稳定、起飞安全。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1示出了无人机不间断电力巡线示意图。图2示出了根据本专利技术的一个实施例的无线充电中继站结构示意图。图3a示出了根据本专利技术的一个实施例的无线充电平台及高压CT取电装置的结构示意图。图3b示出了根据本专利技术的一个实施例的无线充电系统的框图。图4示出了根据本专利技术的一个实施例的无人机起落架的结构示意图。图5a示出了根据本专利技术的一个实施例的电磁锁紧装置204的框图。图5b示出了根据本专利技术的一个实施例的电磁锁紧装置204驱动电路的拓扑。图6示出了根据本专利技术的一个实施例的夹紧装置205的结构示意图。图7示出了根据本专利技术的一个实施例的电力巡线无人机无线充电飞控系统流程图。具体实施方式图1示出了无人机不间断电力巡线示意图。如图1，通过测量无人机搭载单块电池的飞行距离h0，在不大于h0的距离下间隔设置无线充电中继站，以便于无人机在巡线过程中可以根据自身电量情况，就近飞到最近的无线充电中继站进行无线充电。充电完成后，可以进行自主复飞，完成不间断的长距离电力巡线。图2示出了根据本专利技术的一个实施例的无线充电中继站结构示意图。如图2，无线充电中继站设置在输电塔201上，无线充电中继站包括充电平台202和CT取电装置，充电平台202上具有一个或多个无线充电区域203，无线充电区域203内具有无线电能发射线圈，无线充电区域203表面具有使无人机稳固停放的电磁锁紧装置204和夹紧装置205。无人机充电时，电磁锁紧装置204产生磁性吸引力将无人机吸附在充电平台202上。无人机起飞时，电磁锁紧装置204产生磁性排斥力将无人机弹射出，起到辅助无人机起飞的作用。而夹紧装置205则用于从纵向和横向方向夹紧正在充电的无人机。CT取电装置包括取能互感器207和取电线路208，取能互感器207从高压避雷线206上取出的电能经过取电线路208传输到充电平台202，给无线充电系统、电磁锁紧装置204和夹紧装置205供电。无线充电系统的逆变装置将电能转换为频率可调的高频交流电，驱动发射端谐振装置，发射端谐振装置将电能转换为高频交变磁场。无人机上的接收端谐振装置从周围磁场中拾取电能，经处理后为无人机上的接收线圈提供稳定的直流电能，实现对无人机电池的充电。图3a示出了根据本专利技术的一个实施例的充电平台202及高压CT取电装置的结构示意图。通过CT取电技术，取能互感器207取出的电能经过连接线S1、S2传输至整流滤波器、取电调节保护器、隔离稳压器，最后将能量储存于蓄电池中。蓄电池的电能经高频逆变模块和谐振补偿网络传输至无线充电区域203内的发射线圈。图3b示出了根据本专利技术的一个实施例的无线充电系统的框图。该无线充电系统包括位于无线充电中继站的电能发射端和位于无人机上的电能接收端。电能发射端包括高频逆变电路、原边补偿电路、控制器、驱动电路以及发射线圈。电能接收端包括接收线圈、副边补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机无线充电中继站，其特征在于，包括：/n充电平台，其设置在输电塔上，所述充电平台上具有给无人机充电的无线充电区域；/n电磁锁紧装置，用于在无人机充电时产生磁性吸引力将无人机吸附在所述充电平台上，和在无人机起飞时产生磁性排斥力使无人机弹射起飞；/n夹紧装置，其包括横行夹紧机构和纵向夹紧机构，所述横行夹紧机构包括横向导轨，置于所述横向导轨上的两根横向滑动杆，以及驱动所述两根横向滑动杆在所述横向导轨上相向运动或反向运动的第一驱动组件；所述纵向夹紧机构包括纵向导轨、置于所述纵向导轨上的两根纵向滑动杆，以及驱动所述两根纵向滑动杆在所述纵向导轨上相向运动或反向运动的第二驱动组件；/nCT取电装置，从输电线上取电给充电平台、电磁锁紧装置和夹紧装置供电；/n控制器，连接无线充电区域内无线充电系统发射端、电磁锁紧装置和夹紧装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机无线充电中继站，其特征在于，包括：
充电平台，其设置在输电塔上，所述充电平台上具有给无人机充电的无线充电区域；
电磁锁紧装置，用于在无人机充电时产生磁性吸引力将无人机吸附在所述充电平台上，和在无人机起飞时产生磁性排斥力使无人机弹射起飞；
夹紧装置，其包括横行夹紧机构和纵向夹紧机构，所述横行夹紧机构包括横向导轨，置于所述横向导轨上的两根横向滑动杆，以及驱动所述两根横向滑动杆在所述横向导轨上相向运动或反向运动的第一驱动组件；所述纵向夹紧机构包括纵向导轨、置于所述纵向导轨上的两根纵向滑动杆，以及驱动所述两根纵向滑动杆在所述纵向导轨上相向运动或反向运动的第二驱动组件；
CT取电装置，从输电线上取电给充电平台、电磁锁紧装置和夹紧装置供电；
控制器，连接无线充电区域内无线充电系统发射端、电磁锁紧装置和夹紧装置。


2.根据权利要求1所述的无人机无线充电中继站，其特征在于，所述横向滑动杆和所述纵向滑动杆上设有压力传感器。


3.一种电力巡线无人机无线充电飞控系统，其特征在于，包括：权利要求1或2所述的无人机无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪，要若天，陈晶，朱傲，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42