一种基于无人机控制的输电线路除冰装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于无人机控制的输电线路除冰装置及方法，属于基于无人机控制的输电线路除冰技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于无人机控制的输电线路除冰装置结构及除冰方法的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：在无人机的底部挂载有吊舱，吊舱上还设置有边缘计算装置，在吊舱的底部左右对称设置有一对固定机械臂、一对除冰机械臂、一对检测机械臂，各机械臂具体安装在吊舱底部设置的可伸缩的滑轨上，吊舱的内部还设置有用于驱动滑轨伸缩的滑轨电机；边缘计算装置还通过导线分别与无人机、固定机械臂、除冰机械臂、检测机械臂、滑轨电机、超声波定位传感器的控制端相连；本发明专利技术应用于输电线路除冰。本发明专利技术应用于输电线路除冰。本发明专利技术应用于输电线路除冰。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机控制的输电线路除冰装置及方法


[0001]本专利技术提供一种基于无人机控制的输电线路除冰装置及方法，属于基于无人机控制的输电线路除冰


技术介绍

[0002]近年来极端天气频发，雨雪冰冻天气影响范围和程度逐年增加，应对输电线路的覆冰灾害成为冬季保障电力安全供应的一项重要工作，输电线路覆冰将增大线路的机械载荷，并引发导线舞动、断线、倒塔以及绝缘子冰闪等现象，进而发展成大范围跳闸停电事故，给输电电网的正常运行带来严重威胁。
[0003]现阶段由于覆冰线路不受区域和时间限制，要求现场除冰人员克服环境因素，及时到达输电网的覆冰区段，人工除冰难度大，工作强度和危险系数高，且不能保证除冰质量，除冰效率低。
[0004]随着无人机和人工智能技术的快速发展，无人机及相关技术已在输电线路运维检修领域广泛应用，极大提升了巡检作业质效，因此将无人机与现有输电线路防冰技术融合应用，是未来解决线路覆冰的发展趋势。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于无人机控制的输电线路除冰装置结构及除冰方法的改进。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于无人机控制的输电线路除冰装置，包括无人机，所述无人机的底部挂载有吊舱，所述吊舱上还设置有边缘计算装置，在吊舱的底部左右对称设置有一对固定机械臂、一对除冰机械臂、一对检测机械臂，各机械臂具体安装在吊舱底部设置的可伸缩的滑轨上，所述吊舱的内部还设置有用于驱动滑轨伸缩的滑轨电机；在吊舱的两端还设置有超声波定位传感器；所述边缘计算装置还通过导线分别与无人机、固定机械臂、除冰机械臂、检测机械臂、滑轨电机、超声波定位传感器的控制端相连。
[0007]所述无人机的底部还设置有多个连杆，所述连杆上还设置有电磁铁，所述电磁铁能够通过通断电控制连杆与吊舱接触和分离；所述电磁铁通过导线与边缘计算装置相连。
[0008]所述连杆具体为空心杆，所述吊舱上还设置有多个盘线器，所述无人机的底部向下延伸设置有牵引绳，所述牵引绳的延伸端穿过连杆的空心部后缠绕在盘线器上。
[0009]在除冰机械臂的延伸端安装有超声波振动发生器，所述超声波振动发生器的延伸端与可旋转的机械轮盘相连，所述机械轮盘的内部设置有用于驱动机械轮盘旋转的第一轮盘电机；在机械轮盘的外侧安装有阶梯形变幅杆、悬链形变幅杆、指数形变幅杆和位置探
测杆，在各变幅杆的前端均安装有碎冰振子，所述碎冰振子的表面设置有斜式花纹；所述位置探测杆的后端还设置有第一压力传感器；所述边缘计算装置具体通过导线分别与超声波振动发生器、第一轮盘电机、第一压力传感器的控制端相连。
[0010]在检测机械臂的延伸端安装有检测轮盘，所述检测轮盘的内部设置有用于驱动检测轮盘旋转的第二轮盘电机；在检测轮盘的外侧安装有超声波覆冰厚度检测探头、耦合剂涂抹探头和冰面打磨探头，在各探头的后端均安装有第二压力传感器；所述耦合剂涂抹探头的内部设置有耦合剂存储箱、推动电机、机械推杆；所述边缘计算装置具体通过导线分别与第二轮盘电机、第二压力传感器、推动电机的控制端相连。
[0011]所述检测机械臂具体为标定机械臂，所述检测机械臂的延伸端安装有能够旋转的标定仓，所述标定仓具体为漏斗形状，所述标定仓的上方开口，标定仓的下方设置有切削装置，所述切削装置的一端还设置有覆冰厚度检测探头；所述边缘计算装置具体通过导线分别与切削装置、覆冰厚度检测探头的控制端相连。
[0012]一种基于无人机控制的输电线路除冰方法，包括如下输电线路除冰步骤：步骤一：在天气良好时，对目标线路进行三维点云建模，在此基础上规划自主作业路径，选择无人机作业起始位置在导线侧绝缘子挂点2米以外，与线路距离不超过3m的任意位置，线路覆冰时，上传需除冰线路的航线，无人机自主起飞，飞向作业起始点，切换控制方式，从既定航线控制无人机转变为以线路相对位置控制无人机；步骤二：控制无人机挂载的吊舱上设置的超声波定位传感器采集以下距离数据：吊舱左侧前端传感器到覆冰导线的距离S1；吊舱脚架前端左侧传感器到覆冰导线的距离S2；吊舱左侧后端传感器到覆冰导线的距离S3；吊舱脚架后端左侧传感器到覆冰导线的距离S4；吊舱右侧前端传感器到覆冰导线的距离S5；吊舱脚架前端右侧传感器到覆冰导线的距离S6；吊舱右侧后端传感器到覆冰导线的距离S7；吊舱脚架后端右侧传感器到覆冰导线的距离S8；吊舱下侧面前端左侧传感器到覆冰导线的距离S9；吊舱下侧面前端右侧传感器到覆冰导线的距离S10；吊舱下侧面后端左侧传感器到覆冰导线的距离S11；吊舱下侧面后端右侧传感器到导线的距离S12；基于采集到的上述距离数据控制无人机执行相应操作：当检测到S1＜S2，控制无人机向上飞行；当检测到S1＞S2时，且S1
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S2＞2m时，且S9＞0时，控制无人机向左飞行；当检测到S2=S6，或S4=S8，控制无人机停止左右移动，控制无人机机身水平转动；当检测到S2=S6且S4=S8时，控制无人机脚架朝两边收起，缓慢下落；
当检测到S9=S10=18cm或S11=S12=18cm时，判断无人机到达除冰位置，由边缘计算装置控制固定机械臂伸长，通过液压装置，使固定机械臂与覆冰导线固定牢靠；步骤三：控制电磁铁断电，此时盘线器松线，将无人机与吊舱脱离，控制检测机械臂对导线上覆冰厚度的检测，然后控制除冰机械臂除冰，在第一次除冰后，再次进行覆冰厚度的检测，如果仍有覆冰，则控制除冰机械臂继续除冰，直到检测到导线上无覆冰；步骤四：控制检测机械臂和除冰机械臂收起到吊舱下方，转动盘线器，收紧牵引绳，控制电磁铁上电，恢复无人机与吊舱的连接，然后松开并收回固定机械臂，并控制无人机飞离作业区段，回到规划航线点，切换为航线飞行模式，飞往下一作业位置或返航。
[0013]所述步骤三中控制除冰机械臂除冰的具体步骤为：控制一对除冰机械臂伸长，控制机械轮盘转动，将位置探测杆转到主工作位，当位置探测杆接触冰面后，且由第一压力传感器测量到的压力大于1N后，记录除冰机械臂伸长长度，然后收缩除冰机械臂，控制机械轮盘转动，将相应的变幅杆转到主工作位，再按照记录的长度，伸长除冰机械臂，使碎冰振子与覆冰冰面接触，开始除冰；此时控制超声波振动发生器依次发出25kHz、30kHz、35kHz、40kHz、45kHz的超声波，每个频率15s，在进行两次循环后，振动停止，控制检测机械臂对线路覆冰进行检测，如覆冰已消除，则控制收回除冰机械臂。
[0014]所述步骤三中控制检测机械臂检测覆冰厚度的具体步骤为：检测前需测算声波在当前覆冰的中的速度，在吊舱与覆冰导线固定后，控制标定机械臂伸长，控制标定仓进行90度旋转，使标定仓位于除冰机械臂正下方；然后控制除冰机械臂伸长，对目标线路进行超声波除冰，当冰掉落到标定仓漏斗内时，控制切削装置将冰切成5mm厚，然后进行超声波检测，可以得到超声波在当前覆冰中的速度：设定超声波激发的时间为t1，第一次接受回波的时间为t2，则声波速度的计算公式为：v=（t2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机控制的输电线路除冰装置，包括无人机（10），所述无人机（10）的底部挂载有吊舱（11），其特征在于：所述吊舱（11）上还设置有边缘计算装置（12），在吊舱（11）的底部左右对称设置有一对固定机械臂（21）、一对除冰机械臂（22）、一对检测机械臂（23），各机械臂具体安装在吊舱（11）底部设置的可伸缩的滑轨（13）上，所述吊舱（11）的内部还设置有用于驱动滑轨（13）伸缩的滑轨电机；在吊舱（11）的两端还设置有超声波定位传感器（100）；所述边缘计算装置（12）还通过导线分别与无人机（10）、固定机械臂（21）、除冰机械臂（22）、检测机械臂（23）、滑轨电机、超声波定位传感器（100）的控制端相连。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机控制的输电线路除冰装置，其特征在于：所述无人机（10）的底部还设置有多个连杆（14），所述连杆（14）上还设置有电磁铁（15），所述电磁铁（15）能够通过通断电控制连杆（14）与吊舱（11）接触和分离；所述电磁铁（15）通过导线与边缘计算装置（12）相连。3.根据权利要求2所述的一种基于无人机控制的输电线路除冰装置，其特征在于：所述连杆（14）具体为空心杆，所述吊舱（11）上还设置有多个盘线器（16），所述无人机（10）的底部向下延伸设置有牵引绳（17），所述牵引绳（17）的延伸端穿过连杆（14）的空心部后缠绕在盘线器（16）上。4.根据权利要求3所述的一种基于无人机控制的输电线路除冰装置，其特征在于：在除冰机械臂（22）的延伸端安装有超声波振动发生器（221），所述超声波振动发生器（221）的延伸端与可旋转的机械轮盘（222）相连，所述机械轮盘（222）的内部设置有用于驱动机械轮盘（222）旋转的第一轮盘电机；在机械轮盘（222）的外侧安装有阶梯形变幅杆（223）、悬链形变幅杆（224）、指数形变幅杆（225）和位置探测杆（226），在各变幅杆的前端均安装有碎冰振子（227），所述碎冰振子（227）的表面设置有斜式花纹；所述位置探测杆（226）的后端还设置有第一压力传感器（228）；所述边缘计算装置（12）具体通过导线分别与超声波振动发生器（221）、第一轮盘电机、第一压力传感器（228）的控制端相连。5.根据权利要求4所述的一种基于无人机控制的输电线路除冰装置，其特征在于：在检测机械臂（23）的延伸端安装有检测轮盘（231），所述检测轮盘（231）的内部设置有用于驱动检测轮盘（231）旋转的第二轮盘电机；在检测轮盘（231）的外侧安装有超声波覆冰厚度检测探头（232）、耦合剂涂抹探头（233）和冰面打磨探头（234），在各探头的后端均安装有第二压力传感器（235）；所述耦合剂涂抹探头（233）的内部设置有耦合剂存储箱（236）、推动电机（237）、机械推杆（238）；所述边缘计算装置（12）具体通过导线分别与第二轮盘电机、第二压力传感器（235）、推动电机（237）的控制端相连。6.根据权利要求4所述的一种基于无人机控制的输电线路除冰装置，其特征在于：所述检测机械臂（23）具体为标定机械臂，所述检测机械臂（23）的延伸端安装有能够旋转的标定仓（240），所述标定仓（240）具体为漏斗形状，所述标定仓（240）的上方开口，标定仓（240）的下方设置有切削装置（241），所述切削装置（241）的一端还设置有覆冰厚度检测探头（242）；
所述边缘计算装置（12）具体通过导线分别与切削装置（241）、覆冰厚度检测探头（242）的控制端相连。7.一种基于无人机控制的输电线路除冰方法，其特征在于：包括如下输电线路除冰步骤：步骤一：在天气良好时，对目标线路进行三维点云建模，在此基础上规划自主作业路径，选择无人机作业起始位置在导线侧绝缘子挂点2米以外，与线路距离不超过3m的任意位置，线路覆冰时，上传需除冰线路的航线，无人机自主起飞，飞向作业起始点，切换控制方式，从既定航线控制无人机转变为以线路相对位置控制无人机；...

【专利技术属性】
技术研发人员：白洋，芦竹茂，李帆，张贵峰，孟晓凯，赵亚宁，杨虹，刘永鑫，韩钰，卫世超，张娜，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：