一種基于多旋翼無人機(jī)展放牽引繩裝置的研制及應(yīng)用

王林旭

摘 要：研究多旋翼飛行器在輸電線路展放牽引繩中應(yīng)用的可行性。隨著多旋翼飛行器在電力行業(yè)中的廣泛運(yùn)用，輸電線路由傳統(tǒng)的人力牽引展放線這種低效且安全性不高的方式，漸漸向利用多軸飛行器攜帶牽引繩展放線的高效技術(shù)手段轉(zhuǎn)式，無疑有著巨大的優(yōu)勢：人員配備少、操作性簡便、安全高效和實(shí)時(shí)監(jiān)控等特點(diǎn)。該裝置可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人力作業(yè)方式，以降低人身風(fēng)險(xiǎn)和提高工作效率，并解決了特殊地理環(huán)境的展放牽引繩技術(shù)。

關(guān)鍵詞：輸電線路；展放線；多軸飛行器；實(shí)例；創(chuàng)新

中圖分類號：TM752 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0121-02

1 概 述

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)及社會的飛速發(fā)展，電力的安全持續(xù)可靠供應(yīng)與千家萬戶的生活息息相關(guān)，所以保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行極為重要。然而，在電力線路建設(shè)時(shí)，承擔(dān)著傳輸電能的重要角色——輸電線路，大多處于河谷、高山、密林等惡劣地形，傳統(tǒng)的人力展放牽引繩作業(yè)方式面臨環(huán)境復(fù)雜、山高路遠(yuǎn)、交通不便以及可能給作業(yè)人員帶來人身傷害風(fēng)險(xiǎn)。

2 傳統(tǒng)展放線方式

據(jù)我們平時(shí)工作統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，以山地110kV線路兩個(gè)檔距（約1000m）展放牽引繩為例，采用傳統(tǒng)的人力作業(yè)方式，需要出動：負(fù)責(zé)人1人、拖放牽引繩成員4人，高空作業(yè)人員3人，共記8人；貨車2輛，需耗時(shí)約為5h，花費(fèi)工時(shí)40h/人。

3 多旋翼無人機(jī)牽引釋放裝置展放線方式

采用無人機(jī)展放牽引繩微型裝置進(jìn)行展放線，預(yù)計(jì)出動：飛行小組成員共2人，高空作業(yè)人員2人；皮卡車1輛，耗時(shí)約0.5h，花費(fèi)工時(shí)2h/人。由此可見，工作效率顯著提高。

4 研究工作實(shí)例

4.1 裝置構(gòu)造

（1）如圖1所示多旋翼無人機(jī)牽引釋放裝置，該裝置由多旋翼無人機(jī)端和脫鉤裝置端構(gòu)成，并由7075航空鋁及3D打印構(gòu)件組成。在便攜式無人機(jī)上安裝后，將牽引繩的一端打結(jié)成環(huán)穿過該鎖扣機(jī)構(gòu)，使鎖扣機(jī)構(gòu)閉鎖，并在離繩端1m處系上重物；

（2）利用大疆Inspire1系列多軸無人機(jī)的機(jī)臂可“變形”（即腳架可收放），結(jié)合杠桿原理使其在調(diào)試模式轉(zhuǎn)為飛行模式的過程中，拉動脫鉤裝置開關(guān)，使?fàn)恳K在重物的重力作用下自由落下；

（3）經(jīng)實(shí)驗(yàn)，大疆Inspire1無人機(jī)有效載荷3.5kg，可牽引直徑2mm長2km的迪尼瑪繩；

（4）使用小鋼線制作彈簧自鎖裝置，使其在飛行過程中防止脫鉤裝置開關(guān)松脫。

4.2 技術(shù)原理及操作方法

該多旋翼無人機(jī)機(jī)身上安裝有能無線接收地面站發(fā)出的遙控指令并控制多旋翼無人機(jī)飛行的飛控系統(tǒng)，其工作原理包括如下操作步驟：a.選定作業(yè)場地，將繞有牽引繩的線盤置于該場地上；在多旋翼無人機(jī)腳架上安裝好引線脫鉤控制器（即牽引釋放裝置）。其中，脫鉤裝置包括動力機(jī)構(gòu)和鎖扣機(jī)構(gòu)，動力機(jī)構(gòu)與多旋翼無人機(jī)的腳架相連接，并與鎖扣機(jī)構(gòu)相連接利用杠桿原理使其閉鎖或解鎖；使鎖扣機(jī)構(gòu)閉鎖，并將牽引繩的一端穿過該鎖扣機(jī)構(gòu)后，另一端系上合適的重物；b.規(guī)劃好多旋翼無人機(jī)的作業(yè)航線，啟動并操控該多旋翼無人機(jī)沿預(yù)先設(shè)定的航線和速度飛行，當(dāng)飛行器到達(dá)第一基指定作業(yè)桿塔正上方時(shí)懸停，塔頭上的工作人員迅速接住該多旋翼無人機(jī)帶過來的牽引繩，將其放入預(yù)先掛在塔上的朝天滑車的溝槽里；c.地面操控人員繼續(xù)操控多旋翼無人機(jī)攜帶牽引繩飛向下一基桿塔執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，并重復(fù)上述步驟b中的接繩、過滑車的流程，直到多旋翼無人機(jī)飛達(dá)最后一基作業(yè)目標(biāo)桿塔；d.當(dāng)無人機(jī)飛至最后一基目標(biāo)桿塔正上方時(shí)，地面操作人員控制無人機(jī)的腳架升起，使腳架上的脫鉤裝置的動力機(jī)構(gòu)啟動，驅(qū)動鎖扣機(jī)構(gòu)解鎖，從而使得牽引繩的一端連同所系重物落下時(shí)，塔上的工作人員快速抓住牽引繩，穿過桿塔上的滑輪溝槽，并將其系勞固定在桿塔上進(jìn)行后續(xù)的導(dǎo)地線展放作業(yè)。

該裝置安裝在便攜式多旋翼無人機(jī)上使用，通過搭載的高清攝像頭設(shè)備開展對作業(yè)過程、地理環(huán)境等實(shí)時(shí)圖傳觀測與操控，解決特殊地理環(huán)境的展放牽引繩技術(shù)并極大提高工作效率。再一次證明了無人機(jī)能在一定范圍內(nèi)代替人力作業(yè)，降低了人工勞動強(qiáng)度和減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。此外，輸電線路上的漂浮物復(fù)雜多樣，該自動脫鉤微型裝置也同樣適用于帶電處理橫跨在導(dǎo)地線上大型漂浮物的情況，從而避免申請停電處理帶來的影響。

另外，更大功率的六軸或八軸多旋翼無人機(jī)可負(fù)重約10kg以內(nèi)物體，作業(yè)時(shí)在橫跨大型漂浮物中間左右的位置將其勾住，操控?zé)o人機(jī)飛升并將漂浮物帶離，當(dāng)漂浮物纏繞導(dǎo)地線過緊造成無人機(jī)升力不足時(shí)，啟動脫鉤裝置便可將漂浮物與無人機(jī)脫離，從而避免無人機(jī)損毀。對此可使用另一種方案，即在脫鉤裝置下端繩上加裝鉤形刀片，將漂浮物切割分離使其快速脫離線路，及時(shí)解決輸電線路的安全隱患。

5 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

5.1 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

（1）研究如何實(shí)現(xiàn)裝置與無人機(jī)的重量分配，既能不影響無人機(jī)穩(wěn)定，又能保證展放牽引繩微型裝置的實(shí)用性；

（2）研究如何在無人機(jī)轉(zhuǎn)換模式后能精準(zhǔn)驅(qū)動脫鉤裝置開關(guān)，使?fàn)恳K脫落；

（3）研究彈簧自鎖裝置，使其在飛行過程中防止拋物器開關(guān)松脫。

5.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）創(chuàng)新使用3D打印技術(shù)，自主制作無人機(jī)展放牽引繩微型裝置的研制的部件。

（2）創(chuàng)新與二次開發(fā)利用便攜式多旋翼無人機(jī)展放牽引繩。

6 結(jié) 語

目前，無人機(jī)在各行各業(yè)中發(fā)展得如火如荼，在電力行業(yè)中更是起到了重大的作用。多旋翼飛行器既可近距離遙控飛行，又可按照設(shè)定的航線自動進(jìn)行中、短距離飛行，可以空中懸停，控制較為精確，抗風(fēng)能力適中。從多旋翼飛行器應(yīng)用的情況和未來的發(fā)展前景分析，飛行器能在一定范圍內(nèi)可代替人力登桿塔進(jìn)行展放線作業(yè)，降低人工勞動強(qiáng)度和減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，因此對無人機(jī)進(jìn)行二次開發(fā)（如無人機(jī)展放牽引繩微型裝置）與應(yīng)用，更能將其效用巨大化，不僅提高工作效率、安全水平，還可以增加員工自身的創(chuàng)新及動手能力。

輸電線路傳統(tǒng)導(dǎo)線架設(shè)方式主要以人力為主，現(xiàn)今輔以多旋翼飛行器進(jìn)行展放線符合現(xiàn)狀實(shí)際，因而適合大范圍推廣應(yīng)用。

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收稿日期：2018-9-14