利用無人機(jī)智能投放收取定滑輪的裝置設(shè)計(jì)

陳貴鋒　杜強(qiáng)　馬永鋒　馬慶龍　張國鋒

摘要：本文在深入研究檢修作業(yè)工作特點(diǎn)以及無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)、定滑輪投放收取的工作流程和330kV以上輸電線路的電磁場特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了利用無人機(jī)智能投放收取定滑輪的裝置，實(shí)現(xiàn)了針對輸電線路地線精準(zhǔn)投放收取定滑輪。無人機(jī)智能投放收取定滑輪技術(shù)在符合安全規(guī)范的工況下，無需作業(yè)人員攀登桿塔實(shí)現(xiàn)定滑輪的精準(zhǔn)投放;節(jié)省人力物力，對工作環(huán)境沒有特殊要求，可有效減少作業(yè)人員高空作業(yè)，及時消除人員安全隱患，提高工作效率。

[關(guān)鍵詞]輸電線路定滑輪投放無人機(jī)輸電檢修高空作業(yè)

輸電線路檢修是輸電線路運(yùn)行的保障，輸電線路是電力系統(tǒng)輸送電能的重要設(shè)備，對于輸電線路的檢修工作是輸電線路正常運(yùn)行的重要保障，因此對于輸電線路的檢修工作對于電網(wǎng)維持穩(wěn)定工作有著重要的意義。長期以來輸電線路定滑輪的投放一直沿用人工攀登桿塔，使用拋鉤后釋放引線的方式進(jìn)行，高空作業(yè)量多而且效率低。

迄今為止，未發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外有使用無人機(jī)在地線上投放收取定滑輪的技術(shù)裝置出現(xiàn)。在國內(nèi)，無人機(jī)在電力行業(yè)的應(yīng)用主要是異物消除、架空線路放線、線路巡視等。歐美國家裝備了大量的直升機(jī)及直升機(jī)掛載設(shè)備，在無人機(jī)使用領(lǐng)域未發(fā)現(xiàn)同類技術(shù)。

隨著無人機(jī)在輸電線路中的多項(xiàng)應(yīng)用，并結(jié)合檢修公司在無人機(jī)項(xiàng)目上取得的一些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，針對電力檢修工作對無人機(jī)智能投放收取定滑輪的需求，在深入研究無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)、定滑輪投放收取的工作流程和330kV以上輸電線路的電磁場特性的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一套“利用無人機(jī)智能投放收取定滑輪的裝置”，實(shí)現(xiàn)了針對輸電線路地線精準(zhǔn)投放收取定滑輪。無人機(jī)智能投放收取定滑輪技術(shù)利用無人機(jī)掛載平臺、智能投放收取平臺、新型定滑輪、一體化地面控制站等高新技術(shù)，智能投放收取定滑輪的方法，實(shí)現(xiàn)定滑輪在輸電線路地線上的精準(zhǔn)投放和收取。無人機(jī)的參與，減少了人工攀爬桿塔的工作量，提高了線路檢修時投放收取定滑輪的工作效率。無人機(jī)智能投放收取定滑輪技術(shù)在符合安全規(guī)范的工況下，無需作業(yè)人員攀登桿塔實(shí)現(xiàn)定滑輪的精準(zhǔn)投放;節(jié)省人力物力，對工作環(huán)境沒有特殊要求，可有效減少作業(yè)人員高空作業(yè)，及時消除人員安全隱患，提高工作效率。

1智能投放收取定滑輪流程

1.1投放定滑輪流程

無人機(jī)載機(jī)起飛前，凱夫拉軟索通過卷揚(yáng)設(shè)備卷起收納在無人機(jī)底部，掛鉤通過電磁鐵固定在承重水平橫桿V型部位的磁性吸片上。起飛后，當(dāng)無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定時，操作人員通過地面控制站發(fā)出釋放軟索的指令，卷揚(yáng)設(shè)備將軟索以一定速率放出，直至軟索全部釋放，傳感器探測到軟索末端的位置信息后，卷揚(yáng)設(shè)備自動停止。通過視覺圖像系統(tǒng)，控制無人機(jī)懸停到高壓線路地線正上方，以垂直碰桿10cm-30cm處碰觸地線線纜，通過視覺系統(tǒng)及位置傳感器的信號，操作人員通過地面控制站發(fā)出關(guān)閉電吸鐵去磁的指令，掛鉤與承重水平橫桿分離，下面的垂直碰桿通過重力作用沿著線纜垂直下落，掛鉤鉤住線纜，掛鉤內(nèi)的安全機(jī)構(gòu)鎖止。投放過程完成后，在降落前，操作人員通過地面控制站發(fā)出收回軟索的指令，卷揚(yáng)設(shè)備將軟索以一定速率回卷，直至軟索全部收回，傳感器探測到軟索頂端的位置信息后，卷揚(yáng)設(shè)備自動停止。

1.2收取定滑輪流程

線纜上作業(yè)完畢后，需要回收定滑輪。起飛后，當(dāng)無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定時，操作人員通過地面控制站發(fā)出釋放軟索的指令，卷揚(yáng)設(shè)備將軟索以一定速率放出，直至軟索全部釋放。操作人員控制無人機(jī)的飛行，使智能收放平臺上收放裝置的水平承重碰桿對著高壓線路地線上掛鉤下面的垂直碰桿，操作人員通過地面控制站發(fā)出開啟掛鉤安全裝置的指令，使鎖片回置于鉤體內(nèi)。通過多視覺圖像系統(tǒng)，以水平承重碰桿直接碰觸垂直碰桿10cm30cm處，碰觸后，無人機(jī)仍然以一*定的安全速度慢速前飛，水平承重碰桿沿著垂直碰桿進(jìn)入鉤體內(nèi)，通過無人機(jī)的前飛拉力，將定滑輪帶離地線線纜。回收過程完成后，在降落前，操作人員通過地面控制站發(fā)出收回軟索的指令，卷揚(yáng)設(shè)備將軟索以定速率回卷，傳感器探測到軟索頂端的位置信息后，卷揚(yáng)設(shè)備自動停止。

2系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果

2.1無人機(jī)飛行承載性能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

要完成精準(zhǔn)投放及收取定滑輪，需要無人機(jī)具有較大的負(fù)載、極強(qiáng)的穩(wěn)定性、可操控性、抗強(qiáng)電磁干擾。本文利用控制變量法，對無人機(jī)載機(jī)的電機(jī)、螺旋槳、推力進(jìn)行了6組測試，測試螺旋槳型號選用目前性能最優(yōu)的6款螺旋槳，包括：1555、1760折疊槳、1760蜻蜓槳、1760碳槳、17寸以及18寸碳槳。不同型號螺旋槳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果中不同型號螺旋槳的槳推力一施加電流值進(jìn)行折線圖統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，碳材質(zhì)的螺旋槳在相同推力的情況下，所需施加的電流更小，即槳的“飛行性能更加優(yōu)越。在3種碳材質(zhì)的螺旋槳中，18寸碳槳具有更加優(yōu)越的性能，因此本文中選用18寸的碳槳作為無人機(jī)螺旋槳，優(yōu)化無人機(jī)性能。

2.2系統(tǒng)在實(shí)際工作中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

為了檢測無人機(jī)智能投放收取定滑輪系統(tǒng)在實(shí)際工作中的性能，本文在330kV線路工作現(xiàn)場開展了投放收取定滑輪的現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

如圖2所示，本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)在現(xiàn)場按照工作要求完成了定滑輪的投放、收取工作。在地面測試狀態(tài)（線纜高度為3米）時，從起飛到完成定滑輪的精準(zhǔn)投放再至降落，時長為2分30秒。從起飛到完成定滑輪的精準(zhǔn)回收再至降落，時長為2分10秒。時間總和為4分40秒;在現(xiàn)場實(shí)際實(shí)驗(yàn)（線纜高度為60米）中，從起飛到完成定滑輪的精準(zhǔn)投放再至降落，時長為4分20秒。從起飛到完成定滑輪的精準(zhǔn)回收再至降落，時長為3分50秒。時間總和為8分10秒。

3結(jié)論

無人機(jī)智能投放收取定滑輪技術(shù)利用無人機(jī)掛載平臺、智能投放收取平臺、新型定滑輪、一體化地面控制站等高新技術(shù)，智能投放收取定滑輪的方法，實(shí)現(xiàn)了定滑輪在輸電線路地線上的精準(zhǔn)投放和收取;使用電磁控制的方式精準(zhǔn)投放定滑輪的技術(shù);使用碰桿作業(yè)法精確回收定滑輪技術(shù);完成基于無人機(jī)的輕量化智能卷揚(yáng)機(jī)的研究與實(shí)現(xiàn);實(shí)現(xiàn)新型掛鉤安全閉鎖裝置的遙控控制以及多視覺圖像系統(tǒng)的調(diào)試安裝。

無人機(jī)的參與，減少了人工攀爬桿塔的工作量，提高了線路檢修時投放收取定滑輪的工作效率，具備在電力系統(tǒng)大量使用和推廣“應(yīng)用的價值。

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