无人机智能投放收取滑轮装置设计范文

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【摘要】本文在深入研究检修作业工作特点以及无人机应用技术、定滑轮投放收取的工作流程和330kV以上输电线路的电磁场特性的基础上，设计了利用无人机智能投放收取定滑轮的装置，实现了针对输电线路地线精准投放收取定滑轮。无人机智能投放收取定滑轮技术在符合安全规范的工况下，无需作业人员攀登杆塔实现定滑轮的精准投放；节省人力物力，对工作环境没有特殊要求，可有效减少作业人员高空作业，及时消除人员安全隐患，提高工作效率。

【关键词】输电线路；定滑轮投放；无人机；输电检修；高空作业

输电线路检修是输电线路运行的保障，输电线路是电力系统输送电能的重要设备，对于输电线路的检修工作是输电线路正常运行的重要保障，因此对于输电线路的检修工作对于电网维持稳定工作有着重要的意义。长期以来输电线路定滑轮的投放一直沿用人工攀登杆塔，使用抛钩后释放引线的方式进行，高空作业量多而且效率低。迄今为止，未发现国内外有使用无人机在地线上投放收取定滑轮的技术装置出现。在国内，无人机在电力行业的应用主要是异物消除、架空线路放线、线路巡视等。欧美国家装备了大量的直升机及直升机挂载设备，在无人机使用领域未发现同类技术。随着无人机在输电线路中的多项应用，并结合检修公司在无人机项目上取得的一些经验和技术，针对电力检修工作对无人机智能投放收取定滑轮的需求，在深入研究无人机应用技术、定滑轮投放收取的工作流程和330kV以上输电线路的电磁场特性的基础上，本文设计了一套“利用无人机智能投放收取定滑轮的装置”，实现了针对输电线路地线精准投放收取定滑轮。无人机智能投放收取定滑轮技术利用无人机挂载平台、智能投放收取平台、新型定滑轮、一体化地面控制站等高新技术，智能投放收取定滑轮的方法，实现定滑轮在输电线路地线上的精准投放和收取。无人机的参与，减少了人工攀爬杆塔的工作量，提高了线路检修时投放收取定滑轮的工作效率。无人机智能投放收取定滑轮技术在符合安全规范的工况下，无需作业人员攀登杆塔实现定滑轮的精准投放；节省人力物力，对工作环境没有特殊要求，可有效减少作业人员高空作业，及时消除人员安全隐患，提高工作效率。

1智能投放收取定滑轮流程

1.1投放定滑轮流程

无人机载机起飞前，凯夫拉软索通过卷扬设备卷起收纳在无人机底部，挂钩通过电磁铁固定在承重水平横杆V型部位的磁性吸片上。起飞后，当无人机姿态稳定时，操作人员通过地面控制站发出释放软索的指令，卷扬设备将软索以一定速率放出，直至软索全部释放，传感器探测到软索末端的位置信息后，卷扬设备自动停止。通过视觉图像系统，控制无人机悬停到高压线路地线正上方，以垂直碰杆10cm-30cm处碰触地线线缆，通过视觉系统及位置传感器的信号，操作人员通过地面控制站发出关闭电吸铁去磁的指令，挂钩与承重水平横杆分离，下面的垂直碰杆通过重力作用沿着线缆垂直下落，挂钩钩住线缆，挂钩内的安全机构锁止。投放过程完成后，在降落前，操作人员通过地面控制站发出收回软索的指令，卷扬设备将软索以一定速率回卷，直至软索全部收回，传感器探测到软索顶端的位置信息后，卷扬设备自动停止。

1.2收取定滑轮流程

线缆上作业完毕后，需要回收定滑轮。起飞后，当无人机姿态稳定时，操作人员通过地面控制站发出释放软索的指令，卷扬设备将软索以一定速率放出，直至软索全部释放。操作人员控制无人机的飞行，使智能收放平台上收放装置的水平承重碰杆对着高压线路地线上挂钩下面的垂直碰杆，操作人员通过地面控制站发出开启挂钩安全装置的指令，使锁片回置于钩体内。通过多视觉图像系统，以水平承重碰杆直接碰触垂直碰杆10cm30cm处，碰触后，无人机仍然以一定的安全速度慢速前飞，水平承重碰杆沿着垂直碰杆进入钩体内，通过无人机的前飞拉力，将定滑轮带离地线线缆。回收过程完成后，在降落前，操作人员通过地面控制站发出收回软索的指令，卷扬设备将软索以一定速率回卷，传感器探测到软索顶端的位置信息后，卷扬设备自动停止。

2系统的试验结果

2.1无人机飞行承载性能优化实验

要完成精准投放及收取定滑轮，需要无人机具有较大的负载、极强的稳定性、可操控性、抗强电磁干扰。本文利用控制变量法，对无人机载机的电机、螺旋桨、推力进行了6组测试，测试螺旋桨型号选用目前性能最优的6款螺旋桨，包括：1555、1760折叠桨、1760蜻蜓桨、1760碳桨、17寸以及18寸碳桨。不同型号螺旋桨的实验结果如表1所示。根据表1中的数据，将实验结果中不同型号螺旋桨的桨推力-施加电流值进行折线图统计，统计结果如图1所示。由图1可以看出，碳材质的螺旋桨在相同推力的情况下，所需施加的电流更小，即桨的飞行性能更加优越。在3种碳材质的螺旋桨中，18寸碳桨具有更加优越的性能，因此本文中选用18寸的碳桨作为无人机螺旋桨，优化无人机性能。

2.2系统在实际工作中的应用实验

为了检测无人机智能投放收取定滑轮系统在实际工作中的性能，本文在330kV线路工作现场开展了投放收取定滑轮的现场应用实验，实验结果如图2所示。如图2所示，本文设计系统在现场按照工作要求完成了定滑轮的投放、收取工作。在地面测试状态（线缆高度为3米）时，从起飞到完成定滑轮的精准投放再至降落，时长为2分30秒。从起飞到完成定滑轮的精准回收再至降落，时长为2分10秒。时间总和为4分40秒；在现场实际实验（线缆高度为60米）中，从起飞到完成定滑轮的精准投放再至降落，时长为4分20秒。从起飞到完成定滑轮的精准回收再至降落，时长为3分50秒。时间总和为8分10秒。

3结论

无人机智能投放收取定滑轮技术利用无人机挂载平台、智能投放收取平台、新型定滑轮、一体化地面控制站等高新技术，智能投放收取定滑轮的方法，实现了定滑轮在输电线路地线上的精准投放和收取；使用电磁控制的方式精准投放定滑轮的技术；使用碰杆作业法精确回收定滑轮技术；完成基于无人机的轻量化智能卷扬机的研究与实现；实现新型挂钩安全闭锁装置的遥控控制以及多视觉图像系统的调试安装。无人机的参与，减少了人工攀爬杆塔的工作量，提高了线路检修时投放收取定滑轮的工作效率，具备在电力系统大量使用和推广应用的价值。

作者：陈贵锋 杜强 马永锋 马庆龙 张国锋 单位：国网陕西省电力公司检修公司