具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投装置及方法

技术领域

本发明涉及电力线路带电作业技术领域，具体涉及一种具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投装置及方法。

背景技术

如今随着我国社会经济的迅猛发展，对于电力系统运行的稳定性和安全性要求大幅提高，由于我国国土辽阔，地形复杂，丘陵及山区较多，气象条件也相对比较多变，导致对从电网工程建设的初期规划建设，到建成后的日常巡查维护，常规手段已不能满足快速高效的要求。伴随民用无人机的快速发展，在电力行业前期的勘测、输电线路规划设计、施工建设及后期运营维护、巡检等方面具有广泛的应用。

目前，在输电线路施工建设过程中，无人机已运用在配合带电作业过程中牵引绝缘绳的作用，然而在实际操作过程中，无人机在牵引绝缘绳于空中飞行过程中，存在有诸多飞行安全问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是无人机在线路新建放线施工和配合带电作业绝缘绳展放工作中，无人机牵引随着牵引距离的增加，空中绝缘绳越来越长，当绝缘绳的拉力变化大于无人机最大升力时，无人机将无法正常牵引，绝缘绳的拉力和无人机升力不平衡容易造成无人机侧翻坠机，无人机牵引工作失败。本发明目的在于提供一种具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投装置及方法，其具有拉力测量保护功能的无人机抛投装置具有拉力测量功能，及时在空中测量绝缘绳的拉力变化，当测量绝缘绳的拉力值临近无人机最大升力值前，通过启动安装在无人机的抛投装置及时把牵引的绝缘绳与无人机脱离，确保无人机空中飞行安全。

本发明通过下述技术方案实现：

一种具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投装置，包括无人机本体和绝缘绳，所述无人机本体底部固定连接有总连接支架，所述总连接支架开设有安装孔，所述安装孔安装有第一拉力测量传感器，所述第一拉力测量传感器一端通过锁紧螺母固定于总连接支架，另一端连接有第一连接件，所述第一连接件固定连接有抛投装置；所述抛投装置包括舵机、安装架、转动摇杆、连杆、U形板和锁绳杆，所述安装架与第一连接件通过多个螺栓固定连接，所述舵机装设于安装架一侧，所述转动摇杆、连杆和锁绳杆位于安装架另一侧，所述转动摇杆活动端连接连杆一端，所述连杆另一端固定连接锁绳杆，所述绝缘绳置于所述U形板内，所述锁绳杆活动端用于封闭U形板开口，并固定所述绝缘绳，所述舵机驱动转动摇杆转动，所述转动摇杆活动端带动所述连杆移动并控制锁绳杆在所述U形板开口处移动；所述第一拉力测量传感器与所述抛投装置信息交互，绝缘绳收到的拉力通过抛投部件传给第一拉力测量传感器，所述第一拉力测量传感器在拉力超过预定阈值时，其将信号传递给舵机控制锁绳杆活动。

在上述方案中，第一拉力测量传感器对通过牵引绳造成的拉力进行实时精确测量，避免了因牵引绳拉力过大，造成无人机升力不足从而悬停甚至落地坠毁的安全风险，且在牵引绳长度还不足，但由于对安全隐患担心不敢继续飞行，从而影响作业效率，增加不必要的作业时间，其中上述锁紧螺母与多个螺栓来固定第一连接件、第一拉力测量传感器和抛投装置属于实现固定连接的操作，在实际使用中可通过替换固定件实现整体器械的结构牢靠性。

进一步地，所述安装孔还固定设有第二拉力测量传感器，所述第二拉力测量传感器一端固定于总连接支架，另一端设有第二连接件，所述第二连接件固定连接有导轮，所述绝缘绳一端固定于U形板，所述导轮与所述U形板位于同一水平面，所述绝缘绳穿过导轮，所述第二拉力测量传感器与所述抛投装置信息交互。

在上述方案中，通过设置第二拉力测量传感器，使无人机飞行过程中，可通过2个传感器来综合评估绝缘绳的拉力大小，提高了拉力测量的精准度，且在其中一个传感器失灵或损坏后，无人机依旧可以通过另一个传感器来持续进行抛绳作业，提高了无人机空中牵绳过程中的准确性与安全性，通过导轮的设置可使抛投装置的受力由竖直方向，转为水平受力，减少了转动摇杆、连杆、U形板和锁绳杆的竖向固定要求，且绝缘绳挂载在抛投式装置上，抛投式装置采用舵机控制，提高系统稳定性。

优选地，所述无人机本体设有接收机，所述接收机通讯连接有地面监控器，所述接收器与所述第一拉力测量传感器、第二拉力测量传感器和抛投装置信息交互。

在上述方案中，地面监控器可监测，无人机所受的拉力大小实时数据，且可根据实际情况来控制是否启动抛投装置来进行绝缘绳抛投，其增加了绝缘绳抛投的成功率并避免了错误抛投影响作业效率。

优选地，所述地面监控器包括地面遥控器和地面监控站，所述地面遥控器用于控制无人机和舵机工作，所述地面监控站用于采集无人机的飞行路径，抛投装置、第一拉力测量传感器和第二拉力测量传感器的运行状态，地面遥控器和地面监控站的配合可实现对抛投的精准判定。

进一步地，所述总连接支架底部安装有FPV摄像头，所述FPV摄像头监测所述抛投装置和所述绝缘绳位置，可全程观察无人机飞行位置和帮助精确投放抛投绝缘绳。

可选地，所述无人机选用多旋翼无人机，所述多旋翼无人机安装有视觉图像装置，多旋翼无人机可产生更大的升力，其还减低了低风速对无人机飞行的影响，视觉图像装置用于采集无人机附近的环境减低无人机飞行事故。

此外，本申请还提供一种具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投方法，包括以下步骤：

步骤(1)检测无人机

检查确定无人机的机体结构、地面遥控器的电池电量；确认接收器、第一拉力测量传感器、第二拉力测量传感器、抛投装置与地面监控器数据传输处于正常状态。

步骤(2)设置无人机与绝缘绳

通过地面遥控器控制舵机带动转动摇杆移动进而带动连杆移动，所述连杆带动锁绳杆移动后，使封盖U形板开口打开，把绝缘绳一端置于U形板内，再次控制地面遥控器通过舵机带动锁绳杆移动将绝缘绳固定于U形板内，在所述绝缘绳固定于U形板后，所述绝缘绳穿过与第二拉力测量传感器固定的导轮。

步骤(3)设置抛绳条件

对第一拉力测量传感器、第二拉力测量传感器的安全拉力最大范围，在第一拉力测量传感器和第二拉力测量传感器到达最大安全拉力范围时，发出安全信号给地面遥控器和地面监控站，当安全信号未得到及时处理时，所述第一拉力测量传感器和第二拉力测量传感器将信息传递于抛投装置进行绝缘绳抛投；当安全信号得到及时处理时，由工作人员结合所述地面监控站通过所述地面遥控器将信息传入抛投装置决定是否进行绝缘绳抛投。

步骤(4)无人机抛绳

检测试飞环境，在满足无人机飞行要求的风速与天气环境下，进行无人机抛绳测试，无人机牵引绝缘绳随着牵引距离的增加后，绝缘绳受到的拉力增加，绝缘绳拉动抛投装置通过第一连接件将拉力传给第一拉力测量传感器，在第一拉力测量传感器检测到拉力变换处于安全拉力最大值范围时，舵机带动锁绳杆移动，绝缘绳从U形板脱离，所述绝缘绳从U形板脱离后，绝缘绳一端从抛投装置的U形板滑动至导轮后脱落，此外，在所述FPV摄像头监测绝缘绳下方的环境，当监测到有对绝缘绳构成触碰的物件时，所述FPV摄像头发送抛投信号给所述地面监控站无人机恢复正常的飞行姿态。

上述步骤中，无人检测过程中，在无人机飞行受力过程中通过第一拉力测量传感器将信息传递至与其连接的抛投装置，通过舵机工作，自动实现了抛绳的过程来自动保护无人机；此外由于第二拉力测量传感器、地面遥控器和地面监控站来实现对抛投的人为控制，避免了因检测失误导致的抛投问题，避免时间精力、物力上的损失。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投装置及方法，第一拉力测量传感器和第二拉力测量传感器对通过牵引绳造成的拉力进行实时精确测量，避免了因牵引绳拉力过大，造成无人机升力不足从而悬停甚至落地坠毁的安全风险；牵引绳长度还不足，但由于对安全隐患担心不敢继续飞行，从而影响作业效率，增加不必要的作业时间；

2、本发明具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投装置，在多旋翼无人机上垂直向下的FPV摄像头与视觉图像装置，可全程观察无人机飞行位置和帮助精确投放抛投绝缘绳；

3、本发明具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投装置，通过导轮的设置可使抛投装置的受力由竖直方向，转为水平受力，减少了转动摇杆、连杆、U形板和锁绳杆的竖向固定要求，绝缘绳挂载在抛投式装置上，抛投式装置采用舵机控制，提高系统稳定性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例中的一种无人机绝缘绳抛投装置整体结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种无人机绝缘绳抛投装置整体结构示意图；

图3为本发明实施例中的无人机绝缘绳抛投方法；

图4为本发明整体结构模块示意图；

图5为本发明抛投过程信息传递图。

附图标记及对应的零部件名称：

1、舵机；2、安装架；3、转动摇杆；4、连杆；5、锁绳杆；6、FPV摄像头；7、总连接支架；8、锁紧螺母；9、第一拉力测量传感器；10、第二拉力测量传感器；11、U形板；12、第一连接件；13、第二连接件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本发明一种具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投装置，包括无人机本体和绝缘绳，无人机本体底部固定连接有总连接支架7，总连接支架7开设有安装孔，安装孔安装有第一拉力测量传感器9，第一拉力测量传感器9一端通过锁紧螺母8固定于总连接支架7，另一端连接有第一连接件12，第一连接件12固定连接有抛投装置；第一拉力测量传感器9对通过牵引绳造成的拉力进行实时精确测量，避免了因牵引绳拉力过大，造成无人机升力不足从而悬停甚至落地坠毁的安全风险，抛投装置包括舵机1、安装架2、转动摇杆3、连杆4、U形板11和锁绳杆5，安装架2与第一连接件12通过多个螺栓固定连接，舵机1装设于安装架2一侧，转动摇杆3、连杆4和锁绳杆5位于安装架2另一侧，转动摇杆3活动端连接连杆4一端，连杆4另一端固定连接锁绳杆5，绝缘绳置于U形板11内，锁绳杆5活动端用于封闭U形板11开口，并固定绝缘绳，舵机1驱动转动摇杆3转动，转动摇杆3活动端带动连杆4移动并控制锁绳杆5在U形板11开口处移动；第一拉力测量传感器9与抛投装置信息交互，绝缘绳收到的拉力通过抛投部件传给第一拉力测量传感器9，，第一拉力测量传感器9在拉力超过预定阈值时，其将信号传递给舵机1控制锁绳杆5活动，在牵引绳长度还不足，但由于对安全隐患担心不敢继续飞行，从而影响作业效率，避免了增加不必要的作业时间的问题。其中上述锁紧螺母8与多个螺栓来固定第一连接件12、第一拉力测量传感器9和抛投装置属于实现固定连接的操作，在实际使用中可通过替换固定件实现整体器械的结构牢靠性。

作为上述实施例的优选如图1与图2所示，安装孔还固定设有第二拉力测量传感器10，第二拉力测量传感器10一端固定于总连接支架7，另一端设有第二连接件13，第二连接件13固定连接有导轮，绝缘绳一端固定于U形板11，导轮与U形板11位于同一水平面，绝缘绳穿过导轮，第二拉力测量传感器10与抛投装置信息交互，可通过第一拉力测量传感器9和第二拉力测量传感器10来综合评估绝缘绳的拉力大小，提高了拉力测量的精准度，且在其中一个传感器失灵或损坏后，无人机依旧可以通过另一个传感器来持续进行抛绳作业，提高了无人机空中牵绳过程中的准确性与安全性，通过导轮的设置可使抛投装置的受力由竖直方向，转为水平受力，减少了转动摇杆3、连杆4、U形板11和锁绳杆5的竖向固定要求，且绝缘绳挂载在抛投式装置上，抛投式装置采用舵机1控制，提高系统稳定性。

作为上述实施例的优选如图1、图2与图5所示，无人机本体设有接收机，接收机通讯连接有地面监控器，接收器与第一拉力测量传感器9、第二拉力测量传感器10和抛投装置信息交互，可根据实际情况来控制是否启动抛投装置来进行绝缘绳抛投，其增加了绝缘绳抛投的成功率并避免了错误抛投影响作业效率。

作为上述实施例的优选如图4与图5所示，地面监控器包括地面遥控器和地面监控站，地面遥控器用于控制无人机和舵机1工作，地面监控站用于采集无人机的飞行路径，抛投装置、第一拉力测量传感器9和第二拉力测量传感器10的运行状态，地面遥控器和地面监控站的配合可实现对抛投的精准判定。

可以理解的是：由上述的地面遥控器、接收器、拉力测量传感器与抛投装置共同组成测量抛投的系统，其中通过对地面遥控器设置电子开关实现对抛投装置的控制，抛投装置采用PWM驱动方式实现数模信号转换，通过在地面监控站设置拉力显示装置实时监测拉力变换，通过DC电压为其供电。

作为上述实施例的优选如图4与图5所示，总连接支架7底部安装有FPV摄像头6，FPV摄像头6监测抛投装置和绝缘绳位置，可全程观察无人机飞行位置和帮助精确投放抛投绝缘绳。

可以理解的是，无人机选用多旋翼无人机，多旋翼无人机安装有视觉图像装置，多旋翼无人机可产生更大的升力，其还减低了低风速对无人机飞行的影响，视觉图像装置用于采集无人机附近的环境减低无人机飞行事故。

如图3所示，本申请一种具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投方法，包括以下步骤：

步骤(1)检测无人机

检查确定无人机的机体结构、地面遥控器的电池电量；确认接收器、第一拉力测量传感器9、第二拉力测量传感器10、抛投装置与地面监控器数据传输处于正常状态。

步骤(2)设置无人机与绝缘绳

通过地面遥控器控制舵机1带动转动摇杆3移动进而带动连杆4移动，连杆4带动锁绳杆5移动后，使封盖U形板11开口打开，把绝缘绳一端置于U形板11内，再次控制地面遥控器通过舵机1带动锁绳杆5移动将绝缘绳固定于U形板11内，在绝缘绳固定于U形板11后，绝缘绳穿过与第二拉力测量传感器10固定的导轮。

步骤(3)设置抛绳条件

对第一拉力测量传感器9、第二拉力测量传感器10的安全拉力最大范围，在第一拉力测量传感器9和第二拉力测量传感器10到达最大安全拉力范围时，发出安全信号给地面遥控器和地面监控站，当安全信号未得到及时处理时，第一拉力测量传感器9和第二拉力测量传感器10将信息传递于抛投装置进行绝缘绳抛投；当安全信号得到及时处理时，由工作人员结合地面监控站通过地面遥控器将信息传入抛投装置决定是否进行绝缘绳抛投。

步骤(4)无人机抛绳

检测试飞环境，在满足无人机飞行要求的风速与天气环境下，进行无人机抛绳测试，无人机牵引绝缘绳随着牵引距离的增加后，绝缘绳受到的拉力增加，绝缘绳拉动抛投装置通过第一连接件12将拉力传给第一拉力测量传感器9，在第一拉力测量传感器9检测到拉力变换处于安全拉力最大值范围时，舵机1带动锁绳杆5移动，绝缘绳从U形板11脱离，绝缘绳从U形板11脱离后，绝缘绳一端从抛投装置的U形板11滑动至导轮后脱落，此外，在FPV摄像头6监测绝缘绳下方的环境，当监测到有对绝缘绳构成触碰的物件时，FPV摄像头6发送抛投信号给地面监控站无人机恢复正常的飞行姿态。

在实际使用过程中，如图1、图4和图5所示，一个最基础的具有拉力测量保护功能的无人机绝缘绳抛投装置，抛投装置的U形板11内固定绝缘绳一端，抛投装置通过第一连接件12固定的第一拉力测量传感器9测量无人机飞行过程中受到的拉力，无人机牵引随着牵引距离的增加，空中绝缘绳越来越长，当绝缘绳的拉力变化大于无人机最大升力时，无人机将无法正常牵引，绝缘绳的拉力和无人机升力不平衡容易造成无人机侧翻坠机，因此根据无人机的功率以及作业情况和绝缘绳的不同来对于第一拉力测量传感器9设置阈值，在拉力临近阈值时，首先第一拉力测量传感器9对抛投装置和接收器发送信号，接收器将信号发送至地面遥控器和用于监测无人机的地面监控站，此外，地面监控站通过图传系统收集位FPV摄像头6采集的实际工作图像，工作人员对其进行判定后来通过遥控抛投装置来控制舵机1工作，在一定时间未接收到工作人员反馈后，舵机1自行工作完成抛投，无人机空中因绝缘绳的拉力消失而姿态恢复正常，有效预防无人机侧翻坠机，确保无人机空中飞行安全。

作为上述使用过程中的优选，如图1与图2所示，对于上述装置做进一步改进，在总连接支架7上额外增设第二拉力测量传感器10，其通过第二连接件13连接有导轮，绝缘绳一端置于U形板11内，然后穿过导轮，其中第二拉力测量传感器10也可测量收到的拉力，导轮的设置使得抛投装置的受力方向发生改变，使受力方向较为稳定，可减少在绳索遇到碰撞后减少无人机失去平衡坠机的问题，多个拉力测量传感器使检测精度提高，确保拉力测量信息的准确性，且由于拉力方向做了调整减少了对于U形板11、连杆4和转动摇杆3在竖直方向受力可能会产生偏转导致部件脱离的问题。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。