CN105375398A - 一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，包括机械臂、无人机、图像采集设备、电源模块和遥控器，所述图像采集设备设置于所述无人机上；所述机械臂包括机械部和控制部，所述控制部包括步进电机、第一驱动电路、第一微控制器和第一通信模块，所述无人机包括机械单元和控制单元，所述控制单元包括第二微控制器、传感器模块、第二驱动电路、第二通信模块、电机、电源模块、无线通信模块和定位模块。本发明将机械臂安装到无人机上，配合图像采集设备，通过操作遥控器可以控制无人机和机械臂，在带电情况下，可以实现在地面上即可消除架空线路上的异物，不需要作业人员进行高空作业，从根本上保证了作业人员的人身安全。

Description

一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置

技术领域

本发明涉及电力检修领域，尤其是涉及一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置。

背景技术

随着社会经济的高速发展和城乡建设速度的加快，架空输电线路所处的地理环境发生了很大的变化，原本偏僻的旷野和农田现在变成了居民区和开发区，人类活动的增多引起了输电线路隐患的增多，直接导致了外力破坏跳闸次数的增长。导电异物是目前造成输电线路跳闸的重要原因之一。在大风气候下，风筝、广告条幅、塑料薄膜等漂流物经常被吹到输电线路接地线杆塔上，极易造成输电线路相间短路或单相接地短路，导致跳闸事故。由于架空输电线路具有点多、线长、面广、野外、高空等特点，所以此类隐患和事故分布面广，不确定性强，其防范处理难度较大。

目前国内发现异物缺陷后的处理方法主要有以下两种方法：

1、停电处理法

对于已经跳闸线路和垂直排列的导线等带电处理安全距离不够的情况，就只能采用停电后登塔处理的方法，应首先向调度中心申请停电，然后由作业人员出线或使用滑梯到达异物缠挂处摘除异物。但停电会影响到社会和用户正常用电并造成一定的电量和经济的损失，而且停电处理的方法也受到停电时间和运行方式的限制，另一个方面，由于停电处理异物，需要申请线路停电，增加了输电线路非计划停运次数，严重影响到了供电可靠性。

2、带电处理法

（1）悬挂软梯处理法

对于异物缠挂处距地面较高且距杆塔较远的情况，多采用等电位悬挂软梯进行处理。采用等电位软梯法清除导地线异物时，首先需要在缠绕异物的接地线上安装绝缘软梯，然后由等电位作业人员攀登软梯进入电场进行异物处理。

（2）穿全套屏蔽服处理法

对于多***导线，等电位作业人员目前多采用吊篮法、载人旋转式平梯法或直接沿耐张绝缘子串进入强电场。当进入电场后，再通过走线到达异物缠挂处，进行清除工作，等电位作业过程中要求作业人员身穿全套试验合格的屏蔽服，并始终保持安全距离。

申请号为：201420414674.1的实用新型专利，公开了一种带电清理悬挂物专用工器具，包括绝缘空心杆，绝缘空心杆的顶端固定有竖直杆，竖直杆的端部固定有第一弧形爪，竖直杆上铰接有水平杆，水平杆的一端固定有第二弧形爪，水平杆的另一端和第一弧形杆铰接，第一弧形杆的另一端伸进绝缘空心杆，与拉杆的顶端固定，空心杆的尾端铰接有7字型把手，7字型把手的拐弯处和第二弧形杆的一端固定，第二弧形杆的另一端伸进绝缘空心杆，与拉杆的底端固定，拉杆的底端还和绝缘空心杆内的弹簧固定。此实用新型提供的带电清理悬挂物专用工器具能方便有效的夹住导线和设备上的悬挂物，降低了工作人员的劳动强度，减少了工作人员的劳动时间，但是使用此工具仍然需要作业人员在高空进行清理操作，无法从根本上保证作业人员的人身安全。为了保障作业人员在带电作业情况下的人身安全，申请号：201410614158.8的发明专利公开了一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，包括左、右机械臂、控制模块、绝缘支撑、平台支架、外壳、伸缩机构和小吊臂，采用该机器人作业平台，在实际复杂线路作业环境下，使机器人能够替代人工完成全部配电网带电作业项目，包括：断线、接线、更换跌落保险、变压器、横担等，减少作业人员数量、大幅度减轻作业人员的劳动强度，最大限度的保证作业人员的安全，但是该发明控制***复杂，并且当需要进行高空作业时，操作机器人爬到作业地点需要较长的时间，工作效率不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，解决了采用现有技术进行带电作业时作业人员的人身安全无法得到保障以及作业效率不高的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，包括机械臂、无人机、图像采集设备、电源模块和遥控器，所述图像采集设备设置于所述无人机上；所述机械臂包括机械部和控制部，所述控制部包括步进电机、第一驱动电路、第一微控制器和第一通信模块，所述第一微控制器通过第一驱动电路模块与所述步进电机电连接，所述第一通信模块的一端与所述第一微控制器电连接；所述无人机包括机械单元和控制单元，所述控制单元包括第二微控制器、传感器模块、第二驱动电路、第二通信模块、电机、电源模块、无线通信模块和定位模块，所述第二微控制器通过第二驱动电路与所述电机电连接，所述传感器模块与所述第二微控制器电连接，所述定位模块与所述第二微控制器电连接，所述第二通信模块的一端与所述第二微控制器电连接，所述第二通信模块的另一端分别与所述第一通信单元和所述图像采集设备的信号端电连接，所述无线通信模块与所述第二微控制器电连接；所述电源模块分别为所述控制部和控制单元的电路部分提供电源，所述遥控器通过无线通信模块与所述无人机进行无线通信。

优选的，所述机械臂的机械部由上臂、小臂和夹持部组成，所述上臂的旋转角度为0-360°，其末端内置有一个步进电机，所述上臂通过水平轴与小臂的上端连接；所述小臂的下端与夹持部连接，小臂上端通过步进电机连接上臂的一端，小臂的旋转角度为0-180°，小臂末端上安装有步进电机和由该步进电机驱动的夹持部；所述上臂可转动的设置于所述无人机上，所述上臂与无人机的接触部位经过绝缘处理。

优选的，所述机械臂的自由度不小于3。

优选的，所述传感器模块包括三轴陀螺仪和磁力计，所述三轴陀螺仪和磁力计内部均自带A/D转换模块，所述三轴陀螺仪和磁力计的信号输出端均与所述第二微控制器电连接。

优选的，所述第一驱动电路包括脉冲信号分配电路和功率驱动电路，所述脉冲信号分配电路的输出端与功率驱动电路的输入端电连接。

优选的，所述第一微控制器采用单片机，所述第二微控制器采用ARM处理器芯片。

优选的，所述电机为无刷电机。

优选的，所述定位模块采用GPS模块。

优选的，所述图像采集设备通过可拆卸云台安装于所述无人机上。

优选的，所述无线通信模块采用4G无线通信模块。

本发明的有益效果是：

1、本发明将机械臂安装到无人机上，配合图像采集设备，通过操作遥控器可以控制无人机和机械臂，在带电情况下，可以实现在地面上即可消除架空线路上的异物，不需要作业人员进行高空作业，从根本上保证了作业人员的人身安全。

2、本发明的无线传输模块采用4G无线通信模块，视频数据和控制信号通过4G网络无线传送，覆盖的范围更大，传送速度更快，监控更及时，保证了操作的实时性和准确性。

3、本发明的传感器模块包括三轴陀螺仪和磁力计，可以实时监测无人机的飞行状态，并且为遥控器操作提供方向和飞行状态的数据支持，保证了无人机飞行方向和飞行状态的准确性。

4、本发明机械臂中的步进电机由第一驱动电路驱动，第一驱动电路包括脉冲信号分配电路和功率驱动电路，具有较高的驱动能力和抗干扰能力，保证了步进电机动作的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图；

图2为本发明实施例1的控制电路的结构框图；

图3为本发明实施例2的控制电路的结构框图；

图中：1-无人机、2-可拆卸云台、3-图像采集设备、4-上臂、5-小臂、6-夹持部、7-第一微控制器、8-第一通信模块、9-第一驱动电路、10-步进电机、11-第二通信模块、12-无线通信模块、13-第二微控制器、14-定位模块、15-传感器模块、16-电机、17-第二驱动电路、18-电源模块、19-遥控器、20-信号调理电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明包括机械臂、无人机1、图像采集设备3和遥控器19；图像采集设备3采用具有视频输出端口的高清摄像机，高清摄像机通过可拆卸云台2设置于无人机1其中一个机翼的下端。

机械臂包括机械部和控制部，机械臂的自由度不小于3，机械部由上臂4、小臂5和夹持部6组成。上臂4可转动的设置于无人机1的下部，其可旋转角度为0-360°，上臂4与无人机1的接触部位经过绝缘处理，其末端内置有一个步进电机10，并且上臂4通过水平轴与小臂5的上端连接；小臂5上端通过步进电机10铰接于上臂4的一端，小臂5的旋转角度为0-180°，小臂5末端上安装有步进电机10和由该步进电机10驱动的夹持部6，夹持部6的夹持操作由步进电机10驱动。机械臂的控制部包括步进电机10、第一驱动电路9、第一微控制器7和第一通信模块8，步进电机10的数目为三个，分别用于驱动机械部的上臂4、小臂5和夹持部6，第一微控制器7通过第一驱动电路9模块与步进电机10电连接，第一通信模块8的一端与第一微控制器7电连接，第一驱动电路9包括脉冲信号分配电路和功率驱动电路，脉冲信号分配电路的输出端与功率驱动电路的输入端电连接，功率驱动电路的输出端与步进电机10的电能输入端连接，第一微控制器7采用STC89C51单片机。

无人机1包括机械单元和控制单元，无人机1采用多旋翼无人机1，机械单元主要包括机架和旋翼，控制单元包括第二微控制器13、传感器模块15、第二驱动电路17、第二通信模块11、电机16、电源模块18、无线通信模块12和定位模块14，电源模块18分别为机械臂的控制部和无人机1的控制单元的电路部分提供电源；第二微控制器13采用数字信号处理能力较强的ARM处理器芯片，第二微控制器13通过第二驱动电路17与电机16电连接，电机16采用无刷电机，第二驱动电路17具有电子调速器；传感器模块15第二微控制器13电连接，传感器模块15包括三轴陀螺仪和磁力计，三轴陀螺仪和磁力计内部均自带A/D转换模块，三轴陀螺仪和磁力计的信号输出端均与第二微控制器13的信号输入端连接，将无人机1的飞行状态和飞行方向转换为数字量信号传送给第二微控制器13进行数据处理；定位模块14采用GPS模块，其信号输出端与第二微控制器13的输入端连接；第二通信模块11的一端与第二微控制器13的通信端口连接，第二通信模块11的另一端分别与第一通信单元和图像采集设备3的图像信号输出端连接，将第二微控制器13的控制信号通过第二通信模块11和第一通信模块8发送给第一微控制器7，并且将图像采集设备3的实时图像信息传送到控制单元中进行处理；无线通信模块12采用4G无线通信模块12，4G无线通信模块与第二微控制器13的信号输入端连接。

遥控器19内部具有无线通信模块12，通过无线通信与无人机1的无线通信模块12进行通信配对后，可以将遥控器19的控制信息发送给无人机1的控制单元，从而对无人机1的飞行状态和机械臂的运动状态进行远程控制，并且可以将图像采集设备3的实时图像通过4G网络发送到遥控器19的显示屏进行显示。

本发明利用无人机1携带和控制机械臂和图像采集设备3，可以实现对架空线路的巡视和异物消除，针对架空线路上的风筝、包装带等异物，无人机1可以带电进入现场，通过查看图像采集设备3采集的实时图像信息，可以操作遥控器19，实现控制无人机1的飞行状态和机械臂采取相应的动作，实现了带电清除架空线路上导电异物的目的。

无人机1的飞行效率相较于作业人员高空攀爬来说具有更高的工作效率和安全性，采用本发明进行架空线路的巡视和异物消除时，需用人力大大减少，时间大大缩短，规避了不安全的的因素，避免了长时间停电带来的经济损失，对保证线路的可靠运行起到了重要的作用。

实施例2：

如图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，传感器模块15包括三轴陀螺仪和磁力计，三轴陀螺仪和磁力计的信号输出端与信号调理电路20的信号输入端连接，信号调理电路20的信号输出端与第二微控制器13的信号输入端连接，信号调理电路20包括信号放大电路和A/D转换电路，信号放大电路的输出端与A/D转换电路的输入端连接，三轴陀螺仪和磁力计的模拟量信号经过信号调理电路20的调理后，将模拟量信号调理为第二微控制器13能够识别的数字信号。

实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，传感器模块15包括三轴陀螺仪、磁力计、高度传感器和压力传感器，三轴陀螺仪、磁力计、高度传感器和压力传感器均为电子式传感器，其内部自带A/D转换电路。

实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于，遥控器19不具有显示屏，通过外接智能手持设备来对图像采集设备3采集的实时图像信息进行显示，智能手持设备通过数据线与遥控器19进行数据通信，并且智能手持设备内部安装有针对本发明***开发的APP软件。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：包括机械臂、无人机、图像采集设备、电源模块和遥控器，所述图像采集设备设置于所述无人机上；所述机械臂包括机械部和控制部，所述控制部包括步进电机、第一驱动电路、第一微控制器和第一通信模块，所述第一微控制器通过第一驱动电路模块与所述步进电机电连接，所述第一通信模块的一端与所述第一微控制器电连接；所述无人机包括机械单元和控制单元，所述控制单元包括第二微控制器、传感器模块、第二驱动电路、第二通信模块、电机、电源模块、无线通信模块和定位模块，所述第二微控制器通过第二驱动电路与所述电机电连接，所述传感器模块与所述第二微控制器电连接，所述定位模块与所述第二微控制器电连接，所述第二通信模块的一端与所述第二微控制器电连接，所述第二通信模块的另一端分别与所述第一通信单元和所述图像采集设备的信号端电连接，所述无线通信模块与所述第二微控制器电连接；所述电源模块分别为所述控制部和控制单元的电路部分提供电源，所述遥控器通过无线通信模块与所述无人机进行无线通信。

2.根据权利要求1所述的一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：所述机械臂的机械部由上臂、小臂和夹持部组成，所述上臂的旋转角度为0-360°，其末端内置有一个步进电机，所述上臂通过水平轴与小臂的上端连接；所述小臂的下端与夹持部连接，小臂上端通过步进电机连接上臂的一端，小臂的旋转角度为0-180°，小臂末端上安装有步进电机和由该步进电机驱动的夹持部；所述上臂可转动的设置于所述无人机上，所述上臂与无人机的接触部位经过绝缘处理。

3.根据权利要求1或2所述的一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：所述机械臂的自由度不小于3。

4.根据权利要求1所述的一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：所述传感器模块包括三轴陀螺仪和磁力计，所述三轴陀螺仪和磁力计内部均自带A/D转换模块，所述三轴陀螺仪和磁力计的信号输出端均与所述第二微控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：所述第一驱动电路包括脉冲信号分配电路和功率驱动电路，所述脉冲信号分配电路的输出端与功率驱动电路的输入端电连接。

6.根据权利要求1所述的一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：所述第一微控制器采用单片机，所述第二微控制器采用ARM处理器芯片。

7.根据权利要求1所述的一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：所述电机为无刷电机。

8.根据权利要求1所述的一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：所述定位模块采用GPS模块。

9.根据权利要求1所述的一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：所述图像采集设备通过可拆卸云台安装于所述无人机上。

10.根据权利要求1所述的一种应用于定点巡视与带电清理平台的装置，其特征在于：所述无线通信模块采用4G无线通信模块。