CN113911356A - 基于无人机的电力设施涂料喷射装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于无人机的电力设施涂料喷射装置及控制方法,涉及电力维护设备技术领域,其技术方案要点是:所述无人机平台设有图像瞄准***、姿态传感器和补偿控制装置;图像瞄准***,用于根据预设喷射距离参数控制无人机平台行驶至喷涂装置与目标点对准的定点空间位置;姿态传感器,用于实时采集无人机平台的飞控姿态数据;补偿控制装置,用于根据预设喷射距离参数、无人机平台的定点空间位置、目标点对准的空间坐标信息以及飞控姿态数据生成补偿控制角度,并依据补偿控制角度将喷涂装置的喷射方向调控至与初始对准方向相同或相互平行。本发明有效保证了实际喷射方向与对准方向的一致性,从而提高了将输电线路相关设备喷涂的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力维护设备技术领域,更具体地说,它涉及基于无人机的电力设施涂料喷射装置及控制方法。
背景技术
在输电线路运维工作中,有时需对复合绝缘子、杆塔塔材等设备开展涂料喷刷工作。传统喷刷作业一般通过人员登塔开展,作业效率低、劳动强度大且有一定的高处坠落、感应电触电等风险。
目前,已有相关技术记载了利用无人机挂载的喷涂装置对墙壁进行涂料喷射,但由于其主要是在室内、建筑物分布密度较大或操作高度较低的环境下进行的,其受环境因素影响角度,而输电线路大部分分布在户外、遮挡物较少、高度较高的环境下,其受风力大小影响以及输电线路相关设备的尺寸大小影响,将已有无人机挂载的喷涂装置直接应用到输电线路运维工作中,将会存在误差大、喷涂效果差、浪费材料等问题。此外,还有部分技术公开了利用无人机挂载的喷涂装置对电力***的相关设备进行涂料喷射,但同样没有考虑环境因素对喷涂效果的影响。
因此,如何研究设计一种基于无人机的电力设施涂料喷射装置及控制方法是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足,本发明的目的是提供基于无人机的电力设施涂料喷射装置及控制方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
第一方面,提供了基于无人机的电力设施涂料喷射装置,包括无人机平台和喷涂装置,所述无人机平台设有图像瞄准***、姿态传感器和补偿控制装置;
图像瞄准***,用于根据预设喷射距离参数控制无人机平台行驶至喷涂装置与目标点对准的定点空间位置;
姿态传感器,用于实时采集无人机平台处于定点空间位置的飞控姿态数据;
补偿控制装置,用于根据预设喷射距离参数、无人机平台的定点空间位置、目标点对准的空间坐标信息以及飞控姿态数据生成补偿控制角度,并依据补偿控制角度将喷涂装置的喷射方向调控至与初始对准方向相同或相互平行;
喷涂装置,用于根据补偿控制完成生成的触发信号或接受的启动信号启动后对目标点进行喷涂操作。
进一步的,所述喷涂装置包括储液箱、压力水泵、喷管和喷嘴件;储液箱的出口端通过软管连接压力水泵,压力水泵的出口端连接到喷管的一端,喷管另一端与喷嘴件连接。
进一步的,所述喷嘴件包括喷嘴头、旋转头、球头万向节以及两个方向相互垂直的连杆控制头;喷嘴头与旋转头之间螺纹配合;旋转头通过球头万向节与喷管活动连接;连杆控制头均安装在旋转头外壁。
进一步的,所述补偿控制装置包括处理器、横向驱动杆、纵向驱动杆、横向伺服电机、纵向伺服电机以及用于供电的DC电源;
横向伺服电机的输出轴通过横向驱动杆与一个连杆控制头连接;
纵向伺服电机的输出轴通过纵向驱动杆与另一个连杆控制头连接;
横向伺服电机和纵向伺服电机均与处理器电连接。
进一步的,所述无人机平台还设有信号收发器;
信号收发器,用于将图像瞄准***采集的图像信息传输给地面监视器,以及接受地面遥控器发送的包含启动信号的操作信号;
操作信号的优先级大于补偿控制装置所生成信号的优先级。
进一步的,所述无人机平台还设有多个风向传感器;无人机平台的飞行机翼倾斜方向保持与多个风向传感器监测的风向矢量之和的方向相同或相互平行。
进一步的,所述无人机平台为四旋翼、六旋翼、八旋翼飞行平台中的任意一种。
第二方面,提供了基于无人机的电力设施涂料喷射控制方法,包括以下步骤:
根据预设喷射距离参数控制无人机平台行驶至喷涂装置与目标点对准的定点空间位置;
实时采集无人机平台处于定点空间位置的飞控姿态数据;
根据预设喷射距离参数、无人机平台的定点空间位置、目标点对准的空间坐标信息以及飞控姿态数据生成补偿控制角度,并依据补偿控制角度将喷涂装置的喷射方向调控至与初始对准方向相同或相互平行;
根据补偿控制完成生成的触发信号或接受的启动信号启动后对目标点进行喷涂操作。
进一步的,该方法还包括:
通过配置的多个风向传感器监测无人机平台所处环境的风向矢量之和;
控制人机平台的飞行机翼倾斜方向保持与风向矢量之和的方向相同或相互平行。
进一步的,该方法还包括:
采集无人机平台所处环境的图像信息;
提取图像信息中的电力设备空间分布;
依据预设安全距离和电力设备空间分布分析得到无人机平台的至少一个安全空间位置;
选取无人机平台倾斜角度最小的安全空间位置作为定点空间位置。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明提出的基于无人机的电力设施涂料喷射装置,对绝缘子、塔身等设备开展涂料喷刷工作,提升喷刷效率,降低人为作业带来的风险;同时考虑了无人机平台飞行过程的自身振动以及风力对无人机平台影响,对喷涂装置的喷射方向进行适应性调整,有效保证了实际喷射方向与对准方向的一致性,从而提高了将输电线路相关设备喷涂的准确性;
2、本发明还通过对风力方向进行监测,并控制无人机平台的飞行机翼倾斜方向保持与风向矢量之和的方向相同或相互平行,使得风力对无人机平台的晃动影响保持在较为单一的方向,有效降低了喷涂装置补偿控制的复杂性,从而提高了补偿控制的灵敏度;
3、本发明还考虑了无人机平台所处环境中其他电力设备的干扰,有效保证了喷涂操作的安全性。
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是本发明实施例中的整体工作原理图;
图2是本发明实施例中喷涂装置的整体结构示意图;
图3是本发明实施例中喷嘴件的结构示意图;
图4是本发明实施例中补偿控制的工作原理图;
图5是本发明实施例中遥控控制的工作原理图;
图6是本发明实施例中的工作流程图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1、喷嘴头;2、旋转头;3、球头万向节;4、喷管;5、连杆控制头;6、喷嘴件;7、储液箱;8、压力水泵。
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。
需说明的是,当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件,它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件,它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
实施例1:基于无人机的电力设施涂料喷射装置,如图1所示,包括无人机平台和喷涂装置,无人机平台设有图像瞄准***、姿态传感器和补偿控制装置。其中,图像瞄准***,用于根据预设喷射距离参数控制无人机平台行驶至喷涂装置与目标点对准的定点空间位置。姿态传感器,用于实时采集无人机平台处于定点空间位置的飞控姿态数据。补偿控制装置,用于根据预设喷射距离参数、无人机平台的定点空间位置、目标点对准的空间坐标信息以及飞控姿态数据生成补偿控制角度,并依据补偿控制角度将喷涂装置的喷射方向调控至与初始对准方向相同或相互平行。喷涂装置,用于根据补偿控制完成生成的触发信号或接受的启动信号启动后对目标点进行喷涂操作。
本发明提出的基于无人机的电力设施涂料喷射装置,对绝缘子、塔身等设备开展涂料喷刷工作,提升喷刷效率,降低人为作业带来的风险;同时考虑了无人机平台飞行过程的自身振动以及风力对无人机平台影响,对喷涂装置的喷射方向进行适应性调整,有效保证了实际喷射方向与对准方向的一致性,从而提高了将输电线路相关设备喷涂的准确性。
如图2所示,喷涂装置包括储液箱7、压力水泵8、喷管4和喷嘴件6;储液箱7的出口端通过软管连接压力水泵8,压力水泵8的出口端连接到喷管4的一端,喷管4另一端与喷嘴件6连接。
如图3所示,喷嘴件6包括喷嘴头1、旋转头2、球头万向节3以及两个方向相互垂直的连杆控制头5;喷嘴头1与旋转头2之间螺纹配合;旋转头2通过球头万向节3与喷管4活动连接;连杆控制头5均安装在旋转头2外壁。喷嘴头1端口出可增设喇叭状的防护结构,可以避免涂料溅射而污染环境或喷射装置。
如图4所示,补偿控制装置包括处理器、横向驱动杆、纵向驱动杆、横向伺服电机、纵向伺服电机以及用于供电的DC电源;横向伺服电机的输出轴通过横向驱动杆与一个连杆控制头5连接;纵向伺服电机的输出轴通过纵向驱动杆与另一个连杆控制头5连接;横向伺服电机和纵向伺服电机均与处理器电连接。
如图5所示,无人机平台还设有信号收发器;信号收发器,用于将图像瞄准***采集的图像信息传输给地面监视器,以及接受地面遥控器发送的包含启动信号的操作信号;操作信号的优先级大于补偿控制装置所生成信号的优先级。喷涂操作过程中,既可以依据预设程序进行自动化对准、补偿和喷涂操作,还可以依据地面遥控器进行手动控制,手动控制过程可以依据图像瞄准***采集的图像信息或另配置摄像机所采集的图像信息进行实时查看,具有操作灵活、适应性较强等优点。
无人机平台还设有多个风向传感器;无人机平台的飞行机翼倾斜方向保持与多个风向传感器监测的风向矢量之和的方向相同或相互平行。需要说明的是,多个风向传感器可以呈三维立体分布,也可以分布在同一平面内。
无人机平台为四旋翼、六旋翼、八旋翼飞行平台中的任意一种。
例如,采用某六旋翼无人机平台作为基础平台。储液箱7容量为1L,压力水泵8的功率为100W、压力为1Mpa、流量未6L/min。旋转头2、球头万向节3之间采用小间隙配合连接,球头万向节3、喷管4之间采用小间隙配合连接,连杆控制头5与旋转头2之间采用过盈配合连接。
实施例2:基于无人机的电力设施涂料喷射控制方法,如图6所示,包括以下步骤:
S1:根据预设喷射距离参数控制无人机平台行驶至喷涂装置与目标点对准的定点空间位置;
S2:实时采集无人机平台处于定点空间位置的飞控姿态数据;
S3:根据预设喷射距离参数、无人机平台的定点空间位置、目标点对准的空间坐标信息以及飞控姿态数据生成补偿控制角度,并依据补偿控制角度将喷涂装置的喷射方向调控至与初始对准方向相同或相互平行;
S4:根据补偿控制完成生成的触发信号或接受的启动信号启动后对目标点进行喷涂操作。
此外,为了有效降低了喷涂装置补偿控制的复杂性,从而提高了补偿控制的灵敏度;本发明通过配置的多个风向传感器监测无人机平台所处环境的风向矢量之和;控制人机平台的飞行机翼倾斜方向保持与风向矢量之和的方向相同或相互平行。
另外,考虑了无人机平台所处环境中其他电力设备的干扰,有效保证了喷涂操作的安全性。本发明采集无人机平台所处环境的图像信息;提取图像信息中的电力设备空间分布;依据预设安全距离和电力设备空间分布分析得到无人机平台的至少一个安全空间位置;选取无人机平台倾斜角度最小的安全空间位置作为定点空间位置。
工作原理:本发明提出的基于无人机的电力设施涂料喷射装置,对绝缘子、塔身等设备开展涂料喷刷工作,提升喷刷效率,降低人为作业带来的风险;同时考虑了无人机平台飞行过程的自身振动以及风力对无人机平台影响,对喷涂装置的喷射方向进行适应性调整,有效保证了实际喷射方向与对准方向的一致性,从而提高了将输电线路相关设备喷涂的准确性。
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。
Claims (10)
1.基于无人机的电力设施涂料喷射装置,包括无人机平台和喷涂装置,其特征是,所述无人机平台设有图像瞄准***、姿态传感器和补偿控制装置;
图像瞄准***,用于根据预设喷射距离参数控制无人机平台行驶至喷涂装置与目标点对准的定点空间位置;
姿态传感器,用于实时采集无人机平台处于定点空间位置的飞控姿态数据;
补偿控制装置,用于根据预设喷射距离参数、无人机平台的定点空间位置、目标点对准的空间坐标信息以及飞控姿态数据生成补偿控制角度,并依据补偿控制角度将喷涂装置的喷射方向调控至与初始对准方向相同或相互平行;
喷涂装置,用于根据补偿控制完成生成的触发信号或接受的启动信号启动后对目标点进行喷涂操作。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的电力设施涂料喷射装置,其特征是,所述喷涂装置包括储液箱(7)、压力水泵(8)、喷管(4)和喷嘴件(6);储液箱(7)的出口端通过软管连接压力水泵(8),压力水泵(8)的出口端连接到喷管(4)的一端,喷管(4)另一端与喷嘴件(6)连接。
3.根据权利要求2所述的基于无人机的电力设施涂料喷射装置,其特征是,所述喷嘴件(6)包括喷嘴头(1)、旋转头(2)、球头万向节(3)以及两个方向相互垂直的连杆控制头(5);喷嘴头(1)与旋转头(2)之间螺纹配合;旋转头(2)通过球头万向节(3)与喷管(4)活动连接;连杆控制头(5)均安装在旋转头(2)外壁。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的电力设施涂料喷射装置,其特征是,所述补偿控制装置包括处理器、横向驱动杆、纵向驱动杆、横向伺服电机、纵向伺服电机以及用于供电的DC电源;
横向伺服电机的输出轴通过横向驱动杆与一个连杆控制头(5)连接;
纵向伺服电机的输出轴通过纵向驱动杆与另一个连杆控制头(5)连接;
横向伺服电机和纵向伺服电机均与处理器电连接。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于无人机的电力设施涂料喷射装置,其特征是,所述无人机平台还设有信号收发器;
信号收发器,用于将图像瞄准***采集的图像信息传输给地面监视器,以及接受地面遥控器发送的包含启动信号的操作信号;
操作信号的优先级大于补偿控制装置所生成信号的优先级。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的基于无人机的电力设施涂料喷射装置,其特征是,所述无人机平台还设有多个风向传感器;无人机平台的飞行机翼倾斜方向保持与多个风向传感器监测的风向矢量之和的方向相同或相互平行。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的基于无人机的电力设施涂料喷射装置,其特征是,所述无人机平台为四旋翼、六旋翼、八旋翼飞行平台中的任意一种。
8.基于无人机的电力设施涂料喷射控制方法,其特征是,包括以下步骤:
根据预设喷射距离参数控制无人机平台行驶至喷涂装置与目标点对准的定点空间位置;
实时采集无人机平台处于定点空间位置的飞控姿态数据;
根据预设喷射距离参数、无人机平台的定点空间位置、目标点对准的空间坐标信息以及飞控姿态数据生成补偿控制角度,并依据补偿控制角度将喷涂装置的喷射方向调控至与初始对准方向相同或相互平行;
根据补偿控制完成生成的触发信号或接受的启动信号启动后对目标点进行喷涂操作。
9.根据权利要求8所述的基于无人机的电力设施涂料喷射控制方法,其特征是,该方法还包括:
通过配置的多个风向传感器监测无人机平台所处环境的风向矢量之和;
控制人机平台的飞行机翼倾斜方向保持与风向矢量之和的方向相同或相互平行。
10.根据权利要求8所述的基于无人机的电力设施涂料喷射控制方法,其特征是,该方法还包括:
采集无人机平台所处环境的图像信息;
提取图像信息中的电力设备空间分布;
依据预设安全距离和电力设备空间分布分析得到无人机平台的至少一个安全空间位置;
选取无人机平台倾斜角度最小的安全空间位置作为定点空间位置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 610000 No. 66 Xinguang Road, hi tech Zone, Sichuan, Chengdu Applicant after: Super high voltage branch of State Grid Sichuan Electric Power Co. Address before: 610000 No. 66 Xinguang Road, hi tech Zone, Sichuan, Chengdu Applicant before: MAINTENANCE COMPANY OF STATE GRID SICHUAN ELECTRIC POWER Co. |
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CB02 | Change of applicant information |