一种高压输电线路取能无人机夹取装置及其控制方法与流程

本发明涉及高压输电线路夹取，具体地，涉及一种高压输电线路取能无人机夹取装置及其控制方法。

背景技术：

1、近年来，无人机技术的快速发展为许多行业带来了巨大的变革和便利。其中，巡检无人机作为一种重要的工具，广泛应用于电力、石油、化工等行业的设备检测和维护工作中。

2、然而，由于巡检无人机的飞行时间受限，长时间的工作任务可能需要频繁充电或更换电池，从而导致效率降低并增加运营成本。为了解决这一问题，基于高压线取能的巡检无人机无线充电系统应运而生。

3、巡检无人机无线充电系统利用高压输电线路作为充电基础设施，实现对巡检无人机的无线充电，为其提供持续稳定的电力供应。无人机通过夹取装置挂载在高压输电线上，通过电流互感器无线传能至挂靠在线路上的无人机，为无人机提供所需的电力，实现电力巡检无人机的电能就地补充，从而实现充电过程的自动化和高效化。

4、然而传统的夹取装置存在以下局限性，需要一种新型的满足无人机感应取电需求的夹取装置来替代。

5、1、传统的夹取装置结构只针对一种尺寸的圆柱体电线，对于不同尺寸的圆柱体电线适用性不足，具有局限性。

6、2、传统的夹取结构没有有效的防滑设计，不能有效的防止滑动。

7、3、传统的夹取结构不可拆解，部分结构损坏后，只能整体进行更换，造成使用成本的增加。

8、4、传统夹具未添加压力传感器，无法反馈夹取工作是否有效完成的信息。

9、5、传统夹具缺乏引导机构，对无人机的飞控系统要求较高。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种高压输电线路取能无人机夹取装置及其控制方法，能够适应多种尺寸的输电线缆的夹持需要，同时，控制难度更低，夹取成功率更高。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、第一方面，本发明提供了一种高压输电线路取能无人机夹取装置，包括夹爪和用于固定夹爪的底座，所述夹爪开口大小可调节，用于适应不同尺寸的输电线缆；所述高压输电线路取能无人机夹取装置还包括：引导机构，引导机构设置于底座，用于引导线缆进入夹爪内；所述夹爪还设置有自动关闭组件，用于在线缆进入夹爪时，受线缆压迫带动夹爪自动关闭。

4、优选的，所述夹爪包括对称设置的第一夹爪部和第二夹爪部，第一夹爪部和第二夹爪部均设置有与底座相适配的安装槽，底座可拆卸地插入两个安装槽并分别与第一夹爪部和第二夹爪部转动连接。

5、优选的，所述自动关闭组件包括柔性连接带，柔性连接带处于夹爪内部，其两端分别与第一夹爪部和第二夹爪部相连接。

6、优选的，所述底座设置有用于调节夹爪开口大小的驱动机构；所述第一夹爪部和第二夹爪部分别通过第一转轴和第二转轴与底座转动连接，所述驱动机构的输出端与第一转轴同轴连接，并驱动第一转轴转动；所述底座内部设置有用于驱动第一转轴和第二转轴同步反向转动的齿轮机构。

7、优选的，所述引导机构以及驱动机构均与底座可拆卸连接。

8、优选的，所述引导机构设置有两个，两个引导机构对称设置于夹爪的两侧。

9、优选的，所述引导机构设置有供线缆穿过的槽孔，且槽孔贯穿引导机构的上表面，位于夹爪两侧的槽孔的中心点与夹爪的中心点处于同一条直线；所述引导机构顶端所在的水平面高度高于夹爪最高点所在的水平面，用于自下而上地将线缆引入夹爪内部。

10、优选的，所述引导机构位于槽孔的两侧壁面的上部位置设置有导线斜面，用于将线缆导入槽孔。

11、优选的，所述引导机构设置有1个或多个贯穿其前后和/或左右的通孔。

12、优选的，所述底座包括底板和固定座，固定座设置于底板顶部，固定座用于安装夹爪；固定座顶面与夹爪内壁之间形成夹持区域；固定座位于夹持区域的顶面设置有压力传感器，压力传感器与无人机携带的控制系统相连接。

13、优选的，所述固定座位于夹持区域的顶面设置有防滑纹路。

14、优选的，所述夹爪位于夹持区域的表面以及引导机构位于槽孔两侧的内壁均设置有防滑纹路。

15、第二方面，本发明提供了一种高压输电线路取能人机夹取装置的控制方法，应用于前述的高压输电线路取能无人机夹取装置，包括以下步骤：

16、将夹取装置安装于高压输电线路取能无人机上；

17、无人机从线缆下方向上飞行，使得引导机构接触线缆，通过引导机构的引导作用，使线缆自上而下滑入引导机构以及夹爪内部；

18、线缆压住自动关闭组件使得夹爪自动闭合。

19、优选的，所述控制方法还包括以下步骤：

20、将用于调节夹爪开口大小的驱动机构安装于底座；

21、当夹爪关闭后，启动驱动机构使得夹爪夹紧，将线缆紧锁在夹爪内部。

22、优选的，所述控制方法还包括以下步骤：

23、将压力传感器安装于底座位于夹持区域的顶面；

24、无人机控制系统采集压力传感器的数据，通过压力传感器的数据判断夹爪装置是否锁紧线缆；

25、若线缆已被锁紧，则执行无人机充电操作；若线缆未被锁紧，则重新规划无人机夹取路径，重新操作夹取线缆。

26、优选的，通过压力传感器的数据判断夹爪装置是否锁紧线缆包括：

27、根据高压输电线路直径和夹取无人机的重量，设定夹取装置的最低夹紧压力；

28、当压力传感器的数据大于或等于最低夹紧压力时，判断锁紧线缆；反之，则线缆未被锁紧。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过设置可以调节夹持区域大小的夹爪，能够适应不同尺寸的输电线缆的夹持需求；通过设置自动关闭组件，能够在线缆进入夹爪内部后，自动将夹爪闭合，从而降低操控夹爪闭合的控制难度以及能源消耗。同时，本发明在夹爪的两侧还设置有引导机构，通过引导机构能够便于将输电线缆导入夹爪内部，提高夹取成功率。

30、此外，本发明还具有如下有益效果：

31、优势1：

32、现有的无人机夹爪不具有夹取引导机构，本发明中通过在夹爪两侧添加相应的对位引导机构，能够实现扩大无人机夹爪的抓取区域，通过引导的方式迫使高压线缆在无人机向上运动的过程中滑入夹爪内部。该方式降低了无人机在风饶、控制误差等复杂环境下的无人机飞行控制难度，从而增加了无人机靠近高压线缆后的抓取成功率。

33、优势2：

34、普通引导机构在使用过程中未针对于无人机的应用场景进行实用化优化，本发明中的引导机构采用碳钎维增强基复合材料，该材料有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性，而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，在保障结构强度能够胜任高压线缆冲击的同时，采用打孔的方式实现了引导机构的减重设计以降低无人机的载重，提高无人机的有效续航。

35、优势3：

36、现有的无人机夹爪需高压线缆进入夹爪内部后驱动舵机，从而带动夹爪主动闭合，该方式要求无人机在夹爪闭合环节保持在相对稳定的工作位置，未考虑高空复杂环境下无人机的控制难度。本发明中高压线缆在无人机向上飞行的过程中受迫压住柔性连接带从而带动夹爪向中间闭合，降低了闭合作业中夹爪舵机的工作时间，提高了夹爪闭合效率，有效降低无人机的控制精度要求。

37、优势4：

38、现有的无人机夹爪通常通过视觉识别、红外或激光等方式判断高压线缆是否已经进入夹爪内部，各自存在着机构重量较大、成本高或识别不够准确的劣势。本发明在夹爪下方闭合处添加薄膜型压力传感器，通过对压力值的大小判断高压线缆是否已完全进入夹爪内部，从而反馈信号给无人机控制模块，以指挥夹爪舵机启动，快速完成夹取作业。同时，薄膜型压力传感器兼具防水和轻质的优势，能够有效适应高压线缆感应取电无人机的工作环境，此方设计案能有效提高夹取作业的效率和成功率。