一种驻塔式无人机起降系统 |
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| 申请号 | CN202010831806.0 | 申请日 | 2020-08-18 | 公开(公告)号 | CN111733716A | 公开(公告)日 | 2020-10-02 |
| 申请人 | 天津市普迅电力信息技术有限公司; 国网信息通信产业集团有限公司; | 发明人 | 胡浩瀚; 张立; 熊道洋; 廖逍; 潘飚; 白景坡; 单宝麟; 李君海; 李艳; 李保海; | ||||
| 摘要 | 一种驻塔式无人机起降系统，包括开口向上并固设在杆塔上的停机 箱体 ，以及固设在无人机底部的正负极分体导电 支架 ；停机箱体的顶部对称并滑动连接有箱体滑盖，停机箱体的内部转动嵌装有开口向上设置并由正负极分体导电支架提供旋转动 力 的充电转座，该停机箱体的内壁上设有传动单元，且停机箱体的底部设有向上穿透充电转座并为正负极分体导电支架提供充电 电能 的供电单元；传动单元的动力输入端均与充电转座动力连接，且传动单元的动力输出端均与箱体滑盖动力连接。该驻塔式无人机起降系统可在无人机起落时利用其自重及飞行 姿态 变化实现精准停靠功能，无需设置 电机 等带电设备，可有效提高起降系统的安全性能、起降 精度 及使用寿命。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种驻塔式无人机起降系统，其特征在于：包括开口向上并固设在杆塔上的停机箱体，以及固设在无人机底部的正负极分体导电支架；所述停机箱体的顶部对称并滑动连接有箱体滑盖，停机箱体的内部转动嵌装有开口向上设置并由正负极分体导电支架提供旋转动力的充电转座，该停机箱体的内壁上设有传动单元，且停机箱体的底部设有向上穿透充电转座并为正负极分体导电支架提供充电电能的供电单元；所述传动单元的动力输入端均与充电转座动力连接，且传动单元的动力输出端均与箱体滑盖动力连接。 |
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| 说明书全文 | 一种驻塔式无人机起降系统技术领域背景技术[0002] 无人机以其无视地形、灵活高效、可拓展性强等特点，近些年被广泛应用于电力、石油、交通等行业的巡视巡检工作中，为进一步提升其可推广性，无人机自主控制及自主飞行技术在近年也得到了飞速发展，人机协同的自主巡检在电网巡检应用中正逐步推广开来。目前无人机精细化巡检工作主要利用多旋翼无人机沿电网杆塔逐一开展，但电网线路跨度大，输电线路长度均在几十至上百公里，特高压线路可至上千公里，为保证无人机续航需在中途配置充电续航及维护起降平台。 [0003] 目前的起降维护平台，在无人机起降时校准工序繁杂，并且均需要电机等带电设备配合开闭平台封盖，或配合进行起降校准。然而，电机等带电设备在电力杆塔上极易受到电磁干扰，其使用寿命及安全性均无法达到正常工况条件下的平均水平，使得现有的无人机起降维护平台受机械结构影响严重，维护成本高。 [0004] 基于以上问题，如何采用一种无人机起降平台，在无需电机等带电设备配合的情况下，完成无人机的起降校准及充电，是本领域技术人员亟待解决的问题。 [0005] 通过公开专利检索，发现以下对比文件：一种输电线路无人机巡检起降平台及使用方法（CN111196373A）公开了一种输电线路无人机巡检起降平台及使用方法，属于无人机起降飞行技术领域。技术方案是：起降平台的侧面垂直设有伸缩杆，伸缩杆通过旋转结构与固定装置连接，起降平台通过固定装置紧固在杆塔的角铁上。该发明的有益效果是：起降平台可固定至杆塔处，可长期使用，为输电线路巡检提供便利条件；巡检起降平台有伸缩扩展功能，便于安装、维护；还具有结构简单、成本低廉、易于加工制作的特点，具有广泛的推广前景。 [0006] 经分析，上述公开专利与本申请的技术方案及实现功能均不相同，因此不影响本申请的新颖性。 发明内容[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种驻塔式无人机起降系统，该驻塔式无人机起降系统可在无人机起落时利用其自重及飞行姿态变化实现精准停靠功能，无需设置电机等带电设备，可有效提高起降系统的安全性能、起降精度及使用寿命，广泛适用于长路径高强度的无人机电力杆塔巡检作业。 [0008] 一种驻塔式无人机起降系统，包括开口向上并固设在杆塔上的停机箱体，以及固设在无人机底部的正负极分体导电支架；停机箱体的顶部对称并滑动连接有箱体滑盖，停机箱体的内部转动嵌装有开口向上设置并由正负极分体导电支架提供旋转动力的充电转座，该停机箱体的内壁上设有传动单元，且停机箱体的底部设有向上穿透充电转座并为正负极分体导电支架提供充电电能的供电单元；传动单元的动力输入端均与充电转座动力连接，且传动单元的动力输出端均与箱体滑盖动力连接。 [0009] 而且，停机箱体的内部固装有固定梁，该固定梁的两端与停机箱体内壁固定连接，固定梁的另外两端及固定梁的底部均与停机箱体内壁之间留设间隙，固定梁的中部开设有上下贯通且大直径开口端向上设置的锥形阶梯孔；锥形阶梯孔下部的内壁上开设有阶梯槽，该阶梯槽内转动嵌装充电转座。 [0010] 而且，正负极分体导电支架包括镜像设置的正极支架及负极支架；正极支架与负极支架共同围成插入至充电转座内部的锥桶形，正极支架与负极支架之间留设有绝缘间隙，该正极支架与负极支架的顶部分别连接无人机内置电池的正极与负极，且正极支架与负极支架的底部分别由供电单元供电。 [0011] 而且，充电转座的上部制出有在阶梯槽内周向转动并开口向上设置的碗状绝缘底托，充电转座的中部制出有线路腔，且充电转座的底部同轴固接有转座齿轮；碗状绝缘底托的侧壁上制出有向内突出并周向限位卡接在绝缘间隙内的弧形卡条。 [0012] 而且，传动单元包括转动连接在停机箱体内壁上的多根水平传动杆和竖直传动杆，以及固装在箱体滑盖底部的齿条；水平传动杆及竖直传动杆的两端均同轴固接有传动齿轮，其中水平传动杆一端的传动齿轮与转座齿轮啮合连接，水平传动杆另一端的传动齿轮与竖直传动杆底部的传动齿轮啮合连接；竖直传动杆顶部的传动齿轮与箱体滑盖底部的齿条啮合连接。 [0013] 而且，供电单元包括空心转轴，以及分别连接正极支架与负极支架的两组弹簧触点、导电铜环及导电刷；空心转轴的底部与停机箱体的底板周向旋转连接，该空心转轴的中部外壁上固定套装两个间隔设置的导电铜环，空心转轴的顶部向上穿透并同轴固接在转座齿轮的中部，且空心转轴的内部与线路腔连通；弹簧触点均嵌装在碗状绝缘底托的底部并向上突出设置，该弹簧触点的底部均通过布设在线路腔内的导线连接导电铜环；导电刷均固设在停机箱体的底板上，该导电刷的电流输出端分别与两个导电铜环的周向外壁滑动配合并导电连接，且导电刷的电流输入端连通外部直流电源。 [0014] 本发明的优点和技术效果是：本发明的一种驻塔式无人机起降系统主要优势在于以下方面： （1）通过改变传统无人机起落架及起降平台停机区域的形状为倒锥形，使得无人机降落时的对准难度降低，并且通过无人机自身重量实现自动对中。减少了起降平台的对中装置及对应机械结构，降低了起降平台的重量，同时降低了成本，减少了故障风险。 [0015] （2）通过在停机箱体内集成充电的弹簧触点，使得无人机在降落后即可进入充电状态，无需额外机械臂进行电池抓取，减少了该部分的机械结构和技术投入。降低了起降系统的重量，同时降低了成本，减少了故障风险。 [0016] （3）在充电转座顶部设计碗状绝缘底托，并将弹簧触点分为绝缘处理后的正负极，通过弧形卡条卡接在降落过程中正负极分体导电支架的绝缘间隙内，通过控制无人机悬停自转使得无人机正确对准正负级，无论以何种朝向降落均可实现正确充电，提高了整体系统的可靠性；并且由无人机自转为箱体滑盖提供开闭动力，无需安装电机等额外带电设备，安全性更高。 [0017] （4）彻底取消了固定式起降平台本身的动力需求，唯一动力部件无人机可自动下塔接受维护，提升了设备的易维护性。 [0018] 本发明的一种驻塔式无人机起降系统，通过停机箱体为无人机提供起落时的平台支撑，以及遮风避雨的封闭遮挡功能；通过充电转座为正负极分体导电支架提供重力方向的导向支撑；通过供电单元为正负极分体导电支架提供充电电能；最后通过正负极分体导电支架为充电转座提供旋转动力，该旋转动力经传动单元传导，最终控制箱体滑盖在停机箱体顶部的滑动开闭。 [0019] 本发明的一种驻塔式无人机起降系统，可在无人机起落时利用其自重及飞行姿态变化实现精准停靠功能，无需设置电机等带电设备，可有效提高起降系统的安全性能、起降精度及使用寿命，是一种具有较高创造性的驻塔式无人机起降系统。附图说明 [0020] 图1为本发明的主视图（箱体滑盖开启状态）；图2为本发明的主视图（箱体滑盖关闭状态）； 图3为本发明的侧视图； 图4为本发明正负极分体导电支架的主视图； 图5为图4的俯视图； 图6为图1中A处的局部放大图； 图7为本发明中无人机降落过程中的工作流程及内部机械系统工作方法示意图； 图8为本发明中正常降落的无人机从起降平台中起飞的工作流程及内部机械系统工作方法示意图； 图中：1-箱体滑盖；2-齿条；3-传动齿轮；4-竖直传动杆；5-停机箱体；6-固定梁；7-锥形阶梯孔；8-充电转座；9-供电单元；10-水平传动杆；11-正极支架；12-负极支架；13-导电铜环；14-碗状绝缘底托；15-弧形卡条；16-弹簧触点；17-阶梯槽；18-线路腔；19-转座齿轮； 20-空心转轴；21-导电刷；22-绝缘间隙。 具体实施方式[0021] 为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。 [0022] 一种驻塔式无人机起降系统，包括开口向上并固设在杆塔上的停机箱体5，以及固设在无人机底部的正负极分体导电支架；停机箱体的顶部对称并滑动连接有箱体滑盖1，停机箱体的内部转动嵌装有开口向上设置并由正负极分体导电支架提供旋转动力的充电转座8，该停机箱体的内壁上设有传动单元，且停机箱体的底部设有向上穿透充电转座并为正负极分体导电支架提供充电电能的供电单元9；传动单元的动力输入端均与充电转座动力连接，且传动单元的动力输出端均与箱体滑盖动力连接。 [0023] 而且，停机箱体的内部固装有固定梁6，该固定梁的两端与停机箱体内壁固定连接，固定梁的另外两端及固定梁的底部均与停机箱体内壁之间留设间隙，固定梁的中部开设有上下贯通且大直径开口端向上设置的锥形阶梯孔7；锥形阶梯孔下部的内壁上开设有阶梯槽17，该阶梯槽内转动嵌装充电转座。 [0024] 而且，正负极分体导电支架包括镜像设置的正极支架11及负极支架12；正极支架与负极支架共同围成插入至充电转座内部的锥桶形，正极支架与负极支架之间留设有绝缘间隙22，该正极支架与负极支架的顶部分别连接无人机内置电池的正极与负极，且正极支架与负极支架的底部分别由供电单元供电。 [0025] 而且，充电转座的上部制出有在阶梯槽内周向转动并开口向上设置的碗状绝缘底托14，充电转座的中部制出有线路腔18，且充电转座的底部同轴固接有转座齿轮19；碗状绝缘底托的侧壁上制出有向内突出并周向限位卡接在绝缘间隙内的弧形卡条15。 [0026] 而且，传动单元包括转动连接在停机箱体内壁上的多根水平传动杆10和竖直传动杆4，以及固装在箱体滑盖底部的齿条2；水平传动杆及竖直传动杆的两端均同轴固接有传动齿轮3，其中水平传动杆一端的传动齿轮与转座齿轮啮合连接，水平传动杆另一端的传动齿轮与竖直传动杆底部的传动齿轮啮合连接；竖直传动杆顶部的传动齿轮与箱体滑盖底部的齿条啮合连接。 [0027] 而且，供电单元包括空心转轴20，以及分别连接正极支架与负极支架的两组弹簧触点16、导电铜环13及导电刷21；空心转轴的底部与停机箱体的底板周向旋转连接，该空心转轴的中部外壁上固定套装两个间隔设置的导电铜环，空心转轴的顶部向上穿透并同轴固接在转座齿轮的中部，且空心转轴的内部与线路腔连通；弹簧触点均嵌装在碗状绝缘底托的底部并向上突出设置，该弹簧触点的底部均通过布设在线路腔内的导线连接导电铜环；导电刷均固设在停机箱体的底板上，该导电刷的电流输出端分别与两个导电铜环的周向外壁滑动配合并导电连接，且导电刷的电流输入端连通外部直流电源。 [0028] 另外，本发明优选的，弹簧触点采用现有技术中的成熟产品，并且导线与导电铜环的连接方式采用现有技术中的成熟手段。 [0029] 另外，本发明优选的，空心转轴的底部与停机箱体内部周向旋转且轴向限位的连接方式采用现有技术中的成熟手段。 [0030] 另外，本发明优选的，导电刷连接有外部直流电源，该外部直流电源采用现有技术中的成熟产品。 [0031] 为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面结合附图提供一种实施例：如图1所示，一种驻塔式无人机起降系统，包括开口向上并固设在杆塔上的停机箱体，以及固设在无人机底部的正负极分体导电支架。在停机箱体内未停放无人机时，箱体滑盖的位置状态如图1所示，当停机箱体内停放无人机时，箱体滑盖的位置状态如图2所示。 [0032] 如图7所示，无人机降落过程中的工作流程及内部机械系统工作方法如下：首先，适配的无人机需具有现有技术中的差分定位功能，作业返回时能够回归至如图1所示的停机箱体上方，无人机飞入停机箱体，此时箱体滑盖呈敞开状态，无人机底部的正负极分体导电支架由上至下缓慢插入至固定梁的锥形阶梯孔内，而后无人机在缓慢下降的过程中执行水平面上的旋转飞行动作，直至某一瞬间碗状绝缘底托内壁上的弧形卡条卡入至正负极分体导电支架的绝缘间隙内；而后无人机继续降落并执行水平面上的旋转动作，直至正负极分体导电支架的底部接触到碗状绝缘底托底部的弹簧触点上，即无人机充电连接完成，而后无人机全部降落动作；需要注意的是自弧形卡条卡入至绝缘间隙内起，无人机将带动正负极分体导电支架及充电转座同步旋转；充电转座旋转过程中，其旋转力由传动单元传到至箱体滑盖上，控制两个箱体滑盖对向运动直至闭合。 [0033] 如图8所示，当无人机充电完成需飞离停机箱体时，需控制无人机执行在水平面上旋转动作的同时缓慢上升，即无人机先带动充电转座旋转，进而带动箱体滑盖打开，直至某一瞬间无人机底部正负极分体导电支架的绝缘间隙脱离弧形卡条，触发充电转座8的电磁铁断电，而后可控制无人机上升直至完全飞离停机箱体。 |
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