一种基于多旋翼无人机展放牵引绳装置的研制及应用

王林旭

摘 要：研究多旋翼飞行器在输电线路展放牵引绳中应用的可行性。随着多旋翼飞行器在电力行业中的广泛运用，输电线路由传统的人力牵引展放线这种低效且安全性不高的方式，渐渐向利用多轴飞行器携带牵引绳展放线的高效技术手段转式，无疑有着巨大的优势：人员配备少、操作性简便、安全高效和实时监控等特点。该装置可代替传统的人力作业方式，以降低人身风险和提高工作效率，并解决了特殊地理环境的展放牵引绳技术。

关键词：输电线路；展放线；多轴飞行器；实例；创新

中图分类号：TM752 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0121-02

1 概 述

随着我国经济建设及社会的飞速发展，电力的安全持续可靠供应与千家万户的生活息息相关，所以保障电网安全稳定运行极为重要。然而，在电力线路建设时，承担着传输电能的重要角色——输电线路，大多处于河谷、高山、密林等恶劣地形，传统的人力展放牵引绳作业方式面临环境复杂、山高路远、交通不便以及可能给作业人员带来人身伤害风险。

2 传统展放线方式

据我们平时工作统计的数据显示，以山地110kV线路两个档距（约1000m）展放牵引绳为例，采用传统的人力作业方式，需要出动：负责人1人、拖放牵引绳成员4人，高空作业人员3人，共记8人；货车2辆，需耗时约为5h，花费工时40h/人。

3 多旋翼无人机牵引释放装置展放线方式

采用无人机展放牵引绳微型装置进行展放线，预计出动：飞行小组成员共2人，高空作业人员2人；皮卡车1辆，耗时约0.5h，花费工时2h/人。由此可见，工作效率显著提高。

4 研究工作实例

4.1 装置构造

（1）如图1所示多旋翼无人机牵引释放装置，该装置由多旋翼无人机端和脱钩装置端构成，并由7075航空铝及3D打印构件组成。在便携式无人机上安装后，将牵引绳的一端打结成环穿过该锁扣机构，使锁扣机构闭锁，并在离绳端1m处系上重物；

（2）利用大疆Inspire1系列多轴无人机的机臂可“变形”（即脚架可收放），结合杠杆原理使其在调试模式转为飞行模式的过程中，拉动脱钩装置开关，使牵引绳在重物的重力作用下自由落下；

（3）经实验，大疆Inspire1无人机有效载荷3.5kg，可牵引直径2mm长2km的迪尼玛绳；

（4）使用小钢线制作弹簧自锁装置，使其在飞行过程中防止脱钩装置开关松脱。

4.2 技术原理及操作方法

该多旋翼无人机机身上安装有能无线接收地面站发出的遥控指令并控制多旋翼无人机飞行的飞控系统，其工作原理包括如下操作步骤：a.选定作业场地，将绕有牵引绳的线盘置于该场地上；在多旋翼无人机脚架上安装好引线脱钩控制器（即牵引释放装置）。其中，脱钩装置包括動力机构和锁扣机构，动力机构与多旋翼无人机的脚架相连接，并与锁扣机构相连接利用杠杆原理使其闭锁或解锁；使锁扣机构闭锁，并将牵引绳的一端穿过该锁扣机构后，另一端系上合适的重物；b.规划好多旋翼无人机的作业航线，启动并操控该多旋翼无人机沿预先设定的航线和速度飞行，当飞行器到达第一基指定作业杆塔正上方时悬停，塔头上的工作人员迅速接住该多旋翼无人机带过来的牵引绳，将其放入预先挂在塔上的朝天滑车的沟槽里；c.地面操控人员继续操控多旋翼无人机携带牵引绳飞向下一基杆塔执行作业任务，并重复上述步骤b中的接绳、过滑车的流程，直到多旋翼无人机飞达最后一基作业目标杆塔；d.当无人机飞至最后一基目标杆塔正上方时，地面操作人员控制无人机的脚架升起，使脚架上的脱钩装置的动力机构启动，驱动锁扣机构解锁，从而使得牵引绳的一端连同所系重物落下时，塔上的工作人员快速抓住牵引绳，穿过杆塔上的滑轮沟槽，并将其系劳固定在杆塔上进行后续的导地线展放作业。

该装置安装在便携式多旋翼无人机上使用，通过搭载的高清摄像头设备开展对作业过程、地理环境等实时图传观测与操控，解决特殊地理环境的展放牵引绳技术并极大提高工作效率。再一次证明了无人机能在一定范围内代替人力作业，降低了人工劳动强度和减少作业风险。此外，输电线路上的漂浮物复杂多样，该自动脱钩微型装置也同样适用于带电处理横跨在导地线上大型漂浮物的情况，从而避免申请停电处理带来的影响。

另外，更大功率的六轴或八轴多旋翼无人机可负重约10kg以内物体，作业时在横跨大型漂浮物中间左右的位置将其勾住，操控无人机飞升并将漂浮物带离，当漂浮物缠绕导地线过紧造成无人机升力不足时，启动脱钩装置便可将漂浮物与无人机脱离，从而避免无人机损毁。对此可使用另一种方案，即在脱钩装置下端绳上加装钩形刀片，将漂浮物切割分离使其快速脱离线路，及时解决输电线路的安全隐患。

5 技术关键点及创新点

5.1 技术关键点

（1）研究如何实现装置与无人机的重量分配，既能不影响无人机稳定，又能保证展放牵引绳微型装置的实用性；

（2）研究如何在无人机转换模式后能精准驱动脱钩装置开关，使牵引绳脱落；

（3）研究弹簧自锁装置，使其在飞行过程中防止抛物器开关松脱。

5.2 创新点

（1）创新使用3D打印技术，自主制作无人机展放牵引绳微型装置的研制的部件。

（2）创新与二次开发利用便携式多旋翼无人机展放牵引绳。

6 结 语

目前，无人机在各行各业中发展得如火如荼，在电力行业中更是起到了重大的作用。多旋翼飞行器既可近距离遥控飞行，又可按照设定的航线自动进行中、短距离飞行，可以空中悬停，控制较为精确，抗风能力适中。从多旋翼飞行器应用的情况和未来的发展前景分析，飞行器能在一定范围内可代替人力登杆塔进行展放线作业，降低人工劳动强度和减少作业风险，因此对无人机进行二次开发（如无人机展放牵引绳微型装置）与应用，更能将其效用巨大化，不仅提高工作效率、安全水平，还可以增加员工自身的创新及动手能力。

输电线路传统导线架设方式主要以人力为主，现今辅以多旋翼飞行器进行展放线符合现状实际，因而适合大范围推广应用。

参考文献

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[5]陈晓兵，马玉林，徐祖舰.无人飞机输电线路巡线技术探讨[J].南方电网技术，2008，2（6）：59～61.

收稿日期：2018-9-14