一種基于多旋翼無人機展放牽引繩裝置的研制及應用

王林旭

摘 要：研究多旋翼飛行器在輸電線路展放牽引繩中應用的可行性。隨著多旋翼飛行器在電力行業中的廣泛運用，輸電線路由傳統的人力牽引展放線這種低效且安全性不高的方式，漸漸向利用多軸飛行器攜帶牽引繩展放線的高效技術手段轉式，無疑有著巨大的優勢：人員配備少、操作性簡便、安全高效和實時監控等特點。該裝置可代替傳統的人力作業方式，以降低人身風險和提高工作效率，并解決了特殊地理環境的展放牽引繩技術。

關鍵詞：輸電線路；展放線；多軸飛行器；實例；創新

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0121-02

1 概 述

隨著我國經濟建設及社會的飛速發展，電力的安全持續可靠供應與千家萬戶的生活息息相關，所以保障電網安全穩定運行極為重要。然而，在電力線路建設時，承擔著傳輸電能的重要角色——輸電線路，大多處于河谷、高山、密林等惡劣地形，傳統的人力展放牽引繩作業方式面臨環境復雜、山高路遠、交通不便以及可能給作業人員帶來人身傷害風險。

2 傳統展放線方式

據我們平時工作統計的數據顯示，以山地110kV線路兩個檔距（約1000m）展放牽引繩為例，采用傳統的人力作業方式，需要出動：負責人1人、拖放牽引繩成員4人，高空作業人員3人，共記8人；貨車2輛，需耗時約為5h，花費工時40h/人。

3 多旋翼無人機牽引釋放裝置展放線方式

采用無人機展放牽引繩微型裝置進行展放線，預計出動：飛行小組成員共2人，高空作業人員2人；皮卡車1輛，耗時約0.5h，花費工時2h/人。由此可見，工作效率顯著提高。

4 研究工作實例

4.1 裝置構造

（1）如圖1所示多旋翼無人機牽引釋放裝置，該裝置由多旋翼無人機端和脫鉤裝置端構成，并由7075航空鋁及3D打印構件組成。在便攜式無人機上安裝后，將牽引繩的一端打結成環穿過該鎖扣機構，使鎖扣機構閉鎖，并在離繩端1m處系上重物；

（2）利用大疆Inspire1系列多軸無人機的機臂可“變形”（即腳架可收放），結合杠桿原理使其在調試模式轉為飛行模式的過程中，拉動脫鉤裝置開關，使牽引繩在重物的重力作用下自由落下；

（3）經實驗，大疆Inspire1無人機有效載荷3.5kg，可牽引直徑2mm長2km的迪尼瑪繩；

（4）使用小鋼線制作彈簧自鎖裝置，使其在飛行過程中防止脫鉤裝置開關松脫。

4.2 技術原理及操作方法

該多旋翼無人機機身上安裝有能無線接收地面站發出的遙控指令并控制多旋翼無人機飛行的飛控系統，其工作原理包括如下操作步驟：a.選定作業場地，將繞有牽引繩的線盤置于該場地上；在多旋翼無人機腳架上安裝好引線脫鉤控制器（即牽引釋放裝置）。其中，脫鉤裝置包括動力機構和鎖扣機構，動力機構與多旋翼無人機的腳架相連接，并與鎖扣機構相連接利用杠桿原理使其閉鎖或解鎖；使鎖扣機構閉鎖，并將牽引繩的一端穿過該鎖扣機構后，另一端系上合適的重物；b.規劃好多旋翼無人機的作業航線，啟動并操控該多旋翼無人機沿預先設定的航線和速度飛行，當飛行器到達第一基指定作業桿塔正上方時懸停，塔頭上的工作人員迅速接住該多旋翼無人機帶過來的牽引繩，將其放入預先掛在塔上的朝天滑車的溝槽里；c.地面操控人員繼續操控多旋翼無人機攜帶牽引繩飛向下一基桿塔執行作業任務，并重復上述步驟b中的接繩、過滑車的流程，直到多旋翼無人機飛達最后一基作業目標桿塔；d.當無人機飛至最后一基目標桿塔正上方時，地面操作人員控制無人機的腳架升起，使腳架上的脫鉤裝置的動力機構啟動，驅動鎖扣機構解鎖，從而使得牽引繩的一端連同所系重物落下時，塔上的工作人員快速抓住牽引繩，穿過桿塔上的滑輪溝槽，并將其系勞固定在桿塔上進行后續的導地線展放作業。

該裝置安裝在便攜式多旋翼無人機上使用，通過搭載的高清攝像頭設備開展對作業過程、地理環境等實時圖傳觀測與操控，解決特殊地理環境的展放牽引繩技術并極大提高工作效率。再一次證明了無人機能在一定范圍內代替人力作業，降低了人工勞動強度和減少作業風險。此外，輸電線路上的漂浮物復雜多樣，該自動脫鉤微型裝置也同樣適用于帶電處理橫跨在導地線上大型漂浮物的情況，從而避免申請停電處理帶來的影響。

另外，更大功率的六軸或八軸多旋翼無人機可負重約10kg以內物體，作業時在橫跨大型漂浮物中間左右的位置將其勾住，操控無人機飛升并將漂浮物帶離，當漂浮物纏繞導地線過緊造成無人機升力不足時，啟動脫鉤裝置便可將漂浮物與無人機脫離，從而避免無人機損毀。對此可使用另一種方案，即在脫鉤裝置下端繩上加裝鉤形刀片，將漂浮物切割分離使其快速脫離線路，及時解決輸電線路的安全隱患。

5 技術關鍵點及創新點

5.1 技術關鍵點

（1）研究如何實現裝置與無人機的重量分配，既能不影響無人機穩定，又能保證展放牽引繩微型裝置的實用性；

（2）研究如何在無人機轉換模式后能精準驅動脫鉤裝置開關，使牽引繩脫落；

（3）研究彈簧自鎖裝置，使其在飛行過程中防止拋物器開關松脫。

5.2 創新點

（1）創新使用3D打印技術，自主制作無人機展放牽引繩微型裝置的研制的部件。

（2）創新與二次開發利用便攜式多旋翼無人機展放牽引繩。

6 結 語

目前，無人機在各行各業中發展得如火如荼，在電力行業中更是起到了重大的作用。多旋翼飛行器既可近距離遙控飛行，又可按照設定的航線自動進行中、短距離飛行，可以空中懸停，控制較為精確，抗風能力適中。從多旋翼飛行器應用的情況和未來的發展前景分析，飛行器能在一定范圍內可代替人力登桿塔進行展放線作業，降低人工勞動強度和減少作業風險，因此對無人機進行二次開發（如無人機展放牽引繩微型裝置）與應用，更能將其效用巨大化，不僅提高工作效率、安全水平，還可以增加員工自身的創新及動手能力。

輸電線路傳統導線架設方式主要以人力為主，現今輔以多旋翼飛行器進行展放線符合現狀實際，因而適合大范圍推廣應用。

參考文獻

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收稿日期：2018-9-14