本發(fā)明涉及電力設(shè)施維護(hù)，具體為基于無人機(jī)掛載的線纜絕緣恢復(fù)作業(yè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、當(dāng)線纜的絕緣層破損時，需要對線纜的破損處進(jìn)行絕緣恢復(fù)，而線纜往往在帶電狀態(tài)下出現(xiàn)破損，難以在短時間內(nèi)斷電進(jìn)行絕緣層更換，只能在破損處包裹一層或多層絕緣材料作為絕緣恢復(fù)的方式。此外，接火作業(yè)（指在不斷電的情況下進(jìn)行電工作業(yè)）中大多采用金屬線夾，通過絕緣護(hù)套將線夾進(jìn)行絕緣化處理，但長時間運(yùn)行存在絕緣護(hù)罩脫落，造成金屬線夾裸露而帶來安全性隱患。上述兩種方式的絕緣化處理需要人工作業(yè)參與，存在一定危險性。

3、針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)zl202410381117.2公開的一種用于無人機(jī)掛載的絕緣恢復(fù)工具，給出了利用無人機(jī)攜帶絕緣恢復(fù)工具飛行至破損線纜處，通過獨立控制的四個推桿帶動絕緣體相互靠近，從線纜的不同方向?qū)⑵茡p處夾緊并包裹，實現(xiàn)絕緣恢復(fù)。

4、上述現(xiàn)有技術(shù)中，需要作業(yè)人員在地面遙控?zé)o人機(jī)攜帶絕緣恢復(fù)工具進(jìn)行絕緣恢復(fù)作業(yè)，但由于工具上缺乏可靠的觀察和檢測手段，通過無人機(jī)將工具掛載到架空導(dǎo)線上的操作非常困難，而且難以準(zhǔn)確的找到作業(yè)位置，需要多次進(jìn)行調(diào)整，作業(yè)時間長，成功率低。

5、其次，由于架空線纜直徑不同，最大直徑和最小直徑偏差超過1倍，該工具僅通過兩組推桿動作實現(xiàn)絕緣膠片的壓緊，對于不同規(guī)格的線纜，作業(yè)效果差距很大，可能導(dǎo)致小直徑線纜膠片粘貼不牢固，造成安全隱患。

6、此外，由于工具中四個推桿及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別獨立控制，當(dāng)同組的兩個推桿運(yùn)動速度不均衡時，會導(dǎo)致絕緣恢復(fù)工具傾斜，從而導(dǎo)致作業(yè)效果不滿足要求，甚至絕緣膠片脫落、絕緣恢復(fù)作業(yè)失敗等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供基于無人機(jī)掛載的線纜絕緣恢復(fù)作業(yè)系統(tǒng)及方法，在既有的絕緣恢復(fù)工具的基礎(chǔ)上，增加一對金屬探針和多個傳感器，利用金屬探針和各傳感器傳來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了作業(yè)過程中對工具的位置、姿態(tài)、壓緊的力度的實時檢測，并根據(jù)傳感器檢測到的狀態(tài)反饋到控制單元，進(jìn)而能夠通過調(diào)整無人機(jī)修正工具的位置，并控制四個推桿的運(yùn)動狀態(tài)調(diào)整工具的姿態(tài)和壓緊力，從而提高絕緣恢復(fù)作業(yè)的效率，保證作業(yè)效果的可靠性和一致性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)實施例：

3、本發(fā)明的第一個方面提供基于無人機(jī)掛載的線纜絕緣恢復(fù)作業(yè)系統(tǒng)，包括與無人機(jī)可拆卸連接的絕緣恢復(fù)工具和控制單元；

4、絕緣恢復(fù)工具，用于通過多組推桿帶動相應(yīng)的絕緣固定體朝向線纜方向運(yùn)動，分別從不同方向?qū)⒕€纜破損處夾緊并包裹實現(xiàn)絕緣恢復(fù)，絕緣恢復(fù)工具具有并列布置的兩組側(cè)板，兩側(cè)板之間通過結(jié)構(gòu)框架連接；結(jié)構(gòu)框架連接金屬探針的一端，金屬探針的另一端指向絕緣恢復(fù)工具的下方空間，金屬探針具有至少兩支并且均傾斜布置；

5、控制單元，用于控制無人機(jī)將絕緣恢復(fù)工具掛載到線纜破損處，并通過控制多組推桿動作執(zhí)行絕緣恢復(fù)作業(yè)；控制單元具有與線纜位置檢測探針通信連接的主控模塊，線纜位置檢測探針包括與金屬探針連接的線纜位置檢測電路，兩支金屬探針同時落在線纜破損處的導(dǎo)體裸漏位置時，線纜位置檢測電路短路并發(fā)出信號，確定絕緣恢復(fù)工具到達(dá)了作業(yè)位置。

6、進(jìn)一步的，線纜位置檢測電路，具體為：當(dāng)兩個金屬探針中的任意一支沒有與線纜破損處的導(dǎo)體裸漏位置接觸時，相應(yīng)探針處于斷開狀態(tài)，輸入端通過電阻接地，主控模塊從輸出端vo檢測到電壓為0；當(dāng)兩個探針同時接觸到線纜破損處的導(dǎo)體裸漏位置時，輸入電壓vcc通過電阻和探針導(dǎo)通，主控模塊從輸出端vo檢測到電壓，判斷探針處于線纜破損處的導(dǎo)體裸漏位置，確定兩支探針之間的區(qū)域為作業(yè)位置。

7、進(jìn)一步的，線纜位置檢測電路，包括檢測探針a和檢測探針b；

8、檢測探針a分別連接電容c1和電阻r1，電容c1另一端接地，電阻r1另一端與電容c2連接后與接地端連接，電源vcc連接在電阻r1和電容c2之間；

9、檢測探針b分別連接電阻r2和電容c3，電阻r2另一端分別連接電阻r3、電容c4和電阻r5，電容c3另一端和電阻r5另一端均接地，電阻r3另一端分別連接電容c5和運(yùn)算放大器的第3端，電容c4的另一端分別與運(yùn)算放大器的第1端和第2端連接，電容c5的另一端接地，運(yùn)算放大器分別連接接地端和電源vcc端，運(yùn)算放大器的第1端連接電阻r4后分別與主控模塊和電容c6連接，電容c6的另一端接地。

10、進(jìn)一步的，兩側(cè)板的底部具有“人”字形開口，在連接結(jié)構(gòu)框架后形成導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。

11、進(jìn)一步的，每一塊側(cè)板的人字形開口的底端均設(shè)有到位檢測傳感器，用于檢測線纜是否進(jìn)入絕緣恢復(fù)工具內(nèi)部的夾持區(qū)域，所有到位檢測傳感器均與主控模塊通信連接。

12、進(jìn)一步的，結(jié)構(gòu)框架的頂部幾何中心下底面處設(shè)有圖像采集模塊，圖像采集模塊的鏡頭朝向絕緣恢復(fù)工具的下方空間，用于獲取線纜進(jìn)入絕緣恢復(fù)工具內(nèi)部夾持區(qū)域的圖像信息，圖像采集模塊與主控模塊通信連接。

13、進(jìn)一步的，結(jié)構(gòu)框架的頂部的上表面設(shè)有姿態(tài)檢測傳感器，用于檢測絕緣恢復(fù)工具掛載到線纜上時的姿態(tài)，姿態(tài)檢測傳感器與主控模塊通信連接。

14、進(jìn)一步的，主控模塊根據(jù)姿態(tài)檢測傳感器獲取的姿態(tài)變化，通過相應(yīng)的推桿驅(qū)動模塊控制對應(yīng)推桿的動作速度，使絕緣恢復(fù)工具在作業(yè)時維持穩(wěn)定狀態(tài)。

15、進(jìn)一步的，絕緣固定體包括夾緊板和海綿體，夾緊板表面設(shè)有沿水平方向布置的壓力傳感器，壓力傳感器位于海綿體和夾緊板之間，每個壓力傳感器表面均勻布置三個等間距的壓力采集點，以三個壓力采集點獲取數(shù)據(jù)的平均值作為對應(yīng)壓力傳感器獲取的壓力值。

16、進(jìn)一步的，壓力傳感器通過電橋電路實現(xiàn)采集，電橋電路包括分別與電源vcc端連接的電阻rx和可調(diào)電阻r10，電阻rx的另一端串接電阻r8后接地，可調(diào)電阻r10的可調(diào)端串接電阻r11后接地，可調(diào)電阻r10的可調(diào)端還與電阻r12連接，電阻r12分別連接運(yùn)算放大器的第2端和電阻r14，電阻r14的另一端分別連接運(yùn)算放大器的第1端和電阻r13，電阻r13的另一端分別連接輸出端v1和電容c7，電容c7另一端接地；電阻rx和電阻r8之間串接電阻r9后，分別連接電阻r6和運(yùn)算放大器的第3端，電阻r6的另一端接地，運(yùn)算放大器分別與電源vcc端和接地端連接。

17、進(jìn)一步的，rx為壓力傳感器的電阻，與可調(diào)電阻r10以及電阻r8、r11組成電橋電路；執(zhí)行絕緣恢復(fù)之前，通過調(diào)整可調(diào)電阻r10，使得壓力為0時，輸出電壓v1=0；當(dāng)電阻rx發(fā)生變化時，電橋不再平衡從而輸出電壓v1發(fā)生變化，通過獲取v1的值計算電阻rx的值，根據(jù)傳感器電阻與壓力成反比，計算壓力傳感器輸出的壓力值。

18、本發(fā)明的第二個方面提供基于無人機(jī)掛載的線纜絕緣恢復(fù)作業(yè)方法，包括絕緣恢復(fù)工具的掛載和絕緣恢復(fù)作業(yè)兩部分，其中，絕緣恢復(fù)工具的掛載過程，包括以下步驟：

19、在絕緣恢復(fù)工具上預(yù)先連接絕緣體，通過絕緣繩連接無人機(jī)和絕緣恢復(fù)工具，控制無人機(jī)攜帶絕緣恢復(fù)工具提升到架空線纜上方空間；

20、沿線纜所在的平面方向調(diào)整無人機(jī)位置，通過圖像采集模塊獲取架空線纜相對于絕緣恢復(fù)工具的水平位置，確定架空線纜及絕緣破損出現(xiàn)導(dǎo)體裸漏的作業(yè)位置；

21、控制無人機(jī)下降，調(diào)整無人機(jī)繞垂直軸的偏轉(zhuǎn)角使線纜與絕緣恢復(fù)工具平行，通過調(diào)整水平方向的位置，使絕緣恢復(fù)工具的兩個金屬探針搭接到架空線纜上，當(dāng)線纜位置檢測電路發(fā)出短路信號，則絕緣恢復(fù)工具定位到作業(yè)位置；

22、控制無人機(jī)繼續(xù)下降，通過金屬探針的導(dǎo)向作用，使線纜進(jìn)入工具的夾持區(qū)域；

23、當(dāng)兩組側(cè)板上的到位傳感器同時發(fā)出信號，則線纜已經(jīng)進(jìn)入夾持區(qū)域頂部，開始絕緣恢復(fù)作業(yè)。

24、進(jìn)一步的，絕緣恢復(fù)作業(yè)的過程，包括以下步驟：

25、在線纜已經(jīng)進(jìn)入夾持區(qū)域頂部時，等待設(shè)定時間段；

26、控制其中的兩個推桿同步相對運(yùn)動第一次壓緊絕緣體，期間，根據(jù)姿態(tài)傳感器獲取的傾角變化，調(diào)整相應(yīng)推桿的動作速度，使絕緣恢復(fù)工具維持水平狀態(tài)；

27、獲取推桿對應(yīng)絕緣固定體的壓力值，根據(jù)獲取的壓力值與設(shè)定壓力限值之間的差值變化情況，控制相應(yīng)推桿的動作速度逐步降低，直至差值為0時推桿停止動作；

28、等待設(shè)定時間后，推桿復(fù)位，控制另一組推桿執(zhí)行夾持動作，所有推桿復(fù)位后，絕緣恢復(fù)作業(yè)完成，控制無人機(jī)攜帶絕緣恢復(fù)工具飛離線纜，準(zhǔn)備下一次作業(yè)。

29、進(jìn)一步的，等待設(shè)定時間段，具體為：如果等待過程中其中一個到位傳感器的信號消失，則重新開始計時；如果其中一個到位傳感器信號消失并且在等待結(jié)束前未恢復(fù)，則通過無人機(jī)重新調(diào)整絕緣恢復(fù)工具的位置；如果兩個到位傳感器信號在等待期間的信號不消失，則開始絕緣恢復(fù)作業(yè)。

30、進(jìn)一步的，根據(jù)姿態(tài)傳感器獲取的傾角變化，調(diào)整相應(yīng)推桿的動作速度，使絕緣恢復(fù)工具維持水平狀態(tài)，具體為：

31、以線纜鋪設(shè)方向為x軸方向，繞x軸方向的角度γ為姿態(tài)傳感器獲取的傾角變化；

32、當(dāng)傾角γ大于0，即工具繞導(dǎo)線逆時針偏轉(zhuǎn)，則減少第一推桿的動作速度，增加第二推桿的動作速度；

33、當(dāng)傾角γ小于0，即工具繞導(dǎo)線順時針偏轉(zhuǎn)，則增加第一推桿的動作速度，減少第二推桿的動作速度；

34、第一推桿和第二推桿分別位于線纜左右兩側(cè)并處于同一高度。

35、進(jìn)一步的，調(diào)整相應(yīng)推桿的動作速度，如下式所示：

36、速度偏差：δv=k1*γ，k1為比例系數(shù)；

37、第一推桿速度：v1=v0-δv，v0為給定的標(biāo)準(zhǔn)速度；

38、第二推桿速度：v2=v0+δv。

39、進(jìn)一步的，獲取推桿對應(yīng)絕緣固定體的壓力值，根據(jù)獲取的壓力值與設(shè)定壓力限值之間的差值變化情況，控制相應(yīng)推桿的動作速度逐步降低，直至差值為0時推桿停止動作，具體為：計算壓力傳感器輸出壓力值fx與給定壓力值f0之間的差值，隨著差值的減小持續(xù)降低推桿速度，直到差值為0時推桿停止運(yùn)動；推桿x的速度：vx=k2*(f0-fx)，k2為比例系數(shù)。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，以上一個或多個技術(shù)實施例存在以下有益效果：

41、1、在既有的絕緣恢復(fù)工具的結(jié)構(gòu)上增加了一對金屬探針，一方面在無人機(jī)下降期間，通過金屬探針的傾斜角度設(shè)置，引導(dǎo)線纜進(jìn)入到絕緣恢復(fù)工具的內(nèi)部夾持區(qū)域中；另一方面在兩支金屬探針同時落在線纜破損處的導(dǎo)體裸漏位置時，線纜位置檢測電路短路發(fā)出信號，確定兩支金屬探針之間的區(qū)域為作業(yè)位置，使控制單元能夠根據(jù)該區(qū)域控制無人機(jī)下降并執(zhí)行絕緣恢復(fù)作業(yè)，幫助地面的作業(yè)人員準(zhǔn)確的找到線纜絕緣破損處，需要進(jìn)行絕緣恢復(fù)作業(yè)的位置。

42、2、在既有的絕緣恢復(fù)工具的結(jié)構(gòu)上增加了圖像采集模塊，在無人機(jī)吊裝掛載時，獲取架空線纜位置的圖像，與金屬探針配合方便工作人員將工具準(zhǔn)確的放置到架空線纜上，從而降低了絕緣恢復(fù)工具在導(dǎo)線上掛載的難度，提高工具掛載的效率和準(zhǔn)確性。

43、3、在既有的絕緣恢復(fù)工具兩塊側(cè)板的人字形開口底端設(shè)置了到位檢測傳感器，用于檢測線纜是否可靠的進(jìn)入工具內(nèi)部的夾緊區(qū)域，在確保線纜進(jìn)入夾緊區(qū)域后，再進(jìn)行絕緣恢復(fù)作業(yè)，從而絕緣恢復(fù)作業(yè)的成功率。

44、4、在既有的絕緣恢復(fù)工具上增加了姿態(tài)檢測傳感器，檢測絕緣恢復(fù)工具掛載到線纜上時的姿態(tài)，并在絕緣恢復(fù)動作期間控制推桿動作速度，使工具在作業(yè)時始終保持水平狀態(tài)。通過姿態(tài)傳感器檢測到的角度偏差分別控制各個推桿的運(yùn)動速度，從而使工具在導(dǎo)線上保持平穩(wěn)，避免因工具傾斜導(dǎo)致的作業(yè)失敗、絕緣恢復(fù)效果不理想的問題，提高了作業(yè)成功率。

45、5、針對每個推桿，在對應(yīng)的絕緣固定體中安裝了壓力傳感器，通過預(yù)設(shè)壓緊力的方法控制推桿進(jìn)給的速度和位置，確保對于各種規(guī)格的線纜壓緊力均能達(dá)到設(shè)定值，從而保證了絕緣恢復(fù)的效果。