一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置，包括取电机构与安装台。其中，取电机构通过安装台安装于无人机底部，包括左夹持杆件与右夹持杆件，左夹持杆件与右夹持杆件具有弧形结构夹持体；当无人机飞行至输电线位于两夹持体间时，通过无人机下压驱动连杆中的承载压杆实现夹持体内弧面间对输电线的夹持；此时感应线圈内产生交变电流，通过导线传递到无人机，经过变压和整流可作为能源供无人机补充。当无人机充电完成后，控制无人机垂直起飞，承载压杆复位，使夹持体间张开，松开电缆，无人机脱离输电线。本发明采用模块化设计思想，满足不同大小、不同充电功率需求无人机使用；同时，本发明结构紧凑简洁，有利于减小取电装置的结构重量。
【专利说明】
一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置
技术领域
[0001]本发明属于机械设计领域，为一种输电线取电设备，具体为一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置。
【背景技术】
[0002]垂直起降无人机指的是可以完成垂直起飞降落任务的无人机系统，通常包括多旋翼类、直升机类、扑翼类、飞艇类等无人飞行器。由于此类无人飞行器具有可垂直起降、悬停等功能，具有飞行场地适应性好、可定点侦察监视等优势。特别是多旋翼飞行器在民用领域正在发挥着越来越多的作用。但是由于飞行原理的限制，此类垂直起降无人机相比于固定翼飞机存在着能源消耗大的缺点，因此均面临着续航时间短，飞行距离有限等问题，限制了进一步的广泛应用。
[0003]在此背景下，设法提高无人机的飞行时间和飞行距离是当今研究的热点。对于采用蓄电池提供能源的无人机，单方面提高蓄电池的容量会导致电池体积和重量的增加，使得飞行耗能的增加，飞机体积也会急剧增加，对飞行时间和飞行距离的提升并不明显，并且也不适合小型化制作。因此需要设计一种适用于蓄电池提供能源无人机的可额外补充电能的装置。当前实用的补充电能方式有太阳能电池，通过利用太阳能来增加飞机续航时间。但太阳能电池效率低，重量大，只能适用于大展弦比固定翼飞机，并不适用于本文所述的垂直起降无人机。因此，需要设计其他的补充能源的方法。
【发明内容】
[0004]针对上面提到的无人机补充能源的需要，本发明提出了一种采用模块化设计的重力压紧式输电线感应取电装置，可以实现无人机在输电线上降落的同时补充电能。本发明采用模块化设计的思想，可以满足不同大小、不同充电功率需求无人机的使用。同时，本发明结构紧凑简洁，有利于减小取电装置的结构重量。
[0005]本发明一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置，包括取电机构与安装台。
[0006]所述取电机构包括左夹持杆件与右夹持杆件，左夹持杆件与右夹持杆件具有弧形结构夹持体，通过下压驱动连杆中的承载压杆实现夹持体内弧面间对输电线的夹持。上述夹持体内弧面开槽，槽内安装感应线圈。承载压杆的输入端安装于安装台上，安装台安装于无人机底部。
[0007]当安装有取电机构的无人机飞行到输电线上空以后，根据输电线的电磁信号和视频图像确定目标输电线具体位置，随后调整无人机飞行姿态，使取电机构的夹持轴与目标输电线的轴线在同一铅垂面内；此时控制无人机沿铅垂方向始缓慢下降，当左夹持杆件与右夹持杆件的夹持体接触到输电线后，通过无人机继续下降，由无人机的重力下压承载压杆，使左夹持杆件与右夹持杆件的夹持体将输电线稳定夹持，进而使无人机相对输电线间固定，实现无人机在目标输电线上的着陆。由于输电线上通过有交变电流，在输电线周围产生以其为圆心的环形交变磁场，感应线圈的平面垂直于交变磁场，此时在感应线圈内产生交变电流，此电流通过导线传递到无人机，经过变压和整流可作为能源供无人机补充。当无人机充电完成后，控制无人机直接沿铅垂方向起飞，此时通过承载压杆与右夹持杆件间的扭力弹簧作用，使左夹持杆件与右夹持杆件的夹持体张开，通过无人机起飞的升力可以直接驱动取电机构自动松开输电线，使无人机脱离输电线。
[0008]本发明的优点在于:
[0009]1、本发明模块化重力压紧式输电线感应取电装置，实现了无人机通过输电线补充能源的功能；
[0010]2、本发明模块化重力压紧式输电线感应取电装置，实现了无人机在输电线补充能源的同时，机载任务系统可正常工作的功能；
[0011]3、本发明模块化重力压紧式输电线感应取电装置，取电机构为机械自锁，无需外置能源或电路驱动，压紧动作与松脱动作与无人机着陆和起飞过程相融合，可靠性高；
[0012]4、本发明模块化重力压紧式输电线感应取电装置，采用模块化设计，满足不同的无人机机体大小和取电功率需求；
[0013]5、本发明模块化重力压紧式输电线感应取电装置，整体结构紧凑、简洁，有利于减轻重量，提高可靠性，易于加工。
【附图说明】
[0014]图1为本发明取电装置结构示意图；
[0015]图2为本发明取电装置中取电机构结构示意图；
[0016]图3为取电机构结构爆炸图；
[0017]图4为取电机构中扭力弹簧安装方式图；
[0018]图5为本发明取电装置中取电机构的夹持轴设定位置示意图；
[0019]图6为两个取电机构组合使用装配关系示意图；
[0020]图7为三个取电机构组合使用装配关系示意图；
[0021 ]图8为取电机构上限位轴安装位置示意图。
[0022]图中:
[0023]1-取电机构2-安装台3-限位轴
[0024]101-承载压杆102-连杆103-左夹持杆件
[0025]104-右夹持杆件105-扭力弹簧106-左感应线圈
[0026]107-右感应线圈108-夹持体109-驱动杆
[0027]110-夹持轴111-限位轴
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0029]本发明模块化重力压紧式输电线感应取电装置，包括取电机构I与安装台2，如图1所示。
[0030]所述取电机构I包括承载压杆101、连杆102、左夹持杆件103、右夹持杆件104、扭力弹簧105、左感应线圈106和右感应线圈107，如图2、图3所示。其中，左夹持杆件103与右夹持杆件104结构相同，均为夹持体108与驱动杆109构成的一体结构;夹持体108为弧形板状结构;驱动杆109为杆状，一端与夹持体108端部相接，使两根驱动杆109间具有一定间隙;且右夹持杆件104中的两根驱动杆109间距小于左夹持杆件103中两根驱动杆109间的间隙宽度。上述左夹持杆件103与右夹持杆件104中夹持体108内弧面相对设置，使右夹持杆件104中两根驱动杆109由左夹持杆件103中两根驱动杆109间穿过后，通过螺栓穿过左夹持杆件103和右夹持杆件104中的两根驱动杆109与夹持体108相接位置开设的通孔后，将左夹持杆件103与右夹持杆件104间相连，形成转动副A。取电机构I中左夹持杆件103与右夹持杆件104用来配合夹持输电线，左夹持杆件103和右夹持杆件104中夹持体108内弧面涂有软质防滑橡胶涂层，且开设有安装槽，内部分别安装有缠绕在线圈骨架上的左感应线圈106和右感应线圈107。
[0031]所述连杆102设置于左夹持杆件103中两根驱动杆109之间，连杆102端部与右夹持杆件104中两根驱动杆109端部通过螺栓相连，形成转动副B;连杆102另一端与承载压杆101一端间通过螺栓相连，形成转动副C。
[0032]所述承载压杆101用于传递无人机的重量至左夹持杆件103和右夹持杆件104。承载压杆101设置于左夹持杆件103中两根驱动杆109之间，承载压杆101与左夹持杆件103中两根驱动杆109端部间通过螺栓相连，形成转动副D，连接位置靠近转动副C处。承载压杆101与左夹持杆件103之间安装有扭力弹簧105，扭力弹簧105—端固定于承载压杆101上，另一端固定于左夹持杆件103中的一根驱动杆109上，如图4所示;且使扭力弹簧105的转动中心与转动副D的转动轴线重合。通过扭力弹簧105使左夹持杆件103与右夹持杆件104的夹持体108之间保持一定的张开角度。承载压杆101的输入端安装于安装台2上，安装台2安装于无人机底部，实现取电机构I与无人机间的安装。上述承载压杆101的输入端具有向左夹持杆件103倾斜角度，由此当无人机着陆在目标输电线上时，通过输电线位于左夹持杆件103与右夹持杆件104的夹持体108之间，随后通过无人机的重力下压承载压杆101，使承载压杆101逆时针转动，拉动连杆102朝向右夹持杆件104移动，进一步由连杆102拉动右夹持杆件104的驱动杆109顺时针转动，最终带动右夹持杆件104的夹持体108朝向左夹持杆件103的夹持体108移动，使左夹持杆件103与右夹持杆件104的夹持体108间闭合，将输电线夹持。
[0033]上述的取电机构I，在进行取电时，具体方式如下:
[0034]当安装有取电机构I的无人机飞行到输电线上空以后，根据输电线的电磁信号和视频图像确定目标输电线具体位置，随后调整无人机飞行姿态，使取电机构I的夹持轴110与目标输电线的轴线在同一铅垂面内；所述取电机构I的夹持轴110为预先测得的左夹持杆件103与右夹持杆件104中夹持体108夹持圆柱形截面电线后，电线的轴线，如图5所示。此时控制无人机沿铅垂方向始缓慢下降，当左夹持杆件103与右夹持杆件104的夹持体108接触到输电线后，通过无人机继续下降，由无人机的重力下压承载压杆101，使左夹持杆件103与右夹持杆件104的夹持体108将输电线稳定夹持，进而使无人机相对输电线间固定，实现无人机在目标输电线上的着陆。由于输电线12上通过有交变电流I，在输电线12周围产生以其为圆心的环形交变磁场，左感应线圈106和右感应线圈107的平面垂直于交变磁场B，此时在左感应线圈106与右感应线圈107内产生交变电流i，此电流通过导线传递到无人机，经过变压和整流可作为能源供无人机补充，在补充电能的同时无人机上其他机载设备也可以正常工作。当无人机充电完成后，控制无人机直接沿铅垂方向起飞，此时通过承载压杆101与右夹持杆件104间的扭力弹簧105作用，使左夹持杆件103与右夹持杆件104的夹持体108张开，右夹持杆件104逐渐恢复初始位置，由此通过无人机起飞的升力可以直接驱动取电机构I自动松开输电线，使无人机脱离输电线。
[0035]本发明中，当取电机构I在单独使用时，将取电机构I的承载压杆101固定安装于安装台2上，如图1所示，由安装台2将取电机构I安装于无人机底部纵向对称面内。通过调整安装台2的安装位置使得无人机的重心位于取电机构I的夹持轴110正上方附近。
[0036]当采用两个取电机构I时，将取电机构I的承载压杆101固定安装于安装台2上，如图6所示，调整安装台2安装位置，将2个取电机构I中部对称面与无人机底部纵向对称面内重合，并且无人机的重心位于夹持轴110正上方附近。此时两个取电机构I中左夹持杆件103与右夹持杆件104采用同向安装的方式，即承载压杆101倾斜方向相同，承载压杆101与安装台2底面夹角相等，且两个取电机构I的夹持轴110同轴。
[0037]当采用取电机构I为两个以上时，将全部取电机构I通过铰接座与安装台2底面铰接，如图7所示，通过调整安装台2的位置，使得取电机构I的夹持轴110位于无人机底部纵向对称面内，并且无人机的重心位于取电机构I的夹持轴110正上方附近。安装台2需要保证全部取电机构I的夹持轴110同轴。全部取电机构I中，相邻的取电机构I分别设置在安装台2对侧位置，反向设置，即承载压杆101相对倾斜设置;且相邻的取电机构I中左夹持杆件103与右夹持杆件104的夹持体108在垂直于夹持轴110的平面A上的投影中，上部具有重叠部分。为了确保安装台2上的取电机构I的夹持轴110同轴，本发明中在各个取电机构I中承载压杆101与安装台2的铰接轴下方安装有限位轴111，如图7、图8所示，通过限位轴111限制承载压杆101转动，使在无外力作用时，各个取电机构I中的承载压杆101与安装台2底面夹角相等。
[0038]上述各个取电机构I上的左感应线圈106与右感应线圈107可以通过串联或并联的方式组合，或采用多个取电电机构I进行输电线的取电，以满足不同无人机对电压或电流需求。取电机构I上的左感应线圈106与右感应线圈107可以拆下，用于减轻重量，拆下左感应线圈106与右感应线圈107后的取电机构仅作为压紧装置。
[0039]经试验证明，本发明模块化重力压紧式输电线感应取电装置，可以依靠自重稳定夹持在直径为15_的输电线上，满足输电线取电的需求。
【主权项】
1.一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置，其特征在于:包括取电机构与安装台； 所述取电机构包括左夹持杆件与右夹持杆件，左夹持杆件与右夹持杆件具有弧形结构夹持体，通过下压驱动连杆中的承载压杆实现夹持体内弧面间对输电线的夹持;上述夹持体内弧面开槽，槽内安装感应线圈；承载压杆的输入端安装于安装台上，安装台安装于无人机底部。2.如权利要求1所述一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置，其特征在于:所述左夹持杆件与有夹持杆件结构相同，包括夹持体与驱动杆;驱动杆为两根，一端与夹持体端部相接;右夹持杆件中两根驱动杆由左夹持杆件中两根驱动杆间穿过后，通过螺栓穿过左夹持杆件和右夹持杆件中的两根驱动杆与夹持体相接位置开设的通孔后，将左夹持杆件与右夹持杆件间相连，形成转动副A;在左夹持杆件中两根驱动杆之间设置连杆，连杆端部与右夹持杆件中两根驱动杆端部通过螺栓相连，形成转动副B;连杆另一端与承载压杆一端间通过螺栓相连，形成转动副C;承载压杆设置于左夹持杆件中两根驱动杆之间，承载压杆与左夹持杆件中两根驱动杆端部间通过螺栓相连，形成转动副D，连接位置靠近转动副C处;承载压杆与左夹持杆件之间安装有扭力弹簧，扭力弹簧一端固定于承载压杆上，另一端固定于左夹持杆件中的一根驱动杆上。3.如权利要求1所述一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置，其特征在于:取电机构为一个时，承载压杆固定安装于安装台上。4.如权利要求1所述一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置，其特征在于:取电机构为两个时，将取电机构的承载压杆固定安装于安装台上;此时两个取电机构的夹持轴同轴。5.如权利要求1所述一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置，其特征在于:取电机构为两个以上时，将全部取电机构通过铰接座与安装台底面铰接;相邻的取电机构分别设置在安装台对侧位置，且全部取电机构的夹持轴同轴。6.如权利要求5所述一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置，其特征在于:取电机构中承载压杆与安装台的铰接轴下方安装有限位轴。7.如权利要求1所述一种模块化重力压紧式输电线感应取电装置，其特征在于:夹持体内弧面涂有软质防滑橡胶涂层。
【文档编号】H02J7/00GK105978166SQ201610430719
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】向锦武, 李道春, 姜家琦
【申请人】北京航空航天大学