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科技论文

无人机协助人工巡逻是时代的趋势

前言


现代无人机的整体设计涉及到整体布局、空气动力、隐形、结构等多个学科的各种因素。其任务是创造性地将不同的专业技术和系统结合起来,优化飞机的整体性能,满足预期的设计要求。由于涉及多学科的多项性能要求,在飞机整体参数设计中往往存在相互矛盾的价值要求,因此需要采用多目标优化方法进行综合优化设计,以获得同时满足多项设计要求的最佳方案。


使用无人机协助人工巡逻是时代的趋势。电力巡逻主要分为两部分:一是设备本体的体检,二是检查外部环境对设备本体可能造成的隐患。


基于成熟稳定的系统架构,利用DJI多系列无人机和负载,公司完成了多次自动飞行探索,包括GPS导航5m高度大范围通道检查;“站到站”保证供电4G/5G直播专项检查;电力设备倾斜摄影建模技术;无人机精细检查安全距离极限试验;夜间精细自动检查;大规模红外自动检查;电线跟踪故障专项检查;基于机载计算机的人工智能自动检查;配网无人机通道大规模检查;配网无人机精细检查。


未来无人机自动检查将继续完善各方面,结合新技术发展趋势,深度整合人工智能和无人机,实现检查自动化、线路规划自动化、缺陷分析自动化,进一步扩大应用场景,最终实现智能线路运行控制。


目前,广东电网大力推进配网无人机智能检查,但存在人员配备不足、人员技能水平不足、检查环境恶劣、RTK失踪、自动飞行危险、路线不一致(可能跑到河里)、无法获得返航点、无法起飞的紧急情况等不利因素,因此无人机在不同情况下应配备不同的配件。目前,配网无人机基本上没有相应的配件,存在安全风险。


1现状分析


降低结构重量是飞机设计的一个重要目标。复合材料的使用可以有效地降低结构重量,同时保持结构承载能力。特别是近十年来,复合材料在飞机结构中的应用越来越广泛,甚至广泛应用于结构的主承力部件中。复合层压板不仅是一种材料,而且是一种结构,是一种可设计的材料。这一特点提供了结构与材料一体化设计的可能性,可以优化复合材料的结构形式,进一步减轻飞机结构的重量,提高结构的承载能力。经过几十年的不懈努力,研究人员在复合材料优化方面取得了长足的进步。目前使用的优化方法包括遗传优化法[1]、[2]神经网络优化法[2]、[3]分级优化法[3]、[4]拓扑优化[4]、零阶优化与一阶优化[5]、样条有限元法[6][6]、图表法优化[7]、鲁棒优化[8]等基于不同设计目标和约束形成的工程处理方法[913]。值得一提的是,在实际应用中,往往是几种方法的结合,如用神经网络法优化确定铺层厚度,用遗传法确定铺层顺序,但不单独进行,其优化结果作为彼此的初始条件。在优化过程中,还可以将要设计的区域分成几个部分进行优化,有利于减少计算量。目前,分级优化方法和遗传优化方法应用广泛。由于层压板应力分析的复杂性,这些方法大多是针对对称平衡层压板进行优化,材料损坏的失效证据一般只采用第一层失效证据。本文以ANSYS软件为平台,采用计算量小的零阶优化方法,对无人机进气管道采用复合层压板,根据不同目标优化铺装比例和铺装数量,提供工程中简单易行的优化设计方法和ANSYS中的具体实现方法,在工程中得到广泛应用。同时,以负荷和铺层厚度作为设计变量的优化方法进行了有益的尝试,取得了令人满意的效果。


2主要设计


全包保护罩(ABS+PC材料组成,面对复杂的检查环境设计,隔离桨翼确保飞行安全,全面保护无人机,扣结构设计,在合理的空间内隔离高速旋转叶片,更全面的保护罩)。


螺旋桨保护圈(ABS+PC材料,隔离保护螺旋桨,大大防止螺旋桨划伤人或物体,充分保护螺旋桨,提高飞行安全,对飞行性能影响不大,拆卸方便,扣结构设计,强度高,韧性好,叶片隔离空间合理,有效保证安全)。


镜头保护盖(PC材料,为云台相机提供多种保护,防止异物碰撞和防尘)。


叶片固定器(ABS材料,有效地将叶片固定到机身上,便于携带,防止存放时叶片损坏)。


增加起落架(ABS材料,可增加脚架,有效增加30mm,可适应复杂的多地形环境起降,有效解决草地、沙滩、沙地等起降任务。有效防止地面碎片损坏机体和云台相机)。


脚漂浮器(木+ABS材料,可使无人机在水面上平静起飞或降落,快速链接设计,拱桥形状,承载力强,重量轻,不影响飞行)。


考虑到当前配网无人机研发的痛点,可以匹配不同条件下的配件,使无人机智能检查更加安全高效。


将所需配件合理存放在一个箱子里,可根据不同情况出去检查选择不同的配件。


3应用前景


1、通过群众创新项目,提高员工在工作中的新思维、新思维和解决问题的新方法。


2、扩展配件集成箱中包含的配件,根据各基层区间飞行常见问题进行设计制造,包括无人机常见配件,实用性强,推广前景广阔。


3、成果具有通用性,研发成功后,成果可应用于广东电网公司分公司。


4结束语


未来无人机自动检查将继续完善各方面,结合新技术发展趋势,深度整合人工智能和无人机,实现检查自动化、线路规划自动化、缺陷分析自动化,进一步扩大应用场景,最终实现智能线路运行控制。


目前,广东电网大力推进配网无人机智能检查,但存在人员配备不足、人员技能水平不足、检查环境恶劣、RTK失踪、自动飞行危险、路线不一致(可能跑到河里)、无法获得返航点、无法起飞的紧急情况等不利因素。因此,无人机在不同条件下应配备不同的配件。目前,配网无人机基本上没有相应的配件,存在安全风险。考虑到配网无人机的研发痛点,可以匹配不同条件下的配件,使无人机智能检查更加安全高效。


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