一种无人机吊运安装机构及方法与流程

本发明涉及无人机高空设施安装作业，尤其涉及一种无人机吊运安装机构及方法。

背景技术：

1、随着电力、通信等基础设施建设的快速发展，高压输电铁塔、通信塔等高空设施的安装需求日益增加。传统的高空设施安装主要依赖人工攀爬或大型起重机械完成，但在地形复杂、交通不便或环境敏感的区域，传统施工方式面临效率低、成本高、安全风险大等问题。

2、近年来，无人机技术在电力巡检、物资运输等领域得到广泛应用。利用无人机吊运设备或构件至高空进行安装，成为一种新型施工方式，具有机动灵活、受地形限制小、施工效率高等优势。然而，在实际吊运安装过程中，无人机受气流扰动、自身动力波动、载荷摆动等因素影响，会产生明显的晃动和振动。

3、现有无人机吊运方式通常采用简单的吊索或吊具直接连接无人机与被安装构件，缺乏有效的稳定措施。这种吊装结构存在以下问题：吊索与无人机之间通常为柔性连接，无人机与构件之间无辅助支撑或限位结构，整个吊运系统仅依靠无人机自身飞控维持姿态；由于缺乏辅助稳定结构，无人机在接近安装位置时，其位置调整产生的晃动会直接传递至被安装构件，导致构件在空中摇摆不定，难以准确对位；然而在高压输电铁塔等安装场景中，安装误差要求控制在毫米级别，而无人机吊运产生的晃动幅度远超此精度要求，导致构件无法顺利就位，严重影响安装效率和质量，甚至可能因碰撞造成设备损坏或安全事故。

4、目前虽有针对无人机载荷摆动的消摆技术研究，但其主要针对吊运过程中的摆动抑制，并未涉及吊运到位后的安装稳定问题，无法满足高空设施精密安装的需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种无人机吊运安装机构及方法，为了解决无人机吊运到位后构件晃动大，无法满足高压输电铁塔等高空设施毫米级安装的需求。

2、为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种无人机吊运安装机构，用于将待安装构件对接至外部固定平台，包括：

3、承载本体，用于承托所述待安装构件；设于所述承载本体一侧的搭接支撑部，用于搭接在所述外部固定平台上以形成第一支点；设于所述承载本体上的悬吊连接部，用于与无人机的吊具相连以形成第二支点。

4、通过设置搭接支撑部，在吊运安装时将承载本体的一端搭接于外部固定平台上形成第一支点，使吊运系统由第一支点与无人机的悬吊拉力形成的第二支点共同支撑，构成双点受力状态。相较于传统方案中全部载荷由无人机承担，本发明通过第一支点将部分吊装载荷转移至外部固定平台，有效降低了无人机的承载负担，减少了构件晃动，提高了安装精度和施工安全性。

5、进一步地，所述吊运安装机构还包括设于所述承载本体上的位移调节机构；所述位移调节机构包括固定于所述承载本体上的导轨、滑动连接于导轨上的移动端以及驱动移动端移动的驱动机构。

6、进一步地，所述悬吊连接部包括设于所述承载本体上的固定悬吊部，以及设于所述移动端上的活动悬吊部，活动悬吊部位于固定悬吊部与搭接支撑部之间，位移调节机构驱动所述活动悬吊部向固定悬吊部靠拢或远离。

7、通过位移调节机构驱动活动悬吊部沿导轨平移，可动态调整固定悬吊部与活动悬吊部的相对间距，改变悬吊拉力等效合力点（第二支点）的水平位置，增大第二支点相对于第一支点的力臂长度；利用杠杆效应可将大部分吊装载荷主动转移至外部固定平台承担，显著降低无人机的承载负荷与动力输出，减少旋翼动力波动带来的振动干扰。

8、进一步地，所述驱动机构包括丝杠传动机构、齿轮齿条传动机构中的任意一种，其动力输出端与所述移动端传动连接。

9、进一步地，所述搭接支撑部包括重力干涉结构、机械夹持结构或表面吸附结构中的任意一种，搭接支撑部配置为在搭接或夹持或吸附于外部固定平台时形成所述第一支点。

10、进一步地，所述重力干涉结构包括支撑杆，支撑杆的下表面沿长度方向设有至少一个向下凸出且呈三角形的倒刺。

11、进一步地，所述机械夹持结构包括机械夹爪以及驱动该机械夹爪开合的动力源，所述机械夹爪配置为能够抱紧所述外部固定平台的角钢。

12、进一步地，所述承载本体为框架结构、板状结构或笼状结构中的任意一种，所述承载本体上设有用于定位所述待安装构件的限位部。

13、另一方面，本发明还提供一种无人机吊运安装方法，采用上述无人机吊运安装机构，包含以下步骤：

14、无人机起吊所述吊运安装机构，并将其运输至所述外部固定平台附近；将所述搭接支撑部搭接于所述外部固定平台上，建立第一支点，使得吊运安装机构呈由所述第一支点及无人机提供悬吊拉力的第二支点共同支撑的双点受力状态；在所述双点受力状态下，完成待安装构件的对接。

15、通过上述吊装方法，在双点受力状态下直接完成构件对接，利用外部固定平台分担载荷后的稳定状态进行准确安装，降低了对无人机姿态控制精度的要求。

16、进一步地，在完成待安装构件对接前，还包含载荷转移步骤：在保持所述第一支点接触的状态下，于水平方向上平移所述第二支点，改变所述第二支点与所述吊运安装机构重心的相对距离；其中，通过驱动活动悬吊部沿远离所述第一支点的方向平移，以向固定悬吊部靠拢，实现所述第二支点的平移。

17、本发明的有益效果在于：

18、（1）双点支撑抑摆：通过搭接支撑部在外部固定平台建立刚性第一支点，与无人机悬吊的第二支点形成双点受力体系，将单点悬吊的多自由度钟摆式晃动约束为绕第一支点的小幅单自由度转动，大幅抑制待安装构件的摆动幅度，为高空精密对位提供稳定基础。

19、（2）主动载荷卸荷：通过位移调节机构驱动活动悬吊部沿导轨平移，可动态调整固定悬吊部与活动悬吊部的相对间距，改变悬吊拉力等效合力点（第二支点）的水平位置，增大第二支点相对于第一支点的力臂长度；利用杠杆效应可将大部分吊装载荷主动转移至外部固定平台承担，显著降低无人机的承载负荷与动力输出，减少旋翼动力波动带来的振动干扰。

20、（3）对位精度提升：通过建立第一支点及载荷卸载的配合，无人机可处于低负荷运行状态，姿态微调的响应灵敏度与控制精度显著提升；配合双点支撑的稳定约束，可有效抵消气流扰动影响，将待安装构件的对位误差控制在毫米级别，满足高压输电铁塔、通信基站等场景的高精度安装要求。

21、（4）作业安全冗余高：无人机承载负担降低后，动力系统发热减小、电池续航时间延长，应对突发强风等异常工况的动力冗余充足；即使无人机出现短暂动力波动，因主要载荷由外部固定平台承接，系统整体姿态不会发生剧烈变化，大幅提升高空作业的安全性与稳定性。

22、（5）场景适配性强：搭接支撑部提供无源重力干涉、有源机械夹持、电磁吸附等多种形式，适配角钢、桁架、平整钢制平台等不同类型的高空承载结构，无需改造现有设施，可广泛应用于电力、通信、风电等多个领域的高空安装作业。

1.一种无人机吊运安装机构，用于将待安装构件对接至外部固定平台（100），其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的无人机吊运安装机构，其特征在于，所述吊运安装机构还包括设于所述承载本体（1）上的位移调节机构（4）；

3.根据权利要求2所述的无人机吊运安装机构，其特征在于，所述悬吊连接部（3）包括设于所述承载本体（1）上的固定悬吊部（31），以及设于所述移动端（42）上的活动悬吊部（32），活动悬吊部（32）位于固定悬吊部（31）与所述搭接支撑部（2）之间；其中，位移调节机构（4）驱动所述活动悬吊部（32）向固定悬吊部（31）靠拢或远离。

4.根据权利要求2所述的无人机吊运安装机构，其特征在于，所述驱动机构（43）包括丝杠传动机构、齿轮齿条传动机构中的任意一种，其动力输出端与所述移动端（42）传动连接。

5.根据权利要求1所述的无人机吊运安装机构，其特征在于，所述搭接支撑部（2）包括重力干涉结构、机械夹持结构或表面吸附结构中的任意一种，所述搭接支撑部（2）配置为在搭接或夹持或吸附于所述外部固定平台（100）时形成所述第一支点。

6.根据权利要求5所述的无人机吊运安装机构，其特征在于，所述重力干涉结构包括支撑杆（21a），支撑杆（21a）的下表面沿长度方向设有至少一个向下凸出且呈三角形的倒刺（21b）。

7.根据权利要求5所述的无人机吊运安装机构，其特征在于，所述机械夹持结构包括机械夹爪（22a）以及驱动该机械夹爪（22a）开合的动力源（22b），机械夹爪（22a）配置为能够抱紧所述外部固定平台（100）的角钢。

8.根据权利要求1所述的无人机吊运安装机构，其特征在于，所述承载本体（1）为框架结构、板状结构或笼状结构中的任意一种，所述承载本体（1）上设有用于定位所述待安装构件的限位部。

9.一种无人机吊运安装方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的无人机吊运安装机构，包含以下步骤：

10.根据权利要求9所述的无人机吊运安装方法，其特征在于，所述无人机吊运安装机构为如权利要求3所述的机构，在完成待安装构件对接前，还包含载荷转移步骤：