[發明專利]一種自動避障的樹障清理空中機器人和避障方法

在審

• 申請號: 201810192078.6
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108568868A
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 張秋雁;楊忠;徐浩;胡國雄;韓家明;陶坤;王煒;王少輝;常樂;李捷文
• 申請（專利權）人: 貴州電網有限責任公司;南京太司德智能科技有限公司
• 主分類號: B27C5/00
• 分類號: B27C5/00;H02G1/02;A01G3/08;G01S17/93
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 商小川

1.一種自動避障的樹障清理空中機器人，其特征在于：包括為空中機器人提供飛行動力的多旋翼平臺(1)、固定連接在多旋翼平臺(1)正下方的機身(2)、安裝于機身(2)上的縱向推進器(3)、與機身(2)縱向軸平行且固連于機身(2)前端的前臂(4)、與機身(2)縱向軸平行且固連于機身(2)后端的后臂(5)、固連于前臂(4)前端的刀具組件(6)、固連于后臂(5)后端的電池組(7)、安裝于多旋翼平臺(1)上部中心的激光雷達(8)、布置在機身(2)底部的測高雷達(10)，多旋翼平臺(1)前側、兩側和電池組(7)后側均布置有攝像頭(9)。

2.根據權利要求1所述的一種自動避障的樹障清理空中機器人，其特征在于：還包括相互連接的信號處理器、飛行控制器和通信模塊；激光雷達(8)、攝像頭(9)和測高雷達(10)連接到信號處理器的信號輸入端，飛行控制器連接到多旋翼平臺(1)的動力模塊、縱向推進器(3)的驅動電機、刀具組件(6)的刀具控制器以及慣性測量單元、氣壓高度計、衛星導航接收機，通信模塊用于向地面站傳輸飛行數據與機載圖像。

3.根據權利要求1所述的一種自動避障的樹障清理空中機器人，其特征在于：機身(2)為前后狹長結構，空中機器人為左右對稱結構。

4.根據權利要求1所述的一種自動避障的樹障清理空中機器人，其特征在于：電池組(7)包括向刀具組件(6)、向多旋翼平臺(1)、向縱向推進器(3)、向信號處理器、向飛行控制器和向機載傳感器供電的電池。

5.根據權利要求1所述的一種自動避障的樹障清理空中機器人，其特征在于：前臂(4)為兩段結構，并通過保護關節(12)連接為一體，保護關節(12)包括固定叉(1201)、十字軸(1202)、活動叉(1203)、圓柱套(1204)、彈簧(1205)和螺釘(1206)，固定叉(1201)、活動叉(1203)、圓柱套(1204)均為中空圓柱形，十字軸(1202)分別通過軸承與固定叉(1201)的前部、活動叉(1203)的后部連接，由此構成萬向節，固定叉(1201)的后部與前臂(4)的后段固連，圓柱套(1204)的前部與前臂(4)的前段固連，圓柱套(1204)的后部以可軸向滑動、可相對旋轉的套筒形式與活動叉(1203)的前部連接，彈簧(1205)為圓柱形，以包裹形式安裝于固定叉(1201)、活動叉(1203)和圓柱套(1204)的外部，彈簧(1205)的兩端通過兩螺釘(1206)分別與固定叉(1201)和圓柱套(1204)固連。

6.根據權利要求1-5任一所述的一種自動避障的樹障清理空中機器人的避障方法，其特征在于：該方法步驟如下：

1)安裝激光雷達(8)使其激光掃描線高于多旋翼旋轉平面，通過激光雷達(8)對周圍環境進行360度水平掃描，探測并感知空中機器人四周物體到激光雷達(8)的距離；

2)攝像頭(9)獲取空中機器人前后左右的環境影像并送入信號處理器，然后采用機器視覺算法對輸電線路通道內外的導線、桿塔、樹木和其它物體進行識別與圖像定位，其中，桿塔包含絕緣子和金具，其它物體包括建筑物、橋梁和山巒地形；

3)將步驟1)所感知的二維距離信息與步驟2)所識別的障礙物信息進行融合，獲得障礙物的距離信息進行空中機器人主動避障：

——若所感知的障礙物為導線、桿塔、通道外樹木和其它物體，且這些障礙物與空中機器人的距離≤預設的安全距離閾值，即令空中機器人實施主動避障控制，同時向地面監控站發送安全告警信息；

——若所感知的障礙物為通道內的樹木，則空中機器人實施清障，同時向地面監控站發送清障動作信息；

——除了上述兩種情況外，無需避障控制；

4)通過向下安裝的測高雷達(10)探測空中機器人相對地面的高度，將此相對高度用于空中機器人的高度保持，以及進行空中機器人高度避障。