[發明專利]自動避障的可縱向彎曲樹障清理空中機器人和避障方法

有效

• 申請號: 201810192099.8
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108321722B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 張秋雁;曾華榮;楊忠;徐浩;胡國雄;韓家明;王煒;陶坤;陳德權;張俊瑋;丁超
• 申請（專利權）人: 貴州電網有限責任公司
• 主分類號: H02G1/02
• 分類號: H02G1/02;A01G3/08
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 商小川

本發明公開了一種自動避障的可縱向彎曲樹障清理空中機器人和避障方法，包括為空中機器人提供飛行動力的多旋翼平臺、固定連接在多旋翼平臺正下方的機身、與機身縱向軸平行且固連于機身前端的中臂、與機身縱向軸平行且固連于機身后端的后臂、通過內置驅動電機的縱向彎曲關節與中臂連接的前臂、固連于前臂前端的刀具組件、固連于后臂后端的電池組、安裝于多旋翼平臺上部中心的激光雷達、布置在機身底部的測高雷達，多旋翼平臺前側、兩側和電池組后側均布置有攝像頭。本發明實現障礙物的實時監測，有利于實施空中機器人高精度的避障控制，采用可縱向彎曲的刀具作業臂的機器人適合于進入樹障密集區域實施清障作業。

技術領域

本發明涉及一種自動避障的可縱向彎曲樹障清理空中機器人和避障方法，屬于輸電線路樹障清理裝置技術領域。

背景技術

樹障是輸電線路通道存在的一種安全隱患，表現為通道內樹木的不斷增生逐漸威脅到輸電線路的運行安全。為此，各級電力部門每年都要投入大量的人力、物力與財力對轄區內的通道樹障進行清理整治。目前的樹障清理主要依賴于人工清理，存在著效率不高，安全風險大的不足，因此亟需一種電力線路通道樹障自動清理空中機器人。

空中機器人在對樹障進行清理作業時，往往與輸電線路、建筑物、其它樹木等環境物體距離較近，一旦發生碰撞極易造成空中機器人損毀，以及環境物體特別是電力線路的損傷，導致嚴重的安全事故。因此，使樹障清理空中機器人具備環境感知與自主避障的能力非常重要。

發明內容

本發明解決的技術問題是：提供一種自動避障的可縱向彎曲樹障清理空中機器人和避障方法，能夠實現線路通道附近障礙物位置感知與自主避障，清理效率高，安全風險低，以解決現有技術中存在的問題。

本發明采取的技術方案為：一種自動避障的可縱向彎曲樹障清理空中機器人，包括為空中機器人提供飛行動力的多旋翼平臺、固定連接在多旋翼平臺正下方的機身、與機身縱向軸平行且固連于機身前端的中臂、與機身縱向軸平行且固連于機身后端的后臂、通過內置驅動電機的縱向彎曲關節與中臂連接的前臂、固連于前臂前端的刀具組件、固連于后臂后端的電池組、安裝于多旋翼平臺上部中心的激光雷達、布置在機身底部的測高雷達，多旋翼平臺前側、兩側和電池組后側均布置有攝像頭。

優選的，上述空中機器人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、攝像頭和測高雷達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的動力模塊、縱向彎曲關節的驅動電機、刀具組件的刀具控制器，通信模塊用于向地面站傳輸飛行數據與機載圖像。

優選的，上述機身為前后狹長結構；空中機器人為左右對稱結構。

優選的，上述電池組包括向刀具組件、向多旋翼平臺、向縱向彎曲關節、向信號處理器、向飛行控制器和向機載傳感器供電的電池。

優選的，上述前臂為兩段結構，并通過保護關節連接為一體，保護關節包括固定叉、十字軸、活動叉)、圓柱套、彈簧)和螺釘，固定叉、活動叉、圓柱套均為中空圓柱形，十字軸分別通過軸承與固定叉的前部、活動叉的后部連接，由此構成萬向節，固定叉的后部與前臂的后段固連，圓柱套的前部與前臂的前段固連，圓柱套的后部以可軸向滑動、可相對旋轉的套筒形式與活動叉的前部連接，彈簧為圓柱形，以包裹形式安裝于固定叉、活動叉和圓柱套的外部，彈簧的兩端通過兩螺釘分別與固定叉和圓柱套固連。

一種自動避障的樹障清理空中機器人的避障方法，該方法步驟如下：

1)安裝激光雷達使其激光掃描線略高于多旋翼旋轉平面，通過激光雷達對周圍環境進行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的距離；

2)攝像頭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；