一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，包括飞行平台、连接于飞行平台下方的悬挂机构和连接于悬挂机构下方的刀具系统；飞行平台具有横向布置的主梁，主梁的左右两端分别对称固定连接有同规格的旋翼平台，两个旋翼平台之间的最小距离≥刀具系统的横向尺度；悬挂机构包含左右对称布置的L(L≥2)根垂直杆，相邻垂直杆之间设有横向加强梁；刀具系统为以左右几何对称或质量对称方式布置的M(M≥1)个电锯组件的阵列组合；悬挂机构与刀具系统之间或飞行平台与悬挂机构之间设有脱钩装置。本发明专利技术的树障清理飞行机器人，适合于大面积快速清理树障，能避免旋翼下洗流造成待切除树枝发生倒伏，清障效率高，安全风险低。

【技术实现步骤摘要】
一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人
本专利技术涉及一种旋翼分置且悬挂刀具的树障清理飞行机器人，尤其涉及一种适合于快速大面积清理电力线路树障的飞行机器人，属于输电线路树障清理装置

技术介绍
树障是输电线路通道存在的一种安全隐患，表现为通道内树木的不断增生逐渐威胁到输电线路的运行安全。为此，各级电力部门每年都要投入大量的人力、物力与财力对辖区内的通道树障进行清理整治。目前的树障清理主要有三种方式：1)人工清障作业，多采用特制的加长切割刀具，安全风险大，作业效率不高；2)基于地面设备的树障清理作业，由于受到地形环境和树木生长态势的严重限制，难以对高空树障进行快速削巅清理；3)基于无人机的树障清理技术，已有不少探索性的工作，但依然存在着抗树木干扰能力较弱、单次切割范围较小、作业效率相对不高等不足。因此，亟需研制一种可对电力线路通道内树障进行大范围、高效率自动清理的飞行机器人，其搭载的刀具系统应具备较大的单次切割范围，能有效抵抗切割过程中树木的反作用力对飞行机器人本体姿态的影响，能消除因旋翼气流下洗引起树枝倒伏而带来的低切割效率因素，并且具有防卡阻等安全保护措施。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：提供一种树障清理飞行机器人，通过旋翼飞行器挂载多刀具组成的刀具系统，可对输电线路通道内的树障进行大面积清理，同时能避开旋翼气流下洗带来的树枝倒伏，满足树障清理快速、高效、安全的作业需求。本专利技术的技术方案为：一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，包括飞行平台、连接于飞行平台下方的悬挂机构和连接于悬挂机构下方的刀具系统；飞行平台具有横向布置的条状或桁架结构的主梁，主梁的中心部位设有中央控制舱，主梁的左右两端分别对称固定连接有同规格的旋翼平台；悬挂机构为固定长度的连接杆，或可变长度的伸缩悬挂机构，包含左右对称布置的L(L≥2)根垂直杆，相邻垂直杆之间设有横向加强梁；刀具系统为以左右几何对称或质量对称方式布置的M(M≥1)个电锯组件的阵列组合。优选的，所述旋翼平台包括与主梁固定连接的分控制舱、前后对称布置于分控制舱周围的K(K≥2)个旋翼，旋翼通过旋翼臂与分控制舱连接。优选的，所述主梁的长度保证两个旋翼平台之间的最小距离≥刀具系统的横向尺度。优选的，上述悬挂机构与刀具系统之间或飞行平台与悬挂机构之间，设有可将两者挂接或分离的脱钩装置。优选的，上述悬挂机构与飞行平台之间设有可使两者具有相对俯仰运动自由度的俯仰关节。优选的，上述悬挂机构为拉绳式伸缩悬挂机构，其特征为：所述垂直杆包含H(H≥2)段连续嵌套的空心管，自上而下序号依次为1、2、…、H，第i(1≤i<H)段空心管的上端设有限制第i+1段空心管向上收缩时运动过冲的上限位器，下端设有限制第i+1段空心管向下伸展时运动脱落的下限位器；第1段空心管的上限位器设有与飞行平台连接的法兰，第H段空心管的上端设有上限位器，下端与刀具系统连接，第H段空心管的上限位器通过拉绳与安装于飞行平台的收线器相连；横向加强梁连接于相邻垂直杆的相同段空心管的下端。优选的，上述悬挂机构为滑轮式伸缩悬挂机构，其特征为：所述垂直杆包含H(H≥3)段连续嵌套的空心管，自上而下序号依次为1、2、…、H，第i(1≤i<H)段空心管的上端设有限制第i+1段空心管向上收缩时运动过冲的上限位器，下端设有限制第i+1段空心管向下伸展时运动脱落的下限位器；第1段空心管的上限位器设有与飞行平台连接的法兰，第H段空心管的上端设有上限位器，下端与刀具系统连接，第2段空心管的上限位器通过拉绳与安装于飞行平台的收线器相连；所述垂直杆还包含转轴水平固定于第j(2≤j<H)段空心管的上限位器且旋转平面过空心管垂直轴线的动滑轮、挂绕于所述动滑轮的上侧且一端与第j-1段空心管的下限位器固连另一端与第j+1段空心管的上限位器固连的滑轮拉绳；横向加强梁连接于相邻垂直杆的相同段空心管的下端。优选的，上述垂直杆为具有直线伸缩运动功能的电动推杆。优选的，上述收线器包括收线电机、用于收卷拉绳的收线盘、经传导齿轮由收线电机驱动旋转的旋转拨叉、感知悬挂机构上升到极限位置的上行程开关和感知悬挂机构下降到极限位置的下行程开关，上行程开关和下行程开关的输出信号线、收线电机的控制信号线均与飞行平台的主控制器连接；所述收线电机与收线盘之间形成类似“蜗杆-蜗轮”的驱动与自锁关系。优选的，上述刀具系统包括外形左右对称的刀具架、以左右几何对称或质量对称的方式安装于刀具架的N(N≥1)个电锯组件、固连于刀具架且位于相邻电锯组件之间尖端向外的“V”形导向器、内置于刀具架用于控制电锯组件的刀具控制器；电锯组件包括刀具电机、由刀具电机驱动的电锯和驱动刀具电机的电机驱动器；刀具控制器通过通信总线与飞行平台的主控制器连接；所述电锯组件设有分别感知刀具电机工作时的电流、转速和温度的电流传感器、转速传感器和温度传感器，电流传感器、转速传感器和温度传感器的输出信号分别连接至刀具控制器。优选的，上述电锯为圆盘锯或链锯；所述圆盘锯固连于刀具电机的输出轴；所述链锯包含导板与链条，导板上安装有引导约束树枝并加速切割的外导向叉。优选的，所述链锯刀具系统的链锯组件的数量N取2。优选的，所述的脱钩装置为机械式脱钩装置或电磁式脱钩装置。所述脱钩装置为机械式脱钩装置，包括上脱钩组件和可与上脱钩组件相互挂接的下脱钩组件；所述上脱钩组件包括上基座、固连于上基座且输出杆向下的直线舵机、固连于上基座的上挂钩轴、以上挂钩轴为转轴呈“L”形的上挂钩、安装于上基座和上挂钩的横向杆的末端之间且能为上挂钩提供逆时针恢复力矩的拉簧、以及固连于上基座的上电气接口，直线舵机的输出杆的末端设有轴承；所述下脱钩组件包括下基座、固连于下基座且可与上挂钩形成上下挂接的下挂扣、固连于下基座的下电气接口；上电气接口与下电气接口形成对插连接，用于传递电能与控制信号；所述上挂钩的下端为向右的弯钩，弯钩的右下侧呈斜角外形，下挂扣的左上侧具有与上挂钩的弯钩斜角外轮廓呈挤压推让配合的斜角外形；所述下挂扣设有配合上挂钩的弯钩的方孔，一旦上挂钩的弯钩旋入方孔即可使下挂扣与上挂钩形成可靠挂接；所述下脱钩组件还包括嵌于下基座与上基座之间，并与二者形成紧密接触的弹性垫圈；所述直线舵机与飞行平台中的控制器连接，直线舵机收到该控制器的指令后将驱动其输出杆伸长或收缩，从而使上挂钩顺时针或逆时针随动旋转。所述脱钩装置为电磁式脱钩装置，包括分别固连于脱钩装置两端所连接部件的电磁铁与衔铁；电磁铁通电后与衔铁吸合，脱钩装置两端所连接部件完成挂接；电磁铁断电后释放衔铁，脱钩装置两端所连接部件实现分离；电磁铁通过开关与飞行机器人上的电源相连接。清障作业中，当刀具系统相对树障发生卡阻且无法分离时，通过脱钩装置可使刀具系统脱离飞行机器人，从而对飞行机器人实施安全保护。优选的，上述旋翼平台的任意一对左右对称的旋翼与各自旋翼臂之间，设有可使旋翼相对对应旋翼臂的轴线旋转的倾转电机。优选的，上述俯仰关节包括俯仰关节座、可绕俯仰关节座的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：包括飞行平台(1)、连接于飞行平台(1)下方的悬挂机构(2)和连接于悬挂机构(2)下方的刀具系统(3)；飞行平台(1)具有横向布置的条状或桁架结构的主梁(102)，主梁(102)的中心部位设有中央控制舱(103)，主梁(102)的左右两端分别对称固定连接有同规格的旋翼平台(101)；悬挂机构(2)为固定长度的连接杆，或可变长度的伸缩悬挂机构，包含左右对称布置的L(L≥2)根垂直杆(201)，相邻垂直杆(201)之间设有横向加强梁(202)；刀具系统(3)为以左右几何对称或质量对称方式布置的M(M≥1)个电锯组件的阵列组合。/n

【技术特征摘要】
1.一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：包括飞行平台(1)、连接于飞行平台(1)下方的悬挂机构(2)和连接于悬挂机构(2)下方的刀具系统(3)；飞行平台(1)具有横向布置的条状或桁架结构的主梁(102)，主梁(102)的中心部位设有中央控制舱(103)，主梁(102)的左右两端分别对称固定连接有同规格的旋翼平台(101)；悬挂机构(2)为固定长度的连接杆，或可变长度的伸缩悬挂机构，包含左右对称布置的L(L≥2)根垂直杆(201)，相邻垂直杆(201)之间设有横向加强梁(202)；刀具系统(3)为以左右几何对称或质量对称方式布置的M(M≥1)个电锯组件的阵列组合。


2.根据权利要求1所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：所述旋翼平台(101)包括与主梁(102)固定连接的分控制舱(104)、前后对称布置于分控制舱(104)周围的K(K≥2)个旋翼(1011)，旋翼(1011)通过旋翼臂(1012)与分控制舱(104)连接。


3.根据权利要求1所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：所述主梁(102)的长度保证两个旋翼平台(101)之间的最小距离≥刀具系统(3)的横向尺度。


4.根据权利要求1所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：上述悬挂机构(2)与刀具系统(3)之间或飞行平台(1)与悬挂机构(2)之间，设有可将两者挂接或分离的脱钩装置(4)。


5.根据权利要求1所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：上述悬挂机构(2)与飞行平台(1)之间设有可使两者具有相对俯仰运动自由度的俯仰关节(5)。


6.根据权利要求1所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：上述悬挂机构(2)为拉绳式伸缩悬挂机构：所述垂直杆(201)包含H(H≥2)段连续嵌套的空心管(2203)，自上而下序号依次为1、2、…、H，第i(1≤i<H)段空心管(2203)的上端设有限制第i+1段空心管(2203)向上收缩时运动过冲的上限位器(2204)，下端设有限制第i+1段空心管(2203)向下伸展时运动脱落的下限位器(2205)；第1段空心管(2203)的上限位器(2204)设有与飞行平台(1)连接的法兰(2208)，第H段空心管(2203)的上端设有上限位器(2204)，下端与刀具系统(3)连接，第H段空心管(2203)的上限位器(2204)通过拉绳(2202)与安装于飞行平台(1)的收线器(2201)相连；横向加强梁(202)连接于相邻垂直杆(201)的相同段空心管(2203)的下端。


7.根据权利要求1所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：上述悬挂机构(2)采用滑轮式伸缩结构：空心管(2203)的段数H≥3，第2段空心管(2203)的上限位器(2204)通过拉绳(2202)与安装于飞行平台(1)的收线器(2201)相连；所述垂直杆(201)还包含转轴水平固定于第j(2≤j<H)段空心管(2203)的上限位器(2204)且旋转平面过空心管(2203)垂直轴线的动滑轮(2206)、挂绕于所述动滑轮(2206)的上侧且一端与第j-1段空心管(2203)的下限位器(2205)固连另一端与第j+1段空心管(2203)的上限位器(2204)固连的滑轮拉绳(2207)。


8.根据权利要求1所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：上述刀具系统(3)包括外形左右对称的刀具架(3001)、安装于刀具架(3001)的电锯组件、固连于刀具架(3001)且位于相邻电锯组件之间尖端向外的“V”形导向器(3006)、内置于刀具架(3001)用于控制电锯组件的刀具控制器(3005)；电锯组件包括刀具电机(3002)、由刀具电机(3002)驱动的电锯和驱动刀具电机(3002)的电机驱动器(3004)；刀具控制器(3005)通过通信总线与飞行平台(1)的主控制器连接；所述电锯组件设有分别感知刀具电机(3002)工作时的电流、转速和温度的电流传感器、转速传感器和温度传感器，电流传感器、转速传感器和温度传感器的输出信号分别连接至刀具控制器(3005)。


9.根据权利要求8所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：上述电锯为圆盘锯(3003A)或链锯(3003B)；所述圆盘锯(3003A)固连于刀具电机(3002)的输出轴上；所述链锯(3003B)包含导板与链条，导板上安装有引导约束树枝并加速切割的外导向叉(3007)。


10.根据权利要求4所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：上述脱钩装置(4)为机械式脱钩装置，包括上脱钩组件(41)和可与上脱钩组件(41)相互挂接的下脱钩组件(42)；
所述上脱钩组件(41)包括上基座(4101)、固连于上基座(4101)且输出杆向下的直线舵机(4102)、固连于上基座(4101)的上挂钩轴(4106)、以上挂钩轴(4106)为转轴呈“L”形的上挂钩(4105)、安装于上基座(4101)和上挂钩(4105)的横向杆的末端之间且能为上挂钩(4105)提供逆时针恢复力矩的拉簧(4104)、以及固连于上基座(4101)的上电气接口(4107)，直线舵机(4102)的输出杆的末端设有轴承(4103)；所述下脱钩组件(42)包括下基座(4201)、固连于下基座(4201)且可与上挂钩(4105)形成上下挂接的下挂扣(4202)、固连于下基座(4201)的下电气接口(4203)；上电气接口(4107)与下电气接口(4203)形成对插连接，用于传递电能与控制信号；所述上挂钩(4105)的下端为向右的弯钩，弯钩的右下侧呈斜角外形，下挂扣(4202)的左上侧具有与上挂钩(4105)的弯钩斜角外轮廓呈挤压推让配合的斜角外形；
所述下挂扣(4202)设有配合上挂钩(4105)的弯钩的方孔，一旦上挂钩(4105)的弯钩旋入方孔即可使下挂扣(4202)与上挂钩(4105)形成可靠挂接；所述下脱钩组件(42)还包括嵌于下基座(4201)与上基座(4101)之间，并与二者形成紧密接触的弹性垫圈(4204)；所述直线舵机(4102)与飞行平台(1)中的主控制器连接，直线舵机(4102)收到该主控制器的指令后将驱动其输出杆伸长或收缩，从而带动上挂钩(4105)顺时针或逆时针随动旋转。


11.根据权利要求4所述的一种旋翼分置并悬挂刀具的树障清理飞行机器人，其特征在于：上述脱钩装置(4)为电磁式脱钩装置，包括分别固连于脱钩装置(4)两端所连接部件的电磁铁(401)与衔铁(402)；电磁铁(401)通电后与衔铁(402)吸合，脱钩装置(4)两端所连接部件完成挂接；当电磁铁(401)断电后释放衔铁(402)，脱钩装置(4)两端所连接部件实现分离；电磁铁(401)通过开关与飞行机器人上的电源相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠，王炜，陶坤，梁家斌，廖禄伟，许昌亮，徐浩，张驰，周东升，吴吉莹，
申请(专利权)人：南京太司德智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32