[发明专利]一种自动避障的树障清理空中机器人和避障方法

权利要求书

1.一种自动避障的树障清理空中机器人，其特征在于：包括为空中机器人提供飞行动力的多旋翼平台(1)、固定连接在多旋翼平台(1)正下方的机身(2)、安装于机身(2)上的纵向推进器(3)、与机身(2)纵向轴平行且固连于机身(2)前端的前臂(4)、与机身(2)纵向轴平行且固连于机身(2)后端的后臂(5)、固连于前臂(4)前端的刀具组件(6)、固连于后臂(5)后端的电池组(7)、安装于多旋翼平台(1)上部中心的激光雷达(8)、布置在机身(2)底部的测高雷达(10)，多旋翼平台(1)前侧、两侧和电池组(7)后侧均布置有摄像头(9)。

2.根据权利要求1所述的一种自动避障的树障清理空中机器人，其特征在于：还包括相互连接的信号处理器、飞行控制器和通信模块；激光雷达(8)、摄像头(9)和测高雷达(10)连接到信号处理器的信号输入端，飞行控制器连接到多旋翼平台(1)的动力模块、纵向推进器(3)的驱动电机、刀具组件(6)的刀具控制器以及惯性测量单元、气压高度计、卫星导航接收机，通信模块用于向地面站传输飞行数据与机载图像。

3.根据权利要求1所述的一种自动避障的树障清理空中机器人，其特征在于：机身(2)为前后狭长结构，空中机器人为左右对称结构。

4.根据权利要求1所述的一种自动避障的树障清理空中机器人，其特征在于：电池组(7)包括向刀具组件(6)、向多旋翼平台(1)、向纵向推进器(3)、向信号处理器、向飞行控制器和向机载传感器供电的电池。

5.根据权利要求1所述的一种自动避障的树障清理空中机器人，其特征在于：前臂(4)为两段结构，并通过保护关节(12)连接为一体，保护关节(12)包括固定叉(1201)、十字轴(1202)、活动叉(1203)、圆柱套(1204)、弹簧(1205)和螺钉(1206)，固定叉(1201)、活动叉(1203)、圆柱套(1204)均为中空圆柱形，十字轴(1202)分别通过轴承与固定叉(1201)的前部、活动叉(1203)的后部连接，由此构成万向节，固定叉(1201)的后部与前臂(4)的后段固连，圆柱套(1204)的前部与前臂(4)的前段固连，圆柱套(1204)的后部以可轴向滑动、可相对旋转的套筒形式与活动叉(1203)的前部连接，弹簧(1205)为圆柱形，以包裹形式安装于固定叉(1201)、活动叉(1203)和圆柱套(1204)的外部，弹簧(1205)的两端通过两螺钉(1206)分别与固定叉(1201)和圆柱套(1204)固连。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种自动避障的树障清理空中机器人的避障方法，其特征在于：该方法步骤如下：

1)安装激光雷达(8)使其激光扫描线高于多旋翼旋转平面，通过激光雷达(8)对周围环境进行360度水平扫描，探测并感知空中机器人四周物体到激光雷达(8)的距离；

2)摄像头(9)获取空中机器人前后左右的环境影像并送入信号处理器，然后采用机器视觉算法对输电线路通道内外的导线、杆塔、树木和其它物体进行识别与图像定位，其中，杆塔包含绝缘子和金具，其它物体包括建筑物、桥梁和山峦地形；

3)将步骤1)所感知的二维距离信息与步骤2)所识别的障碍物信息进行融合，获得障碍物的距离信息进行空中机器人主动避障：

——若所感知的障碍物为导线、杆塔、通道外树木和其它物体，且这些障碍物与空中机器人的距离≤预设的安全距离阈值，即令空中机器人实施主动避障控制，同时向地面监控站发送安全告警信息；

——若所感知的障碍物为通道内的树木，则空中机器人实施清障，同时向地面监控站发送清障动作信息；

——除了上述两种情况外，无需避障控制；

4)通过向下安装的测高雷达(10)探测空中机器人相对地面的高度，将此相对高度用于空中机器人的高度保持，以及进行空中机器人高度避障。