[发明专利]一种树障清理空中机器人的刀具保护装置和方法

说明书

本发明公开了一种树障清理空中机器人的刀具保护装置和方法，包括连接在飞行平台和作业刀具间的作业臂上的保护关节，保护关节内置有感知树障作用于作业刀具的轴向力、俯仰力矩、航向力矩和滚转力矩的轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器，上述传感器连接到飞行平台内的飞行控制器，飞行控制器连接到刀具控制器和飞行动力装置，刀具控制器连接着刀具电机、感知作业刀具转速与温度的转速传感器与温度传感器、感知刀具电机工作电流的电流传感器。本发明保护关节中设置能够感知圆盘锯受力或力矩的传感器，当大于设定值时，自动进行退出作业刀具，并结合圆盘锯的转速、电流和温度值实时监测过载、卡阻及损伤状态，及时进行回退和处理，起到保护圆盘锯和机器人的作用。

技术领域

本发明涉及一种树障清理空中机器人的刀具保护装置和方法，属于输电线路树障清理装置技术领域。

背景技术

树障是输电线路通道存在的一种安全隐患，表现为树木的增生极大地影响了输电线路的运行安全。各级电力部门每年都要投入大量的人力、物力对辖区内的树障进行清理整治，目前主要依赖于人工清理，效率不高，安全风险大，因此需要一种电力线路通道树障自动清理空中机器人。

当空中机器人进行树障清理时，前端刀具会受到树木的轴向反作用力以及上下俯仰、左右偏航、滚转等反作用力矩，不利于空中机器人的飞行姿态稳定与控制，因此需要设计针对树障反作用力与力矩的检测与机器人保护控制方法，以及针对作业刀具的过载、卡死与损伤的检测与保护方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种树障清理空中机器人的刀具保护装置和方法，能够实现机器人作业刀具和飞行机器人的保护，以解决现有技术中存在的的问题。

本发明采取的技术方案为：一种树障清理空中机器人的刀具保护装置，包括连接在飞行平台和作业刀具间的作业臂上的保护关节，保护关节内置有感知树障作用于作业刀具的轴向力、俯仰力矩、航向力矩和滚转力矩的轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器，轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器连接到飞行平台内的飞行控制器，飞行控制器连接到刀具控制器和飞行平台内的飞行动力装置，刀具控制器连接着驱动作业刀具的刀具电机、感知作业刀具转速与温度的转速传感器与温度传感器、感知刀具电机工作电流的电流传感器。

优选的，一种树障清理空中机器人的刀具保护装置的保护方法，该方法如下：

1)通过保护关节感知的作业刀具所受树障轴向反作用力或俯仰、航向、滚转反作用力矩，一旦达到或超过预定的保护门限，判定刀具处于过载状态，即令刀具控制器和飞行控制器自动同步进入保护模式：控制作业刀具先刹车后反转，同时控制空中机器人向后运动退出作业。

2)步骤1)中反作用力或力矩若小于预定的保护门限，将作为空中机器人运动微调的控制输入，具体控制方法如下：

A)设清理树障时保护关节感知的轴向力为X，向后为正，相应的作业门限为λ_X、不灵敏区为δ_X，其中，λ_X＞0，0≤δ_X＜λ_X，有：

若X<0，判定空中机器人受到树障的前向拉力，飞行控制器可采取如下方法之一：①控制飞行平台向前运动微调，若X正向增加则继续当前清障作业，若X不变或负向增加则转到②；②控制飞行平台进入悬停，同时通过飞行平台内的通信模块向地面人员发送安全报警信息，以求人工干预；

若X＜λ_X-δ_X，飞行控制器控制飞行平台向前运动微调，使轴向力增大，实现轴向自动作业进给；

若|X-λ_X|≤δ_X，飞行控制器控制飞行平台保持悬停，轴向进给量为零；