[发明专利]自动避障的可纵向弯曲树障清理空中机器人和避障方法

权利要求书

1.一种自动避障的可纵向弯曲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)、与机身(2)纵向轴平行且固连于机身(2)前端的中臂(4)、与机身(2)纵向轴平行且固连于机身(2)后端的后臂(5)、通过内置驱动电机的纵向弯曲关节(11)与中臂(4)连接的前臂(3)、固连于前臂(3)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)，所述自动避障的可纵向弯曲树障清理空中机器人的避障方法步骤如下：

1)安装激光雷达(8)使其激光扫描线略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主动避障。

2.根据权利要求1所述的一种自动避障的可纵向弯曲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、纵向弯曲关节(11)的驱动电机、刀具组件(6)内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可纵向弯曲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可纵向弯曲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)、多旋翼平台(1)、纵向弯曲关节(11)、信号处理器、飞行控制器和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可纵向弯曲树障清理空中机器人，其特征在于：前臂(3)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(3)的后段固连，圆柱套(1204)的前部与前臂(3)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。