[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

说明书

本发明公开了一种自动避障的可纵向弯曲树障清理空中机器人和避障方法，包括为空中机器人提供飞行动力的多旋翼平台、固定连接在多旋翼平台正下方的机身、与机身纵向轴平行且固连于机身前端的中臂、与机身纵向轴平行且固连于机身后端的后臂、通过内置驱动电机的纵向弯曲关节与中臂连接的前臂、固连于前臂前端的刀具组件、固连于后臂后端的电池组、安装于多旋翼平台上部中心的激光雷达、布置在机身底部的测高雷达，多旋翼平台前侧、两侧和电池组后侧均布置有摄像头。本发明实现障碍物的实时监测，有利于实施空中机器人高精度的避障控制，采用可纵向弯曲的刀具作业臂的机器人适合于进入树障密集区域实施清障作业。

技术领域

本发明涉及一种自动避障的可纵向弯曲树障清理空中机器人和避障方法，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依赖于人工清理，存在着效率不高，安全风险大的不足，因此亟需一种电力线路通道树障自动清理空中机器人。

空中机器人在对树障进行清理作业时，往往与输电线路、建筑物、其它树木等环境物体距离较近，一旦发生碰撞极易造成空中机器人损毁，以及环境物体特别是电力线路的损伤，导致严重的安全事故。因此，使树障清理空中机器人具备环境感知与自主避障的能力非常重要。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种自动避障的可纵向弯曲树障清理空中机器人和避障方法，能够实现线路通道附近障碍物位置感知与自主避障，清理效率高，安全风险低，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种自动避障的可纵向弯曲树障清理空中机器人，包括为空中机器人提供飞行动力的多旋翼平台、固定连接在多旋翼平台正下方的机身、与机身纵向轴平行且固连于机身前端的中臂、与机身纵向轴平行且固连于机身后端的后臂、通过内置驱动电机的纵向弯曲关节与中臂连接的前臂、固连于前臂前端的刀具组件、固连于后臂后端的电池组、安装于多旋翼平台上部中心的激光雷达、布置在机身底部的测高雷达，多旋翼平台前侧、两侧和电池组后侧均布置有摄像头。

优选的，上述空中机器人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、摄像头和测高雷达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的动力模块、纵向弯曲关节的驱动电机、刀具组件的刀具控制器，通信模块用于向地面站传输飞行数据与机载图像。

优选的，上述机身为前后狭长结构；空中机器人为左右对称结构。

优选的，上述电池组包括向刀具组件、向多旋翼平台、向纵向弯曲关节、向信号处理器、向飞行控制器和向机载传感器供电的电池。

优选的，上述前臂为两段结构，并通过保护关节连接为一体，保护关节包括固定叉、十字轴、活动叉)、圆柱套、弹簧)和螺钉，固定叉、活动叉、圆柱套均为中空圆柱形，十字轴分别通过轴承与固定叉的前部、活动叉的后部连接，由此构成万向节，固定叉的后部与前臂的后段固连，圆柱套的前部与前臂的前段固连，圆柱套的后部以可轴向滑动、可相对旋转的套筒形式与活动叉的前部连接，弹簧为圆柱形，以包裹形式安装于固定叉、活动叉和圆柱套的外部，弹簧的两端通过两螺钉分别与固定叉和圆柱套固连。

一种自动避障的树障清理空中机器人的避障方法，该方法步骤如下：

1)安装激光雷达使其激光扫描线略高于多旋翼旋转平面，通过激光雷达对周围环境进行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的距离；

2)摄像头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；