[发明专利]作业臂可伸缩且纵向弯曲的树障清理空中机器人和方法

权利要求书

1.一种作业臂可伸缩且纵向弯曲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)、位于空中机器人左右对称面内且与机身(2)纵向轴平行的中臂(4)和后臂(5)、通过内置驱动电机的纵向弯曲关节(7)与中臂(4)前端相连的前臂(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(8)，中臂(4)和后臂(5)共轴活动嵌套；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；保护关节(12)设置有传感器，基于保护关节(12)的空中机器人控制方法如下：

1)通过保护关节(12)感知刀具组件(6)所受的树障反作用力或力矩，一旦达到或超过预定的保护门限，可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：控制刀具组件(6)先刹车后反转，同时控制空中机器人沿刀具平面向后运动退出作业；

2)若上述反作用力或力矩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)设清障时保护关节(12)感知的轴向力为X，向后为正，相应的作业门限为λ_X、不灵敏区为为δ_X，其中，λ_X＞0，0≤δ_X＜λ_X，有：

——若X0，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措施之一：①控制空中机器人沿刀具平面向前运动微调，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控制空中机器人进入悬停状态，并通过通信模块向地面站发送安全报警信息，以求人工干预；

——若X＜λ_X-δ_X，飞行控制器控制空中机器人沿刀具平面向前运动微调，使轴向力增大，实现轴向自动作业进给；

——若|X-λ_X|≤δ_X，飞行控制器控制空中机器人保持悬停，轴向进给量为零；

——若X＞λ_X+δ_X，飞行控制器控制空中机器人沿刀具平面向后运动微调，使轴向力减小，实现轴向自动保护回退；

B)设清障时保护关节(12)感知的航向力矩为N，俯视向右为正，相应的作业门限为λ_N、不灵敏区为δ_N，其中，λ_N＞0，0≤δ_N＜λ_N，有：

——若|N|＜λ_N-δ_N，飞行控制器控制空中机器人向使|N|增大的方向运动微调航向，实现水平侧向自动作业进给；

——若||N|-λ_N|≤δ_N，飞行控制器控制空中机器人保持当前航向，水平侧向进给量为零；

——若|N|＞λ_N+δ_N，飞行控制器控制空中机器人向使N减小的方向运动微调航向，实现水平侧向自动保护回退；

C)设清障时保护关节(12)感知的俯仰力矩为M，向上为正，相应的不灵敏区为δ_M，其中，δ_M≥0，有：

——若|M|＞δ_M，飞行控制器控制空中机器人向使|M|减小的方向运动微调高度；

——若|M|≤δ_M，飞行控制器控制空中机器人保持当前高度。