CN106542092B - 一种可飞行式高空作业机器人及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可飞行式高空作业机器人及其方法，其中，该机器人包括飞行机构和作业机构，所述飞行机构包括飞行本体，飞行本体内设有第一控制器，飞行本体连接有若干个机臂，每个机臂连接有旋翼；第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作；所述作业机构包括电控箱，电控箱内设置有第二控制器，第二控制器用于控制所述作业机构动作；所述飞行本体用于搭载作业机构至设定位置，可飞行式高空作业机器人到达设定位置之后，所述飞行机构和作业机构两者保持共同工作状态或两者分开独立工作状态。

Description

一种可飞行式高空作业机器人及其方法

技术领域

本发明属于作业机构领域，尤其涉及一种可飞行式高空作业机器人及其方法。

背景技术

高处作业是指人在一定位置为基准的高处进行的作业。国家标准GB/T 3608-2008《高处作业分级》规定：“凡在坠落高度基准面2m以上(含2m)有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。”根据这一规定，在建筑业中涉及到高处作业的范围是相当广泛的。在建筑物内作业时，若在2m以上的架子上进行操作，即为高处作业。

传统的高空作业均是作业人员亲自操作，而且进行攀登作业时作业人员由于没有作业平台，只能攀登在可借助物的架子上作业，要借助一手攀，一只脚勾或用腰绳来保持平衡，身体重心垂线不通过脚下，作业难度大，危险性大，若有不慎就可能坠落。

下面以巡线作业机器人为例：目前，巡线机器人越来越多地用在电力巡视作业领域，代替人工进行电力线路的监测、检修等工作。电力巡视过程中，当电力线路发生绝缘子闪络、局部短路等故障时，最直接的表现便是局部温度过高。另外，电力线路还存在断股、附件脱落等故障。因此，电力线路巡线监测是一个非常关键的环节。传统的巡线机器人由于高压线路及杆塔结构复杂，巡线机器人不仅要完成巡视、检修工作，还要不断跨越线路上的结构障碍，影响巡线机器人的工作效率。

近年来，随着无人机技术的提升，无人机也越来越多的用于巡线。无人机具有灵活高效，不受线路环境约束的优点，但是单纯采用无人机也存在明显的缺点：无人机续航通常较短，需要频繁地充电，有效工作时间有限；为保证安全，无人机不能距离线路太近，这就导致一些复杂区域可能会有遗漏的监测项目，留下安全隐患。

现有的高空作业机器人存在以下缺陷：高空作业机器人需要借助外力或设备搭载作业机构相应工作地点，当高空作业点地理环境复杂时，不易设置架子或吊索等结构，使得高空作业机器人受地理环境因素影响，并不能适用于所有地理环境的地点进行工作。此外，高空作业机器人一般占地空间大，重量大，消耗的能源多，当作业机构需要跨越大型或复杂的障碍物时，可能会发生故障，此时，需要人为将高空作业机器人卸载，耗费大量的人力和物力，降低了高空作业机器人的工作效率。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明的第一目的是提供一种可飞行式高空作业机器人。

本发明的一种可飞行式高空作业机器人，包括：飞行机构和作业机构，所述飞行机构包括飞行本体，飞行本体内设有第一控制器，飞行本体连接有若干个机臂，每个机臂连接有旋翼；第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作；所述作业机构包括电控箱，电控箱内设置有第二控制器，第二控制器用于控制所述作业机构动作；

所述飞行本体用于搭载作业机构至空中设定位置，可飞行式高空作业机器人到达设定位置之后，所述飞行机构和作业机构两者保持共同工作状态或两者分开独立工作状态。

进一步地，电控箱的底部还设置有圆柱形锁止部，锁止部内安装有电控锁，电控锁与第一控制器相连；

飞行机构的上表面还设置有凹箱，凹箱为上宽下窄的锥桶结构；所述凹箱用于承载与其相匹配的作业机构电控箱，且使得所述可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡；凹箱的底部还设置有上窄下宽的柱形台，柱形台用于容纳锁止部；

当飞行机构和作业机构两者需要共同工作时，第一控制器控制电控锁处于上锁状态，使得飞行机构和作业机构两者结合；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制电控处于开锁状态，使得作业机构脱离所述飞行机构而独立工作。

本发明通过凹箱结构，将飞行机构和作业机构共同工作或分开独立工作：当飞行机构和作业机构两者需要共同工作时，第一控制器控制电控锁处于上锁状态，使得飞行机构和作业机构两者结合；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制电控处于开锁状态，使得作业机构脱离所述飞行机构而独立工作。本发明一方面减轻负重，节约能耗；另一方面，降低系统的复杂性，减小产生故障的几率；当作业机构需要跨越大型或复杂的障碍物时，飞行机构可作业机构结合。

进一步地，电控箱的底部还设置有磁性层；所述飞行本体上还安装有电磁吸盘，其与第一控制器相连；电磁吸盘用于承载所述作业机构且使得所述可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡；

当飞行机构和作业机构两者需要共同作业时，第一控制器控制电磁吸盘通电产生磁场，使得电磁吸盘吸附具有磁性层的电控箱，达到飞行机构和作业机构两者结合的目的；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制电磁吸盘断电消除磁场，使得电磁吸盘脱离具有磁性层的电控箱，达到飞行机构和作业机构两者脱离的目的。

本发明利用电磁吸盘结构，使具有电磁吸盘的无人机通电产生磁场，使得电磁吸盘吸附具有磁性层的电控箱，最终实现飞行机构稳定搭载附磁性元件的效果；通过控制电路使具有电磁吸盘的飞行机构断电消除磁场，使得电磁吸盘与被吸附的磁性元件分离，最终实现飞行机构与被搭载的具有磁性层的电控箱快速分离的效果。

进一步地，所述飞行机构还包括机械夹爪机构，机械夹爪机构包括底座及平台，底座安装飞行本体上，平台固定连接于底座上；平台的外部铰接有夹爪结构；夹爪结构包括若干个夹爪，夹爪用于固定落入其包围区域内的电控箱；所述底座与平台之间安装有夹爪驱动装置，夹爪驱动装置与第一控制器相连；

所当飞行机构和作业机构两者需要共同作业时，第一控制器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧电控箱，使得飞行机构和作业机构两者结合；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时张开，使得作业机构脱离所述飞行机构。

本发明的机械夹爪机构适用于稳定抓夹体积大的物体，被抓紧的物体能够恰好落入机械夹爪机构的夹爪的范围内；而且，夹爪驱动装置固定安装底座与平台之间，节省了整个机械夹爪机构的占用空间，减小了整个机械夹爪机构的体积；在夹爪驱动装置的驱动作用下，使得驱动夹爪同时夹紧或张开，实现物体与机械夹爪机构稳定结合或迅速脱离，提高了机械夹爪机构的工作效率。

进一步地，所述机臂还与机臂驱动模块相连，所述机臂驱动模块与第一控制器相连，所述第一控制器用于控制机臂驱动模块来驱动旋翼折叠。这样防止阻碍机械臂工作，当巡线机器人需要飞行时，旋翼可从机架展开。

其中，所述作业机构为电力线路巡线作业机器人或高空清洁机器人。

进一步地，所述电力线路巡线作业机器人包括机架，所述电控箱安装于所述机架底部；所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息并传送至第二控制器；

所述电力线路巡线作业机器人还包括行走机构和机械臂作业机构。所述行走机构包括行走轮臂、行走轮及行走机构控制模块。所述机械臂作业机构包括机械臂驱动模块和机械臂，所述行走机构控制模块和机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端设置有第三图像采集模块；在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动来调整第三图像采集模块的监测角度，最终实现巡线机器人对电力线路的全方位监控。

进一步地，所述机械臂的末端安装有末端执行器，所述末端执行器包括减速机构，所述减速机构与电机驱动模块相连，所述电机驱动模块与第二控制器相连。

进一步地，所述机械臂的末端安装有机械手，所述第三图像采集模块安装于机械手上；

在第二控制器的控制作用下，驱动模块带动机械臂运动，进而带动机械手运动来调整机械手上第三图像采集模块的监测角度，用于监测电力线路的盲区。

本发明的第二目的是提供一种可飞行式高空作业机器人的工作方法。

一种可飞行式高空作业机器人的工作方法，包括：

第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作；

第二控制器控制所述作业机构动作；

飞行本体用于搭载作业机构至设定位置；可飞行式高空作业机器人到达设定位置之后，飞行机构和作业机构两者保持共同工作状态或两者分开独立工作状态。

本发明的有益效果为：

本发明的可飞行式高空作业机器人的飞行机构和作业机构，可以固定在一起或分开独立工作，当可飞行式高空作业机器人需要在高空作业时，飞行机构搭载作业机构至相应工作地点，并暂时脱离作业机构飞回地面，一方面减轻负重，节约能耗；另一方面，降低系统的复杂性，减小产生故障的几率；当作业机构需要跨越大型或复杂的障碍物时，飞行机构可作业机构结合。

附图说明

图1是一种可飞行式高空作业机器人的实施例一结构示意图。

图2是作业机构的电控箱结构示意图。

图3是电控锁结构示意图。

图4是凹箱结构示意图。

图5是一种可飞行式高空作业机器人的实施例二结构示意图。

图6是一种可飞行式高空作业机器人的实施例三结构示意图。

图7是一种可飞行式高空作业机器人的末端执行器结构示意图。

其中，1飞行本体，2机臂，3旋翼，4凹箱，41柱形台，5作业机构，6电控箱，61锁止部，62锁舌，63电控锁，7机械夹爪机构，8机械臂，9减速机构，10电机驱动模块，11第三图像采集模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面描述的本发明不同实施例方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明的作业机构为电力线路巡线作业机器人、高空清洁机器人或现有的其他结构的机器人。

下面以电力线路巡线作业机器人为例来说明本发明的可飞行式高空作业机器人。下面所涉及的第一控制器和第二控制器均为现有型号的控制器或处理器，比如PLC、FPGA或其他可编程的控制器或处理器。

实施例一

如图1所示，高空作业机器人以电力线路巡线作业机器人为例，本发明的可飞行式电力线路巡线作业机器人，包括：飞行机构和作业机构5，所述飞行机构包括飞行本体1，所述飞行本体1内设有第一控制器，所述飞行本体1连接有若干个机臂2，每个机臂2连接有旋翼3；所述第一控制器与旋翼驱动模块相连，所述第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作。

本实施例中的作业机构5为电力线路巡线作业机器人，该机器人包括电控箱6，所述电控箱6内设置有第二控制器，所述第二控制器用于控制所述作业机构动作。

如图2所示，电控箱的结构为：电控箱6的底部还设置有圆柱形锁止部61，所述锁止部61内安装有电控锁63，所述电控锁与第一控制器相连。

作业机构的电控箱采用了上部宽、下部窄的类似圆台的结构，用于完全采用圆台结构不利于内部电池、控制板的安装，因此电控箱的侧面为平面形状；平面与圆弧面的结合部分倒圆角，减轻碰撞。

如图3所示，电控锁63安装在电控箱6内部的底面上，两个锁舌62分别从电控箱6外壳两侧的孔伸出。电控锁的结构为现有结构，其工作原理为：

第一控制器控制与电控锁的电源断电时，锁舌在内部弹簧作用下弹出，此时为上锁状态；第一控制器控制与电控锁的电源通电时，锁舌在电磁吸力作用下收缩进电控锁内部，此时为开锁状态。

飞行本体1的上表面还设置有凹箱4.其中，凹箱的结构如图4所示。

凹箱4为上宽下窄的锥桶结构；所述凹箱4用于承载与其相匹配的电控箱6，且使得所述可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡；凹箱4的底部还设置有上窄下宽的柱形台41，柱形台41用于容纳锁止部61。

飞行机构和作业机构可共同工作，也可分开独立工作；当所述飞行机构和作业机构两者需要共同作业时，第一控制器控制电控锁处于上锁状态，使得飞行机构和作业机构两者结合；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制电控处于开锁状态，使得作业机构脱离所述飞行机构。

在具体实施过程中，凹箱4内部还铺设有减震层。这样能够减缓物体落入凹箱内时所产生的碰撞，避免物体损坏。减震层由海绵，泡沫或其他减震材料构成。

在凹箱4的开口边缘处还可以设有距离传感器，利用距离传感器检测凹箱与待落入凹箱内物体之间的距离信息并传送至第一控制器。

距离传感器可采用激光探测器来实现。

进一步地，任一机臂2上还设置有图像采集模块，图像采集模块用于采集所述飞行机构周围图像信息并传送至第一控制器。在具体实施过程中，图像采集模块可以采用摄像头或红外图像采集仪来实现。

更进一步地，第一控制器与远程服务器相互通信，所述远程服务器与监控终端相互通信。这样能够远程实时监控凹箱4与待落入凹箱内物体之间的距离信息，还能够准确判断物体是否完全进入凹箱内。

本实施例为便于机器人的电控箱顺利滑落进箱体并上锁，飞行机构上的凹箱采用规则的锥桶结构，内部尺寸略大于作业机构的电控箱；电控箱底部是为电控锁提供空间的一段圆筒，圆筒的壁面具有一定的斜度，锁舌伸出后与该壁面接触，起到锁止的作用。

当飞行机构与作业机构为联接状态时，电控锁断电，锁舌伸出，卡在飞行机构凹箱底部的倾斜壁面上，此时作业机构不会因为一些外力或无人机侧倾而从飞行机构凹箱滑出；当作业机构需要单独作业时，电控锁通电，锁舌收缩，此时机器人的电控箱可与飞行机构凹箱脱离。

本实施例以具有四个自由度的机械臂的巡线机器人为例：分别是：1)上臂水平面内转动；2)上臂竖直面内转动；3)小臂相对上臂转动；4)末端执行器翻转。在这4个自由度的支持下，这个摄像头模组可以到达工作范围内的任意区域实施监测。

如图5所示，电力线路巡线作业机器人的机械臂8的末端安装有末端执行器，所述末端执行器包括减速机构9，所述减速机构9通过减速机构与电机驱动模块10相连，所述电机驱动模块10与第二控制器相连。

减速机构9与电机驱动模块10均为现有结构，此处将不再累述。

电力线路巡线作业机器人可以采用下列三种实施例：

第一种电力线路巡线作业机器人包括机架，电控箱安装在机架底部；所述电控箱设置有第二控制器，所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息；

行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端设置有第三图像采集模块；在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动来调整第三图像采集模块11的监测角度，最终实现巡线机器人对电力线路的全方位监控。

第二种电力线路巡线作业机器人包括：机架，其底部安装有电控箱；所述电控箱设置有第二控制器，所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息；

行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端安装有机械手，所述第三图像采集模块11安装于机械手上；

在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动，进而带动机械手运动来调整机械手上第三图像采集模块11的监测角度，用于监测电力线路的盲区。

为保证系统的紧凑性，在机械手上安装第三图像采集模块11，这种方式不会改变巡线机器人的整体结构，还能够监测电力线路的盲区。安装在机械手上的第三图像采集模块11采取一定的防护措施，避免机械手在检修、除障过程中与线路或附件直接接触，对第三图像采集模块造成损坏。

第三种电力线路巡线作业机器人包括：机架，其底部安装有电控箱；所述电控箱设置有第二控制器，所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息；所述机架上还放置有图像采集仪；

行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端安装有机械手；在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动，进而使得机械手抓取并夹持机架上的图像采集仪，通过调整图像采集仪的监测角度，最终实现巡线机器人对电力线路的全方位监控。

其中，电控箱的结构为现有的结构。

机械臂驱动模块可以采用驱动电机来实现，也可以采用其他现有的驱动机构来实现。

其中，第一图像采集模块、第二图像采集模块和第三图像采集模块均为摄像头模组，所述摄像头模块包括红外摄像头和可见光摄像头。

红外摄像头用来测温，可见光摄像头用来监测线路及附件的实际状态。

第一图像采集模块、第二图像采集模块和第三图像采集模块均与第二控制器相连，所述第二控制器与地面监控服务器相互通信。

其中，第二控制器可以采用单片机或PLC来实现，也可以采用其他芯片来实现。

第一图像采集模块、第二图像采集模块和第三图像采集模块将采集的电力线路运行状态图像信息传送至第二控制器，再由第二控制器传送至地面监控服务器，地面监控服务器可再传送至监控终端上进行显示，便于地面上的工作人员全方位360度无死角地监控电力线路运行状态。

图1所示的可飞行式高空作业机器人的工作原理为：

第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作，使得飞行机构处于飞行状态；

飞行机构的上表面的凹箱承载与其相匹配的作业机构电控箱，使得所述可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡；

当飞行机构和作业机构两者需要共同作业时，第一控制器控制电控锁处于上锁状态，使得飞行机构和作业机构两者结合；

当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制电控处于开锁状态，使得作业机构脱离所述飞行机构而独立工作。

本发明的可飞行式高空作业机器人的飞行机构和作业机构，可以固定在一起或分开独立工作，当可飞行式高空作业机器人需要在高空作业时，飞行机构搭载作业机构至相应工作地点，并暂时脱离作业机构飞回地面，一方面减轻负重，节约能耗；另一方面，降低系统的复杂性，减小产生故障的几率；当作业机构需要跨越大型或复杂的障碍物时，飞行机构可作业机构结合。

实施例二

图5是一种可飞行式高空作业机器人的实施例二结构示意图。本实施例的一种可飞行式高空作业机器人中的作业机构5以电力巡线作业机器人为例：

如图5所示，本实施例的可飞行式高空作业机器人，包括：飞行机构和作业机构5，所述飞行机构包括飞行本体1，所述飞行本体1内设有第一控制器，所述飞行本体1连接有若干个机臂2，每个机臂2连接有旋翼3；所述第一控制器与旋翼驱动模块相连，所述第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作。

作业机构包括电控箱，所述电控箱内设置有第二控制器，所述第二控制器用于控制所述作业机构动作；电控箱的底部还设置有磁性层。

飞行本体上还安装有电磁吸盘，其与第一控制器相连；电磁吸盘用于承载所述作业机构且使得所述可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡；当飞行机构和作业机构两者需要共同作业时，第一控制器控制电磁吸盘通电产生磁场，使得电磁吸盘吸附具有磁性层的电控箱，达到飞行机构和作业机构两者结合的目的；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制电磁吸盘断电消除磁场，使得电磁吸盘脱离具有磁性层的电控箱，达到飞行机构和作业机构两者脱离的目的。

其中，本发明的电磁吸盘，包括线圈，所述线圈与控制电路相连，所述控制电路被配置为控制线圈通电或断电，进而产生磁场或消除磁场；

导磁面板，其铺设于线圈的磁通面上。

其中，控制电路的结构可以采用多种电路结构来实现，下面列出一种实施例：

本发明的控制电路的一种实施例：

控制电路包括电源开关元件，所述电源开关元件串接于线圈与电源之间，所述电源开关元件还与第一控制器相连，所述第一控制器被配置为控制电源开关元件通断。

本发明的控制电路通过第一控制器来控制电源开关元件的通断，来实现线圈的通断电，最终实现电磁吸盘与磁性元件的吸附和分离。

导磁面板的形状也可以设置圆形、方形、矩形、菱形或其他形状。

为当线圈导电时，产生磁场进而吸附磁性元件。

当巡线机器人的电控箱底部设有磁性层，则电磁吸盘吸附巡线机器人的电控箱3底部。

巡线机器人的结构为现有结构，此处将不再累述。

进一步地，电磁吸盘上还设置有距离传感器，用来检测电磁吸盘与被吸附的磁性元件的吸合程度并传送至第一控制器。

进一步地，旋翼无人机上还安装有图像采集装置，所述图像采集装置用于检测旋翼无人机外界环境图像信息并传送至第一控制器。

更进一步地，第一控制器还与远程服务器相互通信，所述远程服务器与监控终端相互通信。这样地面的操作人员可以通过远程监控终端实时查看导磁面板与所述巡线机器人的电控箱底部实时接触的状态。

本实施例用电磁原理，通过控制电路使具有电磁吸盘的无人机通电产生磁场，使得电磁吸盘吸附磁性元件，最终实现飞行机构稳定搭载附磁性元件的效果；通过控制电路使具有电磁吸盘的飞行机构断电消除磁场，使得电磁吸盘与被吸附的磁性元件分离，最终实现飞行机构与被搭载附磁性元件快速分离的效果。

本实施例以具有四个自由度的机械臂的电力巡线作业机器人为例：分别是：1)上臂水平面内转动；2)上臂竖直面内转动；3)小臂相对上臂转动；4)末端执行器翻转。在这4个自由度的支持下，这个摄像头模组可以到达工作范围内的任意区域实施监测。

如图7所示，电力线路巡线作业机器人的机械臂8的末端安装有末端执行器，所述末端执行器包括减速机构9，所述减速机构9与电机驱动机构10相连，所述电机驱动机构10与第二控制器相连。

减速机构9与电机驱动机构10均为现有结构，此处将不再累述。

电力线路巡线作业机器人可以采用下列三种实施例：

第一种电力线路巡线作业机器人包括机架，电控箱安装在机架底部；所述电控箱设置有第二控制器，所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息；

行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端设置有第三图像采集模块；在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动来调整第三图像采集模块9的监测角度，最终实现巡线机器人对电力线路的全方位监控。

第二种电力线路巡线作业机器人包括：机架，其底部安装有电控箱；所述电控箱设置有第二控制器，所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息；

行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端安装有机械手，所述第三图像采集模块安装于机械手上；

在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动，进而带动机械手运动来调整机械手上第三图像采集模块的监测角度，用于监测电力线路的盲区。

为保证系统的紧凑性，在机械手上安装第三图像采集模块，这种方式不会改变巡线机器人的整体结构，还能够监测电力线路的盲区。安装在机械手上的第三图像采集模块8采取一定的防护措施，避免机械手在检修、除障过程中与线路或附件直接接触，对第三图像采集模块造成损坏。

第三种电力线路巡线作业机器人包括：机架，其底部安装有电控箱；所述电控箱设置有第二控制器，所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息；所述机架上还放置有图像采集仪；

行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端安装有机械手；在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动，进而使得机械手抓取并夹持机架上的图像采集仪，通过调整图像采集仪的监测角度，最终实现巡线机器人对电力线路的全方位监控。

其中，电控箱的结构为现有的结构。

机械臂驱动模块可以采用驱动电机来实现，也可以采用其他现有的驱动机构来实现。

其中，第一图像采集模块、第二图像采集模块和第三图像采集模块均为摄像头模组，所述摄像头模块包括红外摄像头和可见光摄像头。

红外摄像头用来测温，可见光摄像头用来监测线路及附件的实际状态。

第一图像采集模块、第二图像采集模块和第三图像采集模块均与第二控制器相连，所述第二控制器与地面监控服务器相互通信。

其中，第二控制器可以采用单片机或PLC来实现，也可以采用其他芯片来实现。

第一图像采集模块、第二图像采集模块和第三图像采集模块将采集的电力线路运行状态图像信息传送至第二控制器，再由第二控制器传送至地面监控服务器，地面监控服务器可再传送至监控终端上进行显示，便于地面上的工作人员全方位360度无死角地监控电力线路运行状态。

实施例三

图6是一种可飞行式高空作业机器人的实施例三结构示意图。本实施例的作业机构以电力巡线作业机器人为例：

如图6所示，本实施例的一种可飞行式高空作业机器人，包括：飞行机构和作业机构5，所述飞行机构包括飞行本体1，所述飞行本体1内设有第一控制器，所述飞行本1体连接有若干个机臂2，每个机臂2连接有旋翼3；所述第一控制器与旋翼驱动模块相连，所述第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作；

作业机构包括电控箱，所述电控箱内设置有第二控制器，所述第二控制器用于控制所述作业机构动作。

所述飞行机构还包括机械夹爪机构7。其中，本发明的机械夹爪机构7包括：底座及平台，底座安装飞行本体上，平台通过支撑柱固定连接于底座上；平台的外部铰接有夹爪结构；夹爪结构包括若干个夹爪，夹爪用于固定落入其包围区域内的电控箱；所述底座与平台之间固定安装有夹爪驱动装置，夹爪驱动装置与第一控制器相连；当飞行机构和作业机构两者需要共同作业时，第一控制器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧电控箱，使得飞行机构和作业机构两者结合；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时张开，使得作业机构脱离所述飞行机构。

其中，在具体实施例中，平台可设置为长方体，所述夹爪结构包括四个夹爪，这四个夹爪分别铰接于所述平台的左侧面、右侧面、前表面和后表面。

此外，当平台为长方体时，夹爪结构中夹爪的数量也可以多于四个，为了稳定固定落入这些夹爪包围区域内的物体，至少设置为四个。

此外，平台也可以设置为其他形状。

优选地，平台设置为圆柱体，夹爪结构包括至少三个夹爪，所述夹爪等间隔铰接于所述平台的外部。这样能够稳定固定落入这些夹爪包围区域内的物体。

进一步地，夹爪的内表面设有防滑突起。这样能够增强夹爪与被抓紧物体之间的摩擦力。

优选地，夹爪驱动装置包括若干个夹爪驱动模块，夹爪驱动模块的个数与夹爪数量相等；每个夹爪驱动模块包括驱动电机，驱动电机通过联轴器与丝杠机构连接，使得驱动电机驱动丝杠机构旋转；

丝杠机构通过螺母机构与连杆机构连接，连杆机构与相应方向的夹爪铰接，在丝杠机构旋转驱动下，使螺母机构与连杆机构配合来实现夹爪夹紧或张开。该夹爪驱动装置采用驱动电机、丝杠机构、螺母机构与连杆机构之间的配合实现了夹爪夹紧或张开，保证了夹爪运动的稳定性。

其中，丝杠机构、螺母机构和连杆机构均为现有结构。

进一步地，所述螺母机构为具有自锁特性的螺母机构。丝杠螺母机构的自锁性，这样可以保证机械夹爪机构能够稳定牢固地抓紧物体，避免物体从机械夹爪机构的夹爪范围内脱落。

本实施例的机械夹爪机构适用于稳定抓夹体积大的物体，被抓紧的物体能够恰好落入机械夹爪机构的夹爪的范围内；而且，夹爪驱动装置固定安装底座与平台之间，节省了整个机械夹爪机构的占用空间，减小了整个机械夹爪机构的体积；在夹爪驱动装置的驱动作用下，使得驱动夹爪同时夹紧或张开，实现物体与机械夹爪机构稳定结合或迅速脱离，提高了机械夹爪机构的工作效率。

另外，本发明的机械夹爪机构中的夹爪驱动装置结构也可以采用现有的其他结构形式来实现。

机械夹爪机构的底座上设有底座安装孔，机械夹爪机构通过螺钉及底座安装孔固定在机体上。

当机械夹爪机构抓取巡线机器人电控箱时，第一控制器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧或张开巡线机器人电控箱。

为了防止机械夹爪机构的夹爪损伤巡线机器人，还在夹爪的内表面设置橡胶类软性材料层。

其中，巡线机器人电控箱上还设有电控箱安装孔，巡线机器人电控箱通过螺钉及电控箱安装孔固定在巡线机器人上。

进一步地，平台上还设有距离传感器，所述距离传感器用于检测平台与所述平台上搭载的物体之间的距离信息并传送至第一控制器。

更进一步地，第一控制器还与远程服务器相互通信，所述远程服务器与监控终端相互通信。

本实施例的飞行机构与机械夹爪机构相结合，使得在第一控制器的控制下，控制夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧或张开，保证机械夹爪机构稳定牢固地抓紧物体，被搭载物体飞行，还能避免物体搭载飞行的过程中从机械夹爪机构的夹爪范围内脱落。

本实施例以具有四个自由度的机械臂的巡线机器人为例：分别是：1)上臂水平面内转动；2)上臂竖直面内转动；3)小臂相对上臂转动；4)末端执行器翻转。在这4个自由度的支持下，这个摄像头模组可以到达工作范围内的任意区域实施监测。

如图7所示，电力线路巡线作业机器人的机械臂8的末端安装有末端执行器，所述末端执行器包括减速机构9，所述减速机构9与电机驱动机构10相连，所述电机驱动机构10与第二控制器相连。

减速机构9与电机驱动机构10均为现有结构，此处将不再累述。

电力线路巡线作业机器人可以采用下列三种实施例：

第一种电力线路巡线作业机器人包括机架，电控箱安装在机架底部；所述电控箱设置有第二控制器，所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息；

行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端设置有第三图像采集模块；在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动来调整第三图像采集模块的监测角度，最终实现巡线机器人对电力线路的全方位监控。

第二种电力线路巡线作业机器人包括：机架，其底部安装有电控箱；所述电控箱设置有第二控制器，所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息；

行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端安装有机械手，所述第三图像采集模块11安装于机械手上；

在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动，进而带动机械手运动来调整机械手上第三图像采集模块的监测角度，用于监测电力线路的盲区。

为保证系统的紧凑性，在机械手上安装第三图像采集模块，这种方式不会改变巡线机器人的整体结构，还能够监测电力线路的盲区。安装在机械手上的第三图像采集模块11采取一定的防护措施，避免机械手在检修、除障过程中与线路或附件直接接触，对第三图像采集模块造成损坏。

第三种电力线路巡线作业机器人包括：机架，其底部安装有电控箱；所述电控箱设置有第二控制器，所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，分别用于监测巡线机器人前进方向及反方向的电力线路运行状态图像信息；所述机架上还放置有图像采集仪；

行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端安装有机械手；在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动，进而使得机械手抓取并夹持机架上的图像采集仪，通过调整图像采集仪的监测角度，最终实现巡线机器人对电力线路的全方位监控。

其中，电控箱的结构为现有的结构。

机械臂驱动模块可以采用驱动电机来实现，也可以采用其他现有的驱动机构来实现。

进一步地，蜗轮蜗杆机构具有自锁性，使得第三图像采集模块保持一定的姿态，以避免任意摆动。

其中，第一图像采集模块、第二图像采集模块和第三图像采集模块均为摄像头模组，所述摄像头模块包括红外摄像头和可见光摄像头。

红外摄像头用来测温，可见光摄像头用来监测线路及附件的实际状态。

第一图像采集模块、第二图像采集模块和第三图像采集模块均与第二控制器相连，所述第二控制器与地面监控服务器相互通信。

其中，第二控制器可以采用单片机或PLC来实现，也可以采用其他芯片来实现。

第一图像采集模块、第二图像采集模块和第三图像采集模块将采集的电力线路运行状态图像信息传送至第二控制器，再由第二控制器传送至地面监控服务器，地面监控服务器可再传送至监控终端上进行显示，便于地面上的工作人员全方位360度无死角地监控电力线路运行状态。

本发明的飞行机构及作业机构的其他结构均为现有结构，此处将不再累述。

本发明的一种可飞行式高空作业机器人的工作方法，包括：

第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作；

第二控制器控制所述作业机构动作；

飞行本体用于搭载作业机构至设定位置；可飞行式高空作业机器人到达设定位置之后，飞行机构和作业机构两者保持共同工作状态或两者分开独立工作状态。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种可飞行式高空作业机器人，其特征在于，包括：飞行机构和作业机构，所述飞行机构包括飞行本体，飞行本体内设有第一控制器，飞行本体连接有若干个机臂，每个机臂连接有旋翼；第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作；所述作业机构包括电控箱，电控箱内设置有第二控制器，第二控制器用于控制所述作业机构动作；

所述飞行本体用于搭载作业机构至设定位置，可飞行式高空作业机器人到达设定位置之后，所述飞行机构和作业机构两者保持共同工作状态或两者保持分开独立工作状态；

电控箱的底部还设置有圆柱形锁止部，锁止部内安装有电控锁，电控锁与第一控制器相连；

飞行机构的上表面还设置有凹箱，凹箱为上宽下窄的锥桶结构；所述凹箱用于承载与其相匹配的作业机构电控箱，且使得所述可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡；凹箱的底部还设置有上窄下宽的柱形台，柱形台用于容纳锁止部；

当飞行机构和作业机构两者需要共同工作时，第一控制器控制电控锁处于上锁状态，使得飞行机构和作业机构两者结合；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制电控处于开锁状态，使得作业机构脱离所述飞行机构而独立工作；

所述机臂还与机臂驱动模块相连，所述机臂驱动模块与第一控制器相连，所述第一控制器用于控制机臂驱动模块来驱动旋翼折叠；

所述作业机构为电力线路巡线作业机器人或高空清洁机器人。

2.一种可飞行式高空作业机器人，其特征在于，包括：飞行机构和作业机构，所述飞行机构包括飞行本体，飞行本体内设有第一控制器，飞行本体连接有若干个机臂，每个机臂连接有旋翼；第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作；所述作业机构包括电控箱，电控箱内设置有第二控制器，第二控制器用于控制所述作业机构动作；

所述飞行本体用于搭载作业机构至设定位置，可飞行式高空作业机器人到达设定位置之后，所述飞行机构和作业机构两者保持共同工作状态或两者保持分开独立工作状态；

电控箱的底部还设置有磁性层；所述飞行本体上还安装有电磁吸盘，其与第一控制器相连；电磁吸盘用于承载所述作业机构且使得所述可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡；

当飞行机构和作业机构两者需要共同作业时，第一控制器控制电磁吸盘通电产生磁场，使得电磁吸盘吸附具有磁性层的电控箱，达到飞行机构和作业机构两者结合的目的；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制电磁吸盘断电消除磁场，使得电磁吸盘脱离具有磁性层的电控箱，达到飞行机构和作业机构两者脱离的目的；

所述机臂还与机臂驱动模块相连，所述机臂驱动模块与第一控制器相连，所述第一控制器用于控制机臂驱动模块来驱动旋翼折叠；

所述作业机构为电力线路巡线作业机器人或高空清洁机器人。

3.一种可飞行式高空作业机器人，其特征在于，包括：飞行机构和作业机构，所述飞行机构包括飞行本体，飞行本体内设有第一控制器，飞行本体连接有若干个机臂，每个机臂连接有旋翼；第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作；所述作业机构包括电控箱，电控箱内设置有第二控制器，第二控制器用于控制所述作业机构动作；

所述飞行本体用于搭载作业机构至设定位置，可飞行式高空作业机器人到达设定位置之后，所述飞行机构和作业机构两者保持共同工作状态或两者保持分开独立工作状态；

所述飞行机构还包括机械夹爪机构，机械夹爪机构包括底座及平台，底座安装飞行本体上，平台固定连接于底座上；平台的外部铰接有夹爪结构；夹爪结构包括若干个夹爪，夹爪用于固定落入其包围区域内的电控箱；所述底座与平台之间安装有夹爪驱动装置，夹爪驱动装置与第一控制器相连；

所当飞行机构和作业机构两者需要共同作业时，第一控制器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧电控箱，使得飞行机构和作业机构两者结合；当作业机构需要单独作业时，第一控制器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时张开，使得作业机构脱离所述飞行机构；

所述机臂还与机臂驱动模块相连，所述机臂驱动模块与第一控制器相连，所述第一控制器用于控制机臂驱动模块来驱动旋翼折叠；

所述作业机构为电力线路巡线作业机器人或高空清洁机器人。

4.如权利要求1或2或3所述的一种可飞行式高空作业机器人，其特征在于，所述电力线路巡线作业机器人包括机架，所述电控箱安装于所述机架底部；所述机架上安装有第一图像采集模块和第二图像采集模块，第一图像采集模块用于监测巡线机器人前进方向的电力线路运行状态图像信息，第二图像采集模块用于监测巡线机器人反方向的电力线路运行状态图像信息，第一图像采集模块和第二图像采集模块均将监测的图像信息传送至第二控制器；

所述电力线路巡线作业机器人还包括行走机构，其包括机械臂驱动模块和机械臂，所述机械臂驱动模块与第二控制器相连，所述机械臂的末端设置有第三图像采集模块；在第二控制器的控制作用下，机械臂驱动模块带动机械臂运动来调整第三图像采集模块的监测角度，最终实现巡线机器人对电力线路的全方位监控。

5.如权利要求4所述的一种可飞行式高空作业机器人，其特征在于，所述机械臂的末端安装有末端执行器，所述末端执行器包括减速机构，所述减速机构与电机驱动机构相连，所述电机驱动机构与第二控制器相连；

所述第三图像采集模块安装于减速机构上，在第二控制器的控制作用下，电机驱动机构带动减速机构运动，再由减速机构及机械臂配合运动来调整第三图像采集模块的监测角度，用于监测电力线路的盲区。

6.如权利要求4所述的一种可飞行式高空作业机器人，其特征在于，所述机械臂的末端安装有机械手，所述第三图像采集模块安装于机械手上；

在第二控制器的控制作用下，驱动模块带动机械臂运动，进而带动机械手运动来调整机械手上第三图像采集模块的监测角度，用于监测电力线路的盲区。

7.一种如权利要求1或2或3中任一项所述的可飞行式高空作业机器人的工作方法，其特征在于，包括：

第一控制器通过控制旋翼驱动模块来驱动旋翼工作；

第二控制器控制所述作业机构动作；

飞行本体用于搭载作业机构至设定位置；可飞行式高空作业机器人到达设定位置之后，飞行机构和作业机构两者保持共同工作状态或两者保持分开独立工作状态。