CN109720574B - 六旋翼飞行除冰机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了六旋翼飞行除冰机器人，包括无人机平台、轴承座、电池、控制器、电机支架、电机A、齿轮齿条变距机构、除冰装置、双目视觉摄像头模块；本发明的无人机平台使得除冰装置到达电线高度不再操作复杂，只需简单的通过遥控器就行了，本发明特殊的除冰装置使得除冰轮和行走轮能自动的与电线吻合，不再像某些除冰装置那样需要截断电线才能装上除冰装置，本发明采用视觉的方式使得本发明工作过程稳定可靠，本发明还具有识别障碍物并且跨越障碍物的能力；此外，本发明还具有结构简单、工作稳定可靠、操作维护便捷、适用于多种场合等优点。

Description

六旋翼飞行除冰机器人
技术领域
本发明涉及一种除冰机器人装置领域，尤其涉及一种六旋翼飞行除冰机器人。
背景技术
输电线覆冰导致的各种电力系统故障一直是国内外电力系统的重大灾害之一。当前的输电线除冰方法大多是依靠人工除冰，这种方式劳动强度大、费用高、危险性大、效率低下。所以急需可以取代人工除冰方法进行输电线除冰的装置。
现有技术中除冰机器人要安装到电线上都比较复杂，大多数难度较高。
现有技术中虽然也有除冰机器人，但机器人越障一直是一个难题。目前出现的一些具有越障功能的除冰机器人，要么除冰效果不佳，要么造价较高。
目前机器人越障的难点主要在于除冰机器人怎样有效快速的越过电线杆顶部的横担，因此亟待设计一种可以越过障碍的除冰机器人。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不能避障和不能广泛应用于各个领域，提供的一种六旋翼飞行除冰机器人，用于清除覆冰电线上的冰雪，也可以用来巡检电线。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。
六旋翼飞行除冰机器人，包括无人机平台、轴承座、电池、控制器、电机支架、电机A、齿轮齿条变距机构、除冰装置、双目视觉摄像头模块；上述结构中，无人机平台包括上平板、螺旋桨、脚支架、螺旋桨马达、中间支架、控制器支架、下平板，无人机平台周围设置有六个螺旋桨马达，螺旋桨马达上端安装有螺旋桨，螺旋桨马达通过螺纹连接方式固定在脚支架上端，脚支架通过螺纹连接方式与下平板连接固定，上平板与下平板之间采用螺钉连接安装固定中间之架，电池采用螺钉连接固定安装在下平板上表面，控制器支架同样采用螺纹连接固定在下平板上表面，控制器则安装在控制器支架上；所述的齿轮齿条变距机构包括齿条、齿轮、连板A、连板B，轴承座通过螺钉以对称的形式固定安装在上平板上下位置各一个，两组齿轮齿条变距机构则通过轴连接安装在轴承座外侧，电机A通过轴与上部齿轮齿条变距机构连接，其中齿轮通过键连接固定在轴上，齿轮上下都与一个齿条相啮合；所述的电机支架安装在上平板上，电机A通过螺栓连接固定在电机支架上，电机A通过轴驱动上部齿轮齿条变距机构中的齿轮转动；所述的双目视觉摄像头模块包括双目摄像头和双目摄像头支架，其中双目摄像头支架通过螺钉固定安装在上平板上，双目摄像头通过螺栓连接安装在双目视觉摄像头支架上。
所述的除冰装置包括除冰装置左侧板组件、除冰装置右侧板组件、连接板、滑道A和滑台A；除冰装置安装在上平板上，其中滑道A通过螺钉连接对称安装在上平板上下位置，滑块A在滑道A的T形槽里面滑动，除冰装置左侧板组件与除冰装置右侧板组件通过连接板与滑块A连接，这样除冰装置左侧板组件与除冰装置右侧板组件均能沿滑道A移动，连板A和连板B通过螺栓连接方式与除冰装置左侧板组件连接，连板A与连板B又通过螺钉连接与齿条固定；同样的，连板A和连板B通过螺栓连接方式与除冰装置右侧板组件连接，连板A与连板B又通过螺钉连接与齿条固定，这样子在电机A驱动齿轮齿条变距机构运动的时候，相应的除冰装置左侧板组件与除冰装置右侧板组件也能沿着滑道A左右移动，从而达到除冰装置左侧板组件与除冰装置右侧板组件同步左右移动的目的。
所述的除冰装置左侧板组件包括左侧安装板、带轮A、皮带A、破冰轮主动轮、带轮B、皮带B、主动行走轮、电机B、带轮C；其中，电机B通过轴与带轮C连接，带轮C通过皮带A与带轮A形成带传动，带轮C通过皮带B与带轮B形成带传动，带轮A通过轴与主动行走轮连接，从而带动主动行走轮转动，带轮B通过轴与破冰轮主动轮连接，从而带动破冰轮主动轮转动。
所述的除冰装置右侧板组件包括右侧安装板、滑道B、破冰轮从动轮、推杆、直线电机、滑动轴承支架、滑台B、从动行走轮；其中，滑道B通过螺钉连接安装在右侧安装板上的导向槽两侧，滑台B在滑道B上的槽内滑动，滑动轴承支架通过螺钉连接方式与滑台B连接，推杆与滑动轴承支架通过螺钉连接方式连接，推杆与直线电机通过螺纹连接方式连接，直线电机通过螺栓连接方式固定在右侧安装板外侧，破冰轮从动轮通过轴与轴承安装在滑动轴承支架上，从而达到破冰轮从动轮能够沿导向槽移动的目的；从动行走轮通过轴与轴承固定安装在右侧安装板内侧。
使用时，先人工操控本装置到带有覆冰的电线正下方，直至双目摄像头能较为清晰的拍摄到电线时，停止人工操控，使该装置进入自动控制模式该装置通过双目摄像头测量出电线的位置，首先控制该装置飞行，使电线位于除冰装置的正中间位置，再控制该装置上升，电线从除冰装置左侧板组件和除冰装置右侧板组件中间穿过，当双目摄像头测出电线的到达破冰轮主动轮下方，且在破冰轮从动轮上方时，控制该装置进入悬停状态，然后控制电机A驱动齿轮转动，齿条通过与齿轮啮合，从而进行直线运动，齿条通过连板带动除冰装置左侧板组件沿着滑道向右移动，齿条通过连板A带动除冰装置右侧板组件沿着滑道A向左移动，当双目摄像头测量出电线达到主动行走轮正下方时，控制电机A停止工作，然后控制直线电机工作，直线电机通过推杆推动滑动轴承支架沿着滑道B向上运动，当破冰轮从动轮与破冰轮主动轮达到啮合状态时，控制直线电机停止工作，此时电线通过主动行走轮、相啮合的破冰轮主动轮和破冰轮从动轮、和从动行走轮，这时候，电线到达工作位置，电机B驱动带轮C转动，带轮C通过带传动带动主动行走轮和破冰轮主动轮转动，主动轮行走轮的转动使该装置在电线上行走，啮合的破冰轮主动轮与破冰轮从动轮转动，轮齿与电线表面的覆冰接触，从而破碎覆冰；当遇见障碍物时，电机B停止工作，控制直线电机反向工作，通过推杆拉回滑动轴承支架，破冰轮主动轮与破冰轮从动轮退出啮合状态，电线再次处于破冰轮主动轮下方，且在破冰轮从动轮上方，控制直线电机停止工作，控制电机A反向工作，带动除冰装置右侧板组件沿着滑道A向右移动，带动除冰装置左侧板组件沿着滑道A向左移动，当双目摄像头测出电线上方无阻挡物时，控制电机A停止工作，然后控制该装置退出悬停状态，控制该装置直线向下运动，当电线退出除冰装置左侧板组件和除冰装置右侧板组件之间后，再次转为人工控制，人工控制该装置越过障碍物，再重新按照以上步骤工作。
本发明的有效益处是，与现有的覆冰电线除冰装置相比，效率更高，且操作简单；且与传统的除冰方式相比，本发明的无人机平台使得除冰装置到达电线高度不再操作复杂，只需简单的通过遥控器就行了，本发明特殊的除冰装置使得除冰轮和行走轮能自动的与电线吻合，不再像某些除冰装置那样需要截断电线才能装上除冰装置，本发明采用视觉的方式使得本发明工作过程稳定可靠，本发明还具有识别障碍物并且跨越障碍物的能力；此外，本发明还具有结构简单、工作稳定可靠、操作维护便捷、适用于多种场合等优点。
附图说明
图1为本发明提出的一种六旋翼飞行除冰机器人结构示意图；
图2为本发明的无人机平台结构示意图；
图3为本发明的除冰装置结构示意图；
图4为本发明的除冰装置左侧板组件结构示意图；
图5为本发明的除冰装置右侧板组件结构示意图；
图6为本发明的齿轮齿条变距机构结构示意图。
图中标号：1.无人机平台；2.轴承座；3.电池；4.控制器；5.电机支架；6.电机A；7.齿轮齿条变距机构；8.除冰装置；9.双目视觉摄像头模块；10.电线；11.上平板；12.螺旋桨；13.脚支架；14.螺旋桨马达；15.中间支架；16.控制器支架；17.下平板；71.齿条；72.齿轮；73.连板A；74.连板B；81.除冰装置左侧板组件；82.除冰装置右侧板组件；85.连接板；86.滑道A；87.滑台A；91.双目摄像头；92.双目摄像头支架；811.左侧安装板；812.带轮A；813.皮带A；814.破冰轮主动轮；815.带轮B；816.皮带B；817.主动行走轮；818.电机B、819、带轮C；821.右侧安装板；822.滑道B；823.破冰轮从动轮；824.推杆；825.直线电机；826.滑动轴承支架；827.滑台B；828.导向槽；829.从动行走轮。
具体实施方式
为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于了解明白，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
如图1、图2、图3所示，六旋翼飞行除冰机器人，包括无人机平台1、轴承座2、电池3、控制器4、电机支架5、电机A6、齿轮齿条变距机构7、除冰装置8、双目视觉摄像头模块9；上述结构中，无人机平台1包括上平板11、螺旋桨12、脚支架13、螺旋桨马达14、中间支架15、控制器支架16、下平板17，无人机平台1周围设置有六个螺旋桨马达14，螺旋桨马达14上端安装有螺旋桨12，螺旋桨马达14通过螺纹连接方式固定在脚支架13上端，脚支架13通过螺纹连接方式与下平板17连接固定，上平板11与下平板17之间采用螺钉连接安装固定中间支架15，电池3采用螺钉连接固定安装在下平板17上表面，控制器支架16同样采用螺纹连接固定在下平板17上表面，控制器4则安装在控制器支架16上；所述的齿轮齿条变距机构7包括齿条71、齿轮72、连板A73、连板B74，轴承座2通过螺钉以对称的形式固定安装在上平板11上下位置各一个，两组齿轮齿条变距机构7则通过轴连接安装在轴承座2外侧，电机A6通过轴与上部齿轮齿条变距机构7连接，其中齿轮72通过键连接固定在轴上，齿轮72上下都与一个齿条71相啮合；所述的电机支架5安装在上平板11上，电机A6通过螺栓连接固定在电机支架5上，电机A6通过轴驱动上部齿轮齿条变距机构7中的齿轮72转动；所述的双目视觉摄像头模块9包括双目摄像头91和双目摄像头支架92，其中双目摄像头支架92通过螺钉固定安装在上平板11上，双目摄像头91通过螺栓连接安装在双目摄像头支架92上。
如图1、图2和图3所示，所述的除冰装置8包括除冰装置左侧板组件81、除冰装置右侧板组件82、连接板85、滑道A86和滑台A87；除冰装置8安装在上平板11上，其中滑道A86通过螺钉连接对称安装在上平板11上下位置，滑台A87在滑道A86的T形槽里面滑动，除冰装置左侧板组件81与除冰装置右侧板组件82通过连接板85与滑块A87连接，这样除冰装置左侧板组件81与除冰装置右侧板组件82均能沿滑道A86移动，连板A73和连板B74通过螺栓连接方式与除冰装置左侧板组件81连接，连板A73与连板B74又通过螺钉连接与齿条71固定；同样的，连板A73和连板B74通过螺栓连接方式与除冰装置右侧板组件82连接，连板A73与连板B74又通过螺钉连接与齿条71固定，这样子在电机A6驱动齿轮齿条变距机构7运动的时候，相应的除冰装置左侧板组件81与除冰装置右侧板组件82也能沿着滑道A86左右移动，从而达到除冰装置左侧板组件81与除冰装置右侧板组件82同步左右移动的目的。
如图1、图3和图4所示，所述的除冰装置左侧板组件81包括左侧安装板811、带轮A812、皮带A813、破冰轮主动轮814、带轮B815、皮带B816、主动行走轮817、电机B818、带轮C819；其中，电机B818通过轴与带轮C819连接，带轮C819通过皮带A813与带轮A812形成带传动，带轮C819通过皮带B816与带轮B815形成带传动，带轮A812通过轴与主动行走轮817连接，从而带动主动行走轮817转动，带轮B815通过轴与破冰轮主动轮814连接，从而带动破冰轮主动轮814转动。
如图1、图3和图5所示，所述的除冰装置右侧板组件82包括右侧安装板821、滑道B822、破冰轮从动轮823、推杆824、直线电机825、滑动轴承支架826、滑台B827、从动行走轮829；其中，滑道B822通过螺钉连接安装在右侧安装板821上的导向槽828两侧，滑台B827在滑道B822上的槽内滑动，滑动轴承支架826通过螺钉连接方式与滑台B827连接，推杆824与滑动轴承支架826通过螺钉连接方式连接，推杆824与直线电机825通过螺纹连接方式连接，直线电机825通过螺栓连接方式固定在右侧安装板821外侧，破冰轮从动轮823通过轴与轴承安装在滑动轴承支架826上，从而达到破冰轮从动轮823能够沿导向槽828移动的目的；从动行走轮829通过轴与轴承固定安装在右侧安装板821内侧。
工作时：先人工操控本装置到带有覆冰的电线10正下方，直至双目摄像头91能较为清晰的拍摄到电线10时，停止人工操控，使该装置进入自动控制模式该装置通过双目摄像头91测量出电线10的位置，首先控制该装置飞行，使电线10位于除冰装置8的正中间位置，再控制该装置上升，电线10从除冰装置左侧板组件81和除冰装置右侧板组件82中间穿过，当双目摄像头91测出电线10的到达破冰轮主动轮814下方，且在破冰轮从动轮823上方时，控制该装置进入悬停状态，然后控制电机A6驱动齿轮72转动，齿条71通过与齿轮72啮合，从而进行直线运动，齿条71通过连板B74带动除冰装置左侧板组件81沿着滑道A86向右移动，齿条71通过连板A73带动除冰装置右侧板组件82沿着滑道A86向左移动，当双目摄像头91测量出电线10达到主动行走轮817正下方时，控制电机A6停止工作，然后控制直线电机825工作，直线电机825通过推杆824推动滑动轴承支架826沿着滑道B822向上运动，当破冰轮从动轮823与破冰轮主动轮814达到啮合状态时，控制直线电机825停止工作，此时电线10通过主动行走轮817、相啮合的破冰轮主动轮814和破冰轮从动轮823、和从动行走轮829，这时候，电线10到达工作位置，电机B818驱动带轮C819转动，带轮C819通过带传动带动主动行走轮817和破冰轮主动轮814转动，主动轮行走轮817的转动使该装置在电线10上行走，啮合的破冰轮主动轮814与破冰轮从动轮823转动，轮齿与电线10表面的覆冰接触，从而破碎覆冰；当遇见障碍物时，电机B818停止工作，控制直线电机825反向工作，通过推杆824拉回滑动轴承支架826，破冰轮主动轮814与破冰轮从动轮823退出啮合状态，电线10再次处于破冰轮主动轮814下方，且在破冰轮从动轮823上方，控制直线电机825停止工作，控制电机A6反向工作，带动除冰装置右侧板组件82沿着滑道A86向右移动，带动除冰装置左侧板组件81沿着滑道A86向左移动，当双目摄像头测出电线10上方无阻挡物时，控制电机A6停止工作，然后控制该装置退出悬停状态，控制该装置直线向下运动，当电线10退出除冰装置左侧板组件81和除冰装置右侧板组件82之间后，再次转为人工控制，人工控制该装置越过障碍物，再重新按照以上步骤工作。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.六旋翼飞行除冰机器人，其特征是：它包含无人机平台(1)、轴承座(2)、电池(3)、控制器(4)、电机支架(5)、电机A(6)、齿轮齿条变距机构(7)、除冰装置(8)、双目视觉摄像头模块(9)；所述的无人机平台(1)包括上平板(11)、螺旋桨(12)、脚支架(13)、螺旋桨马达(14)、中间支架(15)、控制器支架(16)、下平板(17)，无人机平台(1)周围设置有六个螺旋桨马达(14)，螺旋桨马达(14)上端安装有螺旋桨(12)，螺旋桨马达(14)通过螺钉连接方式固定在脚支架(13)上端，脚支架(13)通过螺纹连接方式与下平板(17)连接固定，上平板(11)与下平板(17)之间采用螺钉连接安装固定中间支架(15)，电池(3)采用螺钉连接固定安装在下平板(17)上表面，控制器支架(16)同样采用螺纹连接固定在下平板(17)上表面，控制器(4)则安装在控制器支架(16)上；所述的齿轮齿条变距机构(7)包括齿条(71)、齿轮(72)、连板A(73)、连板B(74)，轴承座(2)通过螺钉以对称的形式固定安装在上平板(11)上下位置各一个，两组齿轮齿条变距机构(7)则通过轴连接安装在轴承座(2)外侧，电机A(6)通过轴与上部齿轮齿条变距机构(7)连接，其中齿轮(72)通过键连接固定在轴上，齿轮(72)上下都与一个齿条(71)相啮合；所述的电机支架(5)安装在上平板(11)上，电机A(6)通过螺栓连接固定在电机支架(5)上，电机A(6)通过轴驱动上部齿轮齿条变距机构(7)中的齿轮(72)转动；所述的双目视觉摄像头模块(9)包括双目摄像头(91)和双目摄像头支架(92)，其中双目摄像头支架(92)通过螺钉固定安装在上平板(11)上，双目摄像头(91)通过螺栓连接安装在双目摄像头支架(92)上；所述的除冰装置(8)由除冰装置左侧板组件(81)、除冰装置右侧板组件(82)、连接板(85)、滑道A(86)和滑台A(87)组成；除冰装置(8)安装在上平板(11)上，其中滑道A(86)通过螺钉连接对称安装在上平板(11)上下位置，滑台A(87)在滑道A(86)的T形槽里面滑动，除冰装置左侧板组件(81)与除冰装置右侧板组件(82)通过连接板(85)与滑台A(87)连接，这样除冰装置左侧板组件(81)与除冰装置右侧板组件(82)均能沿滑道A(86)移动，连板A(73)和连板B(74)通过螺栓连接方式与除冰装置左侧板组件(81)连接，连板A(73)与连板B(74)又通过螺钉连接与齿条(71)固定；同样的，连板A(73)和连板B(74)通过螺栓连接方式与除冰装置右侧板组件(82)连接，连板A(73)与连板B(74)又通过螺钉连接与齿条(71)固定，这样子在电机A(6)驱动齿轮齿条变距机构(7)运动的时候，相应的除冰装置左侧板组件(81)与除冰装置右侧板组件(82)也能沿着滑道A(86)左右移动，从而达到除冰装置左侧板组件(81)与除冰装置右侧板组件(82)同步左右移动的目的；所述的除冰装置左侧板组件(81)由左侧安装板(811)、带轮A(812)、皮带A(813)、破冰轮主动轮(814)、带轮B(815)、皮带B(816)、主动行走轮(817)、电机B(818)、带轮C(819)组成；其中，电机B(818)通过轴与带轮C(819)连接，带轮C(819)通过皮带A(813)与带轮A(812)形成带传动，带轮C(819)通过皮带B(816)与带轮B(815)形成带传动，带轮A(812)通过轴与主动行走轮(817)连接，从而带动主动行走轮(817)转动，带轮B(815)通过轴与破冰轮主动轮(814)连接，从而带动破冰轮主动轮(814)转动。
2.根据权利要求1所述的六旋翼飞行除冰机器人，其特征是：所述的除冰装置右侧板组件(82)包括右侧安装板(821)、滑道B(822)、破冰轮从动轮(823)、推杆(824)、直线电机(825)、滑动轴承支架(826)、滑台B(827)、从动行走轮(829)；其中，滑道B(822)通过螺钉连接安装在右侧安装板(821)上的导向槽(828)两侧，滑台B(827)在滑道B(822)上的槽内滑动，滑动轴承支架(826)通过螺钉连接方式与滑台B(827)连接，推杆(824)与滑动轴承支架(826)通过螺钉连接方式连接，推杆(824)与直线电机(825)通过螺纹连接方式连接，直线电机(825)通过螺栓连接方式固定在右侧安装板(821)外侧，破冰轮从动轮(823)通过轴与轴承安装在滑动轴承支架(826)上，从而达到破冰轮从动轮(823)能够沿导向槽(828)移动的目的；从动行走轮(829)通过轴与轴承固定安装在右侧安装板(821)内侧。
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