CN112483848A - 一种用于树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构，包括平置的工字架、挂接于工字架下方的伸缩装置、连接于伸缩装置下端并与刀具系统对接的下基座；工字架包括主梁、左右对称布置的导杆、导杆外端的法兰座，主梁的中部安装有输出轴垂直向下连接升降螺杆的电机；伸缩装置包括左右对称平行布置的一对剪刀叉组件，两者之间设有滑动杆、升降调节杆、加强杆、中心加强杆；滑动杆套接于导杆并沿导杆前后滑动，升降调节杆内置与升降螺杆相配合的螺纹。本发明通过升降螺杆的旋转带动升降调节杆升降，由此驱动悬挂机构及其下方的刀具系统升降，既可满足不同树障清理高度的需求，又易于收纳携带，有效提升了树障清理效率，降低了安全风险。

Description

一种用于树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构

技术领域

本发明涉及一种应用于电力线路树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构，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作业，存在着效率不高、安全风险大的不足，因此亟需一种可对电力线路通道树障进行高效快速清理、不易受地形环境约束的飞行机器人。其中，基于旋翼类无人机平台、通过悬挂机构挂载刀具阵列的树障清理飞行机器人方案，具有良好的稳定性与操控性。

对于悬挂刀具方式的树障清理飞行机器人，其悬挂机构主要分为固定式和伸缩式两类。相较于固定式悬挂机构，伸缩式悬挂机构的结构更加精密，既可满足不同树障清理高度的需求，又具有良好的设备收纳与便携性能。因此，迫切需要一种连接飞行平台与刀具系统、可在飞行与作业过程中动态伸缩的悬挂机构，以实现基于飞行机器人的大范围、快速、高效且安全的树障清理。然而，目前将刀具悬挂在飞行机器人上的伸缩式悬挂机构尚较少见，所以有必要提供一种新的悬挂机构来满足实际的悬挂需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种树障清理飞行机器人可伸缩的悬挂机构，在机器人起飞后悬挂机构可自动伸展，降落前自动收缩合拢，既方便飞行机器人的起降与收纳，又可对电力通道的树障实施大面积高效率的清除。

本发明采取的技术方案为：一种树障清理飞行机器人可伸缩的悬挂机构，包括水平安置的工字架、挂接于工字架下方的伸缩装置、连接于伸缩装置下端并与刀具系统对接的下基座；

所述工字架包括位于中心位置且横向布置的主梁、左右对称固连于主梁两侧呈前后走向的一对导杆、位于导杆外端并与飞行平台连接的法兰座，主梁的中心安装有电机，电机的输出轴垂直向下并连接升降螺杆；

所述伸缩装置包括左右对称平行布置的一对剪刀叉组件，剪刀叉组件自上而下包含端对端串联铰接的N（N≥1）个X形剪刀叉和1个V形剪刀叉；X形剪刀叉由一对中部交叉且可相互转动的长连杆组合而成，每根长连杆的中部与两端设有圆孔；V形剪刀叉由一对底部相互交叉且可相互转动的短连杆组合而成，每根短连杆的两端设有圆孔，下基座的转轴穿过此对短连杆下端的圆孔；所述的一对剪刀叉组件之间自上而下依次设有起连接和加强作用的横向连接杆，所述横向连接杆包括：穿过第一对X形剪刀叉上端圆孔且前后对称分布的一对滑动杆、穿过第一对X形剪刀叉中心圆孔的升降调节杆、穿过相邻X形剪刀叉外端串联铰接圆孔的加强杆、穿过其它对X形剪刀叉中心圆孔的中心加强杆；所述滑动杆设有一对左右对称、套接于导杆并可沿导杆前后运动的滑环，所述升降调节杆中部的柱体内置有与升降螺杆相配合的螺纹，所述中心加强杆中部的柱体内置有容纳升降螺杆上下自由穿过的圆孔。

优选的，所述的V形剪刀叉与下基座之间，设有限制刀具系统前后自由摆动的阻尼装置。

优选的，所述阻尼装置包括一对安装于下基座的转轴且位于V形剪刀叉外侧和下基座内侧的扭转弹簧，扭转弹簧的一端固定于下基座，另一端固定于相邻的短连杆。

优选的，所述导杆的外端设有感知悬挂机构向上收缩到极限位置的上行程开关，所述导杆的内端设有感知悬挂机构向下伸展到极限位置的下行程开关，上行程开关和下行程开关的输出信号线、电机的控制信号线均与飞行平台的主控制器连接。

优选的，所述的飞行机器人包括自上而下分布的飞行平台、悬挂机构和刀具系统，悬挂机构固连于飞行平台，刀具系统通过脱钩装置与悬挂机构连接；所述的飞行平台为左右对称布局的多旋翼飞行器，不局限于任意已知的四、六、八等多旋翼构型。

优选的，上述脱钩装置包括电磁铁与衔铁，电磁铁固连于悬挂机构的下端，衔铁固连于刀具系统的上部。电磁铁通电后与衔铁吸合，刀具系统连接至悬挂机构的下方；当电磁铁断电后，衔铁释放，刀具系统与悬挂机构脱离。电磁铁通过开关与飞行机器人上的电源相连接。清障作业中，当刀具系统相对树障发生卡阻且无法分离时，通过脱钩装置可使刀具系统脱离飞行机器人，从而对飞行机器人实施安全保护。

优选的，一种树障清理飞行机器人可伸缩的悬挂机构的工作方法如下：悬挂机构的工作模式有三种，分别为悬挂机构上升、悬挂机构锁定和悬挂机构下降：

1）悬挂机构上升：飞行平台的主控制器向电机输出正转指令，电机转动将驱动升降螺杆正转，使得升降调节杆上升，带动伸缩装置向上收缩，滑动杆向外移动，从而令悬挂机构上升；当悬挂机构上升到极限位置时，滑动杆触发上行程开关，飞行平台的主控制器向电机输出停转指令，使电机停转，从而对悬挂机构实施上升保护。

2）悬挂机构锁定：在悬挂机构的升降过程中，一旦飞行平台的主控制器向电机输出停转指令，电机带动的升降螺杆将停止转动，由于升降螺杆与升降调节杆之间存在着自锁关系，将使得悬挂机构锁定在当前位置。

3）悬挂机构下降：飞行平台的主控制器向电机输出反转指令，电机转动将驱动升降螺杆反转，使得升降调节杆下降，带动伸缩装置向下伸展，滑动杆向内移动，从而令悬挂机构下降；当悬挂机构下降到极限位置时，滑动杆触发下行程开关，飞行平台的主控制器向电机输出停转指令，使电机停转，从而对悬挂机构实施下降保护。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

1）本发明的剪刀叉式悬挂机构，其上端与飞行平台连接，下端与刀具系统连接，所构成的树障清理飞行机器人不仅重心较低，而且重心与整机几何中心的垂直投影基本重合，稳定性与安全性较好，结合刀具系统所包含的刀具阵列，可对输电线路通道内的树障实施大面积、高效率的清理，有效避免操作人员靠近高压输电线及待清理树障，降低了清障风险，提高了作业的安全性，解决了现有技术中存在的安全风险大的问题；

2）该剪刀叉式悬挂机构，可在飞行机器人的飞行与作业过程中动态伸缩，一方面可调整刀具系统与飞行平台的距离，满足不同树障清理高度的需求，使用灵活机动，作业效率高；另一方面，悬挂机构伸展后可使刀具系统远离飞行平台，避免下方树障对飞行平台旋翼的干涉，提升了清障过程的安全性；再一方面，能有效缩小飞行机器人的垂直尺寸，便于起降、收纳与携带；

3）由于采用工字架+伸缩装置的构型，特别是剪刀叉组件之间起连接和加强作用的横向连接杆，该悬挂机构具有良好的结构刚度与强度，系统的稳定性与可靠性更好，结构简单且易于实现；当刀具系统遭受外力时不易使悬挂机构发生过度扭曲、形变，以致带来结构破坏，保证了机器人的安全性；

4）本发明采用升降螺杆与升降调节杆螺纹相配合的结构，通过电机驱动升降螺杆旋转，带动升降调节杆上升或下降，由此驱动悬挂机构向上收缩或向下伸展；电机停转后又可保持悬挂机构的伸缩长度，从而增强了飞行机器人的整体刚度；

5）下基座与相连的V形剪刀叉之间设有机械阻尼器，可使刀具系统在任意升降高度保持稳定，不易发生前后自由摆动，并在切割过程中提供一定的退让柔性，从而提升作业的有效性与安全性；

6）导杆设有约束滑动杆前后运动的限位器，可防止悬挂机构收缩与伸展时超过机械极限，确保悬挂机构运动的安全性。

附图说明

图1为剪刀叉式悬挂机构的结构示意图；

图2为工字架结构示意图；

图3为伸缩装置结构示意图；

图4为剪刀叉组件结构示意图；

图5为剪刀叉式悬挂机构的俯视图；

图6为飞行机器人伸展状态示意图；

图7为飞行机器人收缩状态示意图；

图8为机械阻尼器示意图；

图9为脱钩装置结构示意图。

图中，1—飞行平台，2—悬挂机构，3—刀具系统，4—脱钩装置；

211—工字架，212—伸缩装置，213—下基座；

2101—主梁，2102—导杆，2103—法兰座，2104—升降螺杆，2105—电机，2106—滑动杆，2107—升降调节杆，2108—加强杆，2109—中心加强杆，2110—长连杆，2111—短连杆，2112—剪刀叉组件，2113—X形剪刀叉，2114—V形剪刀叉，2115—扭转弹簧。

401—电磁铁，402—衔铁。

具体实施方式

下面，结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1～图7所示，一种用于树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构，其特征在于：包括水平安置的工字架211、挂接于工字架211下方的伸缩装置212、连接于伸缩装置212下端并与刀具系统3对接的下基座213；所述工字架211包括位于中心位置且横向布置的主梁2101、左右对称固连于主梁2101两侧呈前后走向的一对导杆2102、位于导杆2102外端并与飞行平台1连接的法兰座2103，主梁2101的中心安装有电机2105，电机2105的输出轴垂直向下并连接升降螺杆2104；所述伸缩装置包括左右对称平行布置的一对剪刀叉组件2112，剪刀叉组件2112自上而下包含端对端串联铰接的N（N≥1）个X形剪刀叉2113和1个V形剪刀叉2114；X形剪刀叉2113由一对中部交叉且可相互转动的长连杆2110组合而成，每根长连杆2110的中部与两端设有圆孔；V形剪刀叉2114由一对底部相互交叉且可相互转动的短连杆2111组合而成，每根短连杆2111的两端设有圆孔，下基座213的转轴穿过此对短连杆2111下端的圆孔；所述的一对剪刀叉组件2112之间自上而下依次设有起连接和加强作用的横向连接杆，所述横向连接杆包括：穿过第一对X形剪刀叉2113上端圆孔且前后对称分布的一对滑动杆2106、穿过第一对X形剪刀叉2113中心圆孔的升降调节杆2107、穿过相邻X形剪刀叉2113外端串接圆孔的加强杆2108、穿过其它对X形剪刀叉2113中心圆孔的中心加强杆2109；所述滑动杆2106设有一对左右对称、套接于导杆2102并可沿导杆2102前后运动的滑环，所述升降调节杆2107中部的柱体内置有与升降螺杆2104相配合的螺纹，所述中心加强杆2109中部的柱体内置有容纳升降螺杆2104上下自由穿过的圆孔。

优选的，所述的V形剪刀叉2114与下基座213之间，设有限制刀具系统3前后自由摆动的阻尼装置。

优选的，如图8所示，所述阻尼装置包括一对安装于下基座213的转轴且位于V形剪刀叉2114外侧和下基座213内侧的扭转弹簧2115，扭转弹簧2115的一端固定于下基座213，另一端固定于相邻的短连杆2111。

采用阻尼装置将使刀具系统3在任意升降高度均能保持姿态稳定，不易发生前后自由摆动，从而提升清障作业的有效性与安全性。

优选的，所述导杆2102的外端设有感知悬挂机构2向上收缩到极限位置的上行程开关，所述导杆2102的内端设有感知悬挂机构2向下伸展到极限位置的下行程开关，上行程开关和下行程开关的输出信号线、电机2105的控制信号线均与飞行平台1的主控制器连接。

优选的，如图6～图7所示，所述的空中机器人包括自上而下布置的飞行平台1、悬挂机构2和刀具系统3，悬挂机构2固连于飞行平台1的下端，刀具系统3通过脱钩装置4与悬挂机构2连接；所述的飞行平台1为左右对称布局的多旋翼飞行器，不局限于任意已知的四、六、八等多旋翼构型。

优选的，如图9所示，所述的脱钩装置4包括电磁铁401与衔铁402，电磁铁401安装于下基座213的下方，衔铁402固连于刀具系统3的上部，电磁铁401通电后与衔铁402吸合，刀具系统3与悬挂机构2连接；电磁铁401断电后，衔铁402释放，刀具系统3与悬挂机构2脱离。清障作业中，当刀具系统3相对树障发生卡阻且无法分离时，通过脱钩装置4可使刀具系统3脱离飞行机器人，从而对飞行机器人实施安全保护。

优选的，一种树障清理飞行机器人可伸缩的悬挂机构的工作方法如下：悬挂机构的工作模式有三种，分别为悬挂机构上升、悬挂机构锁定和悬挂机构下降：

1）悬挂机构上升：飞行平台1的主控制器向电机2105输出正转指令，电机2105转动将驱动升降螺杆2104正转，使得升降调节杆2107上升，带动伸缩装置212向上收缩，滑动杆2106向外移动，从而令悬挂机构2上升；当悬挂机构2上升到极限位置时，滑动杆2106触发上行程开关，飞行平台1的主控制器向电机2105输出停转指令，使电机2105停转，从而对悬挂机构2实施上升保护。

2）悬挂机构锁定：在悬挂机构2的升降过程中，一旦飞行平台1的主控制器向电机2105输出停转指令，电机2105带动的升降螺杆2104将停止转动，由于升降螺杆2104与升降调节杆2107之间存在着自锁关系，将使得悬挂机构2锁定在当前位置。

3）悬挂机构下降：飞行平台1的主控制器向电机2105输出反转指令，电机2105转动将驱动升降螺杆2104反转，使得升降调节杆2107下降，带动伸缩装置212向下伸展，滑动杆2106向内移动，从而令悬挂机构2下降；当悬挂机构2下降到极限位置时，滑动杆2106触发下行程开关，飞行平台1的主控制器向电机2105输出停转指令，使电机2105停转，从而对悬挂机构2实施下降保护。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式实例，本发明的保护范围并不局限于此。熟悉该技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易找到变化或替换方式，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。为此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构，其特征在于：包括水平安置的工字架（211）、挂接于工字架（211）下方的伸缩装置（212）、连接于伸缩装置（212）下端并与刀具系统（3）对接的下基座（213）；

所述工字架（211）包括位于中心位置且横向布置的主梁（2101）、左右对称固连于主梁（2101）两侧呈前后走向的一对导杆（2102）、位于导杆（2102）外端并与飞行平台（1）连接的法兰座（2103），主梁（2101）的中心安装有电机（2105），电机（2105）的输出轴垂直向下并连接升降螺杆（2104）；

所述伸缩装置（212）包括左右对称平行布置的一对剪刀叉组件（2112），剪刀叉组件（2112）自上而下包含端对端串联铰接的N（N≥1）个X形剪刀叉（2113）和1个V形剪刀叉（2114）；X形剪刀叉（2113）由一对中部交叉且可相互转动的长连杆（2110）组合而成，每根长连杆（2110）的中部与两端设有圆孔；V形剪刀叉（2114）由一对底部相互交叉且可相互转动的短连杆（2111）组合而成，每根短连杆（2111）的两端设有圆孔，下基座（213）的转轴穿过此对短连杆（2111）下端的圆孔；所述的一对剪刀叉组件（2112）之间自上而下依次设有起连接和加强作用的横向连接杆，所述横向连接杆包括：穿过第一对X形剪刀叉（2113）上端圆孔且前后对称分布的一对滑动杆（2106）、穿过第一对X形剪刀叉（2113）中心圆孔的升降调节杆（2107）、穿过相邻X形剪刀叉（2113）外端串接圆孔的加强杆（2108）、穿过其它对X形剪刀叉（2113）中心圆孔的中心加强杆（2109）；所述滑动杆（2106）设有一对左右对称、套接于导杆（2102）并可沿导杆（2102）前后运动的滑环，所述升降调节杆（2107）中部的柱体内置有与升降螺杆（2104）相配合的螺纹，所述中心加强杆（2109）中部的柱体内置有容纳升降螺杆（2104）上下自由穿过的圆孔。

2.根据权利要求1所述的一种用于树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构，其特征在于：所述的V形剪刀叉（2114）与下基座（213）之间，设有限制刀具系统（3）前后自由摆动的阻尼装置。

3.根据权利要求2所述的一种用于树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构，其特征在于：所述阻尼装置包括一对安装于下基座（213）的转轴且位于V形剪刀叉（2114）外侧和下基座（213）内侧的扭转弹簧（2115），扭转弹簧（2115）的一端固定于下基座（213），另一端固定于相邻的短连杆（2111）。

4.根据权利要求1所述的一种用于树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构，其特征在于：所述导杆（2102）的外端设有感知悬挂机构（2）向上收缩到极限位置的上行程开关，所述导杆（2102）的内端设有感知悬挂机构（2）向下伸展到极限位置的下行程开关，上行程开关和下行程开关的输出信号线、电机（2105）的控制信号线均与飞行平台（1）的主控制器连接。

5.一种用于树障清理飞行机器人的剪刀叉式悬挂机构的工作方法，其特征在于：悬挂机构的工作模式有三种，分别为悬挂机构上升、悬挂机构锁定和悬挂机构下降：

1）悬挂机构上升：飞行平台（1）的主控制器向电机（2105）输出正转指令，电机（2105）转动将驱动升降螺杆（2104）正转，使得升降调节杆（2107）上升，带动伸缩装置（212）向上收缩，滑动杆（2106）向外移动，从而令悬挂机构（2）上升；当悬挂机构（2）上升到极限位置时，滑动杆（2106）触发上行程开关，飞行平台（1）的主控制器向电机（2105）输出停转指令，使电机（2105）停转，从而对悬挂机构（2）实施上升保护；

2）悬挂机构锁定：在悬挂机构（2）的升降过程中，一旦飞行平台（1）的主控制器向电机（2105）输出停转指令，电机（2105）带动的升降螺杆（2104）将停止转动，由于升降螺杆（2104）与升降调节杆（2107）之间存在着自锁关系，将使得悬挂机构（2）锁定在当前位置；

3）悬挂机构下降：飞行平台（1）的主控制器向电机（2105）输出反转指令，电机（2105）转动将驱动升降螺杆（2104）反转，使得升降调节杆（2107）下降，带动伸缩装置（212）向下伸展，滑动杆（2106）向内移动，从而令悬挂机构（2）下降；当悬挂机构（2）下降到极限位置时，滑动杆（2106）触发下行程开关，飞行平台（1）的主控制器向电机（2105）输出停转指令，使电机（2105）停转，从而对悬挂机构（2）实施下降保护。

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