CN112498721A - 一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构，包括左右对称分布的L（L≥2）根相互平行的垂直杆，垂直杆包含N（N≥2）段连续嵌套的空心管，自上而下依次为1、2、…、N，第i（1≤i<N）段空心管的上端设有限制第i+1段空心管向上收缩时运动过冲的上基座，下端设有限制第i+1段空心管向下伸展时运动脱落的下基座，第2段空心管的上基座通过拉绳与安装于飞行平台的收线器相连，相邻垂直杆的相同段空心管的下端设有相互连接的横向加强梁。本发明可使刀具系统位于飞行平台下方且可自由升降，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，有效提升了树障清理效率，降低了清障安全风险。

Description

一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构

技术领域

本发明涉及一种应用于电力线路基于悬挂刀具结构的树障清理飞行机器人，尤其涉及一种适合于大面积树障顶部上部及侧面快速清理的机器人，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：提供一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构，在机器人起飞后悬挂机构可自动伸长展开，降落前自动收缩合拢，方便飞行机器人的起降与收纳，从而对树障实施大面积高效率的清除。

本发明采取的技术方案为：一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构，包括左右对称分布的L（L≥2）根相互平行的垂直杆；所述垂直杆包含N（N≥2）段连续嵌套的空心管，自上而下序号依次为1、2、…、N，其中第i（1≤i<N）段空心管的上端设有限制第i+1段空心管向上收缩时运动过冲的上基座，下端设有限制第i+1段空心管向下伸展时运动脱落的下基座，第1段空心管的上基座设有与飞行平台连接的法兰，第N段空心管的上端设有上基座，下端经脱钩装置与刀具系统连接，第2段空心管的上基座通过拉绳与安装于飞行平台的收线器相连。

优选的，相邻垂直杆的相同段空心管的下端设有相互连接的横向加强梁。

优选的，当空心管的段数N≥3时，所述垂直杆还包含转轴水平固定于第j（2≤j<N）段空心管上基座且旋转平面过空心管垂直轴线的动滑轮、挂绕于所述动滑轮的上侧且一端与第j-1段空心管的下基座固连另一端与第j+1段空心管的上基座固连的滑轮拉绳。

优选的，上述包含动滑轮的空心管其内部动滑轮的数量为M（M≥2），且相对空心管呈圆周对称分布。

优选的，上述第i（1≤i<N）段空心管的内壁设有K（K≥2）条呈圆周对称分布且上下走向的滑轨，第i+1段空心管的上基座的外侧设有与第i段空心管内置的滑轨相配合且可上下滑动的凹槽。

优选的，上述收线器包括收线电机、用于收卷拉绳的收线盘、经传导齿轮由收线电机驱动旋转的旋转拨叉、感知悬挂机构上升到极限位置的上行程开关和感知悬挂机构下降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、收线电机的控制信号线均与飞行平台的主控制器连接；所述收线电机与收线盘之间形成类似“蜗杆-蜗轮”的驱动与自锁关系。

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，上述垂直杆为中空设计，可容纳飞行平台与刀具系统之间的电源与通信电缆。

一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构的工作方法如下：

一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构的工作模式包括悬挂机构上升和悬挂机构下降：

1）悬挂机构上升：飞行平台的主控制器向收线电机输出正转指令，收线电机驱动收线盘收卷拉绳并使旋转拨叉正向转动，拉绳上升带动垂直杆的第2段空心管上移，连带该段空心管上的动滑轮上移，促使绕过该动滑轮的滑轮拉绳带动第3段空心管也同步上移，以此类推，一直带动第N段空心管同步上移；所有垂直杆按上述方法同步动作时，将使悬挂机构稳定上升；当悬挂机构上升到极限位置时，旋转拨叉触发上行程开关，飞行平台的主控制器向收线电机输出停转指令，使收线电机停转，从而对悬挂机构实施上升保护。

2）悬挂机构下降：飞行平台的主控制器向收线电机输出反向转动指令，收线电机驱动收线盘释放拉绳并使旋转拨叉反向转动，在垂直杆的活动空心管和下方负载重力的作用下，第2段空心管下移，连带该段空心管上的动滑轮下移，促使绕过该动滑轮的滑轮拉绳带动第3段空心管也同步下移，以此类推，一直带动第N段空心管同步下移；所有垂直杆按上述方法同步动作时，将使悬挂机构稳定下降；当悬挂机构下降到极限位置时，旋转拨叉触发下行程开关，飞行平台的主控制器向收线电机输出停转指令，使收线电机停转，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）该伸缩式悬挂机构，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，悬挂机构收缩后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）该悬挂机构采用多根垂直杆左右对称布置，并设有横向加强梁，相比于单根垂直杆具有更好的结构刚度与强度，系统的稳定性与可靠性更好；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）空心管内置有多个圆周对称分布的动滑轮，一方面可确保垂直杆伸缩运动的平稳性，另一方面可使得多段空心管同步升降，提升了整个悬挂机构升降的稳定性与运动的平衡性。

5）由于收线器上设有上行程开关和下行程开关，当悬挂机构升降到极限时能够自动停止，提升了悬挂机构的工作安全性。

6）由于空心管设有相互滑动配合的滑轨与凹槽，可有效避免相邻空心管之间发生扭转，增加伸缩式悬挂机构的运动稳定性与系统可靠性；

7）该悬挂机构的结构与控制方式较为简单，易于工程实现；同时较轻的重量有利于降低飞行机器人的负担，增加续航时间。

附图说明

图1为悬挂机构垂直杆的内部结构示意图；

图2为悬挂机构垂直杆的完全伸展状态示意图；

图3为悬挂机构垂直杆的完全收缩状态示意图；

图4为悬挂机构完全伸展的飞行机器人示意图；

图5为悬挂机构完全收缩的飞行机器人示意图；

图6为动滑轮圆周对称布置示意图；

图7为上基座与滑轨的运动配合示意图；

图8为收线器结构示意图；

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；

2200—垂直杆，2201—收线器，2202—拉绳，2203—空心管，2204—上基座，2205—下基座，2206—动滑轮，2207—滑轮拉绳，2208—法兰，2209—滑轨，2210—横向加强梁；

22011—收线电机，22012—收线盘，22013—传导齿轮，22014—旋转拨叉，22015—上行程开关，22016—下行程开关；

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5所示，一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构，包括左右对称分布的L（L≥2）根相互平行的垂直杆2200，所述垂直杆2200包含N（N≥2）段连续嵌套的空心管2203，自上而下序号依次为1、2、…、N，第i（1≤i<N）段空心管2203的上端设有限制第i+1段空心管2203向上收缩时运动过冲的上基座2204，下端设有限制第i+1段空心管2203向下伸展时运动脱落的下基座2205，第1段空心管2203的上基座2204设有与飞行平台1连接的法兰2208，第N段空心管2203的上端设有上基座2204，下端经脱钩装置4与刀具系统3连接，第2段空心管2203的上基座2204通过拉绳2202与安装于飞行平台1的收线器2201相连。

优选的，相邻垂直杆2200的相同段空心管2203的下端设有相互连接的横向加强梁2210。

优选的，当空心管2203的段数N≥3时，所述垂直杆2200还包含转轴水平固定于第j（2≤j≤N-1）段空心管2203上基座2204且旋转平面过2203空心管垂直轴线的动滑轮2206、挂绕于所述动滑轮2206的上侧且一端与第j-1段空心管2203的下基座2205固连另一端与第j+1段空心管2203的上基座2204固连的滑轮拉绳2207。

优选的，如图6所示，上述包含动滑轮2206的空心管2203其内部动滑轮2206的数量为M（M≥2），且相对该空心管2203呈圆周对称分布。

优选的，如图7所示，上述第i（1≤i<N）段空心管2203的内壁设有K（K≥2）条呈圆周对称分布且上下走向的滑轨2209，第i+1段空心管2203的上基座2204的外侧设有与第i段空心管2203内置的滑轨2209相配合且可上下滑动的凹槽。通过滑轨2209与凹槽的配合，可有效避免相邻空心管2203之间发生扭转，增加所述悬挂机构2的运动稳定性与系统可靠性。

优选的，如图8所示，上述收线器2201包括收线电机22011、用于收卷拉绳2202的收线盘22012、经传导齿轮22013由收线电机22011驱动旋转的旋转拨叉22014、感知悬挂机构2上升到极限位置的上行程开关22015和感知悬挂机构2下降到极限位置的下行程开关22016，上行程开关22015和下行程开关22016的输出信号线、收线电机22011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4、图5所示，所述的飞行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，上述脱钩装置4包括电磁铁401与衔铁402，电磁铁401固连于垂直杆2200的下端，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；当电磁铁401断电后，衔铁402释放，刀具系统3与悬挂机构2脱离。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，上述垂直杆2200为中空设计，可容纳飞行平台1与刀具系统3之间的电源与通信电缆。

一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构的工作方法如下：

一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构的工作模式包括悬挂机构上升和悬挂机构下降：

1）悬挂机构上升：飞行平台1的主控制器向收线电机22011输出正转指令，收线电机22011驱动收线盘22012收卷拉绳2202并使旋转拨叉22014正向转动，拉绳2202上升带动垂直杆2200的第2段空心管2203上移，连带该段空心管2203上的动滑轮2206上移，促使绕过该动滑轮2206的滑轮拉绳2207带动第3段空心管2203也同步上移，以此类推，一直带动第N段空心管2203同步上移；所有垂直杆2200按上述方法同步动作时，将使悬挂机构2稳定上升；当悬挂机构2上升到极限位置时，旋转拨叉22014触发上行程开关22015，飞行平台1的主控制器向收线电机22011输出停转指令，使收线电机22011停转，从而对悬挂机构2实施上升保护。

2）悬挂机构下降：飞行平台1的主控制器向收线电机22011输出反向转动指令，收线电机22011驱动收线盘22012释放拉绳2202并使旋转拨叉22014反向转动，在垂直杆2200的活动空心管2203和下方负载重力的作用下，第2段空心管2203下移，连带该段空心管2203上的动滑轮2206下移，促使绕过该动滑轮2206的滑轮拉绳2207带动第3段空心管2203也同步下移，以此类推，一直带动第N段空心管2203同步下移；所有垂直杆2200按上述方法同步动作时，将使悬挂机构2稳定下降；当悬挂机构2下降到极限位置时，旋转拨叉22014触发下行程开关22016，飞行平台1的主控制器向收线电机22011输出停转指令，使收线电机22011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 (7)

1.一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构，其特征在于：包括左右对称分布的L（L≥2）根相互平行的垂直杆（2200），所述垂直杆（2200）包含N（N≥2）段连续嵌套的空心管（2203），自上而下序号依次为1、2、…、N，第i（1≤i<N）段空心管（2203）的上端设有限制第i+1段空心管（2203）向上收缩时运动过冲的上基座（2204），下端设有限制第i+1段空心管（2203）向下伸展时运动脱落的下基座（2205），第1段空心管（2203）的上基座（2204）设有与飞行平台（1）连接的法兰（2208），第N段空心管（2203）的上端设有上基座（2204），下端经脱钩装置（4）与刀具系统（3）连接，第2段空心管（2203）的上基座（2204）通过拉绳（2202）与安装于飞行平台（1）的收线器（2201）相连。

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伸缩式悬挂机构，其特征在于：相邻垂直杆（2200）的相同段空心管（2203）的下端设有相互连接的横向加强梁（2210）。

3.根据权利要求1所述的一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构，其特征在于：当空心管（2203）的段数N≥3时，所述垂直杆（2200）还包含转轴水平固定于第j（2≤j≤N-1）段空心管（2203）上基座（2204）且旋转平面过空心管（2203）垂直轴线的动滑轮（2206）、挂绕于所述动滑轮（2206）的上侧且一端与第j-1段空心管（2203）的下基座（2205）固连另一端与第j+1段空心管（2203）的上基座（2204）固连的滑轮拉绳（2207）。

4.根据权利要求3所述的一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构，其特征在于：所述垂直杆（2200）包含动滑轮（2206）的空心管（2203）其内部动滑轮（2206）的数量为M（M≥2），且相对该空心管（2203）呈圆周对称分布。

5.根据权利要求1所述的一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构，其特征在于：上述第i（1≤i<N）段空心管（2203）的内壁设有K（K≥2）条呈圆周对称分布且上下走向的滑轨（2209），第i+1段空心管（2203）的上基座（2204）的外侧设有与第i段空心管（2203）内置的滑轨（2209）相配合且可上下滑动的凹槽。

6.根据权利要求1所述的一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构，其特征在于：上述收线器（2201）包括收线电机（22011）、用于收卷拉绳（2202）的收线盘（22012）、经传导齿轮（22013）由收线电机（22011）驱动旋转的旋转拨叉（22014）、感知悬挂机构（2）上升到极限位置的上行程开关（22015）和感知悬挂机构（2）下降到极限位置的下行程开关（22016），上行程开关（22015）和下行程开关（22016）的输出信号线、收线电机（22011）的控制信号线均与飞行平台（1）的主控制器连接；所述收线电机（22011）与收线盘（22012）之间形成类似“蜗杆-蜗轮”的驱动与自锁关系。

7.一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构的工作方法，其特征如下：一种用于树障清理飞行机器人的伸缩式悬挂机构的工作模式包括悬挂机构上升和悬挂机构下降：

1）悬挂机构上升：飞行平台（1）的主控制器向收线电机（22011）输出正转指令，收线电机（22011）驱动收线盘（22012）收卷拉绳（2202）并使旋转拨叉（22014）正向转动，拉绳（2202）上升带动垂直杆（2200）的第2段空心管（2203）上移，连带该段空心管（2203）上的动滑轮（2206）上移，促使绕过该动滑轮（2206）的滑轮拉绳（2207）带动第3段空心管（2203）也同步上移，以此类推，一直带动第N段空心管（2203）同步上移；所有垂直杆（2200）按上述方法同步动作时，将使悬挂机构（2）稳定上升；当悬挂机构（2）上升到极限位置时，旋转拨叉（22014）触发上行程开关（22015），飞行平台（1）的主控制器向收线电机（22011）输出停转指令，使收线电机（22011）停转，从而对悬挂机构（2）实施上升保护；

2）悬挂机构下降：飞行平台（1）的主控制器向收线电机（22011）输出反向转动指令，收线电机（22011）驱动收线盘（22012）释放拉绳（2202）并使旋转拨叉（22014）反向转动，在垂直杆（2200）的活动空心管（2203）和下方负载重力的作用下，第2段空心管（2203）下移，连带该段空心管（2203）上的动滑轮（2206）下移，促使绕过该动滑轮（2206）的滑轮拉绳（2207）带动第3段空心管（2203）也同步下移，以此类推，一直带动第N段空心管（2203）同步下移；所有垂直杆（2200）按上述方法同步动作时，将使悬挂机构（2）稳定下降；当悬挂机构（2）下降到极限位置时，旋转拨叉（22014）触发下行程开关（22016），飞行平台（1）的主控制器向收线电机（22011）输出停转指令，使收线电机（22011）停转，从而对悬挂机构（2）实施下降保护。

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