CN113479335A - 一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人 - Google Patents

一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人 Download PDF

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吴吉莹
陶坤
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Abstract

本发明公开了一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，包括飞行平台、固连于飞行平台下方的多关节伸缩式机械臂、位于多关节伸缩式机械臂最前端的作业工具；多关节伸缩式机械臂和作业工具之间通过安装机构相连。本发明通过调节多关节伸缩式机械臂的长度，从而完成多位置智能作业，且可自主调节重心平衡，其作业系统可根据实地更换作业工具，满足不同场景的不同作业需求。本发明适合于对架空线路的缠绕漂浮物进行清理，操作简单，安全可靠，便于收纳存放。

Description

一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人
技术领域
本发明涉及一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，属于架空线缆漂浮物清理装置技术领域。
背景技术
风筝、气球等高空漂浮物缠绕在架空线路上是输电线路通道存在的一种安全隐患，容易引起线路之间的短接、增加线路负担，进而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架空线缆进行清理整治。目前的线缆漂浮物清理主要通过人工清理，安全性差、作业效率低且有一定的局限性；而采用无人机携带喷火装置对漂浮物进行燃烧清除的方式因极易引起线路损坏甚至因燃烧物坠落引发火灾而未得到大力推广。
因此，亟需研制一种可对架空线缆进行自动清理的空中作业机器人，其具备多位置、多场景作业，自主调节重心，搭载的作业装置安全可靠且容易实施等特点。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，通过调节机械臂的长度，从而完成多位置智能作业，且可自主调节重心平衡，降低机器人稳控难度。同时通过更换作业工具完成不同作业场景的作业需求。
本发明采取的技术方案为：一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，包括飞行平台、固连于飞行平台下方的多关节伸缩式机械臂、位于多关节伸缩式机械臂最前端的作业工具；多关节伸缩式机械臂和作业工具之间通过安装机构相连。
优选的，上述多关节伸缩式机械臂，包括连接于飞行平台下方的垂直悬挂臂、连接于垂直悬挂臂下端管的横向管、固定在横向管前端的前工作臂和后端的后工作臂；前工作臂最前端设有可更换作业工具的安装机构。
优选的，上述垂直悬挂臂由M(M≥1)根垂直杆相对飞行平台左右对称布置，每根垂直杆为上下可伸缩式工作臂。
优选的，上述前工作臂和后工作臂固定点位于横向管的最中间位置，为前后可伸缩式工作臂。
优选的，上述垂直悬挂臂，前工作臂和后工作臂均为具有直线伸缩运动功能的电动推杆。
优选的，上述安装机构内置有旋转电机，可使作业工具绕轴旋转并固定在任意角度进行作业。
优选的，上述作业工具包括但不限于机械爪、剪刀、锯片、螺丝刀和钩子。
优选的，上述前工作臂的前端设有摄像头，可提供视觉辅助。
优选的，上述后工作臂的最后端设有供电系统，为多关节伸缩式机械臂和作业工具提供动力能源。
优选的，上述飞行平台为左右对称布局的多旋翼飞行器，不局限于任意固定已知的四、六、八等多旋翼。
优选的，上述空中作业机器人还设有避障雷达。
优选的，上述前工作臂和后工作臂同步前后伸缩运动，使空中机器人的重心点始终位于飞行平台几何中心点的正下方，自主调节重心平衡。
优选的，上述前工作臂和后工作臂同步前后伸缩运动，使空中机器人的重心点始终位于飞行平台几何中心点的正下方，自主调节重心平衡的方法如下：
当机器人未工作时，将使空中机器人的重心点已调节在飞行平台几何中心点的正下方，因前工作臂和后工作臂的空心管密度都大致相同，故其伸缩或收纳时设为均匀密度管。
此时得到，前工作臂前端的作业工具、安装机构及摄像头到中心的水平距离为L1，作业工具、安装机构及摄像头的总重量为g1，前工作臂管的总重量为g前；
后工作臂最后端的供电系统到中心的水平距离为L2，供电系统的总重量为g2，后工作臂管的总重量为g后；
设在前后工作臂同步运动时，前工作臂运动长度为ΔL1，后工作臂运动长度为ΔL2，可得：
Figure BDA0003164816380000031
由此可计算出，当实际作业时，前工作臂运动ΔL1的距离，则相应的后工作臂同步运动ΔL2的距离。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
1)本发明采用多关节伸缩式机械臂结构，可使作业工具从远处下放至作业位置，保证飞行平台与架空线路的安全距离，操作简单，安全可靠；本发明适合于对架空线路的缠绕漂浮物进行清理，操作简单，安全可靠，便于收纳存放；
2)垂直悬挂臂可智能调节作业工具的上下位置，使作业工具稳定于作业点，减小飞机本身位姿微调时带来的位置干扰；
3)前后工作臂，可同步调控前后运动长度，使作业工具到达指定地点，并始终维持空中机器人的重心点位于飞行平台几何中心点正下方，减小操作难度，减弱控制精度需求；
4)安装机构内置有旋转电机，满足不同环境要求下，作业工具的不同作业角度；
5)作业工具采用机械爪、剪刀、锯片、螺丝刀或钩子，满足多种应用的不同需求；
6)采用电动推杆的多关节伸缩式机械臂结构简单，可收缩，体积小，便于收纳存放；
7)摄像头可实时观察作业目标，观测清理过程，为机器人飞行状态和机械臂的作业提供图像依据。
附图说明
图1为飞行机器人的展开结构示意图(机械爪)；
图2为飞行机器人的展开示意图(剪刀)；
图3为飞行机器人的展开示意图(锯片)；
图4为飞行机器人的收纳示意图(机械爪)；
图5为多关节伸缩式机械臂的伸展示意图；
图6为多关节伸缩式机械臂的收缩示意图。
图中，1—飞行平台，2—多关节伸缩式机械臂，3—作业工具，4—安装机构，5—摄像头，6—供电系统；
201—垂直悬挂臂，202—横向管，203—前工作臂，204—后工作臂。
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6所示，一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，包括飞行平台1、固连于飞行平台1下方的多关节伸缩式机械臂2、位于多关节伸缩式机械臂2最前端的作业工具3；多关节伸缩式机械臂2和作业工具3之间通过安装机构4相连。
优选的，上述多关节伸缩式机械臂结构2，包括连接于飞行平台1下方的垂直悬挂臂201、连接于垂直悬挂臂201下端管的横向管202、固定在横向管202前端的前工作臂203和后端的后工作臂204；前工作臂203最前端设有可更换作业工具3的安装机构4。
优选的，上述垂直悬挂臂201由M(M≥1)根垂直杆相对飞行平台1左右对称布置，每根垂直杆为上下可伸缩式工作臂。
优选的，上述前工作臂203和后工作臂204固定点位于横向管202的最中间位置，为前后可伸缩式工作臂。
优选的，上述前工作臂203和后工作臂204同步前后伸缩运动，使空中机器人的重心点始终位于飞行平台1几何中心点的正下方，自主调节重心平衡。如当作业工具3需要深入作业时，前工作臂203伸长，后工作臂204作出同步反应，维持整体重心平衡不变。
优选的，上述垂直悬挂臂201，前工作臂203和后工作臂204均为具有直线伸缩运动功能的电动推杆。
优选的，上述安装机构4内置有旋转电机，可使作业工具3绕轴旋转并固定在任意角度进行作业。
优选的，上述作业工具3包括但不限于机械爪、剪刀、锯片、螺丝刀和钩子。
优选的，上述作业工具3可分别或组合作业，如用机械爪拉拽、用剪刀切断、用锯片割裂等方式，快速高效地清理风筝、气球等缠绕在架空线路上高空漂浮物。
优选的，上述前工作臂203的前端设有摄像头5，可提供视觉辅助。
优选的，上述后工作臂204的最后端设有供电系统6，供电系统6为多关节伸缩式机械臂2和作业工具3提供动力能源。
优选的，上述飞行平台1为左右对称布局的多旋翼飞行器，不局限于任意固定已知的四、六、八等多旋翼。
优选的，上述空中作业机器人还设有避障雷达，避障雷达连接到飞行平台的飞行器控制器，飞行器控制器还连接到旋翼驱动电机、摄像头、多关节伸缩式机械臂的电动的垂直悬挂臂201和电动的前工作臂203和后工作臂204、作业工具以及安装机构的旋转电机等。
实施例2：如图1～图6所示，前工作臂203和后工作臂204同步前后伸缩运动，使空中机器人的重心点始终位于飞行平台1几何中心点的正下方，前工作臂203和后工作臂204自主调节重心平衡的方法如下：
当机器人未工作时，将使空中机器人的重心点已调节在飞行平台1几何中心点的正下方，因前工作臂203和后工作臂204的空心管密度都大致相同，故其伸缩或收纳时设为均匀密度管；
此时得到，前工作臂203前端的作业工具3、安装机构4及摄像头5到中心的水平距离为L1，作业工具3、安装机构4及摄像头5的总重量为g1，前工作臂203管的总重量为g前；
后工作臂204最后端的供电系统6到中心的水平距离为L2，供电系统6的总重量为g2，后工作臂204管的总重量为g后；
设在前后工作臂同步运动时，前工作臂203运动长度为ΔL1，后工作臂204运动长度为ΔL2，可得：
Figure BDA0003164816380000071
由此可计算出，当实际作业时，前工作臂203运动ΔL1的距离，则相应的后工作臂204同步运动ΔL2的距离。
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揭露的技术范围内，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 (10)

1.一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：包括飞行平台(1)、固连于飞行平台(1)下方的多关节伸缩式机械臂(2)、位于多关节伸缩式机械臂(2)最前端的作业工具(3)，多关节伸缩式机械臂(2)和作业工具(3)之间通过安装机构(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：所述多关节伸缩式机械臂(2)包括连接于飞行平台(1)下方的垂直悬挂臂(201)、连接于垂直悬挂臂(201)下端的横向管(202)、固定在横向管(202)前端的前工作臂(203)和后端的后工作臂(204)；前工作臂(203)最前端设有可更换作业工具(3)的安装机构(4)。
3.根据权利要求2所述的一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：所述垂直悬挂臂(201)由M根垂直杆相对飞行平台左右对称布置，每根垂直杆为上下可伸缩式工作臂，M≥1。
4.根据权利要求2所述的一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：所述前工作臂(203)和后工作臂(204)固定点位于横向管(202)的最中间位置，均为前后可伸缩式工作臂。
5.根据权利要求2所述的一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：垂直悬挂臂(201)，前工作臂(203)和后工作臂(204)均为具有直线伸缩运动功能的电动推杆。
6.根据权利要求2所述的一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：所述前工作臂(203)的前端设有摄像头(5)；后工作臂(204)的最后端设有供电系统(6)，供电系统(6)连接到多关节伸缩式机械臂(2)和作业工具(3)。
7.根据权利要求1所述的一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：所述安装机构(4)内置有驱动其旋转的旋转电机。
8.根据权利要求1所述的一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：所述作业工具(3)包括机械爪、剪刀、锯片、螺丝刀和钩子。
9.根据权利要求2所述的一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：空中作业机器人还设有避障雷达。
10.根据权利要求5所述的一种搭载伸缩式机械臂的空中作业机器人，其特征在于：所述前工作臂(203)和后工作臂(204)同步前后伸缩运动，使空中机器人的重心点始终位于飞行平台(1)几何中心点的正下方，自主调节重心平衡；自主调节重心平衡的方法如下：
当机器人未工作时，将使空中机器人的重心点已调节在飞行平台(1)几何中心点的正下方，因前工作臂(203)和后工作臂(204)的空心管密度都大致相同，故其伸缩或收纳时设为均匀密度管；
此时得到，前工作臂(203)前端的作业工具(3)、安装机构(4)及摄像头(5)到中心的水平距离为L1，作业工具(3)、安装机构(4)及摄像头(5)的总重量为g1，前工作臂(203)管的总重量为g前；
后工作臂(204)最后端的供电系统(6)到中心的水平距离为L2，供电系统(6)的总重量为g2，后工作臂(204)管的总重量为g后；
设在前后工作臂同步运动时，前工作臂(203)运动长度为ΔL1，后工作臂(204)运动长度为ΔL2，得：
Figure FDA0003164816370000021
由此计算出，当实际作业时，前工作臂(203)运动ΔL1的距离，则相应的后工作臂(204)同步运动ΔL2的距离。
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