CN206313365U - 一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了具有凹箱结构的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；飞行机构的上表面还设置有凹箱，所述凹箱的开口边缘为倒三角形的斜坡；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；电控箱的形状与凹箱相匹配；所述凹箱用于承载与其相匹配的作业机构的电控箱，且使得所述具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡。

Description

一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人

技术领域

本实用新型属于作业机构领域，尤其涉及一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人。

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。

实用新型内容

为了解决现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人。

本实用新型提供的具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人，其结构包括：

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；

飞行机构的上表面还设置有凹箱，所述凹箱的开口边缘为倒三角形的斜坡；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；电控箱的形状与凹箱相匹配；所述凹箱用于承载与其相匹配的作业机构的电控箱，且使得所述具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡；

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。

进一步地，所述凹箱的开口边缘处还设有距离传感器，所述距离传感器用于检测凹箱与待落入的电控箱之间的距离信息并传送至第一控制器。

进一步地，所述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。

其中，所述作业机构为电力线路巡线机器人或高空清洁机器人。

进一步地，所述电力线路巡线机器人包括机架，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；

所述电力线路巡线机器人还包括行走机构和机械臂作业机构，行走机构包括分别与行走驱动模块相连的行走轮臂和行走轮，行走驱动模块与第二控制器相连；机械臂作业机构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。

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蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构通过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；

所述第三图像采集模块安装于蜗轮蜗杆机构上，在第二控制器的控制作用下，电机驱动模块带动蜗轮蜗杆机构运动，再由蜗轮蜗杆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。

进一步地，所述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。

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。

所述凹箱内部还铺设有减震层。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的具有凹箱结构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，当具有凹箱结构的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是一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人的结构示意图。

图2是一种具有凹箱结构的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，5作业机构，6电控箱，8机械臂，9蜗轮蜗杆机构，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实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

此外，下面描述的本实用新型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。

本实用新型的作业机构为电力线路巡线机器人、高空清洁机器人或其他高空作业机器人。

下面以电力线路巡线作业机器人为例来说明本实用新型的具有凹箱结构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。

图1是一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人的结构示意图。

如图1所示，本实用新型的一种具有凹箱结构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。

本实施例中的作业机构为巡线机器人，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，电控箱的结构为与凹箱4相匹配。

所述凹箱4的开口边缘为倒三角形的斜坡。

进一步地，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。

其中，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2所示，电力线路巡线机器人的机械臂8的末端安装有末端执行器，所述末端执行器包括蜗轮蜗杆机构9，所述蜗轮蜗杆机构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。

蜗轮蜗杆机构9、减速机构与电机驱动模块10均为现有结构，此处将不再累述。

电力线路巡线机器人可以采用下列三种实施例：

第一种电力线路巡线机器人包括机架，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。

图1所示的具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人，其工作原理为：

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，使得所述具有凹箱结构的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。

本实用新型的具有凹箱结构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，当具有凹箱结构的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。

本实用新型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。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种具有凹箱结构的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；

飞行机构的上表面还设置有凹箱，所述凹箱的开口边缘为倒三角形的斜坡；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；电控箱的形状与凹箱相匹配；所述凹箱用于承载与其相匹配的作业机构的电控箱，且使得所述具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人飞行时保持平衡；

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。

2.如权利要求1所述的一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人，其特征在于，所述凹箱的开口边缘处还设有距离传感器，所述距离传感器用于检测凹箱与待落入的电控箱之间的距离信息并传送至第一控制器。

3.如权利要求2所述的一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人，其特征在于，所述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。

4.如权利要求1所述的一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人，其特征在于，所述作业机构为电力线路巡线机器人或高空清洁机器人。

5.如权利要求4所述的一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人，其特征在于，所述电力线路巡线机器人包括机架，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；

所述电力线路巡线机器人还包括行走机构和机械臂作业机构，行走机构包括分别与行走驱动模块相连的行走轮臂和行走轮，行走驱动模块与第二控制器相连；机械臂作业机构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。

6.如权利要求5所述的一种具有凹箱结构的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蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构通过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；

所述第三图像采集模块安装于蜗轮蜗杆机构上，在第二控制器的控制作用下，电机驱动模块带动蜗轮蜗杆机构运动，再由蜗轮蜗杆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。

7.如权利要求6所述的一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人，其特征在于，所述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。

8.如权利要求5所述的一种具有凹箱结构的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。

9.如权利要求1所述的一种具有凹箱结构的可飞行式高空作业机器人，其特征在于，所述凹箱内部还铺设有减震层。