一种电力巡检飞行机器人的制作方法

本发明涉及一种机器人，具体是一种电力巡检飞行机器人。

背景技术

现有的电力线路巡视与检修多采用人工操作的方式，危险性高、成本高且效率低。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种电力巡检飞行机器人，通过视觉装置提供环境信息进行控制，通过旋翼俯仰组件、旋翼组件以及旋翼位姿调整组件控制电力巡检飞行机器人避过障碍物快速到达指定位置，通过机械爪组件、机械爪位姿调整组件以及机械爪往复移动组件执行电线除冰和异物去除等任务。此外，在一组或两组旋翼组件发生故障时，还可通过多旋翼夹角调整组件调整各旋翼组件的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。本发明运动自由度高、灵活性强，巡检工作效率高、成本低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电力巡检飞行机器人，其特征在于，它包括视觉装置、旋翼俯仰组件、飞行平台、多旋翼夹角调整组件、旋翼组件、旋翼位姿调整组件、机械爪组件、机械爪位姿调整组件以及机械爪往复移动组件。本发明是一种电力巡检飞行机器人，通过视觉装置提供环境信息进行控制，通过旋翼俯仰组件、旋翼组件以及旋翼位姿调整组件控制电力巡检飞行机器人避过障碍物快速到达指定位置，通过机械爪组件、机械爪位姿调整组件以及机械爪往复移动组件执行电线除冰和异物去除等任务。此外，在一组或两组旋翼组件发生故障时，还可通过多旋翼夹角调整组件调整各旋翼组件的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。本发明运动自由度高、灵活性强，巡检工作效率高、成本低。

所述的旋翼组件包括螺旋桨、螺旋桨旋转轴承、螺旋桨承载架以及螺旋桨旋转电机；螺旋桨旋转轴承的内外圈分别与螺旋桨和螺旋桨承载架螺栓固定，螺旋桨旋转电机的机体通过螺栓固定在螺旋桨承载架上，其输出轴与螺旋桨键连接，并通过挡片和螺栓轴向定位；螺旋桨旋转电机输出轴相对于其机体绕其轴线的旋转运动，带动螺旋桨相对于螺旋桨承载架旋转，通过空气的反作用力形成一个垂直于旋翼组件平面的力，为电力巡检飞行机器人的移动提供前提条件。

所述的旋翼位姿调整组件包括旋翼运动球铰副、旋翼运动伸缩轴、旋翼运动液压球铰以及旋翼位姿调整座；旋翼运动球铰副有三组，其固定端间隔120度焊接在螺旋桨承载架上；旋翼运动液压球铰有三组，其固定端间隔120度焊接在旋翼位姿调整座上；旋翼运动伸缩轴有三组，其两端分别与旋翼运动球铰副活动端和旋翼运动液压球铰活动端焊接在一起，从而构成并联式位姿调整装置，旋翼运动液压球铰活动端相对于其固定端绕过其球心点任意轴线的旋转运动，结合旋翼运动伸缩轴一端相对于另一端沿其轴线的直线移动，灵活调整螺旋桨承载架相对于旋翼位姿调整座的位姿，从而调整旋翼组件所承受空气反作用力的方向，再通过螺旋桨旋转电机的转速来调整作用力的大小，从而灵活调整电力巡检飞行机器人的整体受力状态，实现多种姿态下的移动与悬停，快速穿过障碍物到达救援位置；此外，旋翼位姿调整座的上圆弧较下圆弧的半径要小，气流流过上表面的速度更快，根据伯努力效应，下表面所受空气压力较上表面更大，从而产生一个托举力，电机可以分出更多的功率用于推进，使电力巡检飞行机器人的移动速度更快。

所述的旋翼俯仰组件包括旋翼俯仰臂、旋翼俯仰轴承、旋翼俯仰电机以及旋翼俯仰基座；旋翼俯仰臂与旋翼位姿调整座焊接固定，旋翼俯仰轴承的内外圈分别与旋翼俯仰臂和旋翼俯仰基座螺栓固定，旋翼俯仰电机的机体通过螺栓固定在旋翼俯仰基座上，其输出轴与旋翼俯仰臂键连接；旋翼俯仰电机输出轴相对其机体绕其轴线的旋转运动，通过旋翼俯仰臂带动旋翼位姿调整座绕旋翼俯仰电机的轴线旋转，从而实现飞行机器人各旋翼相对飞行平台的自适应俯仰，一方面提高电力巡检飞行机器人在运动过程中的自由度和灵活性，另一方面在电力巡检飞行机器人执行除冰或异物去除等任务时灵活调整各旋翼与飞行平台的相对角度，避免对任务执行过程产生干扰。

所述的多旋翼夹角调整组件包括旋翼弧形运动滑轨和旋翼弧形运动滑块；旋翼弧形运动滑轨为360度圆形滑轨，旋翼弧形运动滑块一组四个，均能在旋翼弧形运动滑轨上自如滑动；旋翼弧形运动滑轨与飞行平台焊接在一起，旋翼弧形运动滑块与旋翼俯仰基座焊接在一起；旋翼弧形运动滑块沿旋翼弧形运动滑轨的自如运动，通过旋翼俯仰基座带动相应旋翼沿旋翼弧形运动滑轨自如运动，实现相邻旋翼之间的夹角调整，当一到两个旋翼发生故障时，调整电力巡检飞行机器人各旋翼的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。

所述的机械爪组件包括机械爪基座、机械手爪、手爪开合电机、插齿伸缩轴以及插齿；机械手爪有两个，对称安装于机械爪基座的两端，手爪开合电机的机体固定在机械爪基座上，其输出轴与机械手爪键连接，手爪开合电机输出轴相对其机体绕其轴线的旋转运动，带动机械手爪绕相应手爪开合电机的轴线旋转，两个机械手爪的相对运动实现机械爪组件的自适应开合，再结合机械爪位姿调整组件和机械爪往复移动组件的工作执行电线除冰或异物去除等任务；机械手爪的内侧有凸起，以便于挤压破冰；插齿伸缩轴两端分别与机械手爪的末端和插齿焊接，构成可伸缩的插齿，以便于异物去除。

所述的机械爪位姿调整组件包括机械爪伸缩轴、机械爪伸缩基座、机械爪摇摆液压球铰以及机械爪摇摆基座；机械爪伸缩轴的两端分别与机械爪伸缩基座和机械爪基座焊接在一起，机械爪伸缩轴活动端相对其固定端的自如直线移动，带动实现机械爪组件相对机械爪伸缩基座的自适应直线移动；机械爪摇摆液压球铰的固定端和活动端分别与机械爪摇摆基座和机械爪伸缩基座焊接在一起，机械爪摇摆液压球铰活动端相对其固定端绕过球心点任意轴线的旋转运动，通过机械爪伸缩基座带动实现机械爪组件相对机械爪摇摆基座的自适应摇摆；直线移动与摇摆运动相结合，实现机械爪组件的自适应位姿调整，再结合机械爪组件和机械爪往复移动组件的工作，执行电线除冰或异物去除等任务。

所述的机械爪往复移动组件包括机械爪直线滑动装置和机械爪往复移动连接件；机械爪直线滑动装置由直线滑轨和可沿直线滑轨自如移动的滑块组成，机械爪直线滑动装置的滑轨与飞行平台螺栓固定，其滑块与机械爪往复移动连接件螺栓固定，机械爪往复移动连接件又与机械爪摇摆基座焊接在一起；机械爪直线滑动装置滑块相对其滑轨的自如直线运动，带动机械爪往复移动连接件沿机械爪直线滑动装置的轴线移动，再通过机械爪摇摆基座带动实现机械爪组件相对飞行平台的往复直线运动，在仅靠机械爪组件和机械爪位姿调整组件无法实现一次性除冰或异物去除时，通过机械爪往复移动组件的工作多次往复移动除冰或异物撕裂去除。

本发明是一种电力巡检飞行机器人，通过视觉装置提供环境信息进行控制，通过旋翼俯仰组件、旋翼组件以及旋翼位姿调整组件控制电力巡检飞行机器人避过障碍物快速到达指定位置，通过机械爪组件、机械爪位姿调整组件以及机械爪往复移动组件执行电线除冰和异物去除等任务。此外，在一组或两组旋翼组件发生故障时，还可通过多旋翼夹角调整组件调整各旋翼组件的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。本发明运动自由度高、灵活性强，巡检工作效率高、成本低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电力巡检飞行机器人原理示意图；

图中：1、视觉装置，2、旋翼俯仰组件，3、飞行平台，4、多旋翼夹角调整组件，5、旋翼组件，6、旋翼位姿调整组件，7、机械爪组件，8、机械爪位姿调整组件，9、机械爪往复移动组件。

图2为本发明实施例提供的旋翼组件原理示意图；

图中：5.1、螺旋桨，5.2、螺旋桨旋转轴承，5.3、螺旋桨承载架，5.4、螺旋桨旋转电机。

图3为本发明实施例提供的旋翼位姿调整组件原理示意图；

图中：6.1、旋翼运动球铰副，6.2、旋翼运动伸缩轴，6.3、旋翼运动液压球铰，6.4、旋翼位姿调整座。

图4为本发明实施例提供的旋翼俯仰组件原理示意图；

图中：2.1、旋翼俯仰臂，2.2、旋翼俯仰轴承，2.3、旋翼俯仰电机，2.4、旋翼俯仰基座。

图5为本发明实施例提供的为避免对任务执行产生干扰所采用的旋翼上翘状态示意图。

图6为本发明实施例提供的多旋翼夹角调整组件原理示意图；

图中：4.1、旋翼弧形运动滑轨，4.2、旋翼弧形运动滑块。

图7为本发明实施例提供的四旋翼运动模式图。

图8为本发明实施例提供的当一个旋翼发生故障时的三旋翼运动模式图。

图9~10为本发明实施例提供的当两个旋翼发生故障时的两旋翼运动模式图。

图11为本发明实施例提供的四旋翼运动模式下的悬停状态空气反作用力示意图。

图12为本发明实施例提供的四旋翼运动模式下的平移状态空气反作用力示意图。

图13为本发明实施例提供的四旋翼运动模式下的翻转状态空气反作用力示意图。

图14为本发明实施例提供的四旋翼运动模式下的侧位姿悬停状态空气反作用力示意图。

图15为本发明实施例提供的机械爪组件原理示意图；

图中：7.1、机械爪基座，7.2、机械手爪，7.3、手爪开合电机，7.4、插齿伸缩轴，7.5、插齿。

图16为本发明实施例提供的机械爪位姿调整组件原理示意图；

图中：8.1、机械爪伸缩轴，8.2、机械爪伸缩基座，8.3、机械爪摇摆液压球铰，8.4、机械爪摇摆基座。

图17为本发明实施例提供的机械爪往复移动组件原理示意图；

图中：9.1、机械爪直线滑动装置，9.2、机械爪往复移动连接件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，是本发明实施例提供的一种电力巡检飞行机器人原理示意图，它包括视觉装置1、旋翼俯仰组件2、飞行平台3、多旋翼夹角调整组件4、旋翼组件5、旋翼位姿调整组件6、机械爪组件7、机械爪位姿调整组件8以及机械爪往复移动组件9。本发明是一种电力巡检飞行机器人，通过视觉装置1提供环境信息进行控制，通过旋翼俯仰组件2、旋翼组件5以及旋翼位姿调整组件6控制电力巡检飞行机器人避过障碍物快速到达指定位置，通过机械爪组件7、机械爪位姿调整组件8以及机械爪往复移动组件9执行电线除冰和异物去除等任务。此外，在一组或两组旋翼组件5发生故障时，还可通过多旋翼夹角调整组件4调整各旋翼组件5的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。本发明运动自由度高、灵活性强，巡检工作效率高、成本低。

请参阅图2，是本发明实施例提供的旋翼组件原理示意图，它包括螺旋桨5.1、螺旋桨旋转轴承5.2、螺旋桨承载架5.3以及螺旋桨旋转电机5.4；螺旋桨旋转轴承5.2的内外圈分别与螺旋桨5.1和螺旋桨承载架5.3螺栓固定，螺旋桨旋转电机5.4的机体通过螺栓固定在螺旋桨承载架5.3上，其输出轴与螺旋桨5.1键连接，并通过挡片和螺栓轴向定位；螺旋桨旋转电机5.4输出轴相对于其机体绕其轴线的旋转运动，带动螺旋桨5.1相对于螺旋桨承载架5.3旋转，通过空气的反作用力形成一个垂直于旋翼组件5平面的力，为电力巡检飞行机器人的移动提供前提条件。

请参阅图3，是本发明实施例提供的旋翼位姿调整组件原理示意图，它包括旋翼运动球铰副6.1、旋翼运动伸缩轴6.2、旋翼运动液压球铰6.3以及旋翼位姿调整座6.4；旋翼运动球铰副6.1有三组，其固定端间隔120度焊接在螺旋桨承载架5.3上；旋翼运动液压球铰6.3有三组，其固定端间隔120度焊接在旋翼位姿调整座6.4上；旋翼运动伸缩轴6.2有三组，其两端分别与旋翼运动球铰副6.1活动端和旋翼运动液压球铰6.3活动端焊接在一起，从而构成并联式位姿调整装置，旋翼运动液压球铰6.3活动端相对于其固定端绕过其球心点任意轴线的旋转运动，结合旋翼运动伸缩轴6.2一端相对于另一端沿其轴线的直线移动，灵活调整螺旋桨承载架5.3相对于旋翼位姿调整座6.4的位姿，从而调整旋翼组件5所承受空气反作用力的方向，再通过螺旋桨旋转电机5.4的转速来调整作用力的大小，从而灵活调整电力巡检飞行机器人的整体受力状态，实现多种姿态下的移动与悬停，快速穿过障碍物到达救援位置；此外，旋翼位姿调整座6.4的上圆弧较下圆弧的半径要小，气流流过上表面的速度更快，根据伯努力效应，下表面所受空气压力较上表面更大，从而产生一个托举力，电机可以分出更多的功率用于推进，使电力巡检飞行机器人的移动速度更快。

请参阅图4，是本发明实施例提供的旋翼俯仰组件原理示意图，它包括旋翼俯仰臂2.1、旋翼俯仰轴承2.2、旋翼俯仰电机2.3以及旋翼俯仰基座2.4；旋翼俯仰臂2.1与旋翼位姿调整座6.4焊接固定，旋翼俯仰轴承2.2的内外圈分别与旋翼俯仰臂2.1和旋翼俯仰基座2.4螺栓固定，旋翼俯仰电机2.3的机体通过螺栓固定在旋翼俯仰基座2.4上，其输出轴与旋翼俯仰臂2.1键连接；旋翼俯仰电机2.3输出轴相对其机体绕其轴线的旋转运动，通过旋翼俯仰臂2.1带动旋翼位姿调整座6.4绕旋翼俯仰电机2.3的轴线旋转，从而实现飞行机器人各旋翼相对飞行平台3的自适应俯仰，一方面提高电力巡检飞行机器人在运动过程中的自由度和灵活性，另一方面在电力巡检飞行机器人执行除冰或异物去除等任务时灵活调整各旋翼与飞行平台3的相对角度，避免对任务执行过程产生干扰。

请参阅图5，是本发明实施例提供的为避免对任务执行产生干扰所采用的旋翼上翘状态示意图。

请参阅图6，是本发明实施例提供的多旋翼夹角调整组件原理示意图，它包括旋翼弧形运动滑轨4.1和旋翼弧形运动滑块4.2；旋翼弧形运动滑轨4.1为360度圆形滑轨，旋翼弧形运动滑块4.2一组四个，均能在旋翼弧形运动滑轨4.1上自如滑动；旋翼弧形运动滑轨4.1与飞行平台3焊接在一起，旋翼弧形运动滑块4.2与旋翼俯仰基座2.4焊接在一起；旋翼弧形运动滑块4.2沿旋翼弧形运动滑轨4.1的自如运动，通过旋翼俯仰基座2.4带动相应旋翼沿旋翼弧形运动滑轨4.1自如运动，实现相邻旋翼之间的夹角调整，当一到两个旋翼发生故障时，调整电力巡检飞行机器人各旋翼的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。

请参阅图7，是本发明实施例提供的四旋翼运动模式图。

请参阅图8，是本发明实施例提供的当一个旋翼发生故障时的三旋翼运动模式图。

请参阅图9~10，是本发明实施例提供的当两个旋翼发生故障时的两旋翼运动模式图。

请参阅图11~14，是本发明实施例提供的四旋翼运动模式下的四种运动状态空气反作用力示意图。

请参阅图15，是本发明实施例提供的机械爪组件原理示意图，它包括机械爪基座7.1、机械手爪7.2、手爪开合电机7.3、插齿伸缩轴7.4以及插齿7.5；机械手爪7.2有两个，对称安装于机械爪基座7.1的两端，手爪开合电机7.3的机体固定在机械爪基座7.1上，其输出轴与机械手爪7.2键连接，手爪开合电机7.3输出轴相对其机体绕其轴线的旋转运动，带动机械手爪7.2绕相应手爪开合电机7.3的轴线旋转，两个机械手爪7.2的相对运动实现机械爪组件7的自适应开合，再结合机械爪位姿调整组件8和机械爪往复移动组件9的工作执行电线除冰或异物去除等任务；机械手爪7.2的内侧有凸起，以便于挤压破冰；插齿伸缩轴7.4两端分别与机械手爪7.2的末端和插齿7.5焊接，构成可伸缩的插齿，以便于异物去除。

请参阅图16，是本发明实施例提供的机械爪位姿调整组件原理示意图，它包括机械爪伸缩轴8.1、机械爪伸缩基座8.2、机械爪摇摆液压球铰8.3以及机械爪摇摆基座8.4；机械爪伸缩轴8.1的两端分别与机械爪伸缩基座8.2和机械爪基座7.1焊接在一起，机械爪伸缩轴8.1活动端相对其固定端的自如直线移动，带动实现机械爪组件7相对机械爪伸缩基座8.2的自适应直线移动；机械爪摇摆液压球铰8.3的固定端和活动端分别与机械爪摇摆基座8.4和机械爪伸缩基座8.2焊接在一起，机械爪摇摆液压球铰8.3活动端相对其固定端绕过球心点任意轴线的旋转运动，通过机械爪伸缩基座8.2带动实现机械爪组件7相对机械爪摇摆基座8.4的自适应摇摆；直线移动与摇摆运动相结合，实现机械爪组件7的自适应位姿调整，再结合机械爪组件7和机械爪往复移动组件9的工作，执行电线除冰或异物去除等任务。

请参阅图17，是本发明实施例提供的机械爪往复移动组件原理示意图，它包括机械爪直线滑动装置9.1和机械爪往复移动连接件9.2；机械爪直线滑动装置9.1由直线滑轨和可沿直线滑轨自如移动的滑块组成，机械爪直线滑动装置9.1的滑轨与飞行平台3螺栓固定，其滑块与机械爪往复移动连接件9.2螺栓固定，机械爪往复移动连接件9.2又与机械爪摇摆基座8.4焊接在一起；机械爪直线滑动装置9.1滑块相对其滑轨的自如直线运动，带动机械爪往复移动连接件9.2沿机械爪直线滑动装置9.1的轴线移动，再通过机械爪摇摆基座8.4带动实现机械爪组件7相对飞行平台3的往复直线运动，在仅靠机械爪组件7和机械爪位姿调整组件8无法实现一次性除冰或异物去除时，通过机械爪往复移动组件9的工作多次往复移动除冰或异物撕裂去除。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。