本实用新型涉及线路异物清除技术领域，特别涉及一种自动调整重心线路异物清除装置。
背景技术：
基于无人机带机械臂的输电线路异物清除装置，是利用无线电遥控装置操纵无人机及机械臂，在进行线路异物清除时，该装置的平衡往往因为清除操作引起的重力改变，而破坏了整个装置的平衡，导致整个装置的连接构件的左右两端重力不平衡，造成倾斜，甚至翻滚，进而影响了线路异物清除的细化操作。
技术实现要素：
本实用新型的主要目的是提出一种自动调整重心线路异物清除装置，旨在克服上述问题。
为实现上述目的，本实用新型提出的一种自动调整重心线路异物清除装置，包括无人机、连接构件、机械关节、机械臂端、储能装置、平衡构件和重力感应器，其中：以无人机中心在连接构件的投影点为界点，连接构件的所述一端的力矩包括连接构件所述一端的本体、机械关节、机械臂端和重力感应器的力矩和，连接构件的所述另一端的力矩包括连接构件所述另一端的本体、连接构件所述另一端的延伸段、储能装置和平衡构件的力矩和，连接构件的所述一端的力矩与连接构件的所述另一端的力矩相等。
优选地，所述机械关节包括以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Z轴方向摆动的第一舵机，第一舵机固定连接于连接构件的所述一端，第一舵机的输出轴与机械臂固定连接，所述平衡构件包括接收重力感应器的电信号驱动的第四舵机及其舵机臂，第四舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Y轴方向做相应地摆动。
优选地，所述第一舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点以连接构件为X轴沿Z轴方向的摆动角度与所述第四舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Y轴方向的摆动角度相等。
优选地，当所述第一舵机以连接构件为X轴沿Z轴的正半轴摆动时，第四舵机接收到重力感应器的相应电信号，以连接构件为X轴沿Y轴的负半轴摆动；当所述第一舵机以连接构件为X轴沿Z轴的负半轴摆动时，第四舵机接收到重力感应器的相应电信号，以连接构件为X轴沿Y轴的正半轴摆动。
优选地，所述平衡构件包括固定滑轨、移动滑轨、平衡连接件、第四舵机及其舵机臂，第四舵机固定于连接构件的所述另一端，第四舵机的输出轴与其舵机臂的一端固定连接，舵机臂的另一端可活动地连接于平衡连接件一端的端部，平衡连接件的一端固定于移动滑轨的靠近无人机侧，储能装置固定于移动滑轨的远离无人机侧，平衡连接件的另一端固定连接储能装置，移动滑轨设于固定滑轨上，且与固定滑轨相配合连接，固定滑轨固定于连接构件的另一端的延伸段。
优选地，所述平衡连接件呈等腰三角形状，该平衡三角架的顶角与储能装置固定连接，平衡三角架的顶角的平分线与连接构件的横向轴线重合。
优选地，所述平衡连接件的底边设有滑槽，舵机臂的所述另一端设有滑轮，滑轮限位于滑槽，且随着舵机臂的摆动，在滑槽内滚动。
优选地，所述平衡三角架、舵机臂与第四舵机的输出轴设在同一水平线上。
优选地，所述平衡构件还包括弹性件和定位件，所述定位件固定设于连接构件的靠近无人机侧，弹性件的一端与定位件固定连接，其另一端固定连接平衡三角架的底边。
优选地，所述弹性件具有一定强度，且呈拉伸状态安装。
本实用新型技术方案还通过重力感应器感应机械臂摆动引起的重力差转换成相应电信号，驱动平衡构件做对应地移动，控制连接构件的所述一端的力矩与连接构件的所述另一端的力矩相等，特别是，利用了所述第一舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Z轴方向的摆动角度与所述第四舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Y轴方向的摆动角度相等，即简单又方便地自动化地解决了清除操作引起的重力改变，而破坏了整个装置的平衡，导致整个装置的连接构件的左右两端重力不平衡，造成倾斜，甚至翻滚的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型一实施例在工作状态下的结构示意图；
图2为所述平衡构件在工作状态下的结构示意图；
图3为本实用新型一实施例在非工作状态下的结构示意图；
图4为所述平衡构件在非工作状态下的结构示意图；
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示) 下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
参照图1-4，本实用新型提出的一种自动调整重心线路异物清除装置，一种自动调整重心线路异物清除装置，包括无人机、连接构件、机械关节、机械臂端、储能装置、平衡构件和重力感应器，其中：以无人机中心在连接构件的投影点为界点，连接构件的所述一端的力矩包括连接构件所述一端的本体、机械关节、机械臂端和重力感应器的力矩和，连接构件的所述另一端的力矩包括连接构件所述另一端的本体、连接构件所述另一端的延伸段、储能装置和平衡构件的力矩和，连接构件的所述一端的力矩与连接构件的所述另一端的力矩相等。
在本实用新型实施例中，本实用新型的机械臂端为线路异物清除操作端，机械臂端包括机械臂、切割机构等，以无人机中心在连接构件的投影点为界点，连接构件的所述一端的力矩包括连接构件所述一端的本体、机械关节、机械臂端和重力感应器的力矩和，连接构件的所述另一端的力矩包括连接构件所述另一端的本体、连接构件所述另一端的延伸段、储能装置和平衡构件的力矩和，连接构件的所述一端的力矩与连接构件的所述另一端的力矩相等。本实用新型技术方案通过在连接构件的机械臂的对向侧设置平衡构件，平衡构件将储能装置连接于连接构件，利用储能装置的重力，平衡连接构件两端的力矩。
优选地，所述机械关节包括以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Z轴方向摆动的第一舵机，第一舵机固定连接于连接构件的所述一端，第一舵机的输出轴与机械臂固定连接，所述平衡构件包括接收重力感应器的电信号驱动的第四舵机及其舵机臂，第四舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Y轴方向做相应地摆动。
优选地，所述第一舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点以连接构件为X轴沿Z轴方向的摆动角度与所述第四舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Y轴方向的摆动角度相等。
优选地，当所述第一舵机以连接构件为X轴沿Z轴的正半轴摆动时，第四舵机接收到重力感应器的相应电信号，以连接构件为X轴沿Y轴的负半轴摆动；当所述第一舵机以连接构件为X轴沿Z轴的负半轴摆动时，第四舵机接收到重力感应器的相应电信号，以连接构件为X轴沿Y轴的正半轴摆动。
优选地，所述平衡构件包括固定滑轨、移动滑轨、平衡连接件、第四舵机及其舵机臂，第四舵机固定于连接构件的所述另一端，第四舵机的输出轴与其舵机臂的一端固定连接，舵机臂的另一端可活动地连接于平衡连接件一端的端部，平衡连接件的一端固定于移动滑轨的靠近无人机侧，储能装置固定于移动滑轨的远离无人机侧，平衡连接件的另一端固定连接储能装置，移动滑轨设于固定滑轨上，且与固定滑轨相配合连接，固定滑轨固定于连接构件的另一端的延伸段。
优选地，所述平衡连接件呈等腰三角形状，该平衡三角架的顶角与储能装置固定连接，平衡三角架的顶角的平分线与连接构件的横向轴线重合。
优选地，所述平衡连接件的底边设有滑槽，舵机臂的所述另一端设有滑轮，滑轮限位于滑槽，且随着舵机臂的摆动，在滑槽内滚动。
优选地，所述平衡三角架、舵机臂与第四舵机的输出轴设在同一水平线上。
优选地，所述平衡构件还包括弹性件和定位件，所述定位件固定设于连接构件的靠近无人机侧，弹性件的一端与定位件固定连接，其另一端固定连接平衡三角架的底边。
优选地，所述弹性件具有一定强度，且呈拉伸状态安装。
在本实用新型实施例中，该设置有平衡构件的输电线路异物清除装置的无人机用于承载其他部件，巡航输电线路，将本装置送往存有异物的输电线路旁；连接构件是承载连接件，无人机固定于连接构件的两端之间，连接构件，一端通过机械关节连接机械臂，另一端连接储能装置和平衡构件，考虑到连接构件承载力，连接构件采用碳纤维复合材料浸入苯乙稀基聚脂树脂经加热固化拉挤、缠挠而成的碳纤维方管，碳纤维方管具有强度高，寿命长、耐腐蚀，质量轻、低密度等优点，减轻无人机的负载重量。
在连接构件的所述一端的重力包括以无人机中心在连接构件的投影点为界点的连接构件的所述一端的本体、机械关节、机械臂端和重力感应器的重力和，所述机械臂端，是进行线路异物清除操作端，在本实施例中，机械臂端承载且固定有切割机构，切割机构用于完成线路异物清除操作；所述机械关节，包括以连接构件为X轴沿Z轴方向摆动的第一舵机及第一固定连接架、以连接构件为X轴沿Y轴方向摆动的第二舵机及第二固定连接架，第一固定连接架将第一舵机固定连接于连接构件的所述一端，第二固定连接架将第二舵机固定连接于机械臂，第一舵机的输出轴通过第一固定连接架与第二舵机的本体固定，第二舵机的输出轴与机械臂固定连接，机械关节根据远程控制器发出的调整机械臂摆动方向的驱动信号驱动，并传动机械臂摆动；重力感应器设于机械臂端。
在连接构件的所述另一端的重力包括以无人机中心在连接构件的投影点为界点的连接构件的所述另一端的本体、连接构件的所述另一端的延伸段、储能装置和平衡构件的重力和，在本实施例中，储能装置除了用于向平衡构件和机械关节提供工作用电外，储能装置还用于重力调整的移动件，储能装置通过平衡构件可活动地连接于连接构件的所述另一端的延伸段。
在非工作状态下(即指连接构件的所述一端与其所述另一端处于水平的初始状态)，连接构件的所述一端的重力与连接构件的所述另一端的重力相等；在工作状态下，机械关节接收远程控制器发出的调整机械臂摆动方向的驱动信号驱动，并传动机械臂摆动，重力感应器将感应的机械臂端摆动引起的重力差转换成相应电信号，驱动平衡构件相对应地移动，以调整本实用新型的重力引起的平衡问题。
在本实施例中，平衡构件包括平衡连接件，平衡连接件为呈等腰三角形状的平衡三角架，该平衡三角架的顶角与储能装置固定连接，平衡三角架的顶角的平分线与连接构件的横向轴线重合，用于辅助调整本实用新型的平衡问题，当机械臂端发生Y轴方向的摆动时，平衡三角架用于产生防倾阻力，抑制本装置摇摆或偏转。
平衡构件还包括固定滑轨、移动滑轨、第四舵机及其舵机臂，固定滑轨为定位件，将整个平衡构件定位于连接构件的所述另一端的延伸段，移动滑轨通过与固定滑轨的配合连接，储能装置固定于移动滑轨的远离无人机侧，平衡三角架的底边固定于移动滑轨的靠近无人机侧，储能装置、移动滑轨和平平衡三角架形成一个稳固的连接机构；舵机臂的所述另一端通过滑槽与滑轮的配合与平衡三角架的底边连接，第四舵机的输出轴与舵机臂的所述一端固定连接，传动第四舵机输出轴的摆动；第四舵机的本体固定于连接构件的所述另一端。当舵机臂以连接构件为X轴沿Y轴方向摆动时，平衡三角架和储能装置通过移动滑轨在固定滑轨上移动。
考虑到舵机臂在平衡三角架的底边摆动时，会引起平衡三角架向上或向下的侧偏力，故设置弹性件和定位件，定位件固定于连接构件的靠近无人机侧，也可以是固定于第四舵机的靠近无人机侧，以通过第四舵机的本体的抵持力增强定位件的稳定效果；呈拉伸状态设置的弹性件的一端与定位件固定连接，弹性件的另一端与平衡三角架的底边连接，这样，弹性件对平衡三角架始终保持一个横向拉力，即使在储能装置随着移动滑轨移向移动滑的减重端时，弹性件的初始状态也为拉伸状态，以抑制舵机臂的摆动作用于平衡三角架引起的侧偏力。
为了弹性件的设置位置不会阻挡到舵机臂的摆动，故设置呈“└”型的连接件，上下错开弹性件与舵机臂；弹性件沿连接构件长度方向设置，以避免弹性件的拉力产生多余的侧偏力；紧靠连接构件，弹性件的拉力方向接近连接构件的横向中心线，以致弹性件的拉力方向的侧偏力可以忽略不记；因为所述弹性件需要始终保持拉伸状态，故弹性件需要具有一定强度来保持拉伸力的持续性；为了所述平衡三角架、舵机臂与第四舵机的输出轴之间的相互作用力免受侧偏力的影响，故此三者设在同一水平线上，即平衡三角架的顶角的纵向位置、平衡三角架的底边的纵向位置、舵机臂两端的纵向位置、第四舵机的输出轴的纵向位置处于同一水平线。
所述第一舵机的摆动角度与第四舵机的摆动角度相等的原理如下：
所述重力感应器，又称重力传感器，新型属传感器技术，它采用弹性敏感元件制成悬臂式位移器，与采用弹性敏感元件制成的储能弹性件来驱动电触点，完成从重力变化到电信号的转换。
无人机中心在连接构件上的投影为O，O点到舵机2输出轴的距离LM，在距离LM上连接构件上的元件重心相对O点是固定的，这些元件的重力分别 G1’、G2’、G3’……这些元件的重心对O点的距离分别为L1’、L2’、L3’……所有元件的重心对O点产生总的力矩为A，O点向第四舵机方向固定在连接构件上的、不会移动的元件重力对O点产生的力矩为B，为保持平衡，A要等于B。
机械关节中负责以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Z轴方向摆动的是第一舵机，第一舵机带动机械臂沿Z轴方向或正半轴或负半轴摆动，机械臂上的所有元件重力对连接构件上的点的力矩将发生变化，此时无人机整体重心将失去平衡，对无人机稳定飞行造成较大影响。为使无人机整体重心在机械臂摆动过程中实时得到调整，需在O点向第四舵机方向的连接构件上安装移动重物G移，使其重力对无人机中心力矩进行调整。当机械臂向上或向下摆时，机械臂上的元件为G1、G2、G3……各元件与舵机2输出轴的距离分别是L1、L2、L3……机械臂与水平线夹角为α，机械臂上所有元件的重力对无人机中心产生的力矩为：
G1(LM+L1×cosα)+G2(LM+L2×cosα)+G3(LM++L3×cosα)+……＝(G1+G2+G3+……)LM+cosα(L1G1+L2G2+L3G3+……),
安装在机械臂上的重力感应器产生了电信号并把信号发给第四舵机控制电路板，舵机控制电路板控制第四舵机转动一个角度，这个角度与机械臂沿Z 轴方向或正半轴或负半轴摆动的角度相等，为α，第四舵机上的舵机臂转动，与舵机臂接触的平衡三角架在弹性件的拉力下向第四舵机方向滑动，假设第四舵机上的舵机臂的长度为L、O点到第四舵机输出轴的距离为LN，移动的重物G移对O点产生的力矩为：
G移(LN+L cosα)＝G移LN+G移L cosα
机械臂上所有元件的重力对O点产生的力矩与移动重物G移对O点产生的力矩要相等，无人机才能保持平衡，所以：
(G1+G2+G3+……)LM+cosα(L1G+L2G2+L3G3+……)＝G移LN+G移 L cosα
当(G1+G2+G3+……)LM＝G移LN时，即O点到第四舵机输出轴的距离LN为：
LN＝(G1+G2+G3+……)LM/G移时
L＝cosα(L1G1+L2G2+L3G3+……)/G移cosα＝(L1G1+L2G2+ L3G3+……)/G移
所以当第四舵机的安装位置和第四舵机的舵机臂的长度确定时，机械臂沿Z轴方向或正半轴或负半轴摆动时发生的重心变化，第四舵机都会自动拉动重物G进行相应的位移，以重心调整，使得无人机悬挂的机械臂的重心基本保持在无人机的中心位置。
本实用新型技术方案通过在连接构件的机械臂对向侧设置平衡构件，特别是设有呈等腰三角形状的平衡三角架，该平衡三角架的顶角与储能装置固定连接，平衡三角架的顶角的平分线与连接构件的横向轴线重合，解决了在无人机飞行时，或者是在进行线路异物清除操作时，该装置的平衡往往因为飞行风力受阻，或者是因为清除操作引起的重力改变，而破坏了整个装置的平衡，导致整个装置摇摆不停，甚至翻滚的问题。
本实用新型技术方案还通过重力感应器感应机械臂摆动引起的重力差转换成相应电信号，驱动平衡构件做对应地移动，特别是，利用了所述第一舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Z轴方向的摆动角度与所述第四舵机以无人机中心在连接构件上的投影点为原点，以连接构件为X轴沿Y轴方向的摆动角度相等，自动化地解决了清除操作引起的重力改变，而破坏了整个装置的平衡，导致整个装置的连接构件的左右两端重力不平衡，造成倾斜，甚至翻滚的问题。
以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。