[发明专利]一种搭载双纵向主动伸缩机械臂的空中作业机器人

说明书

本发明公开了一种搭载自平衡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自平衡伸缩系统、与自平衡伸缩系统连接的机械臂、固连于飞行平台下方与机械臂连接的固定杆、连接于机械臂前端的作业系统以及连接于机械臂末端的供机械臂和作业系统工作的供电系统。本发明的自平衡伸缩系统可根据飞行平台的姿态角自动伸缩来保持机械臂的水平或特定作业状态，结构简单，控制方便，远程操作，操作安全性高，清理漂浮物效率高，解决了现有技术中机械臂随飞行平台姿态角变化无法维持水平或特定姿态稳定作业的问题。

技术领域

本发明涉及一种搭载双纵向主动伸缩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

近年来，因高空漂浮物缠绕在架空线路上而引起的输电线路通道被破坏的事件时有发生，例如线路之间的短接、线路负担增加等。高空漂浮物对输电线路的影响严重威胁到输电线路的运行安全，是目前输电线路通道存在的一种安全隐患。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；而采用无人机携带机械臂作业装置对漂浮物进行清除的方式虽然优点很多，但是传统的机械臂与无人机固连的方式，使得机械臂特定姿态作业状态会随着无人机俯仰角变化而改变。

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，其搭载的机械臂能够始终保持水平或特定姿态作业状态不因无人机俯仰角变化而改变，且结构应当简单，控制要方便。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种搭载双纵向主动伸缩机械臂的空中作业机器人，根据无人机俯仰角的变化，自动调整伸缩杆的长度，从而保持机械臂始终在水平或特定姿态作业，同时可通过更换多种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：一种搭载自平衡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自平衡伸缩系统、固连于飞行平台下方的固定杆、连接于固定杆末端的转动支架、通过管夹与转动支架连接的机械臂、连接机械臂前端的作业系统、连接于机械臂末端供机械臂和作业系统工作的供电系统，管夹两端带有转轴，可绕转动支架旋转。

优选的，上述自平衡伸缩系统，包括连接于飞行平台下方的安装板、固定在安装板上的舵机、安装在舵机上的舵机臂、与舵机臂连接的连接臂、穿过安装板上的限位孔与连接臂连接的往复杆、固定在安装板上的自平衡控制器，往复杆末端连接转动支架，并通过管夹与机械臂连接。

优选的，自平衡控制器通过蓝牙连接上述飞行平台的飞行控制器，实时获取飞行平台的姿态角，自平衡控制器依据飞行平台的姿态角变化，通过PID控制算法，控制舵机带动往复杆自动往复运动来保持机械臂始终在水平或特定姿态作业。

优选的，上述飞行平台在不同姿态下，上述自平衡伸缩系统的控制方法如下：

当空中机器人姿态水平时，舵机臂和机械臂也处在水平状态，如图2所示，自平衡控制器通过蓝牙实时获取飞行平台俯仰角数据,通过PID控制算法，控制舵机转动舵机臂带动往复杆往复运动，使之自动跟随飞行平台的俯仰角变化，从而保持机械臂的水平状态；

设空中机器人俯仰角大于0时，俯仰角为Y₁，偏差量E₁＝Y₁-0；俯仰角大于0时，俯仰角为Y₂，偏差量E₂＝0-Y₂，空中机器人姿态从水平变化到某一角度的时间为T，自平衡控制器控制舵机的控制量为L，PID的比例系数为k_p,积分系数为k_i,微分系数为k_d，舵机臂的旋转角度为±90°；

当空中机器人俯仰角大于0时，飞机抬头，如图3所示，由PID控制算法，可得：