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  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种用于树障清理飞行机器人的链锯刀具系统，包括刀具架、左右对称布置于刀具架上的2N(N≥1)个链锯组件、内置于刀具架用于控制链锯组件的刀具控制器；链锯组件包括链锯电机、由链锯电机驱动的链锯和驱动链锯电机的电机驱动器，链锯安装有引导约束树枝的外导向叉，相邻链锯之间设有尖端向外的“V”形导向器，刀具控制器通过通信总线与飞行平台连接；链锯组件设有分别感知链锯电机工作的电流、转速和温度的传感器，传感器的输出连接至刀具控制器。本实用新型的链锯刀具系统适合于对大直径树障的顶部及侧面实施“剃头式”快速清理，作业效率高，环境适应性好，安全性系数高，解决了现有技术中存在的清理效率不高和安全风险大的问题。
    公开号:CN214338798U
    申请号:CN202022794871.9U
    申请日:2020-11-27
    公开日:2021-10-08
    发明作者:杨忠；陶坤；梁家斌；王炜；张驰；廖禄伟；周东升；吴吉莹；许昌亮；徐浩
    申请人:Nanjing Taiside Intelligent Technology Co ltd；
    IPC主号:A01G3-08
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及一种用于树障清理飞行机器人的链锯刀具系统，尤其涉及一种适合于快速高效率清理较大直径树障的刀具系统，属于输电线路树障清理装置技术领域。
    [n0002] 树障是输电线路通道存在的一种安全隐患，表现为通道内树木的不断增生逐渐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通道树障进行清理整治。目前的树障清理主要有三种方式：1)人工清障作业，多采用特制的加长切割刀具，安全风险大，作业效率不高；2)基于地面设备的树障清理作业，由于受到地形环境和树木生长态势的严重限制，难以对高空树障进行快速削巅清理；3)基于无人机的树障清理技术，已有不少探索性的工作，存在着抗树木干扰能力较弱、单次切割范围较小、可切割树枝直径较小、作业效率相对不高等不足。
    [n0003] 因此，亟需研制一种可对电力线路通道内大直径树障进行快速高效率自动清理的飞行机器人，其搭载的刀具系统应具备快速切割较大树枝直径的能力，同时又能避免切割力对飞行机器人本体姿态的影响，并且具有防卡阻等安全保护措施。
    [n0004] 本实用新型解决的技术问题是：提供一种用于树障清理飞行机器人的链锯刀具系统，用于对较大直径树障进行快速高效率地清理，满足输电线路树障清理的安全作业需求。
    [n0005] 本实用新型的技术方案为：一种用于树障清理飞行机器人的链锯刀具系统，固定连接在飞行机器人的下方，包括外形左右对称的刀具架、左右对称布置于刀具架上的2N(N≥1)个链锯组件、内置于刀具架用于控制链锯组件的刀具控制器；所述链锯组件包括链锯电机、由链锯电机驱动的链锯和驱动链锯电机的电机驱动器，所述链锯包含导板与链条，并安装有引导约束树枝并加速切割的外导向叉，相邻链锯之间设有固连于刀具架且尖端向外的“V”形导向器，所述刀具控制器通过通信总线与树障清理飞行机器人的飞行平台连接。
    [n0006] 优选的，所述链锯组件设有分别感知链锯电机工作时的电流、转速和温度的电流传感器、转速传感器和温度传感器，电流传感器、转速传感器和温度传感器的输出信号分别连接至刀具控制器。
    [n0007] 优选的，所述链锯刀具系统的链锯组件的数量N取2。
    [n0008] 优选的，所述链锯刀具系统连接于所述飞行机器人的悬挂机构的下方，所述悬挂机构固连于所述飞行机器人的飞行平台的下方。
    [n0009] 优选的，所述链锯刀具系统通过脱钩装置与悬挂机构连接。
    [n0010] 优选的，所述的脱钩装置包括电磁铁与衔铁，电磁铁固连于悬挂机构的下端，衔铁固连于链锯刀具系统的上部。电磁铁通电后与衔铁吸合，链锯刀具系统连接至悬挂机构的下方；当电磁铁断电后，衔铁释放，链锯刀具系统与悬挂机构脱离。
    [n0011] 所述链锯刀具系统的控制方法为：
    [n0012] 1)刀具控制器实时采集链锯电机工作时的电流、转速和温度，并发送至飞行平台的主控制器以用于监控；
    [n0013] 2)实时评估链锯组件的工作状态，包括空载、切割、过载、卡阻及损伤：
    [n0014] 若判定为过载，即向飞行平台发送悬停指令，停止切割进给；
    [n0015] 若判定为卡阻或损伤，即令链锯电机刹车，同时向飞行平台发送回退指令；
    [n0016] 对于卡阻情况，若链锯被树枝卡住而难以挣脱，则启动脱钩装置，使链锯刀具系统脱离飞行机器人，从而最大限度地保护飞行机器人的安全，避免引发坠机；
    [n0017] 3)对链锯刀具系统的平衡作业状态进行检测并实施补偿控制。
    [n0018] 优选的，上述链锯组件工作状态的评估方法如下：
    [n0019] 1)设过载对应的电流门限、转速门限、温度门限已知，若链锯电机的电流超过电流门限，或转速低于转速门限，或温度超过温度门限，可判定链锯组件发生过载；
    [n0020] 2)设卡阻对应的电流门限、转速门限、温度门限已知，若链锯电机的电流超过电流门限，或转速低于转速门限，或温度超过温度门限，可判定链锯组件发生卡阻；
    [n0021] 3)若链锯电机的电流或转速出现周期性的脉动且幅度超过预定门限，可判定链锯组件发生损伤。
    [n0022] 优选的，所述链锯刀具系统的平衡作业状态检测方法如下：
    [n0023] 设左右两侧对称位置的链锯电机的瞬时转速分别为Nia、Nib，瞬时电流分别为Iia、Iib，瞬时温度分别为Tia、Tib，其中i＝1,…,N；
    [n0024] 定义链锯组件的切割强度：
    [n0025] xij＝f(Nij,Iij,Tij)
    [n0026] 其中，i＝1,…,N，j＝a,b。若取线性结构，则
    [n0027] xij＝kN(N0-Nij)+kIIij+kTTij
    [n0028] 其中，kN、kI、kT为权重系数，N0为空载转速；
    [n0029] 定义一对链锯组件的切割强度差：
    [n0030] △xi＝xia-xib，i＝1,…,N
    [n0031] 定义刀具系统的综合切割强度差：
    [n0032] ki为权重系数
    [n0033] 1)若|△xi|≥δx，可判定链锯组件的平衡作业失常，其中δx>0，为链锯组件平衡作业失常判定阈值；
    [n0034] 2)若|△y|≥δy，可判定刀具系统的平衡作业失常，其中δy>0，为刀具系统平衡作业失常判定阈值。
    [n0035] 优选的，所述链锯刀具系统的平衡作业补偿控制方法如下：
    [n0036] 1)若εx<|△xi|<δx及ε<|△y|<δy，其中εx>0和ε>0，为不灵敏区，则平衡补偿方法为如下之一：
    [n0037] ①航向随动：控制飞行机器人的航向向切割强度较小的一侧运动调整，以对链锯刀具系统的两侧实施平衡补偿；
    [n0038] ②航向保持：控制飞行机器人悬停，待|△xi|及|△y|均减小后，再控制飞行平台前飞实施清障进给，从而维持飞行机器人的航向。
    [n0039] 2)若判定某对链锯组件的平衡作业失常或刀具系统的平衡作业失常，先令飞行平台保持悬停，然后持续观察各|△xi|及|△y|一段时间T(T>0)，若|△xi|及|△y|未全部回落，则令所有链锯电机反转后再刹车，使链锯刀具系统退出切割作业，同时向飞行平台发出保护性回退指令。
    [n0040] 本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型的效果如下：
    [n0041] 1)本链锯刀具系统为左右对称布置的2N个(N≥1)链锯组件的阵列组合，适合于对大直径树障的顶部及侧面实施“剃头式”快速清理，作业效率高，环境适应性好，避免了操作人员靠近高压线路，有效降低了树障清理的作业风险，提升了清障作业的安全性，解决了现有技术中存在的清理效率不高和安全风险大的问题；
    [n0042] 2)采用悬挂链锯刀具系统的飞行机器人，作业时刀具系统始终位于飞行平台的下方，整机的重心与飞行平台的几何中心的垂直投影基本重合，可确保飞行机器人具有良好的静态稳定性，同时有效避免树障对飞行平台旋翼的干涉，减少坠机风险，提高飞行机器人作业的安全性；
    [n0043] 3)每个链锯组件设有分别感知链锯电机工作的电流、转速和温度的传感器，刀具控制器实时采集链锯电机工作的电流、转速和温度，并评估链锯组件的工作状态，然后对飞行机器人实施保护性退避或对刀具系统的平衡作业实施补偿控制，降低了飞行机器人前进作业时所受不平衡力矩的影响，确保了飞行机器人作业的安全性和可靠性。
    [n0044] 4)当枝叶缠绕住刀具系统时，可人工或自动启用脱钩装置，刀具系统与树障清理机器人实现“脱离”，保障飞行机器人的安全，降低故障损失；
    [n0045] 5)相邻链锯之间设有尖端向外的“V”形导向器、链锯上安装有外导向叉，一方面用以引导树枝快速进入链锯的切割区域，加快树枝切割的速度，另一方面防止树枝卡租，提高树障清理的安全性；
    [n0046] 6)本刀具系统采用模块化设计思想，将多个链锯组件进行组合，易于装配与维护；通过不同组合构型满足不同作业目标和作业环境的需求。
    [n0047] 图1为链锯刀具系统外部结构示意图。
    [n0048] 图2为链锯刀具系统内部结构示意图。
    [n0049] 图3为采用链锯刀具系统的树障清理飞行机器人示意图。
    [n0050] 图4为脱钩装置结构示意图。
    [n0051] 图中，1—飞行平台，2—悬挂机构，3—刀具系统，4—脱钩装置；
    [n0052] 3201—刀具架，3202—链锯电机，3203—链锯，3204—电机驱动器，3205—刀具控制器，3206—外导向叉，3207—导向器，3208—保护罩。
    [n0053] 401—电磁铁，402—衔铁。
    [n0054] 下面，结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
    [n0055] 实施例1：如图1～图3所示，一种用于树障清理飞行机器人的链锯刀具系统，固定连接在飞行机器人的下方，包括外形左右对称的刀具架3201、左右对称布置于刀具架上3201的2N(N≥1)个链锯组件、内置于刀具架3201用于控制链锯组件的刀具控制器3205；所述链锯组件包括链锯电机3202、由链锯电机3202驱动的链锯3203和驱动链锯电机3202的电机驱动器3204，所述链锯3203包含导板与链条，并安装有引导约束树枝并加速切割的外导向叉3206，相邻链锯3203之间设有固连于刀具架3201且尖端向外呈“V”形的导向器3207，所述刀具控制器3205通过通信总线与树障清理飞行机器人的飞行平台1连接。
    [n0056] 优选的，所述链锯组件设有分别感知链锯电机3202工作时的电流、转速和温度的电流传感器、转速传感器和温度传感器，电流传感器、转速传感器和温度传感器的输出信号分别连接至刀具控制器3205。
    [n0057] 优选的，所述链锯刀具系统的链锯组件的数量N取2。
    [n0058] 优选的，如图3所示，所述链锯刀具系统连接于所述飞行机器人的悬挂机构2的下方，所述悬挂机构2固连于所述飞行机器人的飞行平台1的下方；所述的飞行平台1为单旋翼的直升机或左右对称布局的多旋翼飞行器，多旋翼飞行器不局限于任意已知的四、六、八等多旋翼构型。
    [n0059] 优选的，如图3所示，在悬挂机构2和刀具架3201之间还具有脱钩装置4。
    [n0060] 优选的，如图4所示，所述脱钩装置4由电磁铁401与衔铁402组成，电磁铁401安装于悬挂机构2的下端，衔铁402固连于链锯刀具系统3的上部；电磁铁401通电后与衔铁402吸合，链锯刀具系统3与悬挂机构2连接；电磁铁401断电后，衔铁402释放，链锯刀具系统3与悬挂机构2脱离。清障作业中，当链锯刀具系统3相对树障发生卡阻且无法分离时，通过脱钩装置4可使链锯刀具系统3脱离飞行机器人，从而对飞行机器人实施安全保护。
    [n0061] 优选的，所述链锯刀具系统的控制方法为：
    [n0062] 1)刀具控制器3205实时采集链锯电机3202工作时的电流、转速和温度，并发送至飞行平台1的主控制器以用于监控；
    [n0063] 2)实时评估链锯组件的工作状态，包括空载、正常切割、过载、卡阻及损伤：
    [n0064] 若判定为过载，即向飞行平台1发送悬停指令，停止切割进给；
    [n0065] 若判定为卡阻或损伤，即令链锯电机3202刹车，同时向飞行平台1发送回退指令；
    [n0066] 对于卡阻情况，若链锯3203被树枝卡住而难以挣脱，则启动脱钩装置4，使链锯刀具系统脱离飞行机器人，从而最大限度地保护飞行机器人的安全，避免引发坠机；
    [n0067] 3)对链锯刀具系统的平衡作业状态进行检测并实施补偿控制。
    [n0068] 优选的，所述链锯组件工作状态的评估方法如下：
    [n0069] 1)设过载对应的电流门限、转速门限、温度门限已知，若链锯电机3202的电流超过电流门限，或转速低于转速门限，或温度超过温度门限，可判定链锯组件发生过载；
    [n0070] 2)设卡阻对应的电流门限、转速门限、温度门限已知，若链锯电机3202的电流超过电流门限，或转速低于转速门限，或温度超过温度门限，可判定链锯组件发生卡阻；
    [n0071] 3)若链锯电机3202的电流或转速出现周期性的脉动且幅度超过预定门限，可判定链锯组件发生损伤。
    [n0072] 优选的，所述链锯刀具系统的平衡作业状态检测方法如下：
    [n0073] 设左右两侧对称位置的链锯电机3202的瞬时转速分别为Nia、Nib，瞬时电流分别为Iia、Iib，瞬时温度分别为Tia、Tib，其中i＝1,…,N；
    [n0074] 定义链锯组件的切割强度：
    [n0075] xij＝f(Nij,Iij,Tij)
    [n0076] 其中，i＝1,…,N，j＝a,b。若取线性结构，则
    [n0077] xij＝kN(N0-Nij)+kIIij+kTTij
    [n0078] 其中，kN、kI、kT为权重系数，N0为空载转速；
    [n0079] 定义一对链锯组件的切割强度差：
    [n0080] △xi＝xia-xib，i＝1,…,N
    [n0081] 定义刀具系统的综合切割强度差：
    [n0082] ki为权重系数
    [n0083] 1)若|△xi|≥δx，可判定链锯组件的平衡作业失常，其中δx>0，为链锯组件平衡作业失常判定阈值；
    [n0084] 2)若|△y|≥δy，可判定刀具系统的平衡作业失常，其中δy>0，为刀具系统平衡作业失常判定阈值。
    [n0085] 优选的，所述链锯刀具系统的平衡作业补偿控制方法如下：
    [n0086] 1)若εx<|△xi|<δx及ε<|△y|<δy，其中εx>0和ε>0，为不灵敏区，则平衡补偿方法为如下之一：
    [n0087] ①航向随动：控制飞行机器人的航向向切割强度较小的一侧运动调整，以对链锯刀具系统的两侧实施平衡补偿；
    [n0088] ②航向保持：控制飞行机器人悬停，待|△xi|及|△y|均减小后，再控制飞行平台1前飞实施清障进给，从而维持飞行机器人的航向。
    [n0089] 2)若判定某对链锯组件的平衡作业失常或刀具系统的平衡作业失常，先令飞行平台1保持悬停，然后持续观察各|△xi|及|△y|一段时间T(T>0)，若|△xi|及|△y|未全部回落，则令所有链锯电机3202反转后再刹车，使链锯刀具系统退出切割作业，同时向飞行平台1发出保护性回退指令。
    [n0090] 以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式实例，本实用新型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实用新型披露的技术范围内，可轻易找到变化或替换方式，这些都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。为此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
    权利要求:
    Claims (4)
    [0001] 1.一种用于树障清理飞行机器人的链锯刀具系统，固定连接在飞行机器人的下方，其特征在于：包括外形左右对称的刀具架（3201）、左右对称布置于刀具架上（3201）的2N个链锯组件、内置于刀具架（3201）用于控制链锯组件的刀具控制器（3205），N≥1；所述链锯组件包括链锯电机（3202）、由链锯电机（3202）驱动的链锯（3203）和驱动链锯电机（3202）的电机驱动器（3204），所述链锯（3203）包含导板与链条，并安装有引导约束树枝并加速切割的外导向叉（3206），相邻链锯（3203）之间设有固连于刀具架（3201）且尖端向外的“V”形导向器（3207），所述刀具控制器（3205）通过通信总线与树障清理飞行机器人的飞行平台（1）连接。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的一种用于树障清理飞行机器人的链锯刀具系统，其特征在于：所述链锯组件设有分别感知链锯电机（3202）工作时的电流、转速和温度的电流传感器、转速传感器和温度传感器，电流传感器、转速传感器和温度传感器的输出信号分别连接至刀具控制器（3205）。
    [0003] 3.根据权利要求1所述的一种用于树障清理飞行机器人的链锯刀具系统，其特征在于：飞行机器人的下方具有悬挂机构（2），通过悬挂机构（2）连接有刀具架（3201）。
    [0004] 4.根据权利要求3所述的一种用于树障清理飞行机器人的链锯刀具系统，其特征在于：在悬挂机构（2）和刀具架（3201）之间还具有脱钩装置（4）。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
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    法律状态:
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    优先权:
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