一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置和控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置和控制方法，包括连接在飞行平台和双圆盘锯间的作业臂上的保护关节，保护关节内置有感知树障作用于双圆盘锯的轴向力、俯仰力矩、航向力矩和滚转力矩的轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器，上述传感器连接到飞行平台内的飞行控制器，飞行控制器连接到刀具控制器和飞行动力装置，刀具控制器连接着驱动双圆盘锯的两个刀具电机、两个转速传感器与两个温度传感器、两个电流传感器。本发明专利技术能够实现自动进行退出作业刀具，并结合双作业刀具的转速、电流和温度值实时监测过载、卡阻及损伤状态，及时进行回退和处理，起到保护双作业刀具和机器人的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置和控制方法
本专利技术涉及一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置和控制方法，属于输电线路树障清理装置

技术介绍
树障是输电线路通道存在的一种安全隐患，表现为树木的增生极大地影响了输电线路的运行安全。各级电力部门每年都要投入大量的人力、物力对辖区内的树障进行清理整治，目前主要依赖于人工清理，效率不高，安全风险大，因此需要一种电力线路通道树障自动清理空中机器人。当空中机器人进行树障清理时，前端刀具会受到树木的轴向反作用力以及上下俯仰、左右偏航、滚转等反作用力矩，不利于空中机器人的飞行姿态稳定与控制。此外，目前园林修剪树枝多采用单锯类型的清理刀具，若将该类刀具直接安装于空中机器人上进行树障清理，刀具的水平受力不对称，易给空中机器人带来航向推斥力矩，一方面影响空中机器人力与力矩的平衡，另一方面造成刀具与树枝之间的打滑，导致切割效率不高。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：提供一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置和控制方法，能够实现空中机器人及其双锯刀具的安全保护，以解决现有技术中存在的的问题。本专利技术采取的技术方案为：一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置，包括连接在飞行平台和作业刀具间的作业臂上的保护关节，保护关节内置有感知树障作用于双圆盘锯的轴向力、俯仰力矩、航向力矩和滚转力矩的轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器，轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器连接到飞行平台内的飞行控制器，飞行控制器连接到刀具控制器和飞行平台内的飞行动力装置，刀具控制器连接着驱动双圆盘锯的两个刀具电机、感知双圆盘锯转速与温度的两个转速传感器与两个温度传感器、感知两个刀具电机工作电流的两个电流传感器。优选的，一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置的保护方法，该方法如下：1)通过保护关节感知的双圆盘锯所受树障轴向反作用力或俯仰、航向、滚转反作用力矩，一旦达到或超过预定的保护门限，判定刀具处于过载状态，即令刀具控制器和飞行控制器自动同步进入保护模式：控制双圆盘锯先刹车后反转，同时控制空中机器人向后运动退出作业；2)步骤1)中反作用力或力矩若小于预定的保护门限，将作为空中机器人运动微调的控制输入，具体控制方法如下：A)设清理树障时保护关节感知的轴向力为X，向后为正，相应的作业门限为λX、不灵敏区为δX，其中，λX＞0，0≤δX＜λX，有：若X<0，判定空中机器人受到树障的前向拉力，飞行控制器可采取如下方法之一：①控制飞行平台向前运动微调，若X正向增加则继续当前清障作业，若X不变或负向增加则转到②；②控制飞行平台进入悬停状态，同时通过飞行平台内的通信模块向地面人员发送安全报警信息，以求人工干预；若X＜λX-δX，飞行控制器控制飞行平台向前运动微调，使轴向力增大，实现轴向自动作业进给；若|X-λX|≤δX，飞行控制器控制飞行平台保持悬停，轴向进给量为零；若X＞λX+δX，飞行控制器控制飞行平台向后运动微调，使轴向力减小，实现轴向自动保护回退；B)设清理树障时保护关节感知的航向力矩为N，俯视向右为正，相应的不灵敏区为δN，其中，δN≥0，有：若|N|＞δN，飞行控制器控制飞行平台向使|N|减小的方向进行航向微调，实现左右自动平衡调整；若|N|≤δN，飞行控制器控制飞行平台保持当前航向；C)设清理树障时保护关节感知的俯仰力矩为M，向上为正，相应的不灵敏区为δM，其中，δM≥0，有：若|M|＞δM，飞行控制器控制飞行平台向使|M|减小的方向运动微调高度；若|M|≤δM，飞行控制器控制飞行平台保持当前高度。优选的，一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置的保护方法，该方法如下：在树障清理过程中，根据刀具控制器所感知的刀具转速、刀具温度和电机电流，可对圆盘锯的过载、卡阻及损伤状态进行评估：1)若电机电流超过电流预定门限，判定圆盘锯8过载或卡阻；2)若刀具转速低于转速预定门限，判定圆盘锯8过载或卡阻；3)若刀具温度超过温度预定门限，判定圆盘锯8过载或卡阻；4)若电机电流或刀具转速出现周期性的脉动，判定圆盘锯8有损伤；一旦出现1)-4)中任一情况，即快速通过刀具控制器向刀具电机输出先刹车后反转指令，通过飞行控制器向飞行动力装置输出反向回退指令，以实现空中机器人保护性退避，同时通过飞行平台内的通信模块向地面人员发送安全报警信息。优选的，一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置的保护方法，该方法如下：1)双圆盘锯平衡作业状态的检测方法：设两个圆盘锯的平均转速分别为瞬时转速分别为Na、Nb；设电机的平均电流分别为瞬时电流分别为Ia、Ib；设锯片的平均温度分别为瞬时温度分别为Ta、Tb；定义两个圆盘锯的平均转速差瞬时转速差ΔN＝Na-Nb；电机的平均电流差瞬时电流差ΔI＝Ia-Ib；锯片的平均温度差瞬时温度差ΔT＝Ta-Tb，有：A)若|ΔN|≥δN、|ΔI|≥δI、|ΔT|≥δT中任一成立，判定两个圆盘锯平衡作业失常，其中的δN、δI、δT均大于等于0，分别为各对应物理参数的平衡作业判定阈值；B)若判定两个圆盘锯平衡作业失常，其中的δ≥0，为平衡作业综合判定阈值，k1～k6为权值系数；2)双圆盘锯平衡补偿及保护控制方法：将各圆盘锯的转速、电机电流、锯片温度及平衡作业状态信息反馈给空中机器人的飞行控制器，若判定两个圆盘锯平衡作业失常，则A)刀具控制器立即做出先刹车后反旋控制，使圆盘锯(8)退出作业，同时向空中机器人的飞行控制器发送保护性回退指令；B)由飞行控制器控制空中机器人向转速高、电流小、温度低的一侧圆盘锯运动微调，实施双刀具平衡补偿。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术的效果如下：1)本专利技术在保护关节中设置能够感知双锯刀具所受树障反作用力与力矩的轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器，据此设计了空中机器人作业保护与控制方法，一方面提高了空中机器人在树障清理过程中的自我安全保护能力，另一方面通过自动作业进给机制有效提升了空中机器人的清障作业效率与自动化程度；2)根据刀具控制器所感知的刀具转速、刀具温度和电机电流，设计了刀具过载、卡阻及损伤状态的门限评估机制，并在刀具出现过载、卡阻及损伤情况时，通过刀具控制器对刀具电机实施先刹车后反转控制，并配合空中机器人保护性退避，实现对双圆盘锯、刀具电机及空中机器人的有效保护；3)基于刀具控制器所感知的刀具转速、刀具温度和电机电流，设计了双圆盘锯平衡作业状态检测与补偿保护方法，实现了双锯刀具作业的动态平衡及失衡调节下的刀具保护及空中机器人的安全退避。附图说明图1为本专利技术的机器人结构示意图；图2为本专利技术的机器人航向微调前结构示意图；图3为本专利技术的机器人航向微调后结构示意图图4为本专利技术的保护关节结构示意图；图5为本专利技术的控制系统结构示意图。图中，1—飞行平台，2—机械臂，3—保护关节，4—接头，5—刀具控制器，6—刀具架，7—刀具电机，8—圆盘锯，9—温度传感器；1201—固定叉，1202—十字轴，1203—活动叉，1204—圆柱套，1205—弹簧，1206—螺钉。具体实施方式下面，结合附图及具体的实施例对本专利技术进行进一步介绍。实施例1：如图1-图5所示，一种树障清理空中机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置，其特征在于：包括连接在飞行平台(1)和双圆盘锯(8)间的作业臂上的保护关节(3)，保护关节(3)内置有感知树障作用于双圆盘锯(8)的轴向力、俯仰力矩、航向力矩和滚转力矩的轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器，轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器连接到飞行平台(1)内的飞行控制器，飞行控制器连接到刀具控制器(5)和飞行平台(1)内的飞行动力装置，刀具控制器(5)连接着驱动双圆盘锯(8)的两个刀具电机(7)、感知双圆盘锯(8)转速与温度的两个转速传感器与两个温度传感器(9)、感知两个刀具电机(7)工作电流的两个电流传感器。

【技术特征摘要】
1.一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置，其特征在于：包括连接在飞行平台(1)和双圆盘锯(8)间的作业臂上的保护关节(3)，保护关节(3)内置有感知树障作用于双圆盘锯(8)的轴向力、俯仰力矩、航向力矩和滚转力矩的轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器，轴向力传感器、俯仰力矩传感器、航向力矩传感器和滚转力矩传感器连接到飞行平台(1)内的飞行控制器，飞行控制器连接到刀具控制器(5)和飞行平台(1)内的飞行动力装置，刀具控制器(5)连接着驱动双圆盘锯(8)的两个刀具电机(7)、感知双圆盘锯(8)转速与温度的两个转速传感器与两个温度传感器(9)、感知两个刀具电机(7)工作电流的两个电流传感器。2.根据权利要求1所述的一种树障清理空中机器人的双锯刀具控制装置的保护方法，其特征在于：该方法如下：1)通过保护关节(3)感知的双圆盘锯(8)所受树障轴向反作用力或俯仰、航向、滚转反作用力矩，一旦达到或超过预定的保护门限，判定刀具处于过载状态，即令刀具控制器(5)和飞行控制器自动同步进入保护模式：控制双圆盘锯(8)先刹车后反转，同时控制空中机器人向后运动退出作业。2)步骤1)中反作用力或力矩若小于预定的保护门限，将作为空中机器人运动微调的控制输入，具体控制方法如下：A)设清理树障时保护关节(3)感知的轴向力为X，向后为正，相应的作业门限为λX、不灵敏区为δX，其中，λX＞0，0≤δX＜λX，有：若X<0，判定空中机器人受到树障的前向拉力，飞行控制器可采取如下方法之一：①控制飞行平台(1)向前运动微调，若X正向增加则继续当前清障作业，若X不变或负向增加则转到②；②控制飞行平台(1)进入悬停状态，同时通过飞行平台(1)内的通信模块向地面人员发送安全报警信息，以求人工干预；若X＜λX-δX，飞行控制器控制飞行平台(1)向前运动微调，使轴向力增大，实现轴向自动作业进给；若|X-λX|≤δX，飞行控制器控制飞行平台(1)保持悬停，轴向进给量为零；若X＞λX+δX，飞行控制器控制飞行平台(1)向后运动微调，使轴向力减小，实现轴向自动保护回退；B)设清理树障时保护关节(3)感知的航向力矩为N，俯视向右为正，相应的不灵敏区为δN，其中，δN≥0，有：若|N|＞δN，飞行控制器控制飞行平台(1)向使|N|减小的方向进行航向微调，实现左右自动平衡调整；若|N|≤δN，飞行控制器控制飞行平台(1)保持当前航向；C)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠，徐浩，高承贵，袁正梅，王炜，陶坤，李捷文，王少辉，常乐，
申请(专利权)人：南京太司德智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32