阅读说明：本技术 一种高压线上取放北斗导航监测器的六旋翼无人机系统 (Six-rotor unmanned aerial vehicle system for taking and placing Beidou navigation monitor on high-voltage line ) 是由 刘晓黎 崔王旭 甄圣超 陈锋 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高压线上取放北斗导航监测器的六旋翼无人机系统,属于空中机器人技术领域。包括六旋翼无人机、机载控制系统和监测器挂装机构,六旋翼无人机本体的底部通过安装板固定设有抓取机械臂机构和双目相机；抓取机械臂机构为两轴机械臂,抓取目标物体的重量小于4kg；监测器挂装机构包括安装桶、一对挂臂和横杆。将北斗监测器放入安装桶,六旋翼无人机通过监测器挂装机构将北斗导航监测器挂装到高压线上；且通过自锁机构实现了在高压线上挂装北斗导航监测器的自锁。用于切割高压线上的缠绕物时,抓取机械臂机构夹住切割刀具的刀柄,切割刀具为星型切割器；通过机载控制系统确定高压线上缠绕物的位置,实施切割。(The invention relates to a six-rotor unmanned aerial vehicle system for picking and placing a Beidou navigation monitor on a high-voltage line, and belongs to the technical field of aerial robots. The unmanned aerial vehicle with six rotor wings comprises an unmanned aerial vehicle with six rotor wings, an airborne control system and a monitor hanging mechanism, wherein a grabbing mechanical arm mechanism and a binocular camera are fixedly arranged at the bottom of a body of the unmanned aerial vehicle with six rotor wings through a mounting plate; the grabbing mechanical arm mechanism is a two-axis mechanical arm, and the weight of the grabbed target object is less than 4 kg; the monitor hanging mechanism comprises a mounting barrel, a pair of hanging arms and a cross rod. The Beidou monitor is placed in the installation barrel, and the six-rotor unmanned aerial vehicle hangs the Beidou navigation monitor on a high-voltage line through the monitor hanging mechanism; and the self-locking of hanging the Beidou navigation monitor on the high-voltage line is realized through the self-locking mechanism. When the device is used for cutting the winding on the high-voltage wire, the grabbing mechanical arm mechanism clamps a cutter handle of a cutting tool, and the cutting tool is a star-shaped cutter; and determining the position of the winding on the high-voltage wire through an onboard control system to implement cutting.)

一种高压线上取放北斗导航监测器的六旋翼无人机系统

技术领域

本发明属于空中机器人技术领域，具体涉及一种高压线上取放北斗导航监测器的六旋翼无人机系统。

背景技术

目前，北斗卫星导航定位技术已广泛应用于交通运输、基础测绘、工程勘测、资源调查、地震监测、气象探测和海洋勘测等领域，这些功能的实现离不开地面端的北斗监测站的建设，但是目前地面端的北斗监测站的建设需要安装在高空电缆上，需要人工进行断电安装，费时费力，危险系数高，不利于北斗监测站的建设。

随着机器人技术的迅速发展，机器人承担的任务变得多种多样，对于空中机器人技术的研发也愈发火热，六旋翼无人机是一款无人驾驶飞行系统，具有悬停性能优异、机械结构紧凑、零部件可靠性高等优点。

但是，现有的六旋翼无人机仅仅是停留在航拍、测绘和观察的层次，虽然也有在六旋翼无人机上加载机械臂和夹爪的技术，这种技术虽然能完成物体的转运和一些较为简单的任务，但是对于需要完成在高空电缆上挂载重物和复杂环境下操作的任务，现有的技术就无法完成。

发明内容

为了实现在高压线上取放北斗导航监测器的高空精细作业，本发明提供一种高压线上取放北斗导航监测器的六旋翼无人机系统。

一种高压线上取放北斗导航监测器的六旋翼无人机系统包括六旋翼无人机本体1、六只旋叶2和机载控制系统3，所述六旋翼无人机本体1的周边上均布设有六条悬臂，六只旋叶2分别对应设于六条悬臂的端部；所述机载控制系统3包括地面控制电脑12和控制系统；所述地面控制电脑12在无干扰、无阻挡条件下的最大通信距离为20km。

所述六旋翼无人机本体1的底部通过安装板固定设有抓取机械臂机构和双目相机51；

所述抓取机械臂机构为两轴机械臂，包括依次连接的头端连接件41、关节连接件42、末端连接件43、夹爪44和末端夹具45；抓取目标物体的重量小于4kg，目标物体被抓取处的直径为35mm～55mm；

还包括监测器挂装机构或切割刀具。监测器挂装机构包括安装桶17、一对挂臂16和横杆15；

将北斗监测器放入监测器挂装机构的安装桶17内；在执行高压线上收放监测器作业时，通过双目相机51获取工作区域的图像，控制系统确定高压线位置处于机械臂机构的工作范围内，抓取机械臂机构的末端夹具45夹住监测器挂装机构的横杆15；机载控制系统3控制六旋翼无人机到达指定的高压线位置，抓取机械臂机构的末端夹具45松开监测器挂装机构的横杆15，通过一对挂臂16将北斗导航监测器挂装到高压线上；

用于切割高压线上的缠绕物时，抓取机械臂机构的末端夹具45夹住切割刀具的刀柄，通过控制系统确定高压线上缠绕物的位置处于切割刀具的切割范围，切割刀具开始切割工作，直至控制系统判定切割任务已完成；机载控制系统3控制六旋翼无人机继续执行下一处切割任务。

进一步限定的技术方案如下：

所述抓取机械臂机构4为两轴机械臂，两轴机械臂中电机为永磁同步电机，具有高效率，结构简单，运行可靠，体积小，重量轻。抓取机械臂机构4的末端夹具45的最大开合行程为20mm、夹紧力为50-80N。

所述夹爪44为电动夹爪EFG-20。

所述监测器挂装机构包括安装桶17、一对挂臂16和横杆15；所述一对挂臂16固定设于安装桶17的轴向两端，所述挂臂16的上端设有挂钩，与挂钩相邻的每个挂臂上设有锁紧机构；所述锁紧机构包括拉杆161、导轨卡板162、连接杆163、导轨164、弹簧165和卡钩166；所述导轨164呈直立状开设于挂钩后侧的挂臂16上，导轨164上部设有导轨卡板162，所述拉杆161插设在导轨164和导轨卡板162之间，且与导轨164配合；拉杆161的下端固定边连接着所述弹簧165的一端，弹簧165的另一端通过销固定在挂臂16的下部；所述横杆15的两端分别固定连接着一对锁紧机构16的拉杆161上端；所述连接杆163包括长连杆和短连杆，长连杆的一端和短连杆的一端铰接，长连杆的中部活动铰接在挂臂16上，短连杆的另一端铰接连接着拉杆161的下端；所述卡钩166的一端活动铰接设于连接杆163上方的挂臂16上，卡钩166的另一端下方对应着长连杆的另一端；一对拉杆161分别沿导轨164向下运动，带动连接杆163中短连杆推动长连杆转动，长连杆推动卡钩166的另一端绕活动端转动向着挂臂16的挂钩对合，实现锁紧状态；在一对弹簧165的作用下，一对拉杆161分别沿导轨164向上运动，带动连接杆163中短连杆反向拉动长连杆转动，长连杆脱离卡钩166，卡钩166绕活动端反向转动，与挂臂16的挂钩分离实现开启状态。

所述切割刀具为星型切割刀。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

（1）本发明通过在六旋翼无人机上增设两轴机械臂、视觉系统、监测器挂装机构实现了高压线上挂装北斗导航监测器。另一方面，通过六旋翼无人机上的两轴机械臂夹持切割刀具，用于切割高压线上的缠绕物。

（2）本发明的监测器挂装机构上设有自锁机构，实现了在高压线上挂装北斗导航监测器的自锁。监测器挂装机构上的自锁机构具有结构简单，稳定可靠，操作方便的优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1仰视的结构示意图。

图3为本发明视觉系统结构示意图。

图4为本发明两轴机械臂结构示意图。

图5为监测器挂装机构结构示意图。

图6为监测器挂装机构锁紧状态示意图。

图7为锁紧机构的结构示意图。

图8为锁紧机构的的锁紧状态示意图。

图9为本发明用于高压线上取放北斗导航监测器的示意图。

图10为抓取机械臂机构转折正150度角状态图。

图11为抓取机械臂机构转折反150度角状态图。

图12为抓取机械臂机构的夹持切割刀具的状态图。

上图中序号：六旋翼无人机本体1、旋叶2、机载控制系统3、两轴机械臂4、头端连接件41、关节连接件42、末端连接件43、夹爪44、末端夹具45；视觉系统5、双目相机51、图像传输模块52、图像处理模块53；支撑架6、安装板7、相机安装板8、机械臂控制系统9、变压电路板10、地面控制电脑12；星型切割器14、支撑杆141、刀头142；横杆15、挂臂16、安装桶17、高空电缆18、拉杆161、导轨卡板162、连接杆163、导轨164、弹簧165、卡钩166。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例1、实施例2对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1，一种高压线上取放北斗导航监测器的六旋翼无人机系统包括六旋翼无人机本体1、六只旋叶2和机载控制系统3。六旋翼无人机本体1的周边上均布安装有六条悬臂，六只旋叶2分别对应安装于六条悬臂的端部。

机载控制系统3包括地面控制电脑12和控制系统。地面控制电脑12在无干扰、无阻挡条件下的最大通信距离为20km。控制系统包括视觉控制系统5、机械臂控制系统9和变压电路板10。视觉控制系统5包括双目相机51、图像传输模块52和图像处理模块53。

参见图3，双目相机51安装在相机安装板8的底面中部，图像传输模块52和图像处理模块53分别安装在相机安装板8的顶面，相机安装板8的顶面还安装有倒U型夹板。视觉控制系统5通过相机安装板8固定安装在六旋翼无人机本体1的底部一侧，见图2。

参见图4，抓取机械臂机构为两轴机械臂4，包括依次连接的头端连接件41、关节连接件42、末端连接件43、夹爪44和末端夹具45。抓取目标物体的重量小于4kg，目标物体被抓取处的直径为35mm～55mm。抓取机械臂机构通过头端连接件41固定安装在安装板7的底面上，机械臂控制系统9和变压电路板10分别安装在安装板7上，抓取机械臂机构通过安装板7固定安装在六旋翼无人机本体1的底部另一侧，见图2。

参见图5和图6，还包括监测器挂装机构。监测器挂装机构包括安装桶17、一对挂臂16、一对锁紧机构16和横杆15。

参见图5，一对挂臂16固定安装于安装桶17的轴向两端。挂臂16的上端设有挂钩，与挂钩相邻的每个挂臂上设有锁紧机构。参见图7，所述锁紧机构包括拉杆161、导轨卡板162、连接杆163、导轨164、弹簧165和卡钩166。所述导轨164呈直立状开设于挂钩后侧的挂臂16上，导轨164上部固定安装有导轨卡板162；拉杆161插装在导轨164和导轨卡板162之间，且与导轨164配合。拉杆161的下端固定边连接着弹簧165的一端，弹簧165的另一端通过销固定在挂臂16的下部。横杆15的两端分别固定连接着一对拉杆161上端。连接杆163包括长连杆和短连杆，长连杆的一端和短连杆的一端铰接，长连杆的中部活动铰接在挂臂16上，短连杆的另一端铰接连接着拉杆161的下端；卡钩166的一端活动铰接安装于连接杆163上方的挂臂16上，卡钩166的另一端下方对应着长连杆的另一端。一对拉杆161分别沿导轨164向下运动，带动连接杆163中的短连杆推动长连杆转动，长连杆推动卡钩166的另一端绕活动端转动向着挂臂16的挂钩对合，实现锁紧状态，见图6和图8；在一对弹簧165的作用下，一对拉杆161分别沿导轨164向上运动，带动连接杆163中的短连杆反向拉动长连杆转动，长连杆脱离卡钩166，卡钩166绕活动端反向转动，与挂臂16的挂钩分离实现开启状态，见图7。

参见图9，在执行高压线上收放监测器作业时，将北斗监测器放入监测器挂装机构的安装桶17内，二者的总重量为3kg，被抓取的横杆15的直径为40mm。通过双目相机51获取工作区域的图像，通过控制系统确定高压线位置处于抓取机械臂机构的工作范围内；抓取机械臂机构的末端夹具45夹住监测器挂装机构的横杆15；此时，在横杆15的向上拉动下，一对拉杆161分别沿导轨164向上运动，带动连接杆163中的短连杆反向拉动长连杆转动，长连杆脱离卡钩166，卡钩166绕活动端反向转动，与挂臂16的挂钩分离的开启状态。机载控制系统3控制六旋翼无人机到达指定的高压线位置，抓取机械臂机构的末端夹具45使一对挂臂16的挂钩接触到高压线18，并推送横杆15，横杆15推动一对拉杆161分别沿导轨164向下运动，带动连接杆163中的短连杆推动长连杆转动，长连杆推动卡钩166的另一端绕活动端转动向着挂臂16的挂钩对合，实现锁紧状态，使北斗导航监测器挂装到高压线18上。

实施例2

参见图12，用于切割高压线上的缠绕物时，抓取机械臂机构的末端夹具45夹住切割刀具的刀柄，切割刀具为星型切割器14，包括支撑杆141和刀头142。通过控制系统确定高压线上缠绕物的位置处于切割刀具的切割范围，切割刀具开始切割工作，直至控制系统判定切割任务已完成；机载控制系统3控制六旋翼无人机继续执行下一处切割任务。

实施例3

参见图10，抓取机械臂机构为两轴机械臂，两轴机械臂中电机为永磁同步电机，具有高效率，结构简单，运行可靠，体积小，重量轻。抓取机械臂机构4的末端夹具45的最大开合行程为20mm、夹紧力为50-80N。抓取机械臂机构的两轴转折正150度角状态实施作业。参见图11，抓取机械臂机构的两轴转折反150度角状态实施作业。

以上内容并非对本发明的结构、形状作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。