CN101769971B - 一种绝缘子检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动检测机器人，具体地说是一种绝缘子检测机器人，包括第一履带轮、箱体、第二履带轮、变距伸缩机构及探头驱动机构，箱体上安装有变距伸缩机构，第一、二履带轮位于箱体的两侧、分别与变距伸缩机构相铰接，第一、二履带轮上分别连接有第一、二行程传感器；箱体的下方设有探头驱动机构。本发明采用能够伸缩变化的变距伸缩机构，能适应双联水平绝缘子串的距离变化，安全保护性好，行走速度快，上串操作简单，对绝缘子涂层磨损小，探头搭接可靠，适合绝缘子带电检测。

Description

一种绝缘子检测机器人

技术领域

本发明涉及移动检测机器人，具体地说是一种绝缘子检测机器人。

背景技术

绝缘子是架空高压输电线路上用于导线与铁塔连接的绝缘设备，劣化绝缘子的预防检测对于保证高压输电线路安全运行具有重要意义，传统的检测方式为人工登塔高空作业。但是随着电压等级的提高，绝缘子串长度不断增加，人工检测作业的难度也越来越大。因此研制一种可以沿绝缘子串自动行走的绝缘子带电检测机器人，成为解决超高压输电线路绝缘子带电检测的有效途径。超高压输电线路中绝缘子串的使用方式主要有两种：水平方式和悬垂方式，而水平绝缘子串检测的自动行走装置更加难以实现。

现有的绝缘子检测装置针对若干实际问题考虑不尽充分，存在诸多不足，例如：由于绝缘子瓷裙上通常涂有防污闪涂料，现有的绝缘子检测行走装置在应用时，会造成使绝缘子瓷裙防污闪涂料的磨损；绝缘子串与铁塔间的距离和电势差较大，上串操作困难；沿串方向的导体容易造成绝缘子的直接或感应短接，使带电作业的安全性降低；水平双联绝缘子的距离实际上并非相等，沿串行走连续性较差，检测作业速度慢。总之，到目前为止在本技术领域中尚未出现有效、实用的绝缘子带电检测机器人。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种具有变距伸缩功能的绝缘子检测机器人，充分利用了水平绝缘子串双联的特点设计，对绝缘子磨损小、短接绝缘子少，安全保护性好，上串操作简单，移动速度快，检测准确，可沿水平双串行走、带电检测。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括第一履带轮、箱体、第二履带轮、变距伸缩机构及探头驱动机构，箱体上安装有变距伸缩机构，第一、二履带轮位于箱体的两侧、分别与变距伸缩机构相铰接，第一、二履带轮上分别连接有第一、二行程传感器；箱体的下方设有探头驱动机构。

其中：所述第一、二履带轮上分别安装有高度可调的安全保护机构；安全保护机构包括内、外支架、内、外导向杆及内、外连接架，内、外支架分别通过第一螺钉安装在履带轮的两侧，内、外支架的连接端开有条形槽，第一螺钉设置在条形槽内；内、外支架上分别安装有内、外导向杆，内、外连接架分别固定在内、外导向杆上；所述变距伸缩机构为两个，结构相同，分别安装在箱体的前、后两面，该变距伸缩机构包括第一、二导向座、第一、二滑动轴、第一、二齿条、齿轮、齿轮轴及锁紧螺母，第一、二滑动轴分别通过第一、二导向座可相对滑动地安装在箱体上，第一、二滑动轴的一端分别与第一、二履带轮铰接，另一端分别与第一、二齿条相连接；齿轮轴安装在箱体上，齿轮可转动地套接在齿轮轴上，第一、二齿条分别位于齿轮的下、上两侧，在齿轮轴上设有定位齿轮的锁紧螺母；齿轮轴的一端插接在箱体内，另一端螺纹连接有锁紧螺母；齿轮通过轴承套接在齿轮轴上，齿轮轴上还设有位于齿轮两侧的第一、二套筒，第一套筒抵接于锁紧螺母；所述第一、二履带轮结构相同，包括第二同步带、橡胶履带、被动轮、驱动轮、驱动电机及内、外联板，驱动轮、被动轮、驱动电机分别安装在内、外联板之间，驱动轮、被动轮位于履带轮的前后两端，驱动轮通过第二同步带与驱动电机相连，被动轮通过橡胶履带与驱动轮相连；履带轮的底部设有多根安装在内、外联板之间的支撑辊子；驱动电机通过电机座设置在内、外联板之间；第一、二履带轮的纵向长度两片且大于三片绝缘子的轴向长度；所述探头驱动机构包括探头驱动电机、主动轮、第一同步带、从动轮、驱动杆及检测探头，探头驱动电机安装在箱体内，探头驱动电机的输出轴上设有主动轮，套接在驱动杆上的从动轮通过第一同步带与主动轮相连接，驱动杆的两端设有检测探头；探头驱动电机安装在箱体的底板上，底板下部、第一同步带的两侧对称设有支撑架，驱动杆安装在支撑架上，检测探头的一端通过第三销轴与驱动杆铰接，另一端为检测端。

本发明的优点与积极效果为：

1.具有变距伸缩功能。本发明具有变距伸缩机构，在呈八字分布的水平双联绝缘子串上行走时，两履带轮间的距离能随绝缘子串距离的变化而伸缩变化。

2.安全保护性好。本发明在沿绝缘子串行走时，两个履带轮侧面的安全保护机构始终罩在绝缘子串上，使机器人在行走检测过程中不至于从绝缘子串上掉下来，起到安全保护作用。

3.上串操作简单。本发明充分利用了水平绝缘子串双联的实际作业环境特点，采用两个履带轮和箱体构成一个链状结构形式，上串操作简单，符合电力操作安全规则。

4.短接绝缘子数目少。本发明主要采用绝缘材料，非绝缘器件均布于箱体纵向中间位置，使得接触或感应短接的绝缘子片数不超过二片。

5.对绝缘子涂层磨损小。本发明与绝缘子直接接触的履带式行走机构和安全保护机构材料均为绝缘材料，对绝缘子瓷裙上的防污闪涂料涂层磨损较小。

6.本发明机构采用履带式行走方式，运动连续性好，检测作业速度较快，具有一定的爬坡能力。

7.检测探头搭接可靠。本发明采用电机驱动的主动驱动方式，使检测探头与绝缘子钢帽接触的可靠性较好，保证了检测数据的真实性。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明结构主视图；

图3为本发明变距伸缩机构的局部示意图；

图4为本发明履带轮结构示意图；

图5为本发明探头驱动机构结构示意图；

图6为本发明收缩状态示意图；

图7为本发明伸长状态示意图；

其中：1为第一履带轮，2为第一行程传感器，3为箱体，4为第二履带轮，5为第二行程传感器，6为外支架，7为外导向杆，8为外连接架，9为外联板，10为第一螺钉，11为检测探头，12为内导向杆，13为内连接架，14为内支架，15为内联板，16为第一支撑座，17为第一销轴，18为第一导向座，19为第一滑动轴，20为第一齿条，21为第二螺钉，22为第一套筒，23为齿轮，24为第二套筒，25为齿轮轴，26为轴承，27为锁紧螺母，28为第二齿条，29为第二滑动轴，30为第二导向座，31为第二销轴，32为第二支撑座，33为探头驱动电机，34为主动轮，35为支撑架，36为第一同步带，37为从动轮，38为驱动杆，39为第三销轴，40为第二同步带，41为电机座，42为橡胶履带，43为被动轮，44为驱动轮，45为支撑辊子，46为驱动电机，47为条形槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明在耐张塔水平双串绝缘子上行走，如图1、图2所示，包括第一履带轮1、箱体3、第二履带轮4、变距伸缩机构及探头驱动机构，箱体3上安装有变距伸缩机构，第一、二履带轮1、4位于箱体3的两侧、分别与变距伸缩机构相铰接，第一、二履带轮1、4上分别连接有第一、二行程传感器2、5；箱体3的下方设有探头驱动机构。第一、二履带轮1、4上分别安装有高度可调的安全保护机构。

如图1～3所示，变距伸缩机构为两个，结构相同，分别安装在箱体3的前、后两面，该变距伸缩机构包括第一导向座18、第二导向座30、第一滑动轴19、第二滑动轴29、第一齿条20、第二齿条28、齿轮23、齿轮轴25及锁紧螺母27，第一、二导向座18、30为拱形，第一、二滑动轴19、29分别容置于拱形的第一、二导向座18、30与箱体3形成的空间内，并且第一、二滑动轴19、29相对箱体3可往复滑动；第一、二滑动轴19、29的一端分别通过第一、二销轴17、31与第一、二履带轮1、4上的第一、二支撑座16、32相铰接，另一端通过第二螺钉21分别与第一、二齿条20、28相连接，第一、二滑动轴19、29可分别绕第一、二销轴17、31在水平面内转动；齿轮轴25的一端插接在箱体3内，用两个螺母锁死，另一端螺纹连接有锁紧螺母27，齿轮23通过轴承26套接在齿轮轴25上，第一、二齿条20、28分别位于齿轮23的下、上两侧，齿轮轴25上还设有位于齿轮23两侧的第一、二套筒22、24，第一套筒22抵接于锁紧螺母27，由锁紧螺母27锁死。当一侧滑动轴在导向座内伸长或缩短，通过齿轮齿条的作用，另一侧的滑动轴也相应地跟随伸长或缩短相同长度，实现第一、二履带轮1、4之间距离的伸缩变化，同时使箱体3保持在第一、二履带轮1、4之间的中心位置处。第一、二支撑座16、32上设有吊环，以便将机器人整体吊上串。

如图4所示，第一、二履带轮1、4结构相同，包括第二同步带40、橡胶履带42、被动轮43、驱动轮44、驱动电机46及内、外联板15、9，驱动轮44、被动轮43、驱动电机46分别安装在内、外联板15、9之间，驱动电机46安装在电机座41上，电机座41安装在履带轮的内部、位于两联板之间；履带轮的底部设有多根安装在内、外联板15、9之间的支撑辊子45；驱动轮44、被动轮43分别位于履带轮的前后两端，驱动轮44通过第二同步带40与驱动电机46相连，被动轮43通过橡胶履带42与驱动轮相连；第一、二履带轮1、4的内联板15上通过螺钉分别固接有与第一、二滑动轴19、29铰接的第一、二支撑座16、32。第一、二履带轮1、4的纵向长度两片且大于三片绝缘子的轴向长度，以保证行走过程中履带轮始终与两片绝缘子搭接，并且整个装置的质心沿轴向位于这两片绝缘子的中间。

安全保护机构包括内支架14、外支架6，内导向杆12、外导向杆7内连接架13、及外连接架8，内、外支架14、6分别通过第一螺钉10安装在履带轮的内、外联板15、9上，内、外支架14、6的连接端开有条形槽47，第一螺钉10设置在条形槽47内，可在条形槽47内任一位置把紧，实现内、外支架14、6的高度可调；内、外支架14、6上分别安装有内、外导向杆12、7，内、外连接架13、8分别固定在内、外导向杆12、7上。

如图5所示，探头驱动机构包括探头驱动电机33、主动轮34、支撑架35、第一同步带36、从动轮37、驱动杆38及检测探头11，探头驱动电机33安装在箱体3的底板上，探头驱动电机33的输出轴上设有主动轮34，主动轮34也位于箱体3内；套接在驱动杆38上的从动轮37通过第一同步带36与主动轮34相连接，底板下部、第一同步带36的两侧对称设有支撑架35，驱动杆38安装在支撑架35上，检测探头11的一端通过第三销轴39与驱动杆38铰接，另一端为检测端。检测探头11为两根弹性金属杆。探头驱动电机33带动主动轮34转动，通过第一同步带36传动，使与从动轮37安装在一起的驱动杆38旋转，驱动检测探头11转动而搭接在绝缘子两侧的钢帽上。

本发明的箱体3内安装有控制器、电池和检测仪，其中控制器为现有技术，可为PLC、单片机等；检测仪为市购产品，可购置于北京深浪电子技术有限公司生产的型号为JXD35-500的检测仪。

本发明的工作原理为：

本发明机构不工作时检测探头11是相互折叠的状态，变距伸缩机构缩到最短位置，如图6所示。需要作业时，展开检测探头11。手动拉伸第一、二履带轮1、4，通过第一、二履带轮1、4上的第一、二支撑座16、32与第一、二滑动轴19、29的铰接，使第一滑动轴19在第一导向座18内向外滑动，第一滑动轴19上的第一齿条20与齿轮23啮合，再通过齿轮23与第二齿条28的啮合，使第二滑动轴29与第一滑动轴19共同向外滑动，将第一、二履带轮1、4打开呈八字形；用绝缘绳吊住第一、二支撑座16、32上的吊环，以绝缘杆挑起本发明检测机器人水平搭置在绝缘子串上，外导向杆7与绝缘子接触，依靠检测机器人的自重和第一、二履带轮1、4的内外安全保护机构约束于绝缘子上。

驱动电机46工作，通过第二同步带40带动驱动轮44旋转，驱动轮44通过橡胶履带使被动轮43转动，检测机器人依靠第一、二履带轮1、4向前行走。当第一(二)行程传感器2(5)触发到一片绝缘瓷瓶时，第一(二)行程传感器2(5)向箱体3内的控制器发送到位信号，控制器根据传感器输入的位置信号，发送停止指令给驱动电机46让其停止运转；随后发送运行指令给探头驱动电机33让其运转，探头驱动电机33工作，驱动主动轮34旋转，主动轮34通过第一同步带36带动从动轮37转动，铰接在驱动杆38两端的检测探头11搭接到绝缘子前后的钢帽上对绝缘子进行检测。检测结束后控制器发送指令使探头驱动电机33反向运转，将检测探头11摆回到原位置，并启动驱动电机46，使第一、二履带轮1、4行走，直到第一(二)行程传感器2(5)触发到下一片绝缘子为止，重复上述行走及检测过程，直到整串绝缘子检测完成。

由于水平绝缘子双串之间的距离从头到尾不是相等的，杆塔端双串距离为580mm，导线端双串距离为450mm，因此检测机器人从杆塔端向导线端行走时，随着履带轮朝前行走，两绝缘子间距离变窄，罩在绝缘子串上的第一、二履带轮1、4内侧的内导向杆12前端会与绝缘子串接触，第一、二履带轮1、4的内导向杆12前端同时受到绝缘子向内的压力，迫使与第一、二履带轮1、4前端相连的第一、二滑动轴19、29同时向内移动，使第一、二履带轮1、4前端间距离变小，由于齿轮23与第一、二齿条20、28的作用，第一、二滑动轴19、29向内移动相同长度，箱体3始终能保持在第一、二履带轮1、4的中间位置；这样，第一、二履带轮1、4始终沿绝缘子串轴线方向行走，检测机器人从杆塔端走到导线端，第一、二履带轮1、4间的距离在变距伸缩机构的作用下适应绝缘子双串距离的变化，履带轮实现了由宽变窄的变距伸缩功能。

机器人检测完绝缘子返回时，绝缘子双串距离从窄变宽，这时第一、二履带轮1、4外侧的外导向杆7前端会与绝缘子串接触，第一、二履带轮1、4的外导向杆7前端同时受到绝缘子的向外的压力，迫使第一、二滑动轴19、29同时向外移动，使第一、二履带轮1、4前端间距离变大，在齿轮23与第一、二齿条20、28的作用下，第一、二滑动轴19、29向外移动相同长度，箱体3保持在第一、二履带轮1、4的中间位置。这样，第一、二履带轮1、4始终沿绝缘子串轴线方向行走，检测机器人从导线端走到杆塔端，第一、二履带轮1、4的距离在变距伸缩机构的作用下适应绝缘子双串距离的变化，实现了由窄变宽的变距功能。

检测作业全部结束后从双联绝缘子串上取下检测机器人，将检测探头11折叠到箱体底部，并将展开的变距伸缩机构收拢。

本实施例中，除检测仪、控制器、电机、减速器、轴承和电气元件外，其它零部件均采用绝缘的非金属材料。

本发明采用能够伸缩变化的变距伸缩机构，能适应双联水平绝缘子串的距离变化，安全保护性好，行走速度快，上串操作简单，对绝缘子涂层磨损小，探头搭接可靠，适合绝缘子带电检测。

Claims (7)

1.一种绝缘子检测机器人，其特征在于：包括第一履带轮(1)、箱体(3)、第二履带轮(4)、变距伸缩机构及探头驱动机构，箱体(3)上安装有变距伸缩机构，第一、二履带轮(1、4)位于箱体(3)的两侧、分别与变距伸缩机构相铰接，第一、二履带轮(1、4)上分别连接有第一、二行程传感器(2、5)；箱体(3)的下方设有探头驱动机构；所述变距伸缩机构为两个，结构相同，分别安装在箱体(3)的前、后两面，该变距伸缩机构包括第一、二导向座(18、30)、第一、二滑动轴(19、29)、第一、二齿条(20、28)、齿轮(23)、齿轮轴(25)及锁紧螺母(27)，第一、二滑动轴(19、29)分别通过第一、二导向座(18、30)可相对滑动地安装在箱体(3)上，第一、二滑动轴(19、29)的一端分别与第一、二履带轮(1、4)铰接，另一端分别与第一、二齿条(20、28)相连接；齿轮轴(25)安装在箱体(3)上，齿轮(23)可转动地套接在齿轮轴(25)上，第一、二齿条(20、28)分别位于齿轮(23)的下、上两侧，在齿轮轴(25)上设有定位齿轮(23)的锁紧螺母(27)。

2.按权利要求1所述的绝缘子检测机器人，其特征在于：所述第一、二履带轮(1、4)上分别安装有高度可调的安全保护机构；所述安全保护机构包括内、外支架(14、6)、内、外导向杆(12、7)及内、外连接架(13、8)，内、外支架(14、6)分别通过第一螺钉(10)安装在履带轮的两侧，内、外支架(14、6)的连接端开有条形槽(47)，第一螺钉(10)设置在条形槽(47)内；内、外支架(14、6)上分别安装有内、外导向杆(12、7)，内、外连接架(13、8)分别固定在内、外导向杆(12、7)上。

3.按权利要求1所述的绝缘子检测机器人，其特征在于：所述齿轮轴(25)的一端插接在箱体(3)内，另一端螺纹连接有锁紧螺母(27)；齿轮(23)通过轴承(26)套接在齿轮轴(25)上，齿轮轴(25)上还设有位于齿轮(23)两侧的第一、二套筒(22、24)，第一套筒(22)抵接于锁紧螺母(27)。

4.按权利要求1或2所述的绝缘子检测机器人，其特征在于：所述第一、二履带轮(1、4)结构相同，包括第二同步带(40)、橡胶履带(42)、被动轮(43)、驱动轮(44)、驱动电机(46)及内、外联板(15、9)，驱动轮(44)、被动轮(43)、驱动电机(46)分别安装在内、外联板(15、9)之间，驱动轮(44)、被动轮(43)位于 履带轮的前后两端，驱动轮(44)通过第二同步带(40)与驱动电机(46)相连，被动轮(43)通过橡胶履带(42)与驱动轮相连。

5.按权利要求4所述的绝缘子检测机器人，其特征在于：所述履带轮的底部设有多根安装在内、外联板(15、9)之间的支撑辊子(45)；驱动电机(46)通过电机座(41)设置在内、外联板(15、9)之间。

6.按权利要求1或2所述的绝缘子检测机器人，其特征在于：所述探头驱动机构包括探头驱动电机(33)、主动轮(34)、第一同步带(36)、从动轮(37)、驱动杆(38)及检测探头(11)，探头驱动电机(33)安装在箱体(3)内，探头驱动电机(33)的输出轴上设有主动轮(34)，套接在驱动杆(38)上的从动轮(37)通过第一同步带(36)与主动轮(34)相连接，驱动杆(38)的两端设有检测探头(11)。

7.按权利要求6所述的绝缘子检测机器人，其特征在于：所述探头驱动电机(33)安装在箱体(3)的底板上，底板下部、第一同步带(36)的两侧对称设有支撑架(35)，驱动杆(38)安装在支撑架(35)上，检测探头(11)的一端通过第三销轴(39)与驱动杆(38)铰接，另一端为检测端。 

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