CN102013653A

CN102013653A - 高压线除冰巡检机器人

Info

Publication number: CN102013653A
Application number: CN 201010526848
Authority: CN
Inventors: 李莹; 庄江; 陈川; 冯宇; 王栋; 周亮
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明涉及一种在高压线上除冰和巡检并能穿越障碍物的机器人，包括除冰刀机构、行走机构、随动越障机构、对称定心机构、和安装在机身顶部的巡检摄像头；除冰刀由偏心曲柄滑块机构带动，通过电机轴齿轮驱动；行走机构由摩擦轮和夹持装置组成，摩擦轮靠链轮传递动力；随动越障机构由不与摩擦轮固联的扇轮组成，起悬吊机身的作用，越障时随障碍物向后转动，使悬垂金具等障碍物从机身穿过。本发明由一个电机驱动，可自行完成高压线除冰及巡检工作，避免了人工高空危险事故的发生，提高了救灾抢险的效率。

Description

高压线除冰巡检机器人

技术领域

本发明涉及高压线领域，提出了一种能同时在高压线上除冰、巡检和自行越障的高压线除冰巡检机器人。

技术背景

我国南方部分省市地区冬末春初之际经常遭受低温、雨雪、冰冻灾害，当气温在零度左右时，电网结构上所覆盖的积雪经融化和二次冻冰过程，使得高压线上所附冰柱更加坚固，另输电线路遭遇重大破坏，造成大规模经济损失。而在救灾抢险的过程中，电线除冰作业大都是人工进行，不仅增加了人员伤亡的危险，更限制了救灾工作的效率。为此我们综合巡线机器人和除冰方法方面的研究成果，设计了具有自动巡线并除去电线结冰的机器人。

考虑到电线的常用假设形式为塔桥悬挂式，该机器人主要用于此类电线的除冰或巡检工作，它能够利用随动机构穿越普通悬垂金具和塔桥悬线等障碍物，避免了工作人员频繁上线操作。

目前除冰机器人的开发仍处于起步阶段，而具有越障、夹紧等其他功能的机器人更是少之又少。而我们设计的除冰机器人结构简单紧凑，既可以巡线越障又可以夹紧除冰；控制部分简单可靠。在冰雪灾害的救援中，可以代替人从事高危环境下作业，能够有效减少和避免二次伤亡，提高救灾抢险的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高压线除冰和巡检并能自动越障的机器人。它可以代替人工作业，解决人工除冰和巡检危险性大、难度大、劳动强度高等问题。并且本发明的除冰效率更高，效果更好。摄像头可配备远程遥控模块，方便工作人员远距离随时监测除冰效果和电线故障。

本发明提供的技术方案是，一种高压线除冰巡检机器人，包括除冰刀机构、行走机构、随动越障机构、对称定心机构、和安装在机身顶部的巡检摄像头，所述除冰刀机构由偏心曲柄滑块机构带动；所述行走机构由摩擦轮和夹持装置组成，摩擦轮靠链轮传递动力；所述随动越障机构由不与摩擦轮固联的扇轮组成，起悬吊机身的作用，越障时随障碍物向后转动，使障碍物从机身穿过；所述对称定心机构由对称的连杆滑块构成。

除冰刀机构由偏心曲柄滑块机构带动，将周期回转运动变为30°的往复摆动，刀具位于摆杆的滑块和支撑点之间，为力放大机构，为除冰提供冲击力。

除冰刀机构由偏心曲柄滑块机构带动，电机轴驱动的一对啮合齿轮和滑块4固接，曲柄滑块机构的滑槽设在除冰刀6的除冰臂7上。

行走机构由水平的摩擦轮和夹持装置组成，利用四个弹簧将两对摩擦轮压在电线上，利用弹簧伸缩性适应一定范围内电线直径的变化。

行走机构的摩擦轮用链条带动，利用滚压式送料机构的原理，由电线给摩擦轮的反作用力推动机器人行走；摩擦轮为内空膛双曲回转体，外套胶皮。

随动越障机构由不与摩擦轮固联的扇轮组成，可随意转动，每对扇轮在任意转角均有至少两个轮辐在电线上方。

四个摩擦轮的轮轴在机身下部由对称的连杆滑块定心，以保证其空间对称结构，连杆和滑块的活动范围由摩擦轮和扇轮的张开度决定。摩擦轮和扇轮张开最大时，机体能自由上线或离线；张开最小时，摩擦轮能夹紧最小线径，可认为缝隙为零。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为除冰刀机构的结构示意图；

图4为除冰刀形状示意图；

图5为行走越障单元结构示意图；

图6为扇轮结构示意图；

图7为连杆滑块定心机构的结构示意图；

图8为摩擦轮行走原理图；

图9为夹持装置原理图；

图10为随动越障机构工作原理图；

图11为连杆滑块定心机构的工作原理图；

图12为传动部分原理图。

具体实施方式

为实现本发明的目的，需完成以下功能和运动：(1)将机身悬挂于电线上的机构，要求稳定可靠，多点定位；(2)机体重心保证在电线正下方，通过定心对称机构保证机身关于电线对称；(3)除冰刀的往复切割运动，要求运动连续平稳，速度快，咬合时有一定的加速度；(4)机器人的向前行走运动，随除冰的进行机身不断前进，除去下一段冰，速度平稳；(5)能够顺利翻越或穿越障碍高压线上的障碍物，包括平衡锤，悬垂金具等。

上述除冰刀6由一偏心曲柄滑块机构带动，如图3，通过偏心滑块将周期回转运动变为一定角度的往复摆动，摆动角度既能除去一定直径的冰，又不与两侧壁干涉，不浪费行程。除冰刀6位于摆杆的滑块5和支撑点8之间，为力放大机构，除冰瞬间提供较大的冲击力。电机轴驱动的一对啮合齿轮3和滑块4固接，曲柄滑块机构的滑槽4设在除冰臂7上。除冰刀形状如图4，可以使被切的冰柱四点受力，易于切碎结冰，又不伤害电线。

上述行走机构由水平的摩擦轮13和夹持装置组成，利用四个弹簧将两对摩擦轮13压在电线上，利用弹簧伸缩性适应一定范围内电线直径的变化。传动部分用链条带动摩擦轮16转动，利用滚压式送料机构的原理，由电线给摩擦轮的反作用力推动机器人行走，行进原理如图8、图9。为了减轻重量，将摩擦轮13设计成内空膛结构；为增加抓线能力，轮缘设计成双曲回转面，外套胶皮以增加摩擦力，轮缘两侧设计有凸缘，防止胶皮脱落。由于夹紧轴17尺寸较小，不宜加工键槽，因此摩擦轮13与夹紧轴17采用过盈配合连接。

上述随动越障机构由不与摩擦轮13固联的扇轮10、11、12组成，如图6，可随意转动，每对扇轮在任意转角是均有至少两个轮辐11、12在电线上方。没有障碍物时，扇轮将机身悬吊于电线上；遇到障碍物时，扇轮随障碍物向后转动，使障碍物从扇轮间隙中随其向后移动，工作原理如图10。每对行走机构和随动越障机构安装在一个半封闭箱体9中，便于在弹簧力的作用下同时随线径变化而移动。

上述四个摩擦轮的轮轴17在机身下部由对称的连杆滑块定心，如图7，以保证其空间对称结构，连杆18和滑块20的活动范围由摩擦轮1和扇轮的张开度决定。摩擦轮和扇轮张开最大时，机体能自由上线或离线；张开最小时，摩擦轮能夹紧最小线径，可认为缝隙为零，如图11。

本发明的传动部分由单个直流电机带动。由于除冰周期与摩擦轮行走周期不一致，故采用二级齿轮减速，由于运动传至摩擦轮轴处距离较远，与大齿轮24同轴固连的链轮25通过链条与后摩擦轮同轴固连的链轮26组成链传动并满足一定的传动比，此处为链轮的三级减速。最后，前摩擦轮和后摩擦轮通过齿数相等的链轮27和28同步驱动。传动系统原理如图12(虚线代表链条)。

参照附图，本发明包括以下几部分：由除冰刀6、除冰臂7、刀架主销8、除冰刀齿轮3组成的除冰刀机构；由摩擦轮13、弹簧、夹紧轴17、链轮16组成的行走机构；由扇轮轮毂10、扇轮轴11、滑套12、夹紧轴17、扇轮轴承组成的随动越障机构；由导轨14、滑块15、半封闭箱体9、拉杆18组成的连杆滑块定心机构；由机身侧壁2、机身底板19、横梁等组成的支撑结构；照明灯、摄像头等附属设备。其中除冰刀齿轮3与电机轴的轴伸齿轮22啮合，除冰刀齿轮上有滑槽4，与除冰臂固接的滑块5设在滑槽4内，除冰臂7与除冰刀6固接。行走机构的摩擦轮13与夹紧轴17过盈配合，夹紧轴17与传动机构的链轮16联接；夹紧轴17上部通过轴承与扇轮轮毂10联接，扇轮轮毂10上的扇轮轴11装有滑套12；每个行走越障单元10、11、12、13、17安装在一个箱体9内，机身侧板由四个导轨14相连，行走越障单元的箱体9装在与导轨14配合的滑块15上，由导轨两侧安装的弹簧推动每对摩擦轮13的夹紧。连杆滑块定心机构的导轨21与机身底板19固接，导轨上的滑块20与四个拉杆18铰接，拉杆18末端与夹紧轴17底端铰接。

本发明的工作过程如下：初始状态每对摩擦轮13间的缝隙为零，上线时手动搬动每对摩擦轮13或利用该发明配备的螺旋开启机构作用于机身底板19上的滑块20上，直至摩擦轮13张开最大，连杆定心机构位于死点时，摩擦轮13处于不稳定平衡状态。此时使电线从上部装入机体，稍拨动机身底板19上的滑块20则摩擦轮13自行闭合。运动时电机1通过齿轮减速带动除冰刀齿轮3周期转动，从而实现除冰刀6的往复摆动。与除冰刀齿轮3同轴的小齿轮通过二级齿轮减速和三级链轮减速将动力传递给单侧的夹紧轴17，从而带动摩擦轮13前进。机器人行走除冰时，扇轮10、11、12将机身悬吊于电线上；越障时，障碍物从扇轮间隙穿过，使扇轮随障碍物相对于机身向后转动。

本发明的上述运动过程可通过PLC、单片机等多种方式进行简单控制。

Claims

1.一种高压线除冰巡检机器人，包括除冰刀机构、行走机构、随动越障机构、对称定心机构、和安装在机身顶部的巡检摄像头，其特征在于：所述除冰刀机构由偏心曲柄滑块机构带动，电机轴驱动的一对啮合齿轮和滑块(4)固接，曲柄滑块机构的滑槽设在除冰刀(6)的除冰臂(7)上，除冰刀(6)位于摆杆的滑块和支撑点之间；所述行走机构由摩擦轮和夹持装置组成，摩擦轮靠链轮传递动力；所述随动越障机构由不与摩擦轮固联的扇轮组成，起悬吊机身的作用，越障时随障碍物向后转动，使障碍物从机身穿过；所述对称定心机构由对称的连杆滑块构成。

2.如权利要求1所述的高压线除冰巡检机器人，其特征在于：除冰刀机构由偏心曲柄滑块机构带动，将周期回转运动变为30°的往复摆动。

3.如权利要求1所述的高压线除冰巡检机器人，其特征在于：行走机构由水平的摩擦轮和夹持装置组成，利用四个弹簧将两对摩擦轮压在电线上，利用弹簧伸缩性适应一定范围内电线直径的变化。

4.如权利要求1所述的高压线除冰巡检机器人，其特征在于：行走机构的摩擦轮用链条带动，利用滚压式送料机构的原理，由电线给摩擦轮的反作用力推动机器人行走；摩擦轮为内空膛双曲回转体，外套胶皮。

5.如权利要求1所述的高压线除冰巡检机器人，其特征在于：随动越障机构由不与摩擦轮固联的扇轮组成，可随意转动，每对扇轮在任意转角是均有至少两个轮辐在电线上方。

6.如权利要求1所述的高压线除冰巡检机器人，其特征在于：四个摩擦轮的轮轴在机身下部由对称的连杆滑块定心，以保证其空间对称结构，连杆和滑块的活动范围由摩擦轮和扇轮的张开度决定。摩擦轮和扇轮张开最大时，机体能自由上线或离线；张开最小时，摩擦轮能夹紧最小线径，可认为缝隙为零。