CN102709838B - 一种高压输电线巡检机器人机构 - Google Patents

Abstract

一种高压输电线巡检机器人机构，包括前手爪、前手臂、质心调节结构、后手臂和后手爪，前手爪、后手爪分别连接在前手臂、后手臂末端，并与输电线相抓持，所述手爪为齿轮副与涡轮蜗杆组合结构，两手臂结构相同，均包括一个水平旋转副和三个铅垂旋转副，质心调节结构包括箱体、滚筒移动平台和柔索，箱体上表面的两端分别连接前手臂、后手臂前端的铅垂旋转副，两个滚筒移动平台对称安装在箱体上，柔索一端与手臂后部的铅垂旋转副相连，另一端缠绕在质心调节结构的滚筒上。该机构结构紧凑，设计有压轮结构，能够自动适应线路的角度；单臂挂线时由柔索来承担机器人的重量，减轻对手臂的刚度要求，可有效减轻机器人的手臂部分的质量；质心调节操作容易。

Description

一种高压输电线巡检机器人机构

技术领域

本发明涉及一种架空线移动机器人机构，具体涉及一种用于高压输电线安全检查的高压输电线巡检机器人机构。

背景技术

长距离输配电的主要方式是采用高压输电线路，电力设备长期裸露在野外容易产生损坏，如不及时修复更换，原有的小损伤就有可能扩大，导致输电中断甚至发生输电事故，故输电线需要定期进行检查。现有线路巡检的方式主要包括人工巡检和直升机巡检，人工巡检工作效率低，劳动强度大；直升机巡检成本高，受天气条件限制大。鉴于以上原因，研究一种可靠的能完成带电作业的线路故障检测及其安全通道巡查的技术载体具有极大的工程实用意义。目前，超高压输电线路机器人机构主要有加拿大的Linescout巡线机器人，该机器人无法实现转弯功能；日本的Expliner巡线机器人，该机器人无法改变跨距，调节质心过程中存在质心侧向偏移问题；申请号为200410010531.5的中国专利公开了一种轮臂复合式巡检机器人结构，该机构无法改变跨距，质心调节功能是通过移动箱体的位置来实现；申请号为200410020490.8的中国专利公开了一种超高压输电线巡检机器人机构，该机构只能沿直线行走和跨越障碍，无法实现水平转弯，且跨越障碍物过程中需要三个手臂共同工作，机构结构较复杂。

发明内容

为克服现有高压输电线巡检机器人的缺陷与不足，本发明提供一种越障能力强、质心调节容易、巡检过程安全性好、手爪结构兼具行走、夹紧和安全保护功能的高压输电线巡检机器人机构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高压输电线巡检机器人机构，包括前手爪、前手臂、质心调节结构、后手臂和后手爪，前手爪、后手爪分别连接在前手臂、后手臂末端，并与输电线相抓持，所述手爪为齿轮副与涡轮蜗杆组合结构，两手臂结构相同，均包括一个水平旋转副和三个铅垂旋转副，质心调节结构包括箱体、滚筒移动平台和柔索，箱体上表面的两端分别连接前手臂、后手臂前端的铅垂旋转副，两个滚筒移动平台对称安装在箱体上，柔索一端与手臂后部的铅垂旋转副相连，另一端缠绕在质心调节结构的滚筒上。

所述前手爪、后手爪结构相同，包括行走轮、行走轮轴、内齿轮、主动齿轮A、行走电机、手爪支架、压轮、夹爪、夹爪主动齿轮、夹爪涡轮轴、蜗杆和夹爪驱动电机，行走轮套装在行走轮轴上，通过轮槽行走于架空输电线路上，行走轮轴安装在手爪支架上，内齿轮焊接在行走轮上，行走电机固定安装在手爪与水平旋转副的联接板上，主动齿轮A安装在行走电机的输出轴上，与内齿轮啮合，行走电机旋转带动行走轮转动，实现行走轮在高压线路上的行走；压轮通过法兰支架安装在手爪支架上，当两个压轮同时压在输电线路上时，手爪支架与输电线路保持平行，两个半齿轮形式的夹爪相互啮合，每个夹爪同时又与一个夹爪主动齿轮啮合，夹爪主动齿轮安装在涡轮蜗杆结构的夹爪涡轮轴两侧，蜗杆与驱动电机相连，手爪支架与行走轮轴铰接，从而实现夹爪准确夹持输电线路的功能。

所述前手臂、后手臂均由上至下设置有水平旋转副、第一垂直旋转副、第二垂直旋转副、第三垂直旋转副，第二垂直旋转副和第三垂直旋转副包括驱动电机、主动齿轮B、从动齿轮、、回转轴，主动齿轮B安装在驱动电机输出轴上，从动齿轮通过平键安装在回转轴上，回转轴上套装有上臂支架，回转轴安装在下臂支架上，驱动电机旋转，带动回转轴转动，从而带动上臂支架转动，实现铅垂旋转副的旋转运动，第一垂直旋转副的回转轴上套装有滑轮，其它结构与另两个垂直旋转副相同，第三垂直旋转副的下臂支架安装在箱体表面上。

所述质心调节结构设有两个滚筒移动平台，每个滚筒移动平台配合设置一个丝杠驱动部分，丝杠驱动部分布置于箱体上表面的两侧，滚筒移动平台底部与滑动导轨配合，滑动导轨安装在箱体的上表面，滚筒移动平台底部设有两个尺寸不等的孔，内径较小的为螺纹孔与滚珠丝杠配合，内径较大的为光孔穿过另外的滚珠丝杠，通过丝杠旋转带动滚筒移动平台沿滑动导轨滑动，滚筒移动平台中设有滚筒，滚筒套装在滚筒轴上，滚筒轴安装保持在滚筒支架上，滚筒轴上还固定有滚筒涡轮，滚筒涡轮与滚筒蜗杆啮合，滚筒蜗杆与齿轮副的从动齿轮相对固定，齿轮副连接驱动电机；丝杠驱动部分为蜗轮蜗杆结构与齿轮副组合结构，丝杠与蜗轮固定连接，齿轮副连接驱动电机，丝杠驱动部分的内侧设有丝杠支架，丝杠安装在丝杠支架内。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的手爪机构采用双侧夹紧的方式，结构紧凑，能够在行进状态下提供夹紧力，爬坡及移动能力更强，且设计有压轮结构，能够自动适应线路的角度；

（2）单臂挂线时由柔索来承担机器人的重量，从而可以减轻对手臂的刚度要求，可有效减轻机器人的手臂部分的质量；

（3）本发明质心调节机构中两根丝杠及滚筒移动平台的设计，可有效增加移动平台的移动范围，增大了机器人的质心调节范围。同时两根丝杠平行对称布置于箱体表面，能够保持机器人侧向的质心平衡。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的前手爪结构示意图；

图3是本发明实施例的前手爪结构俯视示意图；

图4是本发明实施例的第一垂直旋转副结构示意图；

图5是本发明实施例的质心调节结构示意图；  

图6是本发明实施例的滚筒移动平台的动力部分结构示意图；

图7是本发明越障过程第一个动作示意图；

图8是本发明越障过程第二个动作示意图；

图9是本发明越障过程第三个动作示意图；       

图中：1行走轮；2前手爪；3水平旋转副；4第一垂直旋转副；5第二垂直旋转副；6第三垂直旋转副；7柔索；8滚筒移动平台；9箱体；10主动齿轮A；11行走电机；12手爪支架；13压轮；14夹爪；15夹爪主动齿轮；16夹爪涡轮轴；17蜗杆；18夹爪驱动电机；19涡轮；20行走轮轴；21内齿轮；22联接板；23驱动电机；24下臂支架；25上臂支架；26滑轮；27回转轴；28从动齿轮；29主动齿轮B；30丝杠驱动电机；31丝杠主动齿轮；32丝杠从动齿轮；33丝杠涡轮蜗杆结构；34丝杠支架；35滚珠丝杠；36滚筒轴；37滚筒涡轮；38滚筒；39滚筒支架；40滑动导轨；41滚筒移动平台底部；42滚筒驱动电机；43滚筒主动齿轮；44滚筒从动齿轮；45滚筒蜗杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明的高压输电线巡检机器人机构包括前手爪、前手臂、质心调节结构、后手臂和后手爪，前手爪、后手爪分别连接在前手臂、后手臂末端，并与线相抓持，所述手爪为齿轮副与涡轮蜗杆组合结构，两手臂结构相同，均包括一个水平旋转副3和三个垂直旋转副4,5,6，质心调节结构包括箱体9、滚筒移动平台8和柔索7，箱体9上表面的两端分别连接前手臂、后手臂前端的第三垂直旋转副6，两个滚筒移动平台8对称安装在箱体9上，两根柔索7一端与手臂后部的第一垂直旋转副4上的滑轮26相连，另一端分别缠绕在质心调节结构的两个滚筒38上。

如图2、图3所示，所述前手爪2包括行走轮1、内齿轮21、主动齿轮A10、行走电机11、手爪支架12、压轮13、夹爪14、夹爪主动齿轮15、夹爪涡轮轴16、蜗杆17和夹爪驱动电机18和行走轮轴20，行走轮1套装在行走轮轴20上，通过轮槽行走于架空输电线路上，行走轮轴20安装在手爪支架12上，内齿轮21焊接在行走轮1上，行走电机11固定安装在手爪与水平旋转副3的联接板22上，主动齿轮A10安装在行走电机11的输出轴上，与内齿轮21啮合，行走电机11旋转带动行走轮1转动，实现行走轮1在高压线路上行走，压轮13通过法兰支架安装在手爪支架12上，当两个压轮13同时压在输电线路上时，手爪支架12与输电线路保持平行；两个半齿轮形式的夹爪14相互啮合，同时又与一个夹爪主动齿轮15啮合，夹爪主动齿轮15安装在涡轮蜗杆结构的夹爪涡轮轴16两侧，涡轮19固定安装在夹爪涡轮轴16上，蜗杆17与涡轮19啮合并与夹爪驱动电机18相连，手爪支架12与行走轮轴20铰接，从而实现夹爪14准确夹持输电线路的功能，后手爪结构与前手爪2相同。

如图4所示，所述前手臂、后手臂均由上至下设置有水平旋转副3、第一垂直旋转副4、第二垂直旋转副5、第三垂直旋转副6，第二垂直旋转副5和第三垂直旋转副6包括驱动电机23、主动齿轮B29、从动齿轮28和回转轴27，主动齿轮B29安装在驱动电机23的输出轴上，从动齿轮28通过平键安装在回转轴27上，回转轴27上套装有上臂支架25，回转轴27安装在下臂支架24上，驱动电机23旋转，带动回转轴27转动，从而带动上臂支架25转动，实现铅垂的旋转运动，第一垂直旋转副4的回转轴27上套装有滑轮26，其它结构与另两个垂直旋转副相同，第三垂直旋转副6的下臂支架24安装在箱体9表面上。

如图5、图6所示，所述质心调节结构设有两个滚筒移动平台8，每个滚筒移动平台8配合设置一个丝杠驱动部分，丝杠驱动部分布置于箱体9上表面的两侧，滚筒移动平台底部41与滑动导轨40配合，滑动导轨40安装在箱体9的上表面，滚筒移动平台底部41设有两个尺寸不等的孔，内径较小的为螺纹孔与滚珠丝杠35配合，内径较大的为光孔穿过另外一根的滚珠丝杠；通过滚珠丝杠35旋转带动滚筒移动平台8沿滑动导轨40滑动，滚筒移动平台8中设有滚筒38，滚筒38套装在滚筒轴36上，滚筒轴36安装在滚筒支架39上，滚筒轴36上还固定有滚筒涡轮37，滚筒涡轮37与滚筒蜗杆45啮合，滚筒蜗杆45与滚筒从动齿轮44相对固定，滚筒从动齿轮44与滚筒主动齿轮43啮合，滚筒主动齿轮43连接滚筒驱动电机42；丝杠驱动部分为丝杠蜗轮蜗杆结构33与齿轮副组合结构，滚珠丝杠35与丝杠蜗轮固定连接，丝杠蜗轮与丝杠蜗杆啮合，丝杠蜗杆与丝杠从动齿轮32相对固定，丝杠从动齿轮32与丝杠主动齿轮31啮合，丝杠主动齿轮31固定在丝杠驱动电机30的输出轴上，丝杠驱动部分的内侧设有丝杠支架34，丝杠35安装在丝杠支架34内。

本发明的行走越障工作过程为：

巡检工作时，机构的两组夹爪14调整到松开的状态，由人工将该行走越障机构挂在线路上，使其行走轮槽刚好压在输电线路上，通过两个行走轮驱动电机11的正转和反转来调节机构在输电线路上的前进或者后退。

越障时，靠近障碍物一侧的夹爪14夹紧输电线路，使靠近障碍物一端的前手爪2固定，两侧手臂水平旋转副3锁死，其他旋转副处于铰接状态，远离障碍物一侧的丝杠驱动电机转动，带动同侧滚筒移动平台向箱体9中间部分移动，此时滚筒移动平台上的滚筒驱动电机转动，带动滚筒转动，缩短柔索的长度，此时该行走越障机构的质心落在远离障碍物一侧的柔索上，然后，远离障碍物的夹爪夹紧，靠近障碍物一侧前手爪2的夹爪14放松，此时靠近障碍物一侧的前手臂上各关节旋转调节各个关节的角度，实现前手臂的上升、下降及水平移动的功能，最后调整到障碍物另一侧的线路上，此过程中靠近障碍物一侧的滚筒移动平台8伴随移动，滚筒38伴随转动，达到图7所示的状态；之后将所有夹爪14处于半夹持状态，即两夹爪闭合但不与输电线路接触，两个行走轮1转动，使两个夹爪14位于图8所示上的位置；夹紧所有的夹爪，调整除水平旋转副外所有的铅垂旋转副，滚筒移动平台8伴随移动，滚筒38伴随转动，达到如图8所示的姿态；此时，将首先越过障碍物的夹爪14夹紧，后越过障碍物的夹爪松开，调整后越障的后手臂上的各垂直旋转副，同侧的滚筒移动平台伴随移动，滚筒伴随转动，使机器人到达图9所示的巡检工作状态，此时两个手爪处于半夹持状态，起到随时安全保护的作用，防止产生意外时机器人从线路上掉落。

当该行走越障机构在行进过程中遇到输电线路在水平面上转弯的情况时，其他过程与跨越普通障碍物的过程相同，当位于前方的手臂越障时，需要同时旋转两个手臂的水平旋转副，以保障跨越障碍手臂的手爪机构行走轮槽正好落在目标输电线路上。

Claims (4)

1.一种高压输电线巡检机器人机构，包括前手爪、前手臂、质心调节结构、后手臂和后手爪，前手爪、后手爪分别连接在前手臂、后手臂末端，并与输电线相抓持，其特征在于：所述前手爪、后手爪为齿轮副与涡轮蜗杆组合结构，两手臂结构相同，均包括一个水平旋转副和三个垂直旋转副，质心调节结构包括箱体、滚筒移动平台和柔索，箱体上表面的两端分别连接前手臂、后手臂前端的垂直旋转副，两个滚筒移动平台对称安装在箱体上，柔索一端与手臂后部的垂直旋转副相连，另一端缠绕在质心调节结构的滚筒上。

2.根据权利要求1所述的高压输电线巡检机器人机构，其特征在于所述前手爪、后手爪结构相同，包括行走轮、行走轮轴、内齿轮、主动齿轮A、行走电机、手爪支架、压轮、夹爪、夹爪主动齿轮、夹爪涡轮轴、蜗杆和夹爪驱动电机，行走轮套装在行走轮轴上，通过轮槽行走于架空输电线路上，行走轮轴安装在手爪支架上，内齿轮焊接在行走轮上，行走电机固定安装在手爪与水平旋转副的联接板上，主动齿轮A安装在行走电机的输出轴上，与内齿轮啮合，压轮通过法兰支架安装在手爪支架上，两个半齿轮形式的夹爪相互啮合，每个夹爪同时又与一个夹爪主动齿轮啮合，夹爪主动齿轮安装在涡轮蜗杆结构的夹爪涡轮轴两侧，蜗杆与驱动电机相连，手爪支架与行走轮轴铰接。

3.根据权利要求1所述的高压输电线巡检机器人机构，其特征在于所述前手臂、后手臂均由上至下设置有水平旋转副、第一垂直旋转副、第二垂直旋转副、第三垂直旋转副，第二垂直旋转副和第三垂直旋转副包括驱动电机、主动齿轮B、从动齿轮和回转轴，主动齿轮B安装在驱动电机输出轴上，从动齿轮通过平键安装在回转轴上，回转轴上套装有上臂支架，回转轴安装在下臂支架上，第一垂直旋转副的回转轴上套装有滑轮，其它结构与另两个垂直旋转副相同，第三垂直旋转副的下臂支架安装在箱体表面上。

4.根据权利要求1所述的高压输电线巡检机器人机构，其特征在于所述质心调节结构设有两个滚筒移动平台，每个滚筒移动平台配合设置一个丝杠驱动部分，丝杠驱动部分布置于箱体上表面的两侧，滚筒移动平台底部与滑动导轨配合，滑动导轨安装在箱体的上表面，滚筒移动平台底部设有两个尺寸不等的孔，内径较小的为螺纹孔与滚珠丝杠配合，内径较大的为光孔穿过另外的滚珠丝杠，滚筒移动平台中设有滚筒，滚筒套装在滚筒轴上，滚筒轴安装在滚筒支架上，滚筒轴上还固定有滚筒涡轮，滚筒涡轮与滚筒蜗杆啮合，滚筒蜗杆与齿轮副的从动齿轮相对固定，齿轮副连接驱动电机；丝杠驱动部分为蜗轮蜗杆结构与齿轮副组合结构，丝杠与蜗轮固定连接，齿轮副连接驱动电机，丝杠驱动部分的内侧设有丝杠支架，丝杠安装在丝杠支架内。