CN102938544A - 一种输电线路自主越障巡线机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路自主越障巡线机器人，包括若干个结构相同的驱动臂、联板及电池控制箱，其中驱动臂包括驱动轮机构、升降关节、旋转关节、导向轮机构及导槽；驱动轮机构包括驱动轮，所述驱动臂分布在机器人一侧，驱动臂通过驱动轮悬挂在分裂导线上。本发明由于采用若干个结构相同驱动臂，结构简单紧凑，互换性强，可在单股导地线上运行，跨越输电导线上各种障碍物。由于每个臂的结构都相同，在越障时路径规划相对简单，可操作性强，无需在跨越障碍的过程中手动对设备进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种巡线机器人，尤其是沿导线行走、进行检测、作业的输电线路自主越障巡线机器人。
背景技术
超高压输电线路是高压电网的重要组成部分，为保证其在运行过程中的安全性和稳定性，需要定期的开展巡检工作；由于输电线路分布点多，远离城镇，地形复杂，并且导线暴漏在野外，长期风吹雨淋，且受到持续的机械张力，电气闪烙，材料老化的影响，容易引起磨损，断股，腐蚀等损伤，若不及时修复更换，易引起严重的事故，造成大面积停电及经济财产损失。所以，必须对输电线路进行定期的巡视检查，随时掌握和了解输电线路的安全运行情况，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生；
长期以来，我国对输电线路的巡检主要依靠人工，或望远镜，或红外热成像仪，边走边看，一些特殊的巡检还需要电力工人攀上高压线路进行检查，费时费力，危险性极大，有些原始森林、山崖线路人工根本无法巡检。利用机器人带电巡检和维护超高压输电网络，不但可以减轻工人千里巡线和带电作业的劳动强度，而且可提高检测精度和检测效率，取代人直接工作在高危险的场合，同时大大减少人力资源，对提高电网自动化作业水平、保障电网安全运行具有重要意义。
中国专利ZL200410061316.8公开了一种沿架空高压输电线路行驶的机器人，包括一对沿输电线运动的小臂机械手机构，二个小臂机械手的下端分别联接在一个能改变二个小臂相对距离的大臂的传动机构上，各小臂分别具有4个自由度，小臂上方为末端执行机构，该末端执行机构具有一个挂在输电线上的驱动轮及其第一驱动机构、一个从动轮和一个可抓握输电线的夹紧机构。综合分析，此专利主要有如下缺点：该专利机器人在遇到防震锤或者绝缘子串时，通过底部的滑台将前后两个小臂相互交替，来实现越障的功能。这种前臂变后臂，后臂变前臂，交替越障的形式，越障效率非常低，特别是在跨越绝缘子串时，耗时较长，再者，在越障过程中，对末端执行机构的加持力要求较高。
中国专利201010525761.0公开了一种悬挂型巡线机器人，它由，包括行走和吊舱两部分。行走部分由两节躯干和三个驱动轮爪组成。两节型躯干成双平行四边形结构，保证三个驱动轮爪朝向相同，躯干上的5台电机驱动躯干纵摆、横摆和伸缩，使每一个越障驱动轮可以实现三自由度平动上下线。每个驱动轮爪包含驱动轮和夹紧装置，电机带动驱动轮使机器人在线上移动。由电机、滚珠丝杆副、弹簧以及夹紧轮等构成的夹紧装置保证驱动轮与线之间有足够的摩擦力。吊舱与行走部分通过两条钢带连接，吊舱上的两台电机通过钢带调整自身相对于躯干的重心位置，以保证跨越障碍时机构的灵活性。综合分析，此专利主要有如下缺点：该专利机器人驱动部分的躯干上需要5台电机来驱动纵摆、横摆和伸缩，躯干机械结构复杂，不易控制；同时，在越障过程中需要通过钢带带动吊舱来调整整个机器人的重心位置，这种方式极易导致机器人在重心调整过程中发生倾覆，控制复杂。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种输电线路自主越障巡线机器人，其结构简单紧凑，可互换性强，能够横跨在地线、分裂导线等单股导线上运行，可跨越输电导线上各种障碍物（防震锤、间隔棒、悬垂绝缘子串等），携带摄像头、红外检测仪等设备对导线、金具、铁塔等进行故障检测。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案。
一种输电线路自主越障巡线机器人，包括若干个结构相同的驱动臂、联板及电池控制箱，其中驱动臂包括驱动轮机构、升降关节、旋转关节、导向轮机构及导槽；驱动轮机构包括驱动轮，所述驱动臂分布在机器人一侧，驱动臂通过驱动轮悬挂在分裂导线上，所述驱动轮机构下端通过旋转关节与升降关节连接，升降关节和电池控制箱固定在联板上；所述驱动臂上安装有导向轮机构，导向轮机构包括导向轮轴承座、导向轮及轴承；所述导向轮通过轴承与导向轮轴承座铰接，导向轮轴承座固定在驱动臂上，所述联板上开有导槽，导向轮位于导槽内，导向轮可沿固定在联板上的导槽滑动。
电池控制箱可以包括锂电池组，为机器人供电。
所述导槽包括竖向引导槽以及竖向引导槽两端的横向引导槽。
所述驱动轮机构包括驱动电机、驱动轮、驱动轴、传动装置及固定板；所述固定板一端通过旋转关节与升降关节连接，另一端铰接驱动轴；所述驱动轴两端分别设有驱动轮及传动装置；传动装置可以是齿轮传动或者同步带传动或者涡轮蜗杆传动等；驱动电机与传动装置连接固定。
所述升降关节包括底板、丝杠、丝杠螺母、直线导轨、滑块、直流电机、连接板、限位开关及轴承座；所述丝杠通过轴承座与底板相连，丝杠一端与直流电机相连，丝杠上设置有丝杠螺母；所述直线导轨固定在底板上，与丝杠平行，直线导轨上设置有可自由滑动的滑块，连接板将丝杠螺母和滑块固定在一起，连接板连接旋转关节；丝杠底部固定有限位开关，用于控制升降关节下端的极限位置。
所述旋转关节包括旋转轴承座、旋转轴、轴承及U型连接件；所述旋转轴通过轴承与旋转轴承座铰接；所述旋转轴上固定有U型连接件，U型连接件与驱动轮机构的固定板相连。
所述驱动臂分布在机器人一侧，驱动臂间的有效距离稍大于输电线上最大障碍物的长度。
本发明主要由分布在同侧的若干个驱动臂构成，每个驱动臂都可以为机器人提供驱动力，并且每个驱动臂都包括结构相同的驱动轮机构、升降关节、旋转关节、导向轮机构及导槽；驱动轮机构都通过旋转关节与升降关节相连；驱动轮机构下方都固定有导向轮机构，驱动轮机构在升降关节的带动下沿导槽上下自由移动。
本发明的工作原理：
本发明可在地线、分裂导线的单股导线上运行，每个驱动臂都能为机器人提供驱动力，在机器人遇到防震锤时无需做越障动作即可压过。
在机器人接近间隔棒、悬垂绝缘子串时，首先前端的驱动臂开始进行越障动作，升降关节的直流电机驱动丝杠转动，通过直线导轨和滑块带动驱动轮机构上升，驱动轮机构可沿固定在其下端的旋转关节左右转动，同时，由固定在驱动轮机构上的导向轮作用下沿着导槽的固定轨迹向上移动，当导向轮移动到导槽的弯角处时，驱动轮已经抬起并完全脱离导线，此时导向轮开始带动驱动轮向外侧偏移，从而使驱动轮摆开导线及障碍物。
在自动控制下机器人中间和后端两个驱动臂带动机器人前进，待前端两个驱动臂越过障碍物后机器人停止前进，前端两个升降关节开始下降，带动驱动轮做与之前相反的动作，使驱动轮重新骑在导线上。
之后，机器人中间及后端的驱动臂都以前端驱动臂相同的方式越过障碍物。
本发明的有益效果是，本发明由于采用若干个结构相同驱动臂，结构简单紧凑，互换性强，可在单股导地线上运行，跨越输电导线上各种障碍物（防震锤、间隔棒、悬垂绝缘子串等）。由于每个臂的结构都相同，在越障时路径规划相对简单，可操作性强，无需在跨越障碍的过程中手动对设备进行控制。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明驱动臂结构示意图。
图3为本发明驱动轮机构结构示意图。
图4本发明升降关节结构示意图。
图5本发明旋转关节结构示意图。
图6本发明导向轮机构结构示意图。
其中：1驱动臂，2联板，3电池控制箱，4驱动轮机构，5升降关节，6旋转关节，7导向轮机构，8导槽，9驱动轴，10驱动轮，11传动装置，12驱动电机，13固定板，14底板，15丝杠，16直线导轨，17连接板，18丝杠螺母，19滑块，20限位开关，21轴承座，22直流电机，23U型连接件，24旋转轴，25第一轴承，26旋转轴承座，27导向轮轴承座，28导向轮，29第二轴承。
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。
本发明在可在地线、单股导线上运行，如图1、2所示，包括三个结构相同的驱动臂1、联板2及电池控制箱3，其中驱动臂1都包括结构相同的驱动轮机构4、升降关节5、旋转关节6、导向轮机构7及导槽8；驱动臂1通过驱动轮10悬挂在分裂导线上，驱动轮机构4下端通过旋转关节6与升降关节5连接，升降关节5固定在联板2上；驱动臂1上都安装有导向轮机构7，导向轮28可沿固定在联板2上的导槽8滑动。
如图3所示，驱动轮机构4包括驱动轴9、驱动轮10、传动装置11、驱动电机12及固定板13；其中，驱动轴9两端分别设有驱动轮10及传动装置11，并铰接在固定板13上，传动装置11设置在固定板13上，驱动电机12设置在传动装置11外壳上；驱动轮机构4下端设有导向轮机构7。
如图4所示，升降关节5包括底板14、丝杠15、直线导轨16、连接板17、丝杠螺母18、滑块19、限位开关20、轴承座21及直流电机22；其中，丝杠15两端通过轴承座21固定在底板14上，丝杠15一端通过轴承座21与直流电机22相连；在丝杠15一侧平行设置有直线导轨16，直线导轨16上有可上下自由滑动的滑块19，滑块19与设置在丝杠15上的丝杠螺母18通过连接板17连接固定，在连接板17上固定有旋转关节6；丝杠15底部固定有限位开关20，用于控制升降关节5下端的极限位置。
如图5所示，旋转关节6包括U型连接件23，旋转轴24，第一轴承25，旋转轴承座26；其中，旋转轴24通过第一轴承25与旋转轴承座26铰接，U型连接件23固定在旋转轴24的一端。
如图6所示，导向轮机构7包括第二轴承29，导向轮轴承座27，导向轮28；其中，导向轮28通过第二轴承29与导向轮轴承座27铰接。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种输电线路自主越障巡线机器人，其特征是，包括若干个结构相同的驱动臂、联板及电池控制箱，其中驱动臂包括驱动轮机构、升降关节、旋转关节、导向轮机构及导槽；驱动轮机构包括驱动轮，所述驱动臂分布在机器人一侧，驱动臂通过驱动轮悬挂在分裂导线上，所述驱动轮机构下端通过旋转关节与升降关节连接，升降关节和电池控制箱固定在联板上；所述驱动臂上安装有导向轮机构，导向轮机构包括导向轮轴承座、导向轮及轴承；所述导向轮通过轴承与导向轮轴承座铰接，导向轮轴承座固定在驱动臂上，所述联板上开有导槽，导向轮位于导槽内。
2.如权利要求1所述的输电线路自主越障巡线机器人，其特征是，所述导槽包括竖向引导槽以及竖向引导槽两端的横向引导槽。
3.如权利要求1所述的输电线路自主越障巡线机器人，其特征是，所述驱动轮机构包括驱动电机、驱动轮、驱动轴、传动装置及固定板；所述固定板一端通过旋转关节与升降关节连接，另一端铰接驱动轴；所述驱动轴两端分别设有驱动轮及传动装置；驱动电机与传动装置连接固定。
4.如权利要求1所述的输电线路自主越障巡线机器人，其特征是，所述升降关节包括底板、丝杠、丝杠螺母、直线导轨、滑块、直流电机、连接板、限位开关及轴承座；所述丝杠通过轴承座与底板相连，丝杠一端与直流电机相连，丝杠上设置有丝杠螺母；所述直线导轨固定在底板上，与丝杠平行，直线导轨上设置有可自由滑动的滑块，连接板将丝杠螺母和滑块固定在一起，连接板连接旋转关节；丝杠底部固定有限位开关。
5.如权利要求1所述的输电线路自主越障巡线机器人，其特征是，所述旋转关节包括旋转轴承座、旋转轴、轴承及U型连接件；所述旋转轴通过轴承与旋转轴承座铰接；所述旋转轴上固定有U型连接件，U型连接件与驱动轮机构的固定板相连。
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