CN102962834A - 一种高压输电线巡检机器人机构 - Google Patents

Abstract

一种由至少三个单元机构串联组成的高压输电线巡检机器人机构，每个单元机构有手臂、安装在手臂上端的轮爪复合机构和两个平行四边形机构；平行四边形机构用水平旋转副连接；手臂下端与位于手臂后部的平行四边形机构的前杆固定连接；每个平行四边形机构有由电机或伸缩机构构成的驱动机构。该机器人机构通过改变平行四边形机构的形态实现手臂的抬升和下降，手臂始终处于竖直状态，便于行走轮上下线和夹持机构夹线；通过增加平行四边形机构的数量可增大机构的跨度，适应线路有大水平偏转角的障碍环境；通过改变平行四边形机构俯仰角度可调整机器人两手臂的跨距，跨越各种类型障碍物；可用较短的手臂实现较大的工作空间，机构竖直方向的尺寸可以减小。

Description

一种高压输电线巡检机器人机构

技术领域

本发明涉及机器人机构，特别是一种由多单元机构串联组成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受到损坏，如不及时修复更换，原有小的损伤就有可能扩大，导致输电中断甚至发生输电事故，因此需要定期对其进行检查。线路巡检的方式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。而直升机巡检成本高，且受天气条件限制，所以目前的巡检方式还是以人工巡检为主。

鉴于以上人工巡检和直升机巡检存在的缺陷，近年来出现了可带电作业、能沿高压输电线路行走的巡检机器人机构。

文献1：Shin-ichi Aoshima, Takeshi Tsujimura, Tetsuro Yabuta, A Wire Mobile Robot with Multi-unit Structure.IEEE/RSJ International Workshop on Intelligent Robotsand Systems’89, Sep.4-6, 1989, Tsukuba, Japan.公开了一种多节巡检机器人。该机器人由六个移动单元串联组成，单元之间用水平旋转副连接，其手臂采用伸缩式结构实现抬升和下降。该机器人多单元串联结构整体没有变形功能，在具有一定坡度的线路上行进时手臂无法通过其长度伸缩使其保持竖直状态，导致其行走轮受力状态差；同时该机器人结构较复杂，工作所需空间大，手臂过长，使其本体与电线距离过大。

文献2： Nicolas Pouliot, Serge Montambault, Field-Oriented Developments for LineScout Techhnology and Its Deployment on Large Water Crossing Transmission Lines[J].Journal of Field Robotics 29(1),25-46(2012)公开的是加拿大Linescout巡线机器人。该机器人由两个能够相对滑动的手臂机构组成，两行走轮之间的距离无法改变，因此其适应障碍环境的能力有限；同时该机构不能跨越转角塔。

文献3：Paulo Debenest, Michele Guarnieri, Expliner-FromPrototype Towards a Practical Robot for Inspection ofHigh-Voltage Lines[J],International Conference on Applied Robotics for the Power Industry 2010(12):1~6.公开的是日本的Expliner巡线机器人。该机器人采用双臂、八轮机构，能够采取沿单条电线行进和沿双条电线行进两种行进方式。该机构在双条电线上行进时对两条电线的平行度要求高，同时该机构跨距无法改变，调质心过程中存在质心侧向偏移问题。

文献4： L. J. Fang and H. G . Wang, Research on the Motion System of the Inspection Robot for 500kVPower Transmission Lines, International Conference onApplied Robotics for the Power Industry[J].2010(10).公开的机器人采用双臂伸缩式结构，利用箱体移动来调节质心。该机器人的垂直伸缩手臂关节所需工作空间较大，增大了机器人箱体与电线的距离，且跨距无法改变。

文献5为申请号为201110419935.X的中国专利申请，该申请公开了一种高压输电线巡检机器人机构。该巡检机器人机构由两个带有柔索的手臂机构和箱体组成。该机构在跨越障碍物时由单臂挂线，重心移到挂线手臂的柔索上，容易引起在单臂挂线时箱体的摇晃，稳定性差；该机器人调整手臂姿态时，手臂机构作伸缩运动需要同时控制手臂机构三个旋转副的角度和滚筒的旋转角度，才能保证柔索与手臂不发生干涉，其控制方法及过程比较复杂。

上述文献公开的高压输电线巡检机器人机构除所述缺陷外，在越障能力方面都存在不同程度的欠缺。

此外，文献6—ZL200710159213.9号中国发明专利和文献7—ZL200910233931.5号中国发明专利还分别公开了两种用于巡线机器人机构的轮爪复合机构，该两文献未涉及巡线机器人机构的其它部分。

发明内容

针对上述现有巡检机器人机构存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种越障能力强、工作空间大、能够改变跨距、可轻松跨越转角塔的高压输电线巡检机器人机构。

为实现上述目的，本发明提供的高压输电线巡检机器人机构由至少三个单元机构串联组成，每个单元机构的前后有手臂和安装在手臂上端、由行走轮和夹持机构构成的轮爪复合机构；其特征在于：每个单元机构还包括两个平行四边形机构，各个单元机构的平行四边形机构相互间用水平旋转副连接；各个单元机构的手臂的下端分别与位于该手臂后部的平行四边形机构的前杆固定连接，最后一个手臂与位于其前部的平行四边形机构的后杆固定连接；每个平行四边形机构有驱动机构。

所述平行四边形机构的驱动机构采用两种结构方式：一种为安装在平行四边形机构后杆上端的电机和与电机相接的减速器，减速器的输出轴与平行四边形机构的上杆的后端通过键连接，并通过轴承与平行四边形机构的后杆的上端铰接。另一种为与平行四边形机构的左上关节和右下关节相接的伸缩机构，该伸缩机构的两端有与其铰接的销轴，平行四边形机构的上杆和下杆分别与销轴固定连接，平行四边形机构的后杆和前杆分别与销轴铰接。

所述伸缩机构为电动缸、液压缸、气压缸中的任一种。

构成本发明高压输电线巡检机器人机构的单元机构的数量根据需要一般采用三至六个。

与上述现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、通过改变平行四边形机构的形态实现手臂的抬升和下降，手臂始终处于竖直状态，便于行走轮上下线和夹持机构夹线。

2、通过增加串联的平行四边形机构的数量可适当增大机器人机构的跨度，适应线路具有大水平偏转角度的障碍环境。

3、通过改变平行四边形机构俯仰角度的大小可轻松调整机器人两手臂间的跨距，从而适应对各种类型障碍物的跨越；同时可采用较短的手臂实现较大的工作空间，以减小巡检机器人机构竖直方向的尺寸。

4、本发明手臂机构简单，只安装行走轮和夹持机构，利于通过箱体（平行四边形机构）的抬升、下降和偏转实现手臂的动作。

5、平行四边形机构的驱动如采用伸缩机构，其驱动电机的输出扭矩可以减小。

附图说明

图1为本发明的一个实施例——由三个单元机构组成的高压输电线巡检机器人机构的示意图；

图2为采用电机和减速器作为平行四边形机构驱动机构的本发明巡检机器人机构最后单元机构形态改变示意图；

图3为图2中平行四边形机构的驱动机构的结构示意图；

图4为采用伸缩机构作为平行四边形机构的驱动机构的本发明巡检机器人机构最后单元机构改变形态示意图；

图5为图4中平行四边形机构的左上关节的主视图；

图6为沿图5中A—A剖视图；

图7a—7e为图1所示本发明巡检机器人机构跨越障碍的示意图；

图8a—8e为图1所示本发明巡检机器人机构跨越转角塔的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例为由三个单元机构相互串联组成的高压输电线巡检机器人机构，如图1所示，每个单元机构包括手臂4和安装在手臂上端、由行走轮2和夹持机构3构成的轮爪复合机构及平行四边形机构5；其中由行走轮2和夹持机构3构成的轮爪复合机构要求具有行走和夹持两种功能，可采用背景技术中所述文献5、文献6或文献7所公开的巡检机器人轮爪复合机构；每个单元机构的平行四边形机构的前杆及最后一个平行四边形机构的后杆分别与对应手臂的下端固定连接，各个平行四边形机构相互间用水平旋转副6连接（水平旋转副与平行四边形机构的前杆和后杆连接）；每个平行四边形机构有驱动机构，该驱动机构可采用电机15直接驱动或由伸缩机构20驱动两种方式。

所述驱动机构采用电机直接驱动方式的，如图2和 图3所示，电机15和与电机相接的减速器16安装在平行四边形机构后杆12上端、左上关节7处，减速器的输出轴17与平行四边形机构的上杆11的后端通过键18连接，并通过轴承19与平行四边形机构的后杆12的上端铰接。该驱动机构的工作原理是：夹持机构3夹紧电线1，后杆12固定，驱动电机15旋转带动减速器16旋转，减速器的输出轴驱动平行四边形机构的上杆11，因平行四边形机构的左上关节7、左下关节10、右上关节（8）和右下关节9均为铰接，平行四边形机构的上杆11在减速器输出轴的驱动下按图2中箭头所示方向转动，带动平行四边形机构的前杆14和下杆13一起运动到图中虚线所示位置，且能保持平行四边形机构的前杆14始终保持竖直方向。当需要做相反运动时，利用重力平行四边形机构回复到原位。

所述驱动机构采用伸缩机构驱动方式的，如图4、 图5和图6所示，该伸缩机构的两端有与其铰接的销轴21，平行四边形机构的上杆11＇和下杆13＇分别与销轴21固定连接，平行四边形机构的后杆12＇和前杆14＇分别与销轴21铰接；所述伸缩机构20可选用电动缸、液压缸、气压缸中的任一种。该驱动机构的工作原理是：夹持机构夹紧电线1，后杆12＇固定，伸缩机构进行伸缩运动时，改变平行四边形机构对角线的长度，伸缩机构20进行缩短运动时，因平行四边形机构的左上关节7＇、左下关节10＇、右上关节8＇和右下关节9＇均为铰接，与销轴21固定连接的平行四边形机构的上杆11＇和下杆13＇则按图4中箭头所示方向转动，带动平行四边形机构的前杆14＇一起运动到图中虚线所示位置，且能保持平行四边形机构的前杆14＇始终保持竖直方向。当需要做相反运动时，利用重力平行四边形机构回复到原位。

本实施例高压输电线巡检机器人机构跨越线路障碍的过程如图7a至图7e所示，机器人机构的行进方向为自左向右，图7a表示在正常行进时该机器人机构在输电线路上的姿态，平行四边形机构根据输电线路与水平线的角度自动调节其姿态。当遇到障碍物时，其最右侧单元机构改变姿态，使右侧第一个手臂下线，并使轮爪复合机构位于障碍物的下方，此时后两个单元机构的行进轮转动，使右侧第一个手臂越到障碍物的另一侧，此时调节右侧第一个单元机构中平行四边形机构的姿态，使右侧第一个手臂挂线，达到图7b所示机器人位姿。此时改变前两个单元机构中的平行四边形机构的姿态，使右侧第二个手臂的轮爪复合机构位于障碍物的下方，旋转此时挂线的三个行进轮，当第二个手臂越过障碍物之后，调整前两个单元机构的平行四边形机构的姿态，使其达到图7c所示的位姿。通过上述方法，则可达到图7d,7e所示姿态，完成跨越障碍物的过程。

本实施例高压输电线巡检机器人机构跨越转角塔的过程如图8a至图8e所示，图8a表示巡检机器人遇到转角塔时，其最前方的平行四边形机构行走轮下线并使其偏转到与转角线路平行的姿态。同时最后一个平行四边形机构运动到与其相反方向，以保持机器人的侧向平横。调节第一个单元机构的平行四边形机构的姿态，转动此时挂线的行走轮，使已转向的手臂挂线，达到图8b所示位姿。调整前两个单元机构中的平行四边形机构，使右侧第2个手臂抬升，达到图8c所示姿态。此时转动线上的行走轮，并调节前两个单元机构中的平行四边形机构姿态，使右侧第二个行走轮挂线，达到图8d所示的姿态。通过上述方法，则可达到图8e所示位姿，完成转角塔的跨越过程。

在没有水平转角的障碍环境中，由六个、五个、四个或三个单元机构串联组成的巡检机器人机构均具有越障能力。在具有转角的障碍环境中，由六个单元机构串联组成的机器人机构运行最稳定，由三个、四个或五个单元机构组成的机器人机构在遇转角塔跨越过程中需通过最后几个单元的脱线来调整其侧向平衡。

Claims (4)

1.一种高压输电线巡检机器人机构，由至少三个单元机构串联组成，每个单元机构的前后有手臂（4）和安装在手臂上端、由行走轮（2）和夹持机构（3）构成的轮爪复合机构；其特征在于：每个单元机构还包括两个平行四边形机构（5），各个单元机构的平行四边形机构相互间用水平旋转副（6）连接；各个单元机构的手臂（4）的下端分别与位于该手臂后部的平行四边形机构的前杆固定连接，最后一个手臂与位于其前部的平行四边形机构的后杆固定连接；每个平行四边形机构有驱动机构。

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：所述平行四边形机构（5）的驱动机构为安装在平行四边形机构后杆（12）上端的电机（15）和与电机相接的减速器（16），减速器的输出轴（17）与平行四边形机构的上杆（11）的后端通过键（18）连接，并通过轴承（19）与平行四边形机构的后杆（12）的上端铰接。

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：所述平行四边形机构的驱动机构为与平行四边形机构的左上关节（7＇）和右下关节（10＇）相接的伸缩机构（20），该伸缩机构的两端有与其铰接的销轴（21），平行四边形机构的上杆（11＇）和下杆（13＇）分别与销轴（21）固定连接，平行四边形机构的后杆（12＇）和前杆（14＇）分别与销轴（21）铰接。

4.根据权利要求3所述的高压输电线巡检机器人机构，其特征在于：所述伸缩机构（20）为电动缸、液压缸、气压缸中的任一种。

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