CN103594967A - 翻转越障式架空线路作业机器人 - Google Patents

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王启源
曹向勇
于洪亮
高安洁
解玉文
陈垚
李红旗
郭志广
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Abstract

本发明提供了一种翻转越障式架空线路作业机器人,该翻转越障式架空线路作业机器人包括横梁,在所述横梁两端分别设有回转机构,所述回转机构能绕所述横梁的端部往复转动,在各所述回转机构的端部连接有能在架空线路上滑动并能与架空线路相脱离的悬臂机构。本发明巡检范围大、驱动电机数量少、整体质量小、越障动作简单、越障适应性强。

Description

翻转越障式架空线路作业机器人
技术领域
[0001] 本发明涉及一种翻转越障式架空线路作业机器人,属于电网输电线路技术领域。背景技术
[0002] 由于电网输电线路分布点多、面广,绝大部分远离城镇,所处地形复杂,自然环境恶劣,且电力线及杆塔附件长期暴露在野外,会受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤,如不及时修复更换,原来微小的破损和缺陷就可能扩大,最终导致严重事故,造成大面积停电,从而造成极大的经济损失和严重的社会影响。所以,必须对输电线路进行定期巡视检查,随时掌握和了解输电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况,以便及时发现和消除隐患,预防事故的发生,确保供电安全。
[0003]目前,对输电线路的巡检主要采用两种方法,即地面人工目测法和直升飞机航测法。人工巡线采用的是人工巡视、手工记录的工作方式,巡检精度低,劳动强度大,难以保证巡检到位率。受自然环境的影响,有些地区人员和车辆难以到达,恶劣的作业环境甚至威胁到工作人员的人身安全。当前,输电线路飞速增加,高山大岭线路比例增多,人工巡线难度增大,遇有恶劣气候故障发生时巡线难度和危险性更大。直升飞机航测则存在飞行安全隐患,特别是地形复杂的地区,低空气流不稳定,危险更大,而且巡线费用昂贵,限制了直升机巡视的广泛推广。
[0004] 另外,由于我国幅员辽阔,气候条件多变,使得线路上覆冰雪现象出现的可能性增大,在某些地区甚至成为常发性现象。覆冰雪会引起倒塔、断线、舞动、覆冰闪络等多种灾害,对架空线路的安全运行造成严重危害。目前对于覆冰多采用人工除冰的方法,不但效率低,除冰效果不好,而且因为覆冰的影响,作业难度大,容易造成伤亡事故。
[0005] 在现有技术中,还有采用架空线路作业机器人进行巡检作业和除冰作业。如图1所示,为现有的架空线路作业机器人的结构示意图。现有的架空线路作业机器人包括前臂101、后臂102、手爪电机103、手爪104、驱动轮电机105、驱动轮106、侧摆关节电机107、侧摆关节108、移动关节109、移动关节电机110、升降关节电机111、升降关节112,驱动轮106置于导线正上方,采用两手爪104抱住导线,将驱动轮106压在导线上,在驱动轮106脱线时,首先打开手爪104,然后通过侧摆的方式使驱动轮106离开导线的正上方。上线的动作正好相反,首先通过侧摆使驱动轮106处于导线的正上方,然后闭合手爪104,抱住导线。在该现有技术中,为适应不同规格(大小、长短等)障碍物,需要在前、后臂上设置导轨,以使前、后臂可以沿横向移动,结构复杂、驱动电机使用数量多、整体质量大、越障动作复杂、越障适应性差。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种能够翻越线路障碍物、巡检范围大、驱动电机数量少、整体质量小、越障动作简单、越障适应性强的翻转越障式架空线路作业机器人。[0007] 为达到上述目的,本发明提出一种翻转越障式架空线路作业机器人,包括横梁,在所述横梁两端分别设有回转机构,所述回转机构能绕所述横梁的端部往复转动,在各所述回转机构的端部连接有能在架空线路上滑动并能与架空线路相脱离的悬臂机构。
[0008] 如上所述的翻转越障式架空线路作业机器人,其中,所述回转机构包括:
[0009] 回转主框架;
[0010] 两转臂,对称设置于所述回转主框架的外侧,且所述两转臂的一端固装于贯穿所述回转主框架的枢轴上,其另一端与所述悬臂机构相连接;
[0011] 回转驱动单元,与所述枢轴相连接,所述回转驱动单元驱动所述枢轴转动,所述枢轴带动所述转臂围绕所述枢轴旋转。
[0012] 如上所述的翻转越障式架空线路作业机器人,其中,所述回转驱动单元包括依次连接的回转驱动电机、联轴器和减速器,所述枢轴贯穿固定于所述减速器的输出齿轮上。
[0013] 如上所述的翻转越障式架空线路作业机器人,其中,所述悬臂机构包括:
[0014] 悬臂主框架,所述悬臂主框架的底端与所述回转机构相连接;
[0015] 行走单元,设于所述悬臂主框架的上方,包括相连接的主动行走轮和主动行走轮电机,所述主动行走轮电机驱动所述主动行走轮转动;
[0016] 顶升夹持单元,包括上顶升外框、两上顶升轴、两顶升夹持轮和顶升夹持电机,所述两顶升夹持轮能转动的设置于所述主动行走轮的下方两侧,所述两上顶升轴贯穿连接于所述上顶升外框内,且所述两上顶升轴竖直设置且分别顶抵于所述两顶升夹持轮的下部,所述顶升夹持电机通过所述上顶升外框驱动所述两上顶升轴上下移动,所述两顶升夹持轮与所述两上顶升轴同步上下移动,所述两顶升夹持轮与所述主动行走轮配合夹持架空线路。
[0017] 如上所述的翻转越障式架空线路作业机器人,其中,所述回转机构与所述悬臂机构通过快装机构相连接,所述快装机构包括:悬臂快装上架、悬臂快装下架和快装外夹紧环,所述悬臂快装上架设置于所述悬臂机构的底部,所述快装外夹紧环夹紧于所述悬臂快装上架和所述悬臂快装下架结合处的外部,所述悬臂快装下架与所述回转机构相连接。
[0018] 与现有技术相比,本发明具有以下特点和优点:
[0019] 1、本发明采用翻转式结构及顶轮式夹持方式,与现有技术相比,无需设置横向导轨机构,减少了驱动电机数量、减少了整体质量,并夹持力可控,可提高机器人爬坡能力,并且越障动作简单、越障适应性强。
[0020] 2、本发明可以跨越线路上的金具,如悬垂线夹、防震锤、间隔棒、屏蔽环等,沿线路自动行走,受自然环境的影响小、巡检范围大。
[0021] 3、本发明可携带除冰模块,可以做到有冰即除,最大限度的减小覆冰对输电线路的影响,保证供电安全。
附图说明
[0022] 在此描述的附图仅用于解释目的,而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外,图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的,用于帮助对本发明的理解,并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下,可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。[0023] 图1为现有的架空线路作业机器人的结构示意图;
[0024] 图2为本发明翻转越障式架空线路作业机器人的结构示意图;
[0025] 图3A为本发明的悬臂机构的立体结构示意图;
[0026] 图3B为本发明的悬臂机构的剖面结构示意图;
[0027] 图4A为本发明的回转机构的立体结构示意图;
[0028] 图4B为本发明的回转机构的剖面结构示意图;
[0029] 图5A为本发明的快装机构的立体结构示意图;
[0030] 图5B为本发明的快装机构的剖面结构示意图;
[0031] 图6为本发明翻转越障式架空线路作业机器人翻转越障过程示意图。
[0032] 附图标记说明:
[0033] 现有技术:
[0034] 101-前臂;102-后臂;103-手爪电机;104-手爪;105-驱动轮电机;106-驱动轮;107-侧摆关节电机;108-侧摆关节;109_移动关节;110_移动关节电机;111_升降关节电机;112-升降关节。
[0035] 本发明:
[0036] 1-横梁;2_悬臂机构;21_悬臂主框架;22_行走单元;221_主动行走轮;222_主动行走轮电机;23_顶升夹持单元;231_上顶升外框;232_上顶升轴;233_顶升夹持轮;234-顶升夹持电机;235_顶升夹持轮定位架;3-回转机构;31_回转主框架;32_转臂;33-回转驱动单元;331_回转驱动电机;332_联轴器;333_减速器;34_枢轴;4_快装机构;41-悬臂快装上架;42_悬臂快装下架;43_快装外夹紧环。
具体实施方式
[0037] 结合附图和本发明具体实施方式的描述,能够更加清楚地了解本发明的细节。但是,在此描述的本发明的具体实施方式,仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形,这些都应被视为属于本发明的范围。
[0038] 如图2所示,为本发明翻转越障式架空线路作业机器人的结构示意图。本发明提供的翻转越障式架空线路作业机器人包括横梁1、悬臂机构2、回转机构3和快装机构4,其中,回转机构3对称的设置于横梁I两端,回转机构3能绕横梁I的端部往复转动,在各回转机构3的端部连接有能在架空线路上滑动并能与架空线路相脱离的悬臂机构2。快装机构4用于快速连接悬臂机构2和回转机构3。这样,当本发明翻转越障式架空线路作业机器人在架空线路上行走过程中,遇到障碍物时,控制后侧的悬臂机构2与架空线路脱离,通过回转机构3驱动悬臂机构2翻转,实现本发明翻转越障式架空线路作业机器人翻转越障功能,其具体翻转越障过程在下文中将有详细描述。
[0039] 如图3A〜图3B所示,分别为本发明的悬臂机构的立体结构示意图和剖面结构示意图。本发明的所述悬臂机构包括:悬臂主框架21、行走单元22和顶升夹持单元23,悬臂主框架21的底端与回转机构3相连接,使得悬臂机构2与回转机构3连接在一起。行走单元22设于悬臂主框架21的上方,行走单元22包括相连接的主动行走轮221和主动行走轮电机222,主动行走轮电机222驱动主动行走轮221转动,使得主动行走轮221能够在架空线路上自由行走,从而带动整个作业机器人沿架空线路行走。顶升夹持单元23包括上顶升外框231、两上顶升轴232、两顶升夹持轮233和顶升夹持电机234,其中上顶升外框231位于悬臂主框架21与主动行走轮221之间,两上顶升轴232贯穿上顶升外框231,并与顶升外框231相连接。在主动行走轮221的下方设有顶升夹持轮定位架235,两顶升夹持轮233能沿轴向转动的设置于顶升夹持轮定位架235内,且顶升夹持轮233的转动轴与其相配合顶升夹持轮定位架235的安装槽具有一定的轴向间隙,使得顶升夹持轮233能够在外力的作用下沿安装槽而上下移动,并与主动行走轮221相配合以控制悬臂机构2对架空线路的夹持力,还可使得悬臂机构2与架空线路夹持或脱离。两上顶升轴232竖直设置且分别顶抵于两顶升夹持轮233的下部,顶升夹持电机234通过上顶升外框231驱动两上顶升轴233上下移动,使得两顶升夹持轮233与两上顶升轴232同步上下移动,进而使得架空线路夹持或脱离两顶升夹持轮233与主动行走轮221之间的槽型通道。优选的,在主动行走轮221和顶升夹持轮233上开设有V形槽,从而实现将导线夹持在上下相对的V形槽中,实现夹持行走的目的,并可通过夹持力度调节机器人摩擦力。
[0040] 如图4A〜图4B所示,分别为本发明的回转机构的立体结构示意图和剖面结构示意图。本发明的回转机构3包括回转主框架31、两转臂32 (包括前臂和后臂)、回转驱动单元33,两转臂32对称设置于回转主框架31的外侧,且两转臂32的一端固装于贯穿回转主框架31的枢轴34上,其另一端与悬臂机构2相连接,通过回转驱动单元33驱动枢轴转动,使得转臂32围绕枢轴34旋转,进而带动悬臂机构2同步旋转。在本实施例中,回转驱动单元33包括依次连接的回转驱动电机331、联轴器332和减速器333,枢轴34贯穿固定于减速器333的输出齿轮上。这样,回转驱动电机331通过联轴器332驱动减速器333,进而带动枢轴34转动,起到驱动转臂32枢转的作用。回转机构的结构采用简单的外框架绕枢轴旋转形式,实现大于200度的旋转,从而可以实现悬臂竖直向上,悬臂竖直向下等多种位置功能,灵活组合悬臂位置,可以实现诸如翻转越障、平移越障等多种功能。
[0041] 如图5A〜图5B所示,分别为本发明的快装机构的立体结构示意图和剖面结构示意图。本发明的回转机构3与悬臂机构2通过快装机构4相连接,快装机构4包括悬臂快装上架41、悬臂快装下架42和快装外夹紧环43,悬臂快装上架41设置于悬臂机构2的底部,快装外夹紧环43通过螺栓夹紧于悬臂快装上架41和悬臂快装下架42结合处的外部,使得悬臂快装上架41和悬臂快装下架42通过快装外夹紧环43夹紧固定。悬臂快装下架42与回转机构3的转臂32相连接,使得悬臂机构2与回转机构3连接在一起。快装机构为上下法兰结构,即悬臂快装上架41和悬臂快装下架42结构,快装时上法兰对准下法兰,然后套上外部快装外夹紧环43即可。
[0042] 如图6所示,为本发明翻转越障式架空线路作业机器人翻转越障过程示意图。本发明翻转越障式架空线路作业机器人在翻转越障时,包括以下步骤:
[0043] 步骤a:机器人检测到障碍,进入越障模式;
[0044] 步骤b:后臂(即后侧转臂)解锁,与导线脱离;
[0045] 步骤c:前臂(即前侧转臂)回转机构逆时针旋转90度;
[0046] 步骤d:后臂回转机构逆时针旋转180度;
[0047] 步骤e:前臂回转机构逆时针旋转90度;
[0048] 步骤f:后臂上线,锁定,此时,机器人的前臂、后臂位置已经互换;[0049] 步骤g:前臂解锁,与导线脱离;
[0050] 步骤h:后臂回转机构逆时针旋转90度;
[0051] 步骤1:前臂回转机构逆时针旋转180度;
[0052] 步骤j:后臂回转机构逆时针旋转90度;
[0053] 步骤k:前臂上线,锁定,至此,机器人越过障碍,并且前后臂位置回复到越障前状态。
[0054] 针对上述各实施方式的详细解释,其目的仅在于对本发明进行解释,以便于能够更好地理解本发明,但是,这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制,特别是,在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合,从而组成其他实施方式,除了有明确相反的描述,这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中,而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (5)

1.一种翻转越障式架空线路作业机器人,其特征在于,所述翻转越障式架空线路作业机器人包括横梁,在所述横梁两端分别设有回转机构,所述回转机构能绕所述横梁的端部往复转动,在各所述回转机构的端部连接有能在架空线路上滑动并能与架空线路相脱离的悬臂机构。
2.如权利要求1所述的翻转越障式架空线路作业机器人,其特征在于,所述回转机构包括: 回转主框架; 两转臂,对称设置于所述回转主框架的外侧,且所述两转臂的一端固装于贯穿所述回转主框架的枢轴上,其另一端与所述悬臂机构相连接; 回转驱动单元,与所述枢轴相连接,所述回转驱动单元驱动所述枢轴转动,所述枢轴带动所述转臂围绕所述枢轴旋转。
3.如权利要求2所述的翻转越障式架空线路作业机器人,其特征在于,所述回转驱动单元包括依次连接的回转驱动电机、联轴器和减速器,所述枢轴贯穿固定于所述减速器的输出齿轮上。
4.如权利要求1所述的翻转越障式架空线路作业机器人,其特征在于,所述悬臂机构包括: 悬臂主框架,所述悬臂主框架的底端与所述回转机构相连接; 行走单元,设于所述悬臂主框架的上方,包括相连接的主动行走轮和主动行走轮电机,所述主动行走轮电机驱动所述主动行走轮转动; 顶升夹持单元,包括上顶升外框、两上顶升轴、两顶升夹持轮和顶升夹持电机,所述两顶升夹持轮能转动的设置于所述主动行走轮的下方两侧,所述两上顶升轴贯穿连接于所述上顶升外框内,且所述两上顶升轴竖直设置且分别顶抵于所述两顶升夹持轮的下部,所述顶升夹持电机通过所述上顶升外框驱动所述两上顶升轴上下移动,所述两顶升夹持轮与所述两上顶升轴同步上下移动,所述两顶升夹持轮与所述主动行走轮配合夹持架空线路。
5.如权利要求1至4中任一项所述的翻转越障式架空线路作业机器人,其特征在于,所述回转机构与所述悬臂机构通过快装机构相连接,所述快装机构包括:悬臂快装上架、悬臂快装下架和快装外夹紧环,所述悬臂快装上架设置于所述悬臂机构的底部,所述快装外夹紧环夹紧于所述悬臂快装上架和所述悬臂快装下架结合处的外部,所述悬臂快装下架与所述回转机构相连接。
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