CN103616893B - 一种巡线机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巡线机器人控制系统，包括：用于检测障碍物位置的光电传感器，驱动轮机构、夹持机构上均设置有光电传感器；主控制器，用于在驱动轮机构上的光电传感器检测到障碍物时，控制驱动轮机构和与该驱动轮机构对应的压紧轮机构打开并脱离线路，在越过障碍物时，控制驱动轮机构和与该驱动轮机构对应的压紧轮机构闭合并压紧线路；在夹持机构上的光电传感器检测到障碍物时，控制夹持机构打开并脱离线路，在越过障碍物时，控制夹持机构闭合并抓紧线路。本发明通过光电传感器检测障碍物的位置，因此使得巡线机器人能够及时避开障碍物，避免了巡线机器人与障碍物发生碰撞，使得巡线机器人损坏或由线路上坠落的问题。

Description

一种巡线机器人控制系统

技术领域

本发明涉及巡线机器人技术领域，更具体地说，涉及一种巡线机器人控制系统。

背景技术

采用高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式，高压和超高压线路的安全运行是远距离输电的保障。但是，架空输电线路长期暴露在野外，因受到持续的机械张力、风吹日晒、材料老化的影响，经常出现断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，原本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，从而带来极大的经济损失和严重的社会影响。

早期，传统的巡线方法采用人工目测和飞机巡航。人工目测往往费时费力而事倍功半，且受制于作业人员的经验和个人素质，人身安全还得不到保障。飞机巡航则只能检测输电线的上半部分。

现有技术中除了上述两种巡线方式之外，还具有一种机器人巡检方式，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，而且对提高电网自动化水平、保障电网安全运行具有重要意义。在机器人研究领域中，电力机器人属于典型的特种机器人，其研究应用范围越来越广，在国际上形成了独特的电力机器人应用研究领域，特别是机器人技术在架空输电线路巡检、异物清除等方面的应用研究更是电力机器人研究领域的热点。架空输电线路机器人是以移动机器人为载体，携带检测仪器或作业工具，沿架空输电线路的地线或导线运动，对线路进行检测、维护等作业。

巡线机器人一般包括两个相连接的巡线机器人本体，巡线机器人本体一般包括压紧轮机构、驱动轮机构、夹持机构、俯仰机构和变距机构。其中，驱动轮机构和压紧轮机构组成行走轮组机构，驱动轮机构的驱动轮搭接在线路的上侧，压紧轮机构的压紧轮压紧在线路的下侧，为驱动轮提供预紧摩擦力。驱动轮机构的驱动轮由两部分组成，该两部分可以通过分合驱动电机实现分合运动，驱动轮通过旋转驱动电机驱动转动，从而实现带动巡线机器人在线路上移动的效果。压紧轮机构的压紧轮通过升降驱动电机实现升降，从而调节对线路的压紧力。

夹持机构的两个夹持爪可通过其夹持驱动电机实现夹紧或松开线路。俯仰机构用于连接两个巡线机器人本体，并可通过其旋转驱动电机实现两个巡线机器人本体之间的角度调节。行走轮组机构设置在变距机构上，并可通过变距机构的变距驱动电机实现行走轮组机构的移动。

然而，现有技术中在巡线机器人跨越障碍物时，需要操作人员时刻观察障碍物的位置，并在巡线机器人靠近障碍物时，作出相应的控制，经常出现由于观察错误，巡线机器人与障碍物发生碰撞，使得巡线机器人损坏或由线路上坠落。

因此，如何解决由于操作人员观察的不及时，造成的巡线机器人与障碍物发生碰撞，使得巡线机器人损坏或由线路上坠落的问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种巡线机器人控制系统，以解决由于操作人员观察的不及时，造成的巡线机器人与障碍物发生碰撞，使得巡线机器人损坏或由线路上坠落的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种巡线机器人控制系统，用于控制巡线机器人，所述巡线机器人包括相连接的两个结构相同的巡线机器人本体，所述巡线机器人本体包括压紧在线路上侧的驱动轮机构、压紧在线路下侧的压紧轮机构、夹持机构、俯仰机构和变距机构，包括：

用于检测障碍物位置的光电传感器，所述驱动轮机构、所述夹持机构上均设置有所述光电传感器；

主控制器，用于在所述驱动轮机构上的光电传感器检测到障碍物时，控制所述驱动轮机构和与该驱动轮机构对应的压紧轮机构打开并脱离线路，在越过障碍物时，控制所述驱动轮机构和与该驱动轮机构对应的压紧轮机构闭合并压紧线路；在夹持机构上的光电传感器检测到障碍物时，控制所述夹持机构打开并脱离线路，在越过障碍物时，控制所述夹持机构闭合并抓紧线路。

优选地，在上述巡线机器人控制系统中，还包括用于检测障碍物位置的超声波传感器，所述超声波传感器设置于在行走方向上，位于前面的驱动轮机构上；

在所述超声波传感器检测到障碍物时，所述主控制器控制所述驱动轮机构减速。

优选地，在上述巡线机器人控制系统中，所述超声波传感器为呈阵列布置的2个或3个。

优选地，在上述巡线机器人控制系统中，还包括用于检测巡线机器人的侧倾角的倾角传感器，在侧倾角超过预设角度时，所述主控制器控制所述夹持机构抓紧线路，并控制所述压紧轮机构压紧线路。

优选地，在上述巡线机器人控制系统中，还包括地面控制系统，所述地面控制系统包括：

控制手柄，所述控制手柄用于发出控制所述驱动轮机构、压紧轮机构、夹持机构、俯仰机构和变距机构做相应工作的动作；

处理器，用于根据所述控制手柄的动作，转换成相应的控制信号，并将该控制信号发送给所述主控制器，所述主控制器根据所述控制信号控制所述驱动轮机构、压紧轮机构、夹持机构、俯仰机构和变距机构的动作。

优选地，在上述巡线机器人控制系统中，还包括用于检测驱动轮机构、压紧轮机构、夹持机构、俯仰机构和变距机构的驱动电机的电流的电流传感器，在检测到的电流超过预设电流时，则向所述处理器发送过流警报。

优选地，在上述巡线机器人控制系统中，还包括用于采集巡线机器人线路的视频数据的视频捕获装置，所述视频捕获装置还用于将所述视频数据传送至所述地面控制系统。

优选地，在上述巡线机器人控制系统中，所述视频捕获装置包括：

用于采集巡线机器人线路视频数据的CCD相机；

用于将所述视频数据传送至所述地面控制系统的视频发射机。

优选地，在上述巡线机器人控制系统中，所述地面控制系统还包括用于接收所述视频数据的视频接收机，所述视频接收机与所述处理器连接。

优选地，在上述巡线机器人控制系统中，所述光电传感器为漫反射式光电传感器。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的巡线机器人控制系统，通过光电传感器来检测障碍物的位置，由于光电传感器的检测范围较短，一般为3.5cm-12cm，所以一端光电传感器检测到障碍物存在时，说明巡线机器人与障碍物的距离已经很近，需要跨越。主控制器则控制相应的驱动轮机构或加持机构打开，以避开障碍物，远离障碍物的驱动轮机构继续驱动巡线机器人移动，在跨越障碍物后，控制相应的驱动轮机构和夹持机构闭合恢复与线路的配合关系。本发明通过光电传感器检测障碍物的位置，因此使得巡线机器人能够及时避开障碍物，避免了巡线机器人与障碍物发生碰撞，使得巡线机器人损坏或由线路上坠落的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的巡线机器人控制系统的系统框图；

图2为本发明实施例提供的巡线机器人的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的巡线机器人连续越障动作过程一的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的巡线机器人连续越障动作过程二的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的巡线机器人连续越障动作过程三的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的巡线机器人连续越障动作过程四的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的压紧轮机构的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的驱动轮机构的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的驱动轮机构的正视图；

图10为本发明实施例提供的夹持机构的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的夹持机构的正视图；

图12为本发明实施例提供的俯仰机构的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的变距机构的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程一的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程二的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程三的结构示意图；

图17为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程四的结构示意图；

图18为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程五的结构示意图；

图19为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程六的结构示意图；

图20为本发明实施例提供的巡线机器人跨步式越障动作过程一的结构示意图；

图21为本发明实施例提供的巡线机器人跨步式越障动作过程二的结构示意图；

图22为本发明实施例提供的巡线机器人跨步式越障动作过程三的结构示意图。

其中：

100为压紧轮机构，200为驱动轮机构，300为夹持机构，400为俯仰机构，500为变距机构；

101为固定箱体，102为升降驱动电机，103为第一升降驱动齿轮，104为第二升降驱动齿轮，105为压紧轮固定架，106为升降丝杠，107为压紧轮导向杆，108为轴承座，109为压紧轮；

201为主动驱动轮，202为从动驱动轮，203为第二旋转齿轮，204为第一旋转齿轮，205为旋转驱动电机，206为第一安装板，207为第二安装板，208为分合导向杆，209为分合驱动电机，211为分合丝杠，212为第二分合驱动齿轮，213为第一滑动装置，214为底座，215为第二滑动装置，216为直线轴承座；

301为支撑盒，302为夹持驱动电机，303为第二夹持驱动齿轮，304为第一夹持驱动齿轮，305为分合蜗杆，306为分合涡轮，307为第二传动齿轮，308为第一传动齿轮，309为第一夹持爪，310为第二夹持爪；

401为俯仰驱动电机，402为俯仰蜗杆，403为蜗轮，404为第一俯仰连接架，405为第二俯仰连接架，406为俯仰转轴；

501为基座，502为第一变距滑动装置，503为滑座，504为丝杠，505为丝母，506为变距驱动电机；

10为障碍物，20为第二夹持机构，30为第一夹持机构，40为第二驱动轮机构，50为第一驱动轮机构，60为第二变距机构，70为第一变距机构，80为第二压紧轮机构，90为第一压紧轮机构，600为线路。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种巡线机器人控制系统，以解决由于操作人员观察的不及时，造成的巡线机器人与障碍物发生碰撞，使得巡线机器人损坏或由线路上坠落的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的巡线机器人控制系统的系统框图；图2为本发明实施例提供的巡线机器人的结构示意图。

本发明实施例提供的巡线机器人控制系统，用于控制巡线机器人，巡线机器人包括相连接的两个结构相同的巡线机器人本体，巡线机器人本体包括压紧在线路上侧的驱动轮机构200、压紧在线路下侧的压紧轮机构100、夹持机构300、俯仰机构400和变距机构500。

巡线机器人控制系统包括光电传感器703和主控制器701。光电传感器703用于检测障碍物的位置，由于两个巡线机器人本体上的驱动轮机构、压紧轮机构和夹持机构具有一定的距离，需要分别越过障碍物，所以本发明在两个巡线机器人本体上的驱动轮机构200和夹持机构300上均设置有光电传感器703。由于驱动轮机构200具有与其对应的压紧轮机构，所以压紧轮机构100无需设置光电传感器703。光电传感器703可为漫反射式光电传感器。

主控制器701用于在驱动轮机构200上的光电传感器703检测到障碍物时，控制驱动轮机构200和与该驱动轮机构200对应的压紧轮机构100打开并脱离线路，在越过障碍物时，控制驱动轮机构200和与该驱动轮机构200对应的压紧轮机构100闭合并压紧线路；在夹持机构300上的光电传感器703检测到障碍物时，控制夹持机构300打开并脱离线路，在越过障碍物时，控制夹持机构300闭合并抓紧线路。

请参阅图3-图6，图3为本发明实施例提供的巡线机器人连续越障动作过程一的结构示意图；图4为本发明实施例提供的巡线机器人连续越障动作过程二的结构示意图；图5为本发明实施例提供的巡线机器人连续越障动作过程三的结构示意图；图6为本发明实施例提供的巡线机器人连续越障动作过程四的结构示意图。

需要说明的是，为了便于理解本方案，图3-图6中驱动轮机构的驱动轮的主动驱动轮和从动驱动轮处于分离状态时，主动驱动轮和从动驱动轮的驱动轴呈非填充状态，而处于结合状态时，主动驱动轮和从动驱动轮的驱动轴呈黑色填充状态。

行走轮组机构在工作时，压紧轮机构的压紧轮压紧在线路的下侧，旋转驱动装置驱动主动驱动轮和从动驱动轮组成的驱动轮旋转，从而实现沿线路行走的功能。

由于巡线机器人包括两个巡线机器人本体，因此巡线机器人包括两个压紧轮机构、驱动轮机构、夹持机构和变距机构。为了便于区分各机构，因此分别定义为第一压紧轮机构90、第二压紧轮机构80、第一驱动轮机构50、第二驱动轮机构40、第一夹持机构30、第二夹持机构20、第一变距机构70和第二变距机构60。

如图3所示，在巡线机器人中的第一压紧轮机构90和第一驱动轮机构50处的光电传感器703检测到障碍物10时，主控制器701控制升降驱动装置驱动压紧轮向下移动，从而脱离对线路600的压紧，控制分合驱动装置驱动主动驱动轮和从动驱动轮做分离动作，以使得主动驱动轮和从动驱动轮避开线路600，脱离搭接状态。

如图4所示，巡线机器人由第二驱动轮机构40驱动继续行走，在第一压紧轮机构90和第一驱动轮机构50绕过障碍物10时，主控制器701控制第一压紧轮机构90的升降驱动装置驱动压紧轮向上移动，从而实现对线路600的压紧作用，并控制第一驱动轮机构50的分合驱动装置驱动主动驱动轮和从动驱动轮做组合动作，以使得主动驱动轮和从动驱动轮组成驱动轮，并重新搭接在线路600上。在第一夹持机构30处的光电传感器703检测到障碍物10时，主控制器701控制该第一夹持机构30脱离夹住线路600的状态，以方便第一夹持机构30越过障碍物10，在第一夹持机构30越过障碍物10后，第一夹持机构30的夹持爪关闭，保持夹住线路600的状态。

如图5所示，巡线机器人由第一驱动轮机构50和第二驱动轮机构40驱动继续行走，在第二夹持机构20处的光电传感器703检测到障碍物10时，主控制器701控制该第二夹持机构20脱离夹住线路600的状态，以方便第二夹持机构20越过障碍物10，在第二夹持机构20越过障碍物10后，第二夹持机构20的夹持爪关闭，保持夹住线路600的状态。在巡线机器人中的第二压紧轮机构80和第二驱动轮机构40处的光电传感器703检测到障碍物10时，主控制器701控制第二压紧轮机构80的升降驱动装置驱动压紧轮组向下移动，从而脱离对线路600的压紧，控制第二驱动轮机构40的分合驱动装置驱动第二驱动轮机构40的主动驱动轮和从动驱动轮做分离动作，以使得主动驱动轮和从动驱动轮避开线路600，脱离搭接状态。

如图6所示，巡线机器人由第一驱动轮机构50驱动继续行走，在第二压紧轮机构80和第二驱动轮机构40绕过障碍物10时，主控制器701控制第二压紧轮机构80的升降驱动装置驱动压紧轮组向上移动，从而实现对线路600的压紧作用，通过第二驱动轮机构40的分合驱动装置驱动第二驱动轮机构40的主动驱动轮和从动驱动轮做组合动作，以使得主动驱动轮和从动驱动轮组成驱动轮，并重新搭接在线路600上。

在本发明一具体实施例中，本发明还可包括用于检测障碍物位置的超声波传感器702，超声波传感器702设置于在行走方向上，位于前面的驱动轮机构200上；在超声波传感器702检测到障碍物时，主控制器701控制驱动轮机构200减速。本发明对减速的比例不做限定，只要比正常工作时的行走速度低即可，可根据实际试验效果对减速后的速度进行设定。

超声波传感器702的检测距离为20cm-400cm，其检测距离大于光电传感器703的检测距离，即在巡线机器人行走过程中，超声波传感器702首先检测到障碍物的存在。在超声波传感器702检测到障碍物时，虽然障碍物距离巡线机器人还有一定的距离，但是由于巡线机器人还处于行走状态，而且行走速度较快，所以很快便会达到障碍物的位置。为了避免光电传感器703由于速度较快，无法及时越过障碍物，本发明在超声波传感器702检测到障碍物时，主控制器701控制驱动轮机构200减速，从而使得巡线机器人能够缓慢的靠近障碍物，从而为驱动轮机构200、压紧轮机构100和夹持机构300的动作赢得时间。

在本发明一具体实施例中，超声波传感器702为呈阵列布置的2个或3个，用于初步定位障碍物。本发明通过设置多个呈阵列布置多个的超声波传感器702，能够防止漏电对障碍物的感应，只要其中一个超声波传感器702感应到障碍物时，便实现减速。

在本发明一具体实施例中，本发明还可包括用于检测巡线机器人的侧倾角的倾角传感器705，在侧倾角超过预设角度时，主控制器701控制夹持机构300抓紧线路，并控制压紧轮机构100压紧线路。一旦检测出巡线机器人左右摆动角度超出安全范围就启动机器人安全机制，即控制夹持机构300抓紧线路，并控制压紧轮机构100压紧线路。

在本发明一具体实施例中，本发明还包括地面控制系统，地面控制系统包括控制手柄和处理器，其中处理器可为笔记本电脑。

控制手柄用于发出控制驱动轮机构200、压紧轮机构100、夹持机构300、俯仰机构400和变距机构500做相应工作的动作，操作人员可以根据光电传感器703检测到障碍物时，操纵控制手柄来控制相应的机构作出相应的越障动作。

处理器用于根据控制手柄的动作，转换成相应的控制信号，并将该控制信号发送给主控制器701，主控制器701根据控制信号控制驱动轮机构200、压紧轮机构100、夹持机构300、俯仰机构400和变距机构500的动作。处理器可以对巡线机器人的操纵方式进行选择，例如可选择自动模式和遥控模式，在选择自动模式时，由主控制器701对巡线机器人进行控制，在选择遥控模式时，由控制手柄对巡线机器人进行控制。

由于主控制器701位于巡线机器人上，而处理器位于地面上，所以主控制器701与处理器距离较远，因此在本实施例中，处理器和主控制器701可通过无线模块实现连接。

在本发明一具体实施例中，本发明还可包括用于检测驱动轮机构200、压紧轮机构100、夹持机构300、俯仰机构400和变距机构500的驱动电机的电流的电流传感器704，在电流传感器704检测到的电流超过预设电流时，则向处理器发送过流警报，提醒操作人员及时检修或者采取应急措施。

在本发明一具体实施例中，本发明还包括用于采集巡线机器人线路的视频数据的视频捕获装置，视频捕获装置还用于将视频数据传送至地面控制系统。视频捕获装置包括CCD（ChargeCoupledDevice，电荷藕合器件图像传感器）相机和视频发射机。

CCD相机用于采集巡线机器人线路的视频数据，视频发射机用于将视频数据传送至地面控制系统，地面控制系统具有与视频发射机连接的视频接收机。

主控制器701对驱动轮机构200、压紧轮机构100、夹持机构300、俯仰机构400和变距机构500的控制，主要是对各个机构的驱动电机，即变距驱动电机506、夹持驱动电机302、升降驱动电机102、旋转驱动电机206、分合驱动电机209和俯仰驱动电机401的控制。下面对巡线机器人的结构进行详细的介绍。

请参阅图10、图11和图13，图10为本发明实施例提供的夹持机构的结构示意图；图11为本发明实施例提供的夹持机构的正视图；图13为本发明实施例提供的变距机构的结构示意图。

变距机构500包括基座501、滑座503、丝杠504、丝母505和变距驱动电机506。

其中，基座501用于安装巡线机器人的夹持机构，夹持机构相对于基座501是固定不同的，即在基座501移动时，夹持机构跟随移动。

滑座503可滑动地设置于基座501上，滑座503用于安装巡线机器人的行走轮组机构。行走轮组机构包括驱动轮机构和压紧轮机构。驱动轮机构与压紧轮组机构相配合，实现对线路的压紧，从而使得驱动轮机构的驱动轮在转动时可以带动巡线机器人在线路上行走。驱动轮机构的驱动轮可以实现分合动作，在驱动轮分开时，可以脱离线路。

丝杠504可转动地架设在基座501上，具体地，丝杠504可通过轴承架设在基座501上，从而使得丝杠504能够绕其轴线自由转动。

丝母505与丝杠504螺纹配合，丝母505与滑座503相连，变距驱动电机506设置于基座501上，且用于驱动丝杠504转动。丝杠504转动时，丝母505根据丝杠504的转向沿丝杠504轴向移动，移动过程中，带动滑座503滑动。需要说明的是，滑座503的滑动方向与丝杠504的轴向相同。

变距机构500通过变距驱动电机506提供动力，带动丝杠504旋转，在丝杠504旋转的过程中，丝母505沿丝杠504的轴向移动，同时带动滑座503移动，滑座503带动其上的行走轮组机构移动。在行走轮组机构遇到障碍物时，行走轮组机构的驱动轮分开，并通过丝杠机构带动滑座503上的行走轮组机构快速越过障碍物。本发明能够快速越过障碍物，提高了巡线机器人的应用范围。

夹持机构300包括支撑盒301、支撑架第一转动轴、第二转动轴、夹持驱动装置、第一夹持爪309和第二夹持爪310。

其中，支撑盒301设置于所述基座501上，支撑架设置于支撑盒301上，支撑盒301和支撑架是用于支撑气其上部件的支撑装置，支撑盒301和支撑架可为一体式结构，也可为通过连接件可拆卸连接的分体式结构。

第一转动轴和第二转动轴可转动地设置于支撑架上，具体地可以通过轴承架设在支撑架上，第一转动轴和第二转动轴通过传动机构传动连接，即只需要通过驱动其中一个转动轴旋转，那么另外一个转动轴会跟随旋转。

夹持驱动装置驱动第一转动轴和第二转动轴中的一个转动，第一夹持爪309固定在第一转动轴上，第二夹持爪310固定在第二转动轴上，第一夹持爪309和第二夹持爪310交叉后能够挂接在线路上，在第一夹持爪309和第二夹持爪310分离后能够脱离线路。具体地可通过传动机构实现第一转动轴和第二转动轴的转速相同并且转向相反，从而使得第一夹持爪309和第二夹持爪310做对称旋转运动。

夹持爪（第一夹持爪309和第二夹持爪310）包括摆动杆和爪齿，摆动杆与转动轴（第一转动轴和第二转动轴）相连，爪齿与摆动杆，并且与摆动杆向垂直，需要说明的是爪齿与摆动杆也可不垂直，只要具有一定角度即可。为了提高夹持效果，在转动轴的两端均设置摆动杆，两个摆动杆通过一个连杆实现连接。为了保证第一夹持爪309和第二夹持爪310能够实现交叉而不发生干涉，第一夹持爪309和第二夹持爪310的爪齿应当相互避开。

夹持机构在使用时，通过夹持驱动装置驱动第一转动轴和第二转动轴中的一个转动，例如驱动第一转动轴转动，那么第一转动轴通过传动机构带动第二转动轴转动，继而带动第一夹持爪309和第二夹持爪310做相向或相离运动，从而完成抱住线路或松开线路的作用。在驱动轮和夹紧轮越障时，可以通过该夹持机构夹住线路，保证巡线机器人不会由线路上掉落。

摆动杆可固连在驱动轴的轴承上面，一方面可以很好的支撑机器人重量，一方面可以降低夹持爪与线路之间的摩擦，减轻对线路的损伤。

在本发明一具体实施例中，基座501上设置有第一变距滑动装置502，滑座503上设置有与第一变距滑动装置502滑动配合的第二变距滑动装置。第一变距滑动装置502和第二变距滑动装置的延伸方向与丝杠504的轴向平行。本发明通过在基座501上设置第一变距滑动装置502，并在滑座503上设置第二变距滑动装置，能够为滑座503提供更加稳定的滑动。

具体地，第一变距滑动装置502为滑轨，第二变距滑动装置为与滑轨配合的滑槽，第一变距滑动装置502也可为滑槽，第二变距滑动装置为与滑槽配合的滑轨。

第一变距滑动装置502为滑轨，第二变距滑动装置为设置于滑座503底部的滑座，滑座上开设有滑槽，该滑槽与滑轨滑动配合。

在本发明一具体实施例中，变距驱动电机506通过传动装置与丝杠504相连。传动装置包括主动带轮、从动带轮和传动带。

其中，主动带轮设置于变距驱动电机506的输出轴上，通过变距驱动电机506带动主动带轮转动，从动带轮设置于丝杠504上，传动带连接主动带轮和从动带轮，从而将主动带轮的转动传递给从动带轮，继而带动丝杠504旋转。传动装置除了可以为带轮机构之外，还可为齿轮机构。

在本发明一具体实施例中，夹持驱动装置包括夹持驱动电机302、第一夹持驱动齿轮304分合蜗杆305、第二夹持驱动齿轮303和分合涡轮306。

其中，夹持驱动电机302设置于支撑盒301上，夹持驱动电机302的输出轴上设置有第一夹持驱动齿轮304。分合蜗杆305可转动地设置于支撑盒301和支撑架上，分合蜗杆305上设置有与第一夹持驱动齿轮304啮合的第二夹持驱动齿轮303。分合涡轮306设置于第一转动轴或第二转动轴上，分合涡轮306与分合蜗杆305啮合。

在需要打开或关闭夹持爪时，可以启动夹持驱动电机302，通过第一夹持驱动齿轮304带动分合蜗杆305旋转，分合蜗杆305与分合涡轮306啮合，从而带动第一转动轴和第二转动轴中的一个旋转，并通过传动机构带动另外一个旋转，从而实现了夹持爪的动作，可以通过夹持驱动电机302的旋向不同，使得夹持爪完成打开或关闭。

在本发明一具体实施例中，传动机构包括设置于第一转动轴上的第一传动齿轮308，以及设置于第二转动轴上的第二传动齿轮307，第一传动齿轮308和第二传动齿轮307啮合。

请参阅图7，图7为本发明实施例提供的压紧轮机构的结构示意图。

行走轮组机构包括压紧在线路上侧驱动轮机构200和压紧在线路下侧的压紧轮机构100。压紧轮机构100包括固定箱体101、升降驱动装置和压紧轮组。

其中，固定箱体101用于支撑起上设置的部件。升降驱动装置设置于固定箱体101上，现有技术中具有升降功能的装置很多，例如丝杠机构、气缸机构等。压紧轮组与升降驱动装置相连，并由升降驱动装置带动升降，压紧轮组至少包括一个压紧轮109，压紧轮109用于压紧在线路的下侧。

压紧轮组的压紧轮109压紧在线路的下侧，并与驱动轮机构的配合完成巡线机器人的行走。在巡线机器人中的一个压紧轮机构靠近障碍物无法驶过时，通过升降驱动装置驱动压紧轮组向下移动，从而脱离对线路的压紧。巡线机器人继续行走，在该压紧轮机构绕过障碍物时，通过升降驱动装置驱动压紧轮组向上移动，从而实现对线路的压紧作用。巡线机器人的其它压紧轮机构的越障动作，与上述方式相同。本发明具有越障功能，提高了巡线机器人的应用范围。

在本发明一具体实施例中，升降驱动装置包括升降驱动电机102、第一升降驱动齿轮103、升降丝杠106和第二升降驱动齿轮104。

其中，升降驱动电机102设置于固定箱体101上，升降驱动电机102的输出轴上设置有第一升降驱动齿轮103，通过升降驱动电机102工作，带动第一升降驱动齿轮103旋转。

升降丝杠106与压紧轮组连接，第二升降驱动齿轮104与升降丝杠106螺纹配合，第二升降驱动齿轮104与第一升降驱动齿轮103啮合。第一升降驱动齿轮103带动第二升降驱动齿轮104旋转，由于第二升降驱动齿轮104与升降丝杠106螺纹配合，因此，在第二升降驱动齿轮104旋转时，升降丝杠106上下移动，从而带动压紧轮组上下移动，向上移动时，压紧线路，向下移动时，放松线路。

在本发明一具体实施例中，本发明还可包括固定在固定箱体101上的轴承座108，轴承座108上设置有与第二升降驱动齿轮104连接的轴承。第二升降驱动齿轮104与轴承连接，因此第二升降驱动齿轮104更加方便转动。

在本发明一具体实施例中，压紧轮组包括压紧轮固定架105、压紧轮109和压紧轮导向杆107。

其中，压紧轮109可转动地设置于压紧轮固定架105上，通常压紧轮109设计为两个。需要说明的是，压紧轮109还可为一个，或者三个及以上。压紧轮导向杆107设置于压紧轮固定架105上，固定箱体101上开设有与压紧轮导向杆107滑动配合的导向孔。本发明通过设置导向装置（压紧轮导向杆107），使得压紧轮109的升降具有了导向功能，因此升降稳定性更好。

请参阅图8和图9，图8为本发明实施例提供的驱动轮机构的结构示意图；图9为本发明实施例提供的驱动轮机构的正视图。

驱动轮机构包括底座214、第一安装板206、第二安装板207、主动驱动轮201、从动驱动轮202、旋转驱动装置和分合驱动装置。

其中，底座214为本发明的支撑部分，用于为其上的部件提供安装基础，固定箱体101设置于底座214上。第一安装板206和第二安装板207平行布置，且均可滑动地设置于底座214上，第一安装板206和第二安装板207布置于固定箱体101的两侧。第一安装板206和第二安装板207的结构可以相同，也可不同，为了降低制造成本，第一安装板206和第二安装板207的结构优选为相同，可以采用一个模具进行制造。

主动驱动轮201可转动地设置于第一安装板206上，具体地，可通过轴承支撑在第一安装板206上。从动驱动轮202可转动地设置于第二安装板207上，具体地，可通过轴承支撑在第二安装板207上。主动驱动轮201和从动驱动轮202配合后形成搭接在线路上的驱动轮。

例如，可在从动驱动轮202上设置用于搭接在线路上的搭接轴，并在搭接轴上开设插接孔，在主动驱动轮201上设置插接轴，在主动驱动轮201和从动驱动轮202配合时，搭接轴插入插接孔内，并实现主动驱动轮201和从动驱动轮202的联动。主动驱动轮201和从动驱动轮202上均设置有限位盘，通过限位盘避免驱动轮由线路上滑落。

旋转驱动装置用于驱动主动驱动轮201转动，分合驱动装置用于驱动第一安装板206和第二安装板207中的至少一个滑动，也可通过分合驱动装置驱动第一安装板206和第二安装板207向相反方向滑动，只要能够实现第一安装板206和第二安装板207的分合动作即可。

在本发明一具体实施例中，底座214上设置有第一滑动装置213，第一安装板206和第二安装板207上设置有与第一滑动装置213滑动配合的第二滑动装置215。为了保证第一安装板206和第二安装板207沿底座214的滑动，现有技术中存在多种实现方式，本文重点介绍在底座214上设置有第一滑动装置213，在第一安装板206和第二安装板207上设置第二滑动装置215的方式。

在本发明一具体实施例中，第一滑动装置213为滑轨，第二滑动装置215为滑块，滑块上开设有与滑轨滑动配合的滑槽。即在底座214上布置滑轨，而在第一安装板206和第二安装板207上布置具有滑槽的滑块，从而实现第一安装板206和第二安装板207能够做分合动作。具体地，滑轨可为燕尾滑轨，滑槽为燕尾槽。

除了上述实施方式之外，第一滑动装置213为滑槽，第二滑动装置215为与滑槽配合的滑轨。即在底座214上直接开设滑槽，或者通过设置滑块，在滑块上开设滑槽，而在第一安装板206和第二安装板207上布置滑轨，从而实现第一安装板206和第二安装板207能够做分合动作。具体地，滑轨可为燕尾滑轨，滑槽为燕尾槽。

为了保证滑动的平稳性，第一滑动装置213为平行布置的两个，第一安装板206和第二安装板207的两侧分别设置有与两个第一滑动装置213配合的第二滑动装置215。本发明通过设置两个第一滑动装置213，提高了第一安装板206和第二安装板207滑动配合的面积。以第一安装板206为例，将第二滑动装置215设置在第一安装板206的两侧，从而提高对第一安装板206的稳定支撑。

在本发明一具体实施例中，分合驱动装置包括分合驱动电机209、第一分合驱动齿轮、分合丝杠211和第二分合驱动齿轮212。

其中，设置于固定箱体101上的分合驱动电机209，分合驱动电机209的输出轴上设置有第一分合驱动齿轮，通过分合驱动电机209能够带动第一分合驱动齿轮转动。

分合丝杠211的一端与第一安装板206连接，另一端和第二安装板207相连。第二分合驱动齿轮212与分合丝杠211螺纹连接，第二分合驱动齿轮212与第一分合驱动齿轮啮合。在分合驱动电机209工作时，第一分合驱动齿轮转动，并带动第二分合驱动齿轮212转动，由于第二分合驱动齿轮212与分合丝杠211螺纹配合，所以在第二分合驱动齿轮212转动过程中，分合丝杠211会发生移动，从而带动第一安装板206和第二安装板207做分离或靠近的动作。

分合丝杠211为双向分合丝杠，所谓双向分合丝杠应当理解为分合丝杠211有旋向不同的两个分合丝杠组成，两个分合丝杠的一个与第一安装板206连接，另一个分合丝杠和第二安装板207相连。将双向分合丝杠看作一个分合丝杠来讲，则可理解为双向分合丝杠的一端与第一安装板206连接，另一端和第二安装板207相连。

在本发明一具体实施例中，本发明还可包括设置于固定箱体101上的分合导向杆208，第一安装板206和第二安装板207上均设置有导向板，导向板上开设有与分合导向杆208滑动配合的导向孔。本领域技术人员可以理解的是，分合导向杆208的延伸方向应当与第一安装板206和第二安装板207的滑动方向相同，即与第一滑动装置213的延伸方向相同。本发明通过增加分合导向杆208，能够使得第一安装板206和第二安装板207滑动时更加稳定。

进一步地，本发明还可包括设置于底座214两侧的直线轴承座216，第一安装板206和第二安装板207上设置有分别与各自对应的直线轴承座214配合的直线轴承。直线轴承座214和直线轴承也能够起到限定第一安装板206和第二安装板207滑动方向的作用，同时也有助于第一安装板206和第二安装板207滑动时的稳定性。

在本发明一具体实施例中，旋转驱动装置包括旋转驱动电机205、第一旋转齿轮204和第二旋转齿轮203。

其中，旋转驱动电机205设置于第一安装板206上，具体的可通过固定螺栓可拆卸地设置于第一安装板206上。旋转驱动电机205的输出轴上设置有第一旋转齿轮204，通过旋转驱动电机205的工作带动第一旋转齿轮204旋转。

第二旋转齿轮203设置于主动驱动轮201的驱动轴上，第二旋转齿轮203与第一旋转齿轮204啮合。具体地为了便于旋转驱动电机205的布置，将第一旋转齿轮204和第二旋转齿轮203均设计为锥齿轮。本发明通过旋转驱动电机205的工作带动第一旋转齿轮204旋转，在第一旋转齿轮204的旋转过程中，带动第二旋转齿轮203旋转，继而使得主动驱动轮201旋转，从而实现驱动轮机构的行走功能。

请参阅图12，图12为本发明实施例提供的俯仰机构的结构示意图。

本发明还可包括用于连接两个巡线机器人本体的俯仰机构400，该俯仰机构400包括支撑座、俯仰蜗杆402、第一俯仰连接架404、俯仰转轴406、第二俯仰连接架405和俯仰驱动电机401。

其中，俯仰蜗杆402可转动地架设于支撑座上，第一俯仰连接架404设置于支撑座上，第一俯仰连接架404用于与其中一个巡线机器人本体相连。俯仰转轴406可转动地架设于第一俯仰连接架404上，俯仰转轴406上设置有与俯仰蜗杆402啮合的蜗轮403。

第二俯仰连接架405设置于俯仰转轴406，第二俯仰连接架405用于与另一个巡线机器人本体相连，俯仰驱动电机401用于驱动俯仰蜗杆402转动。

俯仰机构在使用时，将第一俯仰连接架404与其中一个巡线机器人本体相连，将第二俯仰连接架405与另一个巡线机器人本体相连。在巡线机器人行走到线路的夹角处时，可以通过俯仰驱动电机驱动蜗杆旋转，继而带动其中一个巡线机器人本体相对于另一个巡线机器人本体发生旋转，从而使得两个巡线机器人本体产生与线路的夹角相对应的夹角，从而保证在线路夹角处，巡线机器人不会由线路上掉落。

在本发明一具体实施例中，第一俯仰连接架404和第二俯仰连接架405上开设有用于穿设固定螺栓的螺栓孔。

请参阅图14-图19，图14为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程一的结构示意图；图15为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程二的结构示意图；图16为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程三的结构示意图；图17为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程四的结构示意图；图18为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程五的结构示意图；图19为本发明实施例提供的巡线机器人尺蠖式行走动作过程六的结构示意图。

如图14所示，在第一夹持机构30和第二夹持机构20遇到障碍物10时，第一夹持机构30和第二夹持机构20均张开两个夹持爪，从而脱离线路。尺蠖式行走主要是通过控制手柄进行控制，控制原理与前述相同，在此不再赘述。

如图15所示，第一变距机构70和第二变距机构60工作，由于两个行走轮组机构均夹紧在线路上，因此在第一变距机构70和第二变距机构60工作时，第一变距机构70和第二变距机构60的基座移动，由于第一夹持机构30和第二夹持机构20均安装在基座上，因此第一夹持机构30和第二夹持机构20跟随基座移动，从而越过部分障碍物10。

如图16所示，第一夹持机构30和第二夹持机构20夹住线路，两个行走轮组机构松开线路，通过两个夹持机构将巡线机器人保持在线路上而不滑落。

如图17所示，第一变距机构70和第二变距机构60工作，由于两个行走轮组机构均松开线路，因此在第一变距机构70和第二变距机构60工作时，第一变距机构70和第二变距机构60的滑座移动，从而带动两个行走轮组机构移动。

如图18所示，两个行走轮组机构闭合夹住线路，并松开第一夹持机构30和第二夹持机构20。

如图19所示，第一变距机构70和第二变距机构60工作，由于两个行走轮组机构均夹紧在线路上，因此在第一变距机构70和第二变距机构60工作时，第一变距机构70和第二变距机构60的基座移动，由于第一夹持机构30和第二夹持机构20均安装在基座上，因此第一夹持机构30和第二夹持机构20跟随基座移动，从而越过部分障碍物10。

按照上述工序依次进行，便可以实现越障的功能。尺蠖式行走是本发明一个比较重要的运动方式，由于线路中有一些不规则排布的障碍物，尺蠖式运动能极大的提高机器人对障碍物的适应性。在尺蠖式运动中，巡线机器人的两个行走轮组机构和夹持机构分别组成一组，通过行走轮组机构和夹持机构组的交替运动实现机器人的前进。

请参阅图20-图22，图20为本发明实施例提供的巡线机器人跨步式越障动作过程一的结构示意图；图21为本发明实施例提供的巡线机器人跨步式越障动作过程二的结构示意图；图22为本发明实施例提供的巡线机器人跨步式越障动作过程三的结构示意图。

为了便于区分两个巡线机器人本体，本发明将两个巡线机器人本体分别定义为第一巡线机器人本体和第二巡线机器人本体。第一巡线机器人本体的压紧轮机构为第一压紧轮机构，驱动轮机构为第一驱动轮机构，夹持机构为第一夹持机构，变距机构为第一变距机构。第二巡线机器人本体的压紧轮机构为第二压紧轮机构，驱动轮机构为第二驱动轮机构，夹持机构为第二夹持机构，变距机构为第二变距机构。跨步式越障主要是通过控制手柄进行控制，控制原理与前述相同，在此不再赘述。

第一巡线机器人本体的第一压紧轮机构、第一驱动轮机构和第一夹持机构都打开，通过中间的俯仰机构400把第一巡线机器人本体转动到合适角度。

第二巡线机器人本体驱动巡线机器人前进，使第一巡线机器人本体移动到合适的上线位置。

俯仰机构400把第一巡线机器人本体举起，第一巡线机器人本体的第一压紧轮机构、第一驱动轮机构和第一夹持机构上线。

第二巡线机器人本体的第二压紧轮机构、第二驱动轮机构和第二夹持机构打开，通过中间的俯仰机构400把第一巡线机器人转动到合适角度。

第一巡线机器人本体驱动巡线机器前进，使第二巡线机器人本体移动到期望位置。

俯仰机构400把第二巡线机器人本体举起，并且第二压紧轮机构、第二驱动轮机构和第二夹持机构上线。

在巡线机器人行走机构行走至线路的弯折处时，可以通过俯仰机构400其中一个巡线机器人本体相对于另一个巡线机器人本体发生旋转，从而使得两个巡线机器人本体产生与线路的夹角相对应的夹角，从而保证在线路夹角处，巡线机器人不会由线路上掉落。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种巡线机器人控制系统，用于控制巡线机器人，所述巡线机器人包括相连接的两个结构相同的巡线机器人本体，所述巡线机器人本体包括压紧在线路上侧的驱动轮机构(200)、压紧在线路下侧的压紧轮机构(100)、夹持机构(300)、俯仰机构(400)和变距机构(500)，其特征在于，包括：

用于检测障碍物位置的光电传感器(703)，所述驱动轮机构(200)、所述夹持机构(300)上均设置有所述光电传感器(703)；

主控制器(701)，用于在所述驱动轮机构(200)上的光电传感器(703)检测到障碍物时，控制所述驱动轮机构(200)和与该驱动轮机构(200)对应的压紧轮机构(100)打开并脱离线路，在越过障碍物时，控制所述驱动轮机构(200)和与该驱动轮机构(200)对应的压紧轮机构(100)闭合并压紧线路；在夹持机构(300)上的光电传感器(703)检测到障碍物时，控制所述夹持机构(300)打开并脱离线路，在越过障碍物时，控制所述夹持机构(300)闭合并抓紧线路；

地面控制系统，所述地面控制系统包括：控制手柄，所述控制手柄用于发出控制所述驱动轮机构(200)、压紧轮机构(100)、夹持机构(300)、俯仰机构(400)和变距机构(500)做相应工作的动作；处理器，用于根据所述控制手柄的动作，转换成相应的控制信号，并将该控制信号发送给所述主控制器(701)，所述主控制器(701)根据所述控制信号控制所述驱动轮机构(200)、压紧轮机构(100)、夹持机构(300)、俯仰机构(400)和变距机构(500)的动作；以及

检测驱动轮机构(200)、压紧轮机构(100)、夹持机构(300)、俯仰机构(400)和变距机构(500)的驱动电机的电流的电流传感器(704)，在检测到的电流超过预设电流时，则向所述处理器发送过流警报。

2.如权利要求1所述的巡线机器人控制系统，其特征在于，还包括用于检测障碍物位置的超声波传感器(702)，所述超声波传感器(702)设置于在行走方向上，位于前面的驱动轮机构(200)上；

在所述超声波传感器(702)检测到障碍物时，所述主控制器(701)控制所述驱动轮机构(200)减速。

3.如权利要求2所述的巡线机器人控制系统，其特征在于，所述超声波传感器(702)为呈阵列布置的2个或3个。

4.如权利要求1所述的巡线机器人控制系统，其特征在于，还包括用于检测巡线机器人的侧倾角的倾角传感器(705)，在侧倾角超过预设角度时，所述主控制器(701)控制所述夹持机构(300)抓紧线路，并控制所述压紧轮机构(100)压紧线路。

5.如权利要求1所述的巡线机器人控制系统，其特征在于，还包括用于采集巡线机器人线路的视频数据的视频捕获装置，所述视频捕获装置还用于将所述视频数据传送至所述地面控制系统。

6.如权利要求5所述的巡线机器人控制系统，其特征在于，所述视频捕获装置包括：

用于采集巡线机器人线路视频数据的CCD相机；

用于将所述视频数据传送至所述地面控制系统的视频发射机。

7.如权利要求6所述的巡线机器人控制系统，其特征在于，所述地面控制系统还包括用于接收所述视频数据的视频接收机，所述视频接收机与所述处理器连接。

8.如权利要求1-7任一项所述的巡线机器人控制系统，其特征在于，所述光电传感器(703)为漫反射式光电传感器。