CN103972816B - 一种适用于输电线路巡检机器人的越障机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种适用于输电线路巡检机器人的越障机械臂，包括行走机构和支撑臂，行走机构包括行走臂、安装在行走臂上端的行走轮和行走电机，行走轮通过减速箱与行走电机连接，还包括辅助行走机构和两个连杆，所述的辅助行走机构包括辅助行走臂和安装在辅助行走臂上端的辅助行走轮，每个连杆的一端与行走臂铰接、另一端与辅助行走臂铰接，支撑臂与两连杆的中部铰接。本发明的行走越障机械臂结构简单，行走和越障由一个驱动电机即可实现，可根据巡检机器人总体结构自由组合，广泛应用于各种输电线路巡检机器人的移动和越障机构。

Description

一种适用于输电线路巡检机器人的越障机械臂

技术领域

本发明涉及的是巡线机器人领域，具体的说是一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂。

背景技术

输电线路是电力系统极为重要的组成部分，为了保证其安全稳定的运行，需要定期进行巡视检查。目前采用的方法主要有人工巡检和直升机巡检。人工巡检的效率低，劳动强度大，危险性高，危险的森林、悬崖线路根本无法进行人工巡检；直升机巡检的成本高，巡检质量易受气候影响。因此，需要研制能够携带通信和巡检仪器的机器人来代替人工对输电线路进行自动巡检，利用携带的仪器对线路实施检测，不仅可以减轻人工劳动强度，还可以提高巡检作业质量和效率，确保输电线路的安全运行，对提高电网自动化作业水平具有重要意义。而由于输电线路上存在防震锤、间隔棒等诸多障碍物，故要求巡检机器人不仅能沿输电线路快速行走，还要具备一定的越障能力。目前的巡检机器人越障机构大多比较复杂，驱动电机较多，不易进行越障控制。

中国专利(201310471620.9)公开一种用于高压线的上夹持越障行走机构，设有可伸缩夹持越障装置和行走驱动装置，所述行走驱动装置包括行进轮、行进轴、固定在轴承支座上的轴承及为行进轮提供动力的电机；所述可伸缩夹持越障装置包括中心管、中心杆以及压缩弹簧，中心管的上下两端分别设有上端盖和下端盖，中心杆的一端与行走驱动装置中的轴承支座连接，中心杆的另一端穿过上端盖并与设置在中心管中的销轴连接，销轴可在中心管的管壁上相对设置的两个滑道中上下移动，所述中心杆位于上端盖下部和销轴之间的部位套设有压缩弹簧。本发明中，行进轮在自身重力的作用下实现对高压线的上夹持，并在遇到障碍物时能够克服压缩弹簧的弹力在竖直方向上发生偏移，以实现自主越障。但该夹持越障行走机构采用单轮难以保证单独用于巡检机器人时线上行走越障的稳定性。中国专利(200910273509.2)公开的一种用于输电线除冰的机器人，包含一对沿输电线移动的前后两个机械臂，前臂和后臂的下端通过回转机构分别联接在一个能改变前臂与后臂相对距离的滑动机构上，滑动机构底部布置有重心调节机构，前臂与后臂的上方为末端执行机构，具有一个行走机构和一个可以抓握输电线的夹爪机构，在越障过程中，通过以前臂悬挂在输电线实现自转上，后臂绕其旋转实现公转使后臂越过障碍物，前臂的越障过程和后臂越障原理一致，而且在越障的过程中还得调节整机的重心，使得整机自由度增多，单臂悬挂降低了其在输电线上的平稳性，增加了控制的难度。

中国专利(申请号201210517176.5)公开了一种具有越障功能的线路机器人驱动臂，包括驱动轮机构、旋转关节和升降关节，驱动轮机构包括固定板，固定板上活动连接有驱动装置；旋转关节包括旋转轴和电磁离合器，电磁离合器套设在旋转轴上，旋转轴的中部活动连接有连接件；升降关节包括底板，底板上设有滑动装置和丝杠装置，两者通过连接板固定连接；驱动轮机构通过固定板与旋转关节的连接件连接，旋转关节旋转轴的一端与升降关节的连接板相连。这种越障机器人需要两个驱动电机，利用升降关节的电机驱动丝杠转动带动驱动轮机构上移以及旋转关节的旋转电机带动驱动轮机构向导线外侧摆动，从而使驱动轮摆开导线及障碍物，由于越障过程中驱动轮离开导线容易导致机器人越障失衡掉下输电线。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种既能沿输电线路平稳行走、又能在无外力帮助作用下自行跨越间隔棒、防震锤等障碍，代替人工进行输电线路巡检的结构简单、控制容易的一种适用于输电线路巡检机器人的越障机械臂。

本发明是这样实现的：包括行走机构和支撑臂，行走机构包括行走臂、安装在行走臂上端的行走轮和行走电机，行走轮通过减速箱与行走电机连接，还包括辅助行走机构和两个连杆，所述的辅助行走机构包括辅助行走臂和安装在辅助行走臂上端的辅助行走轮，每个连杆的一端与行走臂铰接、另一端与辅助行走臂铰接，支撑臂与两连杆的中部铰接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.在辅助行走机构上安装有由夹紧电机、夹紧轮支架和夹紧轮构成的夹紧机构，夹紧电机安装在辅助行走臂上，夹紧轮支架与夹紧电机的输出轴连接，夹紧轮安装在夹紧轮支架上，辅助行走臂上还安装两个限位开关。

2.行走臂和辅助行走臂长度不相等。

3.行走臂、辅助行走臂和支撑臂的截面形状为“类Y”形状。

4.两个行走轮和夹紧轮为V型轮。

本发明提供的一种适用于输电线路巡检机器人的越障机械臂具有以下的优点：1.本发明的行走越障机械臂可以应用于输电线路巡检机器人，代替人工巡检，节省了人力成本，提高输电线路巡检工作效率。2.本发明采用平行四边形结构实现行走臂的越障，利用平行四边形的变形适应性将V型行走轮遇到间隔棒(或防震锤)的阻力转化为行走轮抬高的动力，实现行走臂的越障；在辅助行走臂的辅助行走轮遇到间隔棒时，行走机构Ⅰ绕行走轮转动使行走机构Ⅰ抬高以越过间隔棒；当行走臂的行走轮遇到间隔棒时，行走机构Ⅱ绕辅助行走轮转动使行走机构Ⅱ抬高以越过间隔棒。3.本发明采用夹持机构运动范围在夹紧轮张开极限位置和刚好与V型行走轮配合夹紧输电线的极限位置之间，可以根据需要调整V型夹紧轮的位置实现不同的目的：1)与V型行走轮配合夹住输电线，减少了行走轮从线上掉下的危险；2)行走至上坡线路时，调整夹紧轮增大对输电线的正压力，从而增加行走轮行走所需的摩擦力，防止行走轮打滑。4.本发明的行走越障机械臂结构简单，行走和越障由一个驱动电机即可实现，可广泛应用于各种输电线路巡检机器人的移动和越障机构，即可以单臂使用，也可多臂联合使用。

附图说明

图1是本发明的立体结构图；

图2是本发明第一视角的结构示意图及局部放大图；

图3是本发明第二视角的结构示意图及局部放大图；

图4是本发明左侧视图；

图5是本发明减速箱的分解视图；

图6是本发明越过间隔棒时的运动过程示意图；

图7是本发明应用于一种巡检机器人的示意图；

图8是本发明实施例三的主视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种实施例作具体的介绍：

实施案列一：结合图1～6，一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，包括用于在输电线路上行走的轮组机械臂、夹紧机构和支撑臂8；轮组机械臂包括行走机构Ⅰ和行走机构Ⅱ，行走机构Ⅰ和行走机构Ⅱ利用销轴9与两相同的第一连杆6和第二连杆7连接形成平行四边形结构；行走机构Ⅰ包括行走臂5、行走轮1、行走电机4和减速箱2，行走机构Ⅱ包括辅助行走臂10、辅助行走轮15、辅助轮轴14、螺栓19，行走臂、辅助行走臂和支撑臂的截面形状为“类Y”形状，其主干的一侧伸出一直角连杆，构成中间有空隙的“类Y”形状，连杆通过销轴在空隙处与行走臂连接，安装简单、稳定性好，行走电机4经减速箱2驱动行走机构Ⅰ的行走轮1转动，实现线上行走；夹紧机构包括夹紧电机11、夹紧轮轮轴20、弹性联轴器21、夹紧轮支架12、夹紧轮13、夹紧轮轴20、第一限位块22、第二限位块23、第一限位开关17、第二限位开关24、限位开关挡片16和限位开关安装板18，夹紧电机11安装在辅助行走臂10上能保证夹紧轮13和辅助行走轮15刚好夹紧输电线3的位置，夹紧轮支架12利用弹性联轴器21与夹紧电机11的输出轴连接，第一限位块22和第二限位块23分别安装在辅助行走臂10上夹紧轮支架12能够运动到的两个极限位置，第一限位开关17和第二限位开关24利用限位开关安装板18和螺钉安装在辅助行走臂10上夹紧轮支架12能够运动到的两个极限位置，即夹紧轮13夹紧位置和夹紧轮13张开位置(图3所示虚线)；支撑臂8利用销轴9铰接在第一连杆6和第二连杆7的中部，分别与行走臂5、第一连杆6、第二连杆7和辅助行走臂10、第一连杆6、第二连杆7形成两个小平行四边形结构。

图4为夹紧轮13刚好与辅助行走轮15配合夹紧输电线的夹紧极限位置左视图，此时，限位开关挡片16触发第二限位开关24，使夹紧电机11停止转动。

图5为本发明的减速箱2的结构图，包括箱体202、箱盖208、小锥齿轮204、大锥齿轮205、小深沟球轴承203、大深沟球轴承209、推力轴承206、螺钉207和传动轴201，齿轮箱2整体按照图3所示爆炸图依次组装；小锥齿轮204为主动齿轮，由行走电机4驱动带动大锥齿轮205转动，大锥齿轮205与箱盖208之间安装推力轴承206，保证一对锥齿轮啮合传动精度。

图6是本发明的行走越障机械臂越过间隔棒25时的运动过程：图(a)所示为机械臂辅助行走轮15即将越障，夹紧轮13打开至张开极限位置；图(b)为机械臂辅助行走轮15运动至间隔棒25上，由辅助行走臂10、行走臂5、第一连杆6和第二连杆7组成的平行四边形结构发生变形；图(c)所示为机械臂辅助行走轮15越过间隔棒25，此后，夹紧轮13会根据需要转动到相应位置。

具体的越障过程为：在辅助行走臂10的辅助行走轮15遇到间隔棒25时，行走臂5的行走轮1继续行走，通过第一连杆6和第二连杆7产生对辅助行走臂10的推力，促使行走机构Ⅰ绕行走轮1转动使行走机构Ⅰ抬高，辅助行走臂10的辅助行走轮15越过间隔棒25；当行走臂5的行走轮1遇到间隔棒25时，辅助行走臂10的辅助行走轮15继续行走，通过第一连杆6和第二连杆7产生对行走臂5的拉力，促使行走机构Ⅱ绕辅助行走轮15转动使行走机构Ⅱ抬高，行走臂5的行走轮1越过间隔棒25。

实施案列二：结合图7，为本发明的行走越障机械臂应用于一种巡检机器人的示意图，巡检机器人采用双行走越障机械臂，机器人本体安装在支撑臂8上，行走越障机械臂的辅助行走轮15和夹紧轮13夹紧输电线，保证巡检机器人在输电线3上平稳行走。

实施案列三：结合图8，行走机构Ⅰ的行走臂5比行走机构Ⅱ的辅助行走臂10长，但行走臂5、辅助行走臂10与第一连杆6、第二连杆7利用销轴9铰接形成平行四边形结构；支撑臂8分别与行走臂5、第一连杆6、第二连杆7和辅助行走臂10、第一连杆6、第二连杆7利用销轴9铰接形成两个小平行四边形结构。

Claims (9)

1.一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，包括行走机构和支撑臂，行走机构包括行走臂、安装在行走臂上端的行走轮和行走电机，行走轮通过减速箱与行走电机连接，其特征在于：还包括辅助行走机构和两个连杆，所述的辅助行走机构包括辅助行走臂和安装在辅助行走臂上端的辅助行走轮，每个连杆的一端与行走臂铰接、另一端与辅助行走臂铰接，支撑臂与两连杆的中部铰接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，其特征在于：在辅助行走机构上安装有由夹紧电机、夹紧轮支架和夹紧轮构成的夹紧机构，夹紧电机安装在辅助行走臂上，夹紧轮支架与夹紧电机的输出轴连接，夹紧轮安装在夹紧轮支架上，辅助行走臂上还安装两个限位开关。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，其特征在于：行走臂和辅助行走臂长度不相等。

4.根据权利要求1或2所述的一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，其特征在于：行走臂、辅助行走臂和支撑臂的截面形状为“类Y”形状。

5.根据权利要求3所述的一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，其特征在于：行走臂、辅助行走臂和支撑臂的截面形状为“类Y”形状。

6.根据权利要求1或2所述的一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，其特征在于：两个行走轮和夹紧轮为V型轮。

7.根据权利要求3所述的一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，其特征在于：两个行走轮和夹紧轮为V型轮。

8.根据权利要求4所述的一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，其特征在于：两个行走轮和夹紧轮为V型轮。

9.根据权利要求5所述的一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂，其特征在于：两个行走轮和夹紧轮为V型轮。