CN104022464A - 一种架空高压线路巡检机器人的爬坡辅助机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种架空高压线路巡检机器人的爬坡辅助机构，用于与巡检机器人本体连接的安装座上固定有气囊，所述气囊内填充有密度小于空气的气体。本发明的优点在于通过在现有巡检机器人本体上增设本机构，不仅能减轻机器人本体重量，能够使机器人携带更多的检测设备、电源设备、光伏充电板，从而有效提高了机器人的续航能力，以及机器人的扩展性。此外，由于机器人更加灵活，从而增强了巡检机器人的爬坡性能和检测速度，使巡检机器人的性能得到显著的提升。

Description

一种架空高压线路巡检机器人的爬坡辅助机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及高空架空线路巡检机器人领域，尤其设有巡检机器人的爬坡辅助机构。

背景技术

我国的电力工业在国民经济中占有重要的地位，其基本职能是为国民经济的生产和发展提供安全、经济和可靠的电能源，架空高压输电线路设计与安全运行的检测与维护则是电能源系统开发和利用中的一个重要环节。从系统观点出发，架空高压输电线路设计是在一定的环境中进行的，设计的全过程涉及诸多环境因素，所以线路的巡检与维护已经引起工程设计人员、工程管理人员的高度重视。目前，采用的方法主要由人工巡检、直升机巡检和机器人巡检。

线路巡检机器人系统能够代替检测人员对线路进行巡检任务，能够减轻巡检作业的劳动强度,降低检测成本,提高检测质量和效率,改善检测作业的安全性,从而提高线路的管理质量和降低维护成本，因此，目前巡检机器人已经得到越来越广泛的运用。但是，由于巡检机器人自身需要配备大量设备(检测设备、动力设备、电源设备等)，导致机器人本体质量大，不仅制约了机器人的灵活性、运动能力、续航能力，爬坡性能，也限制了机器人携带的检测设备数量，制约机器人的性能的开发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够提高巡检机器人爬坡能力，巡检速度的机构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种架空高压线路巡检机器人的爬坡辅助机构，用于与巡检机器人本体连接的安装座上固定有气囊，所述气囊内填充有密度小于空气的气体。

所述安装座两侧通过支撑座安装有螺旋桨。

所述安装座上固定有控制器，并设有采集巡检机器人巡检线路轴向倾斜度的第一水平传感器，所述第一水平传感器输出采集信号至控制器，所述控制器输出驱动信号至驱动器，驱动两侧螺旋桨工作。

所述安装座上固定有采集巡检机器人巡检线路径向倾斜度的第二水平传感器，所述第二水平传感器输出采集信号至控制器。

爬坡辅助机构的控制方法：

步骤1、系统启动；

步骤2、第一水平传感器实时采集所处巡检线路的倾斜角度并输送至控制器，当倾斜角度超过预设阀值a时，则控制器输出驱动信号至驱动器启动两侧螺旋桨工作；

步骤3、当第一水平传感器采集到的倾斜角度小于阀值b时，则控制器输出驱动信号至驱动器关闭两侧螺旋桨；

步骤4、循环执行步骤2、3；

步骤5、系统关闭。

所述步骤2中同时执行以下程序，第二水平传感器实时采集巡检机器人自身水平倾斜角度的信号，并输送至控制器，当倾斜角度超过预设阀值c时，

若此时两侧螺旋桨处于非工作状态，则控制器输出驱动信号至所处位置较低一侧的驱动器，启动该侧螺旋桨工作；

若此时两侧螺旋桨处于工作状态，则控制器输出驱动信号至所处位置较低一侧的驱动器，加强该侧螺旋桨工作功率；

所述步骤3中同时执行以下程序，当第二水平传感器采集到的倾斜角度小于阀值d时，

若此时螺旋桨仍受第一水平传感器采集信号控制处于工作状态，则控制两个螺旋桨以相同功率工作，

若此时螺旋桨不受第一水平传感器采集信号控制处于非工作状态，则控制器输出驱动信号至驱动器关闭两侧螺旋桨。

控制器将第一水平传感器定义为优先级别传感器，当控制器执行第一水平传感器采集信号应执行的命令时，中断第二水平传感器采集信号应执行的命令而直接执行第一水平传感器采集信号应执行的命令，之后再根据第二水平传感器采集信号执行相应命令。

当第二水平传感器采集到倾斜角度大于阀值e时，关闭两侧螺旋桨。

当螺旋桨受控制器控制执行第二水平传感器采集信号应执行的命令时，其随着倾斜角度的增加，逐渐加强所驱动螺旋桨工作的功率，直至倾斜角度大于阀值e时，关闭螺旋桨工作；当螺旋桨受控制器控制执行第二水平传感器采集信号应执行的命令时，其随着倾斜角度的减小，逐渐降低所驱动螺旋桨工作的功率，直至倾斜角度小于阀值d时，关闭螺旋桨工作或者降低至两个螺旋桨以相同功率工作。

所述阀值a大于阀值b；阀值e大于阀值c大于阀值d。

本发明的优点在于通过在现有巡检机器人本体上增设本机构，不仅能减轻机器人本体重量，能够使机器人携带更多的检测设备、电源设备、光伏充电板，从而有效提高了机器人的续航能力，以及机器人的扩展性。此外，由于机器人更加灵活，从而增强了巡检机器人的爬坡性能和检测速度，使巡检机器人的性能得到显著的提升。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为爬坡辅助机构结构示意图；

图2为爬坡辅助机构系统框图；

上述图中的标记均为：1、气囊；2、安装座；3、控制器；4、支撑座；5、螺旋桨；6、驱动器；7、第一水平传感器；8、第二水平传感器。

具体实施方式

本发明的爬坡辅助机构使用在以导轮作为动力源的巡检机器人上，其可以用作现有机器人的改装，可有效提高现有机器人运动性能和负载性能，可通过安装座2与现有巡检机器人本体进行固定，接入巡检机器人电源至本辅助机构即可，安装便捷可靠。

爬坡辅助机构结构如图1所示，其主要由气囊1、安装座2支撑座4；和螺旋桨5构成，气囊1内填充有密度小于空气的气体，其固定在安装座2上，安装座2用于与巡检机器人本体连接，可以预设安装螺孔，也可采用焊接等任何可靠方式连接。气囊1不仅可以使得装配此机构后不会增加巡检机器人的负载，还会因此减轻机器人的重量，简单、有效且可靠的提高巡检机器人的续航能力和运动能力。

为增强辅助爬坡功能，在安装座2两侧通过支撑座4安装有螺旋桨5，在需要负责爬坡时启动，使巡检机器人产生上升力，提高动力导轮爬坡性能。支撑座4为中空结构，螺旋桨5安装在此中空结构内，这样不仅能有效保护螺旋桨5，能够避免与线路上的异物发生碰撞导致损坏。

由于螺旋桨5的工作需要巡检机器人提高电源，因此，为提高机器人的续航能力，在需要辅助爬坡时开启此螺旋桨5即可，极大提高爬坡辅助机构的实用性。为确定螺旋桨5的开启时机，参见图2可知，在安装座2上固定有控制器3，并设有采集巡检机器人巡检线路轴向倾斜度的第一水平传感器7，通过第一水平传感器7输出采集信号至控制器3，让控制器3判断此时线路倾斜度是否需要开启螺旋桨5，该控制器3在需要时输出驱动信号至驱动器6，驱动两侧螺旋桨5工作。具体倾斜角度的设置，可根据原有机器人导轮的动力任意设置。

由于安装座2两侧均具有螺旋桨5，还可以通过控制两侧螺旋桨5的旋转功率不同，使得巡检设备保持平衡，这样能够提高巡检机器人应付灾害天气的能力，提高检测准确率。为确定两侧螺旋桨5工作状态，需在安装座2上固定有采集巡检机器人巡检线路径向倾斜度的第二水平传感器8，该第二水平传感器8输出采集信号至控制器3。

基于上述机构构架，爬坡辅助机构的控制方法如下：

步骤1、系统启动；

步骤2、第一水平传感器7实时采集所处巡检线路的倾斜角度并输送至控制器3，当倾斜角度超过预设阀值a时，则控制器3输出驱动信号至驱动器6启动两侧螺旋桨5工作；

同时第二水平传感器8实时采集巡检机器人自身水平倾斜角度的信号，并输送至控制器3，当倾斜角度超过预设阀值c时；

若此时两侧螺旋桨5处于非工作状态，则控制器3输出驱动信号至所处位置较低一侧的驱动器6，启动该侧螺旋桨5工作；

若此时两侧螺旋桨5处于工作状态，则控制器3输出驱动信号至所处位置较低一侧的驱动器6，加强该侧螺旋桨5工作功率；

步骤3、当第一水平传感器7采集到的倾斜角度小于阀值b时，则控制器3输出驱动信号至驱动器6关闭两侧螺旋桨5；

当第二水平传感器8采集到的倾斜角度小于阀值d时，

若此时螺旋桨5仍受第一水平传感器7采集信号控制处于工作状态，则控制两个螺旋桨5以相同功率工作，

若此时螺旋桨5不受第一水平传感器7采集信号控制处于非工作状态，则控制器3输出驱动信号至驱动器6关闭两侧螺旋桨5。

步骤4、循环执行步骤2、3；

步骤5、系统关闭。

通过上述控制方法，可以能够有效的控制两侧螺旋桨5的启动时机，达到辅助爬坡和保持机器人平衡的双重目的。

由于控制器3在接收两个传感器信号时，受其影响会存在先后开关的多种可能，而为了提高系统可靠性，降低系统分析难度，控制器3将第一水平传感器7定义为优先级别传感器，当控制器3执行第一水平传感器7采集信号应执行的命令时，中断第二水平传感器8采集信号应执行的命令而直接执行第一水平传感器7采集信号应执行的命令，之后再根据第二水平传感器8采集信号执行相应命令。即，只要第一水平传感器7采集到倾斜角度超过预设阀值a时，不管两侧螺旋桨5是否受第二水平传感器8影响开启或关闭，均以相同工作功率启动两侧螺旋桨5，启动后再根据第二水平传感器8的信号，由控制器3分析，是否需要水平调节；只要当第一水平传感器7采集到倾斜角度小于预设阀值b时，则立刻关闭两侧的螺旋桨5，关闭后再根据第二水平传感器8的信号，由控制器3分析，是否需要水平调节。这样的控制程序，使得控制器3的程序简单可靠，并能够有效的进行辅助爬坡和确保机器人平衡的工作。

由于巡检机器人在外界工作，受外界环境影响可能会造成系统部件损坏，或系统本身损坏，或者遭受恶劣天气的影响不能正常运行，则当第二水平传感器8采集到倾斜角度大于阀值e时，控制器3立刻关闭两侧螺旋桨5，这样不仅能够保存巡检机器人的电能，便于之后自救，还能够避免爬坡辅助机构损坏对巡检机器人造成破坏，提高机构的安全性和可靠性。此外，为避免螺旋桨5频繁启闭，阀值a大于阀值b；阀值e大于阀值c大于阀值d，从而可以提高驱动螺旋桨5工作的电机的使用寿命。

为使此机构在保持巡检机器人平衡时，能够做到平缓辅助，并能避免因辅助平衡而导致巡检机器人在线路上摆动的现象发生，当螺旋桨5受控制器3控制执行第二水平传感器8采集信号应执行的命令时，其随着倾斜角度的增加，逐渐加强所驱动螺旋桨5工作的功率，直至倾斜角度大于阀值e时，关闭螺旋桨5工作；当螺旋桨5受控制器3控制执行第二水平传感器8采集信号应执行的命令时，其随着倾斜角度的减小，逐渐降低所驱动螺旋桨5工作的功率，直至倾斜角度小于阀值d时，关闭螺旋桨5工作或者降低至两个螺旋桨5以相同功率工作，做到无极变换螺旋桨5功率，平缓辅助机器人平衡。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种架空高压线路巡检机器人的爬坡辅助机构，其特征在于：用于与巡检机器人本体连接的安装座上固定有气囊，所述气囊内填充有密度小于空气的气体。

2.根据权利要求1所述的架空高压线路巡检机器人的爬坡辅助机构，其特征在于：所述安装座两侧通过支撑座安装有螺旋桨。

3.根据权利要求1或2所述的架空高压线路巡检机器人的爬坡辅助机构，其特征在于：所述安装座上固定有控制器，并设有采集巡检机器人巡检线路轴向倾斜度的第一水平传感器，所述第一水平传感器输出采集信号至控制器，所述控制器输出驱动信号至驱动器，驱动两侧螺旋桨工作。

4.根据权利要求3所述的架空高压线路巡检机器人的爬坡辅助机构，其特征在于：所述安装座上固定有采集巡检机器人巡检线路径向倾斜度的第二水平传感器，所述第二水平传感器输出采集信号至控制器。

5.如权利要求1-4所述爬坡辅助机构的控制方法，其特征在于：

步骤1、系统启动；

步骤2、第一水平传感器实时采集所处巡检线路的倾斜角度并输送至控制器，当倾斜角度超过预设阀值a时，则控制器输出驱动信号至驱动器启动两侧螺旋桨工作；

步骤3、当第一水平传感器采集到的倾斜角度小于阀值b时，则控制器输出驱动信号至驱动器关闭两侧螺旋桨；

步骤4、循环执行步骤2、3；

步骤5、系统关闭。

6.根据权利要求5所述的爬坡辅助机构的控制方法，其特征在于：所述步骤2中同时执行以下程序，第二水平传感器实时采集巡检机器人自身水平倾斜角度的信号，并输送至控制器，当倾斜角度超过预设阀值c时，

若此时两侧螺旋桨处于非工作状态，则控制器输出驱动信号至所处位置较低一侧的驱动器，启动该侧螺旋桨工作；

若此时两侧螺旋桨处于工作状态，则控制器输出驱动信号至所处位置较低一侧的驱动器，加强该侧螺旋桨工作功率；

所述步骤3中同时执行以下程序，当第二水平传感器采集到的倾斜角度小于阀值d时，

若此时螺旋桨仍受第一水平传感器采集信号控制处于工作状态，则控制两个螺旋桨以相同功率工作，

若此时螺旋桨不受第一水平传感器采集信号控制处于非工作状态，则控制器输出驱动信号至驱动器关闭两侧螺旋桨。

7.根据权利要求6所述的爬坡辅助机构的控制方法，其特征在于：控制器将第一水平传感器定义为优先级别传感器，当控制器执行第一水平传感器采集信号应执行的命令时，中断第二水平传感器采集信号应执行的命令而直接执行第一水平传感器采集信号应执行的命令，之后再根据第二水平传感器采集信号执行相应命令。

8.根据权利要求6或7所述的爬坡辅助机构的控制方法，其特征在于：当第二水平传感器采集到倾斜角度大于阀值e时，关闭两侧螺旋桨。

9.根据权利要求8所述的爬坡辅助机构的控制方法，其特征在于：当螺旋桨受控制器控制执行第二水平传感器采集信号应执行的命令时，其随着倾斜角度的增加，逐渐加强所驱动螺旋桨工作的功率，直至倾斜角度大于阀值e时，关闭螺旋桨工作；当螺旋桨受控制器控制执行第二水平传感器采集信号应执行的命令时，其随着倾斜角度的减小，逐渐降低所驱动螺旋桨工作的功率，直至倾斜角度小于阀值d时，关闭螺旋桨工作或者降低至两个螺旋桨以相同功率工作。

10.根据权利要求9所述的爬坡辅助机构的控制方法，其特征在于：所述阀值a大于阀值b；阀值e大于阀值c大于阀值d。