CN104608112A - 电力线巡检机器人及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力线巡检机器人及其越障方法，电力线巡检机器人包括第一悬臂和第二悬臂，第一悬臂和第二悬臂通过上方的末端执行机构悬挂于电力线上；第一悬臂和第二悬臂通过下方的滑块滑动连接在机体上，并能沿机体相对滑动；机体下方通过支撑架连接有配重块；第一悬臂和第二悬臂都包括上臂和前臂，上臂的下端通过俯仰机构与滑块连接，滑块滑动连接机体上的第一滑轨，滑块的驱动机构使第一悬臂和第二悬臂沿机体相对滑动。本发明可以在电力线巡检中实现更好的越障功能。

Description

电力线巡检机器人及其越障方法

技术领域

本发明涉及一种机器人及其越障方法，具体地，涉及一种电力线巡检机器人及其越障方法。

背景技术

为了保证电力线安全、稳定地运行，需要对电力线进行定期的巡检。电力线巡检机器人必须具备较强跨越线路障碍物的能力，故机器人的行走越障机构和越障方式是巡线机器人最为核心和关键的部分。国内外巡线机器人的结构形式主要分为双臂式巡线机器人、三臂及多臂机器人和多节链式机器人，其中双臂式巡线机器人是最为典型的结构。

中国专利公开号为CN101342700A、专利名称为“机器人”的专利是武汉大学针对其电力线巡检机器人申请的专利。该发明所述电力线巡检机器人的越障方式，采用伸缩手臂的方式实现驱动轮脱离和回到电力线上，夹紧机构不能将悬臂锁死在电力线上，配重块驱动机构仅用于调节重心以减小机体震荡，并未减小俯仰机构驱动部件所需扭矩。中国专利公开号为CN102468621A、专利名称为“一种适用于大档距输电线路巡检的移动机器人”的专利公开了一种结构相对简单的电力线巡检机器人，在该发明所述的电力线巡检机器人中，每个悬臂只有三个自由度，包括驱动轮、夹紧机构和转动副，转动副为被动转动关节。该发明所述的电力线巡检机器人只能跨越防震锤，未实现悬垂线夹等障碍物的跨越。

因此，为了更好的解决现有电力巡检机器人存在的各种技术局限和问题，必须克服现有电力线巡检机器人普遍存在的越障功能有限、越障效果差、越障步骤繁琐和所需机械结构复杂等缺点，寻找新的越障方法和装置突破现有技术局限。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电力线巡检机器人及其越障方法，其可以在电力线巡检中实现更好的越障功能。

根据本发明的一个方面，提供一种电力线巡检机器人，其特征在于，包括第一悬臂和第二悬臂，第一悬臂和第二悬臂通过上方的末端执行机构悬挂于电力线上；第一悬臂和第二悬臂通过下方的滑块滑动连接在机体上，并能沿机体相对滑动；机体下方通过支撑架连接有配重块；第一悬臂和第二悬臂都包括上臂和前臂，上臂的下端通过俯仰机构与滑块连接，滑块滑动连接机体上的第一滑轨，滑块的驱动机构使第一悬臂和第二悬臂沿机体相对滑动。

优选地，所述末端执行机构还包括驱动轮和置于驱动轮前后的两套夹紧机构，夹紧机构具有自动锁死的功能。

优选地，所述机体包括第一滑轨和第二滑轨，第一滑轨与悬臂下方的滑块滑动连接，滑块的驱动机构使两悬臂能沿机体的第一滑轨相对滑动；第二滑轨滑动连接配重块的支撑架，配重块驱动机构驱动支撑架带动配重块沿着第二滑轨滑动。

优选地，所述电力线上主要的障碍物为第一防震锤、绝缘子、线夹、第二防震锤。

本发明还提供一种电力线巡检机器人的越障方法，其特征在于，所述电力线巡检机器人的越障方法包括以下步骤：

步骤一，电力线巡检机器人在末端执行机构的驱动轮的驱动下以速度V在电力线上行走；

步骤二，当电力线巡检机器人运动过程中遇到第一防震锤，保持末端执行机构的夹紧机构松开，驱动轮驱动机器人直接滚动行驶越过障碍物；

步骤三，当电力线巡检机器人在末端执行机构的驱动轮的驱动下以速度V在电力线上行走，遇到绝缘子和线夹，机器人运动到第一悬臂靠近障碍物时停下；

步骤四，第一悬臂的驱动轮保持速度为零，第一悬臂前臂夹紧机构夹紧电力线，第一悬臂垂直锁死于电力线上，配重块驱动机构调整配重块使机体和第二悬臂整体重心位于第一悬臂俯仰机构正下方；

步骤五，第一悬臂的俯仰机构驱动机体和第二悬臂向上仰起，第二悬臂的末端执行机构脱离电力线，过程中配重块驱动机构动态调节机体和第二悬臂整体重心始终位于第一悬臂的俯仰机构正下方；

步骤六，第二悬臂的回转机构驱动第二悬臂前臂绕第二悬臂铅垂轴转动180°，第一悬臂的俯仰机构驱动机体和第二悬臂向下运动至水平位置，过程中配重块驱动机构动态调节机体和第二悬臂整体重心始终位于第一悬臂的俯仰机构的正下方；

步骤七，滑块的驱动机构驱动第一悬臂和第二悬臂沿机体相对滑动，第二悬臂滑动到障碍物前方；

步骤八，第一悬臂的俯仰机构驱动机体和第二悬臂向上仰起，旋转方向与步骤五相反，使第二悬臂的末端执行机构位于电力线斜上方，过程中配重块驱动机构动态调节机体和第二悬臂整体重心始终位于第一悬臂的俯仰机构的正下方；

步骤九，第二悬臂的回转机构驱动第二悬臂前臂绕第二悬臂铅垂轴转动180°，使第二悬臂末端执行机构位于电力线的正上方；

步骤十，第一悬臂的俯仰机构驱动机体和第二悬臂向下俯动，使第二悬臂末端执行机构重新接触电力线，过程中配重块驱动机构动态调节机体和第二悬臂整体重心始终位于第一悬臂的俯仰机构正下方；

步骤十一，第一悬臂夹紧机构松开，配重块驱动机构调节配重块至机体中心，第二悬臂越障完毕。

优选地，所述电力线巡检机器人的越障方法第二悬臂越障过程中利用驱动轮上的夹紧机构将第一悬臂锁死在电力线上，第一悬臂沿电力线方向无法以驱动轮转轴为轴心转动。

优选地，所述电力线巡检机器人的越障方法的第二悬臂先越过障碍物，第一悬臂在第二悬臂越障完毕后越障，第一悬臂越障过程与第二悬臂越障过程相同。

优选地，所述电力线巡检机器人的越障方法是基于重心可调整的双臂悬挂式电力线巡检机器人，其特征在于当障碍物位于电力线下方，且障碍物线上固定装置宽度小于悬臂驱动轮凹槽宽度时，驱动轮驱动机器人直接滚动行驶越过障碍物；当障碍物位于电力线上方，采取双臂交替跨越障碍物的方法越障，越障过程中单臂悬挂时，利用夹紧机构将悬臂锁死在电力线上，越障过程中动态调节配重块位置，使机器人旋转部分重心始终保持在锁死悬臂俯仰机构的正下方。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明的机器人的夹紧机构在越障过程中单悬臂悬挂时将机器人锁死在电力线上，有效避免了现有技术中存在的严重震荡问题；采取俯仰机体和悬臂的方式实现驱动轮脱离和回到电力线上，省去了伸缩手臂所需要的机构，大大降低了机械复杂度；配重块用于动态调整重心保持俯仰机构所需扭矩最小，减少能耗，降低了电机成本。本发明具有动作简单、震荡小、电机所需扭矩小和适用性更强等优点。越障过程中单臂悬挂时，利用夹紧机构将悬臂垂直锁死在电力线上。越障过程中动态调节配重块位置，使机器人旋转部分重心始终保持在锁死悬臂俯仰机构的正下方。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明方法实例所涉及的电力线巡检机器人的整体结构概略图。

图2是电力线巡检机器人的悬臂的正视图。

图3是电力线巡检机器人的末端执行机构的侧视图。

图4是电力线巡检机器人的机体的俯视图。

图5是电力线障碍环境示意图。

图6是电力线巡检机器人上臂和前臂的示意图。

图7是电力线巡检机器人上臂和前臂的剖视图。

图8是电力线巡检机器人的机体的仰视图。

图9a是电力线巡检机器人越障过程步骤一的示意图。

图9b是电力线巡检机器人越障过程步骤二的示意图。

图9c是电力线巡检机器人越障过程步骤三和步骤四的示意图。

图9d是电力线巡检机器人越障过程步骤五的示意图。

图9e是电力线巡检机器人越障过程步骤六的示意图。

图9f是电力线巡检机器人越障过程步骤七的示意图。

图9g是电力线巡检机器人越障过程步骤八和步骤九的示意图。

图9h是电力线巡检机器人越障过程步骤十的示意图。

图9i是电力线巡检机器人越障过程步骤十一的示意图。

图9j是电力线巡检机器人越过绝缘子障碍物后的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本实施例提供一种电力线巡检机器人的越障方法，该方法可以通过一种重心可调整的双臂悬挂式电力线巡检机器人设备来实施，如图1所示，本方法所应用的电力线巡检机器人包括第一悬臂1和第二悬臂2，双悬臂(第一悬臂1和第二悬臂2)通过上方的末端执行机构4悬挂于电力线3上；双悬臂(第一悬臂1和第二悬臂2)通过下方的滑块11滑动连接在机体12上，并能沿机体相对滑动；机体12下方通过支撑架14连接有配重块16；如图2所示，提供了本实施例所涉及电力线巡检机器人的悬臂的正视图。第一悬臂1的结构和第二悬臂2的结构相同，第一悬臂1和第二悬臂2都包括上臂9和前臂7，上臂9的下端通过俯仰机构10与滑块11连接，滑块11滑动连接机体12上的第一滑轨13，滑块11的驱动机构21使第一悬臂1和第二悬臂2能沿机体12相对滑动。所述前臂7通过绕铅垂轴设置的回转机构8连接在上臂9上，前臂7上方的末端执行机构4包括驱动轮5和置于驱动轮前后的两套夹紧机构6，夹紧机构具有自动锁死的功能。当夹紧机构6夹紧时，电力线3对驱动轮5施加向上的第一作用力F1，电力线3对夹紧机构6施加向下的第二作用力F2和第三作用力F3，末端执行机构4通过第一作用力F1、第二作用力F2和第三作用力F3的作用锁死在电力线3上，使悬臂沿电力线3方向无法以驱动轮5转轴为轴心转动。

如图3所示，提供了本实施例所涉及电力线巡检机器人设备的末端执行机构4的侧视图,末端执行机构4包括驱动轮5和夹紧机构6。本实施例中夹紧机构采用了蜗杆夹具，由蜗杆25和涡轮26组成，当蜗杆25转动带动涡轮26转动闭合后，具有自动锁死的功能。本实施例中的驱动轮5具有驱动机器人在电力线上行走的功能。

如图4所示，提供了本实施例所涉及电力线巡检机器人设备的机体的俯视图，机体包括第一滑轨13和第二滑轨15，第一滑轨13与悬臂下方的滑块11滑动连接，滑块11的驱动机构21使两悬臂能沿机体12的第一滑轨13相对滑动；第二滑轨15滑动连接配重块16的支撑架14，配重块驱动机构27驱动支撑架14带动配重块16沿着第二滑轨15滑动，实现重心调整。

如图5所示，提供了电力线障碍环境示意图。在电力线3上主要的障碍物为第一防震锤17、绝缘子18、线夹19、第二防震锤20等。

如图6所示，提供了本实施例所涉及电力线巡检机器人上臂和前臂的示意图，前臂7通过绕铅垂轴设置的回转机构8连接上臂9，上臂9下端连接有俯仰机构10。

如图7所示，提供了本实施例所涉及电力线巡检机器人上臂和前臂的剖视图，回转机构8包括连接件22、谐波减速器23和电机24，前臂7通过连接件22连接谐波减速器23的输出面，谐波减速器23连接上臂9，并由电机24驱动。俯仰机构10的结构及连接方式与回转机构8相同。

如图8所示，提供了本实施例所涉及电力线巡检机器人设备的机体的仰视图，配重块驱动机构27驱动支撑架14带动配重块16沿着第二滑轨15滑动，实现重心调整。

下面，结合上述装置，针对图5所述的电力线障碍环境的越障步骤进行说明，如图9a至9j所示。本发明电力线巡检机器人的越障方法包括以下步骤：

步骤一，电力线巡检机器人在末端执行机构4的驱动轮5的驱动下以速度V在电力线3上行走；

步骤二，当电力线巡检机器人运动过程中遇到第一防震锤17，保持末端执行机构4的夹紧机构6松开，驱动轮5驱动机器人直接滚动行驶越过障碍物；

步骤三，当电力线巡检机器人在末端执行机构4的驱动轮5的驱动下以速度V在电力线3上行走，遇到绝缘子18和线夹19，机器人运动到第一悬臂1靠近障碍物时停下；

步骤四，第一悬臂1驱动轮5保持速度为零，夹紧机构夹紧电力线3，第一悬臂1垂直锁死于电力线3上，配重块驱动机构27调整配重块16使机体12和第二悬臂2整体重心始终位于第一悬臂1俯仰机构正下方；

步骤五，第一悬臂1的俯仰机构驱动机体12和第二悬臂2向上仰起，第二悬臂2的末端执行机构脱离电力线3，过程中配重块驱动机构27动态调节机体12和第二悬臂2整体重心始终位于第一悬臂1俯仰机构正下方；

步骤六，第二悬臂2的回转机构驱动第二悬臂绕第二悬臂铅垂轴转动180°，第一悬臂1的俯仰机构驱动机体12和第二悬臂2向下运动至水平位置，过程中配重块驱动机构27动态调节机体12和第二悬臂2整体重心始终位于第一悬臂1俯仰机构的正下方；

步骤七，滑块11的驱动机构驱动第一悬臂1和第二悬臂2沿机体12相对滑动，第二悬臂2滑动到障碍物前方；

步骤八，第一悬臂1的俯仰机构驱动机体和第二悬臂向上仰起，旋转方向与步骤五相反，使第二悬臂2的末端执行机构位于电力线3斜上方，过程中配重块驱动机构27动态调节机体12和第二悬臂2整体重心始终位于第一悬臂1的俯仰机构的正下方；

步骤九，第二悬臂2的回转机构驱动第二悬臂绕第二悬臂铅垂轴转动180°，使第二悬臂2末端执行机构位于电力线3正上方；

步骤十，第一悬臂1的俯仰机构驱动机体和第二悬臂2向下俯动，使第二悬臂2末端执行机构重新接触电力线3，过程中配重块驱动机构27动态调节机体12和第二悬臂2整体重心始终位于第一悬臂1的俯仰机构的正下方；

步骤十一，第一悬臂1夹紧机构松开，配重块驱动机构27调节配重块至机体中心，第二悬臂2越障完毕。

所述电力线巡检机器人的越障方法的第二悬臂先越过障碍物，第一悬臂在第二悬臂越障完毕后越障，第一悬臂1越障过程与第二悬臂2越障过程相同。

其中，电力线巡检机器人的越障方法利用驱动轮上的夹紧机构将单独悬挂在电力线上的悬臂锁死在电力线上，悬臂沿电力线方向无法以驱动轮转轴为轴心转动。

本发明电力线巡检机器人的越障方法是基于重心可调整的双臂悬挂式电力线巡检机器人，其特征在于当障碍物位于电力线下方，且障碍物线上固定装置宽度小于悬臂驱动轮凹槽宽度时，驱动轮驱动机器人直接滚动行驶越过障碍物；当障碍物位于电力线上方，采取双臂交替跨越障碍物的方法越障，越障过程中单臂悬挂时，利用夹紧机构将悬臂锁死在电力线上，越障过程中动态调节配重块位置，使机器人旋转部分重心始终保持在锁死悬臂俯仰机构的正下方。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种电力线巡检机器人，其特征在于，包括第一悬臂和第二悬臂，第一悬臂和第二悬臂通过上方的末端执行机构悬挂于电力线上；第一悬臂和第二悬臂通过下方的滑块滑动连接在机体上，并能沿机体相对滑动；机体下方通过支撑架连接有配重块；第一悬臂和第二悬臂都包括上臂和前臂，上臂的下端通过俯仰机构与滑块连接，滑块滑动连接机体上的第一滑轨，滑块的驱动机构使第一悬臂和第二悬臂沿机体相对滑动。

2.根据权利要求1所述的电力线巡检机器人，其特征在于，所述末端执行机构还包括驱动轮和置于驱动轮前后的两套夹紧机构，夹紧机构具有自动锁死的功能。

3.根据权利要求1所述的电力线巡检机器人，其特征在于，所述机体包括第一滑轨和第二滑轨，第一滑轨与悬臂下方的滑块滑动连接，滑块的驱动机构使两悬臂能沿机体的第一滑轨相对滑动；第二滑轨滑动连接配重块的支撑架，一个配重块驱动机构驱动支撑架带动配重块沿着第二滑轨滑动。

4.根据权利要求1所述的电力线巡检机器人，其特征在于，所述电力线上主要的障碍物为第一防震锤、绝缘子、线夹、第二防震锤。

5.一种电力线巡检机器人的越障方法，其特征在于，所述电力线巡检机器人的越障方法包括以下步骤：

步骤一，电力线巡检机器人在末端执行机构的驱动轮的驱动下以速度V在电力线上行走；

步骤二，当电力线巡检机器人运动过程中遇到第一防震锤，保持末端执行机构的夹紧机构松开，驱动轮驱动机器人直接滚动行驶越过障碍物；

步骤三，当电力线巡检机器人在末端执行机构的驱动轮的驱动下以速度V在电力线上行走，遇到绝缘子和线夹，机器人运动到第一悬臂靠近障碍物时停下；

步骤四，第一悬臂的驱动轮保持速度为零，第一悬臂前臂夹紧机构夹紧电力线，第一悬臂垂直锁死于电力线上，配重块驱动机构调整配重块使机体和第二悬臂整体重心位于第一悬臂俯仰机构正下方；

步骤五，第一悬臂的俯仰机构驱动机体和第二悬臂向上仰起，第二悬臂的末端执行机构脱离电力线，过程中配重块驱动机构动态调节机体和第二悬臂整体重心始终位于第一悬臂的俯仰机构正下方；

步骤六，第二悬臂的回转机构驱动第二悬臂前臂绕第二悬臂铅垂轴转动180°，第一悬臂的俯仰机构驱动机体和第二悬臂向下运动至水平位置，过程中配重块驱动机构动态调节机体和第二悬臂整体重心始终位于第一悬臂的俯仰机构的正下方；

步骤七，滑块的驱动机构驱动第一悬臂和第二悬臂沿机体相对滑动，第二悬臂滑动到障碍物前方；

步骤八，第一悬臂的俯仰机构驱动机体和第二悬臂向上仰起，旋转方向与步骤五相反，使第二悬臂的末端执行机构位于电力线斜上方，过程中配重块驱动机构动态调节机体和第二悬臂整体重心始终位于第一悬臂的俯仰机构的正下方；

步骤九，第二悬臂的回转机构驱动第二悬臂前臂绕第二悬臂铅垂轴转动180°，使第二悬臂末端执行机构位于电力线的正上方；

步骤十，第一悬臂的俯仰机构驱动机体和第二悬臂向下俯动，使第二悬臂末端执行机构重新接触电力线，过程中配重块驱动机构动态调节机体和第二悬臂整体重心始终位于第一悬臂的俯仰机构正下方；

步骤十一，第一悬臂夹紧机构松开，配重块驱动机构调节配重块至机体中心，第二悬臂越障完毕。

6.根据权利要求5所述的电力线巡检机器人的越障方法，其特征在于，所述电力线巡检机器人的越障方法第二悬臂越障过程中利用驱动轮上的夹紧机构将第一悬臂锁死在电力线上，第一悬臂沿电力线方向无法以驱动轮转轴为轴心转动。

7.根据权利要求5所述的电力线巡检机器人的越障方法，其特征在于，所述电力线巡检机器人的越障方法的第二悬臂先越过障碍物，第一悬臂在第二悬臂越障完毕后越障，第一悬臂越障过程与第二悬臂越障过程相同。

8.根据权利要求5所述的电力线巡检机器人的越障方法，其特征在于，所述电力线巡检机器人的越障方法是基于重心可调整的双臂悬挂式电力线巡检机器人，其特征在于当障碍物位于电力线下方，且障碍物线上固定装置宽度小于悬臂驱动轮凹槽宽度时，驱动轮驱动机器人直接滚动行驶越过障碍物；当障碍物位于电力线上方，采取双臂交替跨越障碍物的方法越障，越障过程中单臂悬挂时，利用夹紧机构将悬臂锁死在电力线上，越障过程中动态调节配重块位置，使机器人旋转部分重心始终保持在锁死悬臂俯仰机构的正下方。