CN105244806A - 一种电力巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力巡检机器人，包括机体、扫描部、连续测角部、动力部、控制通讯部、起落架、直流电源和摄像机部。所述机体为其他部件的载体，所述扫描部位于机体的顶部，连续测角部与扫描部下部连接，实时检测扫描部的转动角度。动力部与机体固定，为巡检机器人提供动力。控制通讯部与连续测角部连接。所述起落架固定于机体下部。所述直流电源和摄像机部固定于机体的下部。本发明的有益效果是极大方便地面人员的操纵，避免操作不当造成的设备损失。

Description

一种电力巡检机器人

技术领域

本发明涉及一种巡检机器人，特别是涉及一种电力巡检机器人。

背景技术

本发明所指的电力巡检为巡检电网的输电线路。目前输电线路巡检的方式多为1、大型无人直升机或无人旋翼机；2、悬挂式巡检机器人；3、地面两栖机器人。受限于当前无人机飞行技术、GPS导航技术和摄像技术，无人机巡检方式有成本高，精度低，控制难度大，地面作业人员误操作造成的损失风险高的劣势。悬挂式巡检机器人需要将机器人挂在输电线路上进行人工控制，安装拆卸过程复杂，危险性高。同时，限于机器人自身的重量，会对输电线路安全造成隐患。地面两栖机器人受限于输电网地面环境的影响较大，对地形的条件要求较高。综合上述情况，现需要一种自动沿输电线路检测，使巡检机器人始终与巡检线路保持合适的距离的；地面人员少操作或不操作的；成本低，机构简单，巡线速度可调，巡线精度高的；安装拆卸危险性低，不会对输电线路造成破坏的；能够适应山地、荒原、水流等复杂环境的电力巡检机器人。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电力巡检机器人。

本发明所采用的技术方案是：一种电力巡检机器人，包括机体、扫描部、连续测角部、动力部、控制通讯部、起落架、直流电源和摄像机部。所述机体为其他部件的载体，所述扫描部位于机体的顶部，连续测角部与扫描部下部连接，实时检测扫描部的转动角度。动力部与机体固定，为巡检机器人提供动力。控制通讯部与连续测角部连接，进而实时检测扫描部的转动角度，控制通讯部与扫描部的Zigbee通讯模块进行无线通讯，进而获得两个测距传感器的检测数据，控制通讯部对上述数据进行处理计算后，对动力部发出控制信号。所述起落架固定于机体下部。所述直流电源和摄像机部固定于机体的下部。

所述机体包括：一层载板、二层载板、三层载板、四层载板、筒杆和筒杆夹。所述机体中央自下而上依次分布固定一层载板、二层载板、三层载板和四层载板。各载板之间通过螺栓进行固定。

所述一层载板为碳纤维材质镂空结构，一层载板上表面固定有直流电源。所述一层载板下表面中央处固定有摄像机固定杆。所述二层载板和三层载板为碳纤维材质镂空结构，中央有圆通孔，所述二层载板四个角位置下表面通过螺栓固定有四个起落架。所述二层载板中央位置通过六角铜螺栓与控制通讯部固定。所述四层载板位于机体最上部，通过四个长螺栓与三层载板固定。四层载板中央位置有四个安装孔，与连续测角部的上盖上表面固定。

所述筒杆共四个，为中空结构，筒杆一端与筒杆夹固定，并与起落架的圆通孔过盈配合。四个筒杆之间，各筒杆之间的夹角为90度。所述筒杆夹上表面与三层载板固定，下表面与二层载板固定。所述筒杆夹中央有通孔，通孔与筒杆一端过盈配合，进而固定筒杆的相对位置。

所述扫描部包括：传感器座、测距传感器、转杆、顶盘、配重块、Zigbee通讯模块、导体针、铜片和铜片座。所述转杆两端固定有传感器座，传感器座内有测距传感器。所述转杆上表面固定有顶盘，顶盘内有Zigbee通讯模块和配重块。所述导体针上端与转杆固定。所述铜片固定在铜片座的上表面，铜片座与连续测角部上端固定。

测距传感器共两个，测距传感器为激光测距传感器、超声波测距传感器、红外测距传感器等测量距离的传感器。

所述转杆两端为中空的杆状结构，中央为凸台，下表面有轴孔与连续测角部的转角轴上端过盈配合，上表面与顶盘固定。转杆长度大于两个不相邻无刷电机之间的距离。两端的杆状结构与传感器座固定，转杆两端杆为碳纤维材质。顶盘为弧面壳体，顶盘内部固定有Zigbee通讯模块和配重块。所述Zigbee通讯模块内固定有可充电电池。

所述铜片座为绝缘材质，铜片座与连续测角部的上盖固定，进而与机体的四层载板固定。

所述导体针上端与转杆固定，导体针下端与铜片座上表面接触。导体针为低阻值圆柱形导体，导体针下表面有半球体凸起。导体针包括正极导体针和负极导体针，正极导体针上端与Zigbee通讯模块的电源正极连接、负极导体针上端与Zigbee通讯模块的电源负极连接。

所述铜片为弧形，表面光滑，固定于铜片座上表面。所述铜片包括正极铜片和负极铜片。正极铜片、负极铜片通过两根导线与控制通讯部的电源管理模块连接。所述铜片面积大于导体针圆柱截面面积，导体针在一定的误差范围内，与铜片接触保持通路。

所述连续测角部由90度绝缘圈、270度导体圈、180度绝缘圈、180度导体圈、360度导体圈、下壳体、转角轴、绝缘垫圈、指针部、上盖、联轴器和直流减速电机组成。所述90度绝缘圈与270度导体圈位于180度绝缘圈与180度导体圈上侧，所述180度绝缘圈与180度导体圈位于360度导体圈上侧，所述绝缘圈和导体圈均固定于下壳体内壁上。所述上盖与下壳体的上表面固定。所述转角轴位于下壳体中央位置，转角轴与指针部固定，指针部的指针尖端与导体圈或绝缘圈的V形槽槽面贴合。

所述90度绝缘圈为绝缘材质弧形圈，固定于下壳体内壁表面，绝缘圈两个端面的夹角为90度，圈内侧有V形槽，与一号顶针接触，保持一号顶针位置。

所述270度导体圈为导体材质弧形圈，固定于下壳体内壁表面，导体圈两个端面的夹角为270度，圈内侧有V形槽，V形槽形状、大小与90度绝缘圈内侧V形槽一致，V形槽与一号顶针接触，保持导体圈与一号顶针的导通状态。270度导体圈为具有一定阻值的导体，弧形圈一侧固定有正方体导体凸起，穿过下壳体的270度绝缘孔，与控制通讯部进行接线。270度导体圈一端端面与180度导体圈一端端面的夹角为22.5度。270度导体圈另一端端面与180度导体圈另一端端面的夹角同为22.5度。

所述180度绝缘圈为绝缘材质弧形圈，固定于下壳体内壁表面，绝缘圈两个端面的夹角为180度，圈内侧有V形槽，可与二号顶针接触，保持二号顶针位置。

所述180度导体圈为导体材质弧形圈，固定于下壳体内壁表面，导体圈两个端面的夹角为180度，圈内侧有V形槽，V形槽形状、大小与180度绝缘圈内侧V形槽一致，V形槽与二号顶针接触，保持导体圈与二号顶针的导通状态。180度导体圈为具有一定阻值的导体，弧形圈一侧固定有正方体导体凸起，穿过下壳体的180度绝缘孔，与控制通讯部进行接线。

所述360度导体圈为导体材质环形圈，固定于下壳体内壁表面，圈内侧有V形槽，保持导体圈与三号顶针的导通状态。360度导体圈为具有一定阻值的导体，环形圈外侧固定有正方体导体凸起，穿过下壳体的360度绝缘孔，与控制通讯部进行接线。

所述绝缘垫圈为环形薄垫圈，所述绝缘垫圈共四个，360度导体圈与下壳体之间有一个绝缘垫圈，360度导体圈与180度导体圈之间有一个绝缘垫圈，180度导体圈与270度导体圈之间有一个绝缘垫圈，270度导体圈与上盖之间有一个绝缘垫圈。

所述下壳体为筒形绝缘壳体，侧面有三个正方形孔，自上而下依次为270度绝缘孔、180度绝缘孔和360度绝缘孔。270度绝缘孔与180度绝缘孔正中间有零度线，安装时，将零度线对准机器人正前方。下壳体的上表面有四个安装孔，四个安装孔沿径向等夹角分布。下壳体下表面中央处有轴孔，轴孔与下轴承外壁过盈配合，下轴承内壁与转角轴下端过盈配合，使转角轴相对下壳体发生相对转动。

所述转角轴中央有键形凸起，转角轴与指针部过盈配合，转角轴下侧有轴肩，定位指针部相对于转角轴的位置。转角轴上端通过上轴承与上盖转动配合，转角轴下端通过下轴承与下壳体转动配合。转角轴的下端与直流减速电机的输出轴上端通过联轴器固定。转角轴的上端与扫描部的转杆固定。

所述指针部包括一号指针、二号指针、三号指针和指针座。所述指针部固定于转角轴的中央位置。所述指针为低阻值针形结构，一号指针、二号指针和三号指针的尖头端与绝缘圈或导体圈的V形槽面贴合，另一端固定与指针座固定。指针座为镂空结构，指针座中央有轴孔，与转角轴过盈配合。

所述一号指针与三号指针通过导体连接；二号指针与三号指针通过导体连接；所述二号指针与三号指针无导体连接。270度导体圈、一号指针、三号指针和360度导体圈组成检测第一回路。180度导体圈、二号指针、三号指针和360度导体圈组成检测第二回路。

所述上盖为绝缘材质，上盖中央有轴孔，上盖有八个安装孔沿径向等夹角分布。其中四个为下壳体安装孔，四个为机体安装孔。

直流减速电机的输出轴通过联轴器与转角轴的下端固定，直流减速电机与控制通讯部连接。直流减速电机上表面有四个安装孔，通过四个螺栓与四层载板固定，进而与机体固定。

所述动力部包括无刷电机、电调和螺旋桨。所述无刷电机与电调连接，电调与控制通讯部连接，螺旋桨与无刷电机的输出轴固定。所述无刷电机共四个、电调共四个、螺旋桨共四个。

所述控制通讯部与动力部的四个电调、直流减速电机、摄像机部、直流电源、连续测角部的360度导体圈、270度导体圈、180度导体圈连接。控制通讯部内有Zigbee通讯模块，与扫描部的Zigbee通讯模块进行通信，获得测距数据。所述起落架为碳纤维材质，共四个，固定在机体下方。起落架上部圆通孔与筒杆过盈配合，起落架上部有平面板与二层载板下表面固定。

所述直流电源固定在一层载板上表面，直流电源为动力部、直流减速电机、控制通讯部、摄像机部、扫描部供电。

摄像机部固定于一层载板下表面中央处。摄像机部包括摄像机固定杆和云台摄像机，云台摄像机实时拍摄电力线路的画面，并与控制通讯部连接，将画面传输至地面站。

所述控制通讯部通过计算扫描部的两个测距传感器获得电力线缆与机器人相对位置关系方法如下：

（1）扫描部每转动180度为一个循环，形成两个二维数组，一号测距传感器的数组为S{θ，z}，二号测距传感器的数组为T{θ，z}，θ为角度，z为线缆距离。

（2）取T{θ，z}中z值最小的三个数据，三组数据取均值为T0{θ4，z4}。取S{θ，z}中z值最小的三个数据，三组数据取均值为S0{θ5，z5}。

（3）机器人扫描部的扫描轨迹方程可代表机器人在空间中的相对位置，方程为x2+y2=r2；z=0；

将S0与T0代入下述方程组，

求解空间中电缆线两个端点相对于机器人的位置为{x1，y1，z1}，{x5，y5，z5}。

（4）根据{x1，y1，z1}，{x5，y5，z5}得出电缆线的直线方程，

控制通讯部根据电缆线的直线方程，对机器人的姿态进行调整，并计算出累计巡检线路的长度。

本发明的有益效果是：与传统的巡线机器人和巡线无人机比较，本发明巡线线路精度高，可精确沿着机器人上方的电力线路进行有效巡检；适用于各类地形条件的电力线路巡检；极大的方便地面机器人操控人员的操作，避免因操作失误造成的电力线路或巡线设备的损坏；能够适应山地、荒原、河流等复杂环境电力巡检环境。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明的机体结构示意图；

图3为本发明的扫描部示意图；

图4为本发明的连续测角部结构图；

图5为本发明的连续测角部内部示意图；

图6为本发明的连续测角部指针示意图；

图7为本发明的连续测角部简化模型图；

图8为本发明的起落架示意图。

图中：

1、机体；101、一层载板；102、二层载板103、三层载板；104、四层载板；105、筒杆；106、筒杆夹；2、扫描部；201、传感器座；202、测距传感器；203、转杆；204、顶盘；207a、正极导体针、207b、负极导体针、208、铜片；208a、正极铜片、208b、负极铜片；209、铜片座；3、连续测角部；301、90度绝缘圈；302、270度导体圈；303、180度绝缘圈；304、180度导体圈；305、360度导体圈；306、下壳体；306a、零度线；307、转角轴；308、绝缘垫圈；309、指针部；309a、一号指针；309b、二号指针；309c、三号指针；309d、指针座；3010、上盖；3011、直流减速电机；4、动力部；5、控制通讯部；6、起落架；7、直流电源；8、摄像机部；8a、摄像机固定杆。

具体实施方式

如图1所示：一种电力巡检机器人，包括机体1、扫描部2、连续测角部3、动力部4、控制通讯部5、起落架6、直流电源7和摄像机部8。机体1为其他部件的载体，扫描部2位于机体1的顶部，连续测角部3与扫描部2下部连接，实时检测扫描部2的转动角度。动力部4与机体1固定，为巡检机器人提供动力。控制通讯部5与连续测角部3连接，进而实时检测扫描部2的转动角度，控制通讯部5与扫描部2的Zigbee通讯模块进行无线通讯，进而获得两个测距传感器202的检测数据，控制通讯部5对上述数据进行处理计算后，对动力部4发出控制信号。起落架6固定于机体1下部。直流电源7和摄像机部8固定于机体1的下部。

如图2所示：机体1为机器人其他机构的载体，机体1包括：一层载板101、二层载板102、三层载板103、四层载板104、筒杆105和筒杆夹106。机体1中央自下而上依次分布固定一层载板101、二层载板102、三层载板103和四层载板104。各载板之间通过螺栓进行固定。

筒杆105为碳纤维材质，共四个，筒杆105为中空结构，筒杆105一端与筒杆夹106固定，并与起落架6的圆通孔过盈配合。筒杆105另一端固定无刷电机座，无刷电机座与无刷电机底部固定。四个筒杆105之间，各筒杆105之间的夹角为90度。筒杆夹106上表面与三层载板103固定，下表面与二层载板102固定。筒杆夹106中央有通孔，通孔与筒杆105一端过盈配合，进而固定筒杆105的相对位置。

一层载板101为碳纤维材质镂空结构，一层载板101上表面固定有直流电源7。一层载板101下表面中央处固定有摄像机固定杆8a。二层载板102和三层载板103为碳纤维材质镂空结构，中央有圆通孔，二层载板102四个角位置上表面通过螺栓固定有四个筒杆夹106，三层载板103四个角位置下表面通过螺栓固定有四个筒杆夹106。二层载板102四个角位置下表面通过螺栓固定有四个起落架6。二层载板102中央位置通过六角铜螺栓与控制通讯部5固定。四层载板104位于机体1最上部，通过四个长螺栓与三层载板103固定。四层载板104中央位置有四个安装孔，与连续测角部3的上盖3010上表面固定。进而将连续测角部3、扫描部2的铜片座209、直流减速电机3011与机体1固定。

扫描部2包括：传感器座201、测距传感器202、转杆203、顶盘204、配重块、Zigbee通讯模块、导体针、铜片208和铜片座209。转杆203两端固定有传感器座201，传感器座201内有测距传感器202。转杆203上表面固定有顶盘204，顶盘204内有Zigbee通讯模块和配重块。导体针上端与转杆203固定。铜片208固定在铜片座209的上表面，铜片座209与连续测角部3上端固定。扫描部2为机器人的位置状态感知部分，扫描部2不断慢速转动，扫描机器人上方的电线布置，进而为控制通讯部5提供机器人对电线的相对位置。

传感器座201为椭圆形柱体，扫描部2转动时，减少扫描部2的空气阻力。传感器座201中央有凹槽，安装测距传感器202。测距传感器202为激光测距传感器、超声波测距传感器、红外测距传感器等测量距离的传感器。测距传感器202共两个，为一号测距传感器和二号测距传感器。

顶盘204为弧面壳体，顶盘204内部固定有Zigbee通讯模块和配重块。顶盘204为塑料材质，可保护Zigbee通讯模块不受外力损坏。

Zigbee通讯模块内固定有可充电电池，电池正极与正极导体针207a通过导线连接，电池负极与负极导体针207b通过导线连接。正极铜片208a和负极铜片208b之间上电后，可对Zigbee通讯模块的可充电电池进行充电。

转杆203中央为凸台，两端为中空的杆状结构。转杆203长度大于两个不相邻无刷电机之间的距离。转杆203中央凸台处下表面有轴孔，与连续测角部3的转角轴307上端过盈配合，转杆203中央凸台上表面与顶盘204固定。两端的杆状结构与传感器座201固定，转杆203两端杆为碳纤维材质，内为中空，减轻质量，同时中空部分有电源线和信号线，将测距传感器202与Zigbee通讯模块连接。

如图3所示：导体针上端与转杆203固定，导体针下端与铜片座209上表面接触。导体针为低阻值圆柱形导体，导体针下表面有半球体凸起，便于导体针下表面与铜片座209上表面接触。导体针包括正极导体针207a和负极导体针207b，正极导体针207a上端与Zigbee通讯模块的电源正极连接、负极导体针207b上端与Zigbee通讯模块的电源负极连接。铜片208为弧形，表面光滑，固定于铜片座209上表面。铜片208包括正极铜片208a和负极铜片208b。正极铜片208a、负极铜片208b通过两根导线与电源管理模块连接。在控制通讯部5的控制下进行上电或断电。铜片208面积大于导体针圆柱截面面积，使导体针在一定的误差范围内，仍可以与铜片208接触，保持通路。

铜片座209为绝缘材质，铜片座209与连续测角部3的上盖3010固定，进而与机体1的四层载板104下表面固定。

转角轴307转动，转杆203与转角轴307固定，发生转动。铜片座209与机体1固定，转杆203相对于铜片座209转动，导体针与铜片座209上端摩擦转动。控制通讯部5发出停止飞行命令后，不断检测转角轴307的转角，当转至0度位置时，控制通讯部5控制直流减速电机3011断电。直流减速电机3011在断电瞬间，减速电机的输出轴会保持断电瞬间的角度位置不变（直流减速电机3011存在此特性）。转杆203转动惯性形成的惯性力矩，对减速电机输出轴的停止位置角度造成微小误差。铜片208面积远大于导体针圆柱截面面积，使导体针在一定的误差范围内，仍可以与铜片208接触，保持通路。正极导体针207a与正极铜片208a接触，使负极导体针207b与负极铜片208b接触。

如图4所示：连续测角部3在转角轴307连续转动的状态下，检测并通过控制通讯部5计算出转角轴307相对于机体1的角度位置。连续测角部3由90度绝缘圈301、270度导体圈302、180度绝缘圈303、180度导体圈304、360度导体圈305、下壳体306、转角轴307、绝缘垫圈308、指针部309、上盖3010、联轴器和直流减速电机3011组成。90度绝缘圈301与270度导体圈302位于180度绝缘圈303与180度导体圈304上侧，180度绝缘圈303与180度导体圈304位于360度导体圈305上侧，绝缘圈和导体圈均固定于下壳体306内壁上。上盖3010与下壳体306的上表面固定。转角轴307位于下壳体306中央位置，转角轴307与指针部309固定，指针部309的指针尖端与导体圈或绝缘圈的V形槽槽面贴合。控制通讯部5通过连续测角部3检测导体圈的阻值变化，进而计算出转角轴307相对机体1转动的角度，最终计算出转杆203两端的测距传感器202相对于机体1的角度位置。

上盖3010为绝缘材质，上盖3010中央有轴孔，上盖3010有八个安装孔沿径向等夹角分布。其中四个为下壳体306安装孔，四个为机体1安装孔。

直流减速电机3011的输出轴通过联轴器与转角轴307的下端固定，直流减速电机3011与控制通讯部5连接，控制通讯部5通过控制直流减速电机3011的上电与断电状态，进而控制直流减速电机3011的转动或停止。直流减速电机3011上表面有四个安装孔，通过四个螺栓与四层载板104固定，进而与机体1固定。

如图5所示：90度绝缘圈301为绝缘材质弧形圈，固定于下壳体306内壁表面，绝缘圈两个端面的夹角为90度，圈内侧有V形槽，可与一号指针309a接触，保持一号指针309a位置。270度导体圈302为导体材质弧形圈，固定于下壳体306内壁表面，导体圈两个端面的夹角为270度，圈内侧有V形槽，V形槽形状、大小与90度绝缘圈301内侧V形槽一致，V形槽与一号指针309a接触，保持导体圈与一号指针309a的导通状态。270度导体圈302为具有一定阻值的导体，弧形圈一侧固定有正方体导体凸起，穿过下壳体306的270度绝缘孔，与控制通讯部5进行接线。270度导体圈302一端端面与180度导体圈304一端端面的夹角为22.5度。270度导体圈302另一端端面与180度导体圈304另一端端面的夹角同为22.5度。180度绝缘圈303为绝缘材质弧形圈，固定于下壳体306内壁表面，绝缘圈两个端面的夹角为180度，圈内侧有V形槽，可与二号指针309b接触，保持二号指针309b位置。180度导体圈304为导体材质弧形圈，固定于下壳体306内壁表面，导体圈两个端面的夹角为180度，圈内侧有V形槽，V形槽形状、大小与180度绝缘圈303内侧V形槽一致，V形槽与二号指针309b接触，保持导体圈与二号指针309b的导通状态。180度导体圈304为具有一定阻值的导体，弧形圈一侧固定有正方体导体凸起，穿过下壳体306的180度绝缘孔，与控制通讯部5进行接线。180度导体圈304一端端面与270度导体圈302一端端面的夹角为22.5度。180度导体圈304另一端端面与270度导体圈302另一端端面的夹角同为22.5度。

360度导体圈305为导体材质环形圈，固定于下壳体306内壁表面，圈内侧有V形槽，保持导体圈与三号指针309c的导通状态。360度导体圈305为具有一定阻值的导体，环形圈外侧固定有正方体导体凸起，穿过下壳体306的360度绝缘孔，与控制通讯部5进行接线。

绝缘垫圈308为环形薄垫圈，绝缘垫圈308共四个，360度导体圈305与下壳体306之间有一个绝缘垫圈308，360度导体圈305与180度导体圈304之间有一个绝缘垫圈308，180度导体圈304与270度导体圈302之间有一个绝缘垫圈308，270度导体圈302与上盖3010之间有一个绝缘垫圈308。

下壳体306为筒形绝缘壳体，侧面有三个正方形孔，自上而下依次为270度绝缘孔、180度绝缘孔和360度绝缘孔。270度绝缘孔与180度绝缘孔正中间有零度线306a，安装时，将零度线306a对准机器人正前方。下壳体306的上表面有四个安装孔，四个安装孔沿径向等夹角分布。下壳体306下表面中央处有轴孔，轴孔与下轴承外壁过盈配合，下轴承内壁与转角轴307下端过盈配合，使转角轴307相对下壳体306发生相对转动。转角轴307中央有键形凸起，转角轴307与指针部309过盈配合，转角轴307下侧有轴肩，定位指针部309相对于转角轴307的位置。转角轴307上端通过上轴承与上盖3010转动配合，转角轴307下端通过下轴承与下壳体306转动配合。转角轴307的下端与直流减速电机3011的输出轴上端通过联轴器固定。转角轴307的上端与扫描部2的转杆203固定。

如图6所示：指针部309包括一号指针309a、二号指针309b、三号指针309c和指针座309d。指针部309固定于转角轴307的中央位置。指针为低阻值针形结构，一号指针309a、二号指针309b和三号指针309c的尖头端与绝缘圈或导体圈的V形槽面贴合，另一端固定与指针座309d固定。指针座309d为镂空结构，减轻质量，指针座309d中央有轴孔，与转角轴307过盈配合。

一号指针309a与三号指针309c通过导体连接；二号指针309b与三号指针309c通过导体连接；二号指针309b与三号指针309c无导体连接。270度导体圈302、一号指针309a、三号指针309c和360度导体圈305组成检测第一回路，控制通讯部5检测本回路的阻值，进而计算出转角轴307相对于机体1转动0到225度的实时位置。180度导体圈304、二号指针309b、三号指针309c和360度导体圈305组成检测第二回路，控制通讯部5检测本回路的阻值，进而计算出转角轴307相对于机体1转动225到360度的实时位置。

动力部4包括无刷电机、电调和螺旋桨。无刷电机与电调连接，电调与控制通讯部5连接，螺旋桨与无刷电机的输出轴固定。无刷电机共四个、电调共四个、螺旋桨共四个。

如图7所示：图示为连续测角部3简化模型图，α为225度，β为135度，γ为22.5度。指针处于当前位置为0度位置，此时与转角轴307固定的转杆203上的一号测距传感器202，指向机器人飞行方向的正前方。一号测距传感器202的位置为0度，二号测距传感器202的位置为180度，指向机器人飞行方向的正后方。270度导体圈302、一号指针309a、三号指针309c和360度导体圈305组成检测第一回路。180度导体圈304、二号指针309b、三号指针309c和360度导体圈305组成检测第二回路。

B位置处，第一回路的电阻为R1min，第二回路的电阻为R2min，A位置处第一回路的电阻为R1max，第二回路的电阻为R2max。

控制通讯部不断检测第一回路阻值R1与第二回路的阻值R2，进而判断转角轴307转动的相对角度δ。

R1max＞R1＞R1min时，R1=aδ+c，控制通讯部5通过对R1阻值的检测，进而计算出转角轴307转动的相对角度δ。R2max＞R2＞R2min时，R1=-aδ+c，，控制通讯部5通过对R2阻值的检测，进而计算出转角轴307转动的相对角度δ。

俯视方向，直流减速电机3011上电后，转角轴307始终作逆时针连续转动。

如图8所示：起落架6为碳纤维材质，共四个，固定在机体1下方。起落架6上部圆通孔与筒杆105过盈配合，起落架6上部有平面板与二层载板102下表面固定。

直流电源7固定在一层载板101上表面，直流电源7为动力部4、直流减速电机3011、控制通讯部5、摄像机部8、扫描部2供电。

摄像机部8固定于一层载板101下表面中央处。摄像机部8包括摄像机固定杆8a和云台摄像机，摄像机固定杆8a与一层载板101固定，云台摄像机与摄像机固定杆8a固定。云台摄像机实时拍摄电力线路的画面，并与控制通讯部5连接，将画面传输至地面站。

控制通讯部5与动力部4的四个电调、直流减速电机3011、摄像机部8、直流电源7、连续测角部3的360度导体圈305、270度导体圈302、180度导体圈304连接。控制通讯部5内有Zigbee通讯模块，与扫描部2的Zigbee通讯模块进行通信，获得测距数据。控制通讯部5通过四个电调控制机器人的飞行姿态。通过控制直流减速电机3011的转动进而控制扫描部2转动，与摄像机部8连接，将拍摄的画面传输至地面站。控制通讯部5与连续测角部3的360度导体圈305、270度导体圈302、180度导体圈304连接，检测计算出转角轴307的转动角度。

控制通讯部5通过计算扫描部2的两个测距传感器202获得电力线缆与机器人相对位置关系方法如下：

（1）扫描部2每转动180度为一个循环，形成两个二维数组，一号测距传感器202的数组为S{θ，z}，二号测距传感器202的数组为T{θ，z}，θ为角度，z为线缆距离，测距传感器202未收到反射信号，则扫描部2上方为空，z=+∞。

（2）取T{θ，z}中z值最小的三个数据T1{θ1，z1}、T2{θ2，z2}、T3{θ3，z3},三组数据取均值为T0{θ4，z4}。取S{θ，z}中z值最小的三个数据S1{θ1，z1}、S2{θ2，z2}、S3{θ3，z3}，三组数据取均值为S0{θ5，z5}。空间中T0和S0的连线即表示机器人上空的电缆线的相对位置。

（3）机器人扫描部2的扫描轨迹方程可代表机器人在空间中的相对位置，方程为x2+y2=r2；z=0；

将S0与T0代入下述方程组，

求解空间中电缆线两个端点相对于机器人的位置为{x1，y1，z1}，{x5，y5，z5}。

（4）根据{x1，y1，z1}，{x5，y5，z5}得出电缆线的直线方程，

其中，机器人的位置为：

控制通讯部根据电缆线的直线方程，对机器人的姿态进行调整，并计算出累计巡检线路的长度。

本发明的工作方式如下，打开机器人控制通讯部5开关，直流减速电机3011开始转动，扫描部2转动，转角轴307的转动角度即为扫描部2的转动角度，控制通讯部不断检测第一回路阻值R1与第二回路的阻值R2，进而判断转角轴307转动的相对角度δ。测距传感器202开始测距。动力部4在控制通讯部5的控制下，为机器人调节空间姿态位置。地面作业人员通过地面站控制将机器人飞向基塔线缆下方2-5米处，扫描部2检测到机器人上方电缆后，机器人开始在线缆下方，自动巡线飞行，摄像机部8将画面传输至地面站，进行自动电力巡检。

地面站发送返回命令后，机器人在控制通讯部5的控制下将自动倒飞，机器人在线缆下方，沿着出发的电力巡检线路返回至起飞位置。

日常维护充电时，直接对直流电源7进行充电。

Claims (9)

1.一种电力巡检机器人，其特征在于：包括机体、扫描部、连续测角部、动力部、控制通讯部、起落架、直流电源和摄像机部，所述机体为其他部件的载体，扫描部位于机体顶部，连续测角部与扫描部下部连接，动力部与机体固定，控制通讯部与连续测角部连接，实时检测扫描部转动角度，起落架固定于机体下部，直流电源和摄像机部固定于机体的下部，所述机体包括一层载板、二层载板、三层载板、四层载板、筒杆和筒杆夹，所述机体中央自下而上依次分布一层载板、二层载板、三层载板和四层载板，各载板之间通过螺栓进行固定，所述扫描部包括传感器座、测距传感器、转杆、顶盘、配重块、Zigbee通讯模块、导体针、铜片和铜片座，所述连续测角部包括90度绝缘圈、270度导体圈、180度绝缘圈、180度导体圈、360度导体圈、下壳体、转角轴、绝缘垫圈、指针部、上盖、联轴器和直流减速电机。

2.根据权利要求1所述的一种电力巡检机器人，其特征在于：所述各载板为碳纤维材质镂空结构，个载板间通过螺栓固定，一层载板上表面固定有直流电源，下表面中央处固定有摄像机固定杆，所述二层载板和三层载板四个角位置固定有四个起落架，所述二层载板中央位置通过六角铜螺栓与控制通讯部固定，四层载板中央位置有四个安装孔，与连续测角部的上盖上表面固定。

3.根据权利要求1所述的一种电力巡检机器人，其特征在于：所述转杆两端为中空的杆状结构与传感器座固定，转杆长度大于两个不相邻无刷电机之间的距离，转杆中央为凸台，凸台下表面有轴孔与转角轴上端过盈配合，所述转杆上表面固定有顶盘，顶盘内有Zigbee通讯模块和配重块，所述导体针上端与转杆固定，所述铜片固定在铜片座的上表面，铜片座与连续测角部上端固定，所述铜片座为绝缘材质，铜片座与连续测角部的上盖固定，导体针上端与转杆固定，导体针下端与铜片座上表面接触。

4.根据权利要求3所述的一种电力巡检机器人，其特征在于：导体针为低阻值圆柱形导体，下表面有半球体凸起，导体针包括正极导体针和负极导体针，正、负极导体针上端与Zigbee通讯模块的电源正、负极连接，所述铜片为弧形，表面光滑，固定于铜片座上表面，所述铜片包括正极铜片和负极铜片，正、负极铜片通过两根导线与控制通讯部的电源管理模块连接，所述铜片面积大于导体针圆柱截面面积，导体针在一定的误差范围内，与铜片接触保持通路。

5.根据权利要求3所述的一种电力巡检机器人，其特征在于：测距传感器共两个，一号测距传感器为转角轴0度位置，测距传感器为激光测距传感器、超声波测距传感器、红外测距传感器等测量距离的传感器。

6.根据权利要求1所述的一种电力巡检机器人，其特征在于：连续测角部绝缘圈、导体圈内侧有大小一致的V形槽，槽面指针部的指针尖端贴合，绝缘圈、导体圈、绝缘垫圈均固定于下壳体内壁，自上而下依次为，绝缘垫圈、90度绝缘圈与270度导体圈、绝缘垫圈、180度绝缘圈与180度导体圈、绝缘垫圈、360度导体圈、绝缘垫圈、所述转角轴与指针部固定，所述上盖为绝缘材质，所述下壳体为筒形绝缘壳体，侧面有三个正方形孔，自上而下依次为270度绝缘孔、180度绝缘孔和360度绝缘孔，直流减速电机上表面与四层载板固定，下壳体的270度绝缘孔与180度绝缘孔正中间有零度线，零度线对准机器人正前方。

7.根据权利要求6所述的一种电力巡检机器人，其特征在于：所述270度导体圈为导体材质弧形圈，两个端面的夹角为270度，弧形圈一侧固定有凸起，穿过下壳体的270度绝缘孔，与控制通讯部进行接线，270度导体圈一端端面与180度导体圈一端端面的夹角，另一端端面与另一端端面的夹角同为22.5度，所述180度导体圈为导体材质弧形圈，180度导体圈为具有一定阻值的导体，弧形圈一侧固定有凸起，穿过下壳体的180度绝缘孔，与控制通讯部进行接线，所述360度导体圈为导体材质环形圈，环形圈外侧固定有凸起，穿过下壳体的360度绝缘孔，与控制通讯部进行接线，所述90度绝缘圈两个端面的夹角为90度，180度绝缘圈为绝缘材质弧形圈，两个端面平行，绝缘垫圈为环形薄垫圈。

8.根据权利要求6所述的一种电力巡检机器人，其特征在于：所述指针部包括一号指针、二号指针、三号指针和指针座，所述一号指针与三号指针通过导体连接；二号指针与三号指针通过导体连接，所述指针部固定于转角轴的中央位置，所述指针为低阻值针形结构，指针座与转角轴过盈配合，270度导体圈、一号指针、三号指针和360度导体圈组成检测第一回路，180度导体圈、二号指针、三号指针和360度导体圈组成检测第二回路。

9.一种电力巡检机器人，其特征在于：控制通讯部通过计算连续转动的扫描部的两个测距传感器获得电力线缆与机器人相对位置关系方法如下：

（1）扫描部每转动180度为一个循环，形成两个二维数组，一号测距传感器的数组为S{θ，z}，二号测距传感器的数组为T{θ，z}，θ为角度，z为线缆距离；

（2）分取T{θ，z}，S{θ，z}中z值最小的三组数据均值为T0{θ4，z4}，S0{θ5，z5}；

（3）机器人扫描部的圆形扫描轨迹方程可代表机器人在空间中的相对位置，表示为x2+y2=r2；z=0；将S0与T0代入下述方程组，

求解空间中电缆线两个端点相对于机器人的位置为{x1，y1，z1}，{x5，y5，z5}；

（4）根据{x1，y1，z1}，{x5，y5，z5}求解出空间中电缆线相对于机器人的的直线方程。