CN105319992A - 一种高压输电线路机器人多功能实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压输电线路机器人多功能实验平台，包括：设有大电机驱动的皮带轮C、皮带轮D、皮带、两端均设有压紧皮带轮总成的纵向安装板、两端设有皮带轮C和皮带轮D的横向安装板、支架和电路模块；所述压紧皮带轮总成包括小皮带轮、压紧皮带的压紧轮、和驱动小皮带轮旋转的小电机，纵向安装板垂直的安装在支架上，所述横向安装板水平安装在纵向安装板中部，所述皮带将两个压紧皮带轮总成、皮带轮C和皮带轮D串联起来组成一个环形运动回路；所述电路模块由馈能电池模块、超级电容模块、能耗电阻模块和控制板卡模块组成：为高压输电线路机器人提供了一种可靠性好、结构简单、可进行多种试验的实验平台。

Description

一种高压输电线路机器人多功能实验平台

技术领域

本发明涉及一种高压输电线巡检设备试验平台，具体涉及一种高压输电线路机器人多功能实验平台。

背景技术

传统的高压输电线路巡检方法主要以人工巡线为主，其巡线效率低，劳动强度大，工人经常野外工作，工作环境恶劣，并且跨越高山、密林、大河的输电线路档段的巡检难度更大，存在安全隐患。此外，目前国内外高压输电线路的维修、维护基本上采用人工登塔的方式，由检修人员携带检设备与工具来完成各项检修任务，如：如绝缘子检测与清扫等，这不仅仅需要大量的人力，而且危险。高压输电路机器人分为巡检机器人和带电作业机器人，巡检机器人是一种用于巡检高压输电线路的特种机器人，可用于代替人工巡检，其巡检效率高，成像效果好。带电作业机器人是一种能够代替或辅助人工进行线路清洗、检修和维护的机器人。高压输电线路机器人是机器人技术与输电线路巡检及带电作业技术发展相结合的趋势。

首先介绍一下本发明所研究的高压输电线路机器人的组成、工作原理机及其存在的问题，其组成为：

高压输电线路机器人，由行走轮A1，行走电机A2，行走轮B3，行走电机B4，压紧机构A5，压紧机构B6，压紧滑动机构A7，压紧滑动机构B8，架空线路地线9，回转机构A10，回转机构B11，错臂滑动机构A12，错臂滑动机构B13，滑动平台14，机械臂A15，机械臂B16组成。该机器人在高压输电线路的地线上行走并对高压输电线路走廊进行巡检。

其工作原理是：

①压紧滑动机构A7和压紧滑动机构B8向上移动，使压紧机构A5和压紧机构B6向上压紧，压紧机构A5及压紧机构B6和行走轮A1及行走轮B3形成的压紧力将增大行走轮行走的摩擦力。

②控制行走电机A2和行走电机B4的转速进而控制行走轮A1和行走轮B3的行走速度，即机器人上坡和下坡的速度。

存在的问题：

①压紧机构A5和压紧机构B6压紧力的大小无法确定，需要进行研究和优化；

②行走电机A2和行走电机B4的转速是用传统的控制方法控制，将会使行走轮A1和行走轮B3行走速度不一致，从而使机械臂A15和机械臂B16之前产生内应力。故行走电机A2和行走电机B4的协同控制需要做进一步研究。

③机器人下坡过程中消耗大量的电能进行制动，使机器人续航时间缩短。可将电能回馈制动应用在其中来提高电能的利用效率。即当机器人下坡行驶时，可切换到无动力下坡控速与馈能模式，即将行走电机A2和行走电机B4完全释放，用能耗制动或馈能制动的方式进行控速，并将多余的电能存储到锂电池中去。

由于高压输电线路机器人的作业环境为架空高压输电线路走廊，若到现场进行机器人研究实验，如：机器人无动力下坡空速与馈能实验、机器人双行走轮协同控制实验、机器人压紧轮压紧方法实验、机器人行走轮打滑检测与优化控制实验等，不仅实验环境恶劣，成本高，而且危险。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能够进行高压输电线路机器人多种研究实验的实验平台。此实验平台弥补了高压输电线路机器人在现场做实验难度大，成本高，存在安全隐患等不足，大大提高了实验效率，保障了实验的安全可靠进行。

为了解决上述技术问题，本发明主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种高压输电线路机器人多功能实验平台，包括：两个压紧皮带轮总成、设有大电机驱动的皮带轮C、皮带轮D、皮带、纵向安装板、横向安装板、支架和电路模块；

所述压紧皮带轮总成包括安装在压紧轮支架上的两个压紧轮、安装在压紧轮支架滑动导轨上的小皮带轮和驱动小皮带轮旋转的小电机，所述压紧轮支架与压紧轮支架滑动导轨相配合并可相对上下移动，所述两个压紧轮位于小皮带轮两边；

所述纵向安装板垂直的安装在支架上，所述横向安装板水平的安装在纵向安装板中部，所述两个压紧皮带轮总成分别可上下移动的安装在纵向安装板两端，所述横向安装板一端设有可横向移动的皮带轮C，另外一端设有可横向移动的皮带轮D，所述皮带将两个压紧皮带轮总成、皮带轮C和皮带轮D串联起来组成一个环形运动回路；

所述电路模块包括：带电源模块的控制板卡模块、分别与两个压紧皮带轮总成小电机并联的电路组件A和电路组件B、以及与皮带轮C大电机并联的电路组件C；所述电路组件A、电路组件B和电路组件C均设有并联的馈能电池、超级电容和能耗电阻；控制板卡模块控制所述电路组件A、电路组件B和电路组件C及上述所有电气部分的开闭、电机的转动与停止及能耗电阻接入电阻的大小值。

作为优选，所述一种高压输电线路机器人多功能实验平台的压紧轮支架与压紧轮支架滑动导轨通过带调节螺母的压紧轮调节螺杆相连。可以通过调节压紧轮调节螺杆上的调节螺母位置来调节压紧轮支架和压紧轮支架滑动导轨之间的距离。

作为优选，所述一种高压输电线路机器人多功能实验平台的纵向安装板上下均设有安装孔群，所述两个压紧皮带轮总成分别固定安装在纵向安装板的上下安装孔群中，通过孔群中孔的选择来确定所述压紧皮带轮总成在纵向安装板上的位置；

所述横向安装板左右设有对称分布的安装槽，皮带轮C和皮带轮D可以左右活动的安装在所述安装槽中，所述横向安装板一端安装槽附近固定设有张紧螺杆支架A，所述张紧螺杆支架A通过张紧螺杆A与皮带轮C相连；所述横向安装板另一端安装槽附近固定设有张紧螺杆支架B，所述张紧螺杆支架B通过张紧螺杆B与皮带轮D相连，所述张紧螺杆A和张紧螺杆B上均设有可调节皮带轮C和皮带轮D相对距离的螺母。

对本发明的基本原理是：

由于机器人的工作的时候是机器人相对于架空高压输电电路地线向前或向后运动，在行走的过程中能够靠机器人自身锂电池的电能供电，也可以靠机器人在下坡时的重力势能向前滑动。然而这样的运动，在实验室很难有场地空间模拟出机器人相对于线的运动。于是，本发明所述的实验平台改变了相对运动的方式，即将机器人相对线路运动改成了线路相对于机器人运动。将一个压紧皮带轮总成代替机器人的行走轮A1，将另一个压紧皮带轮总成代替机器人的行走轮B3，而皮带轮C19作为机器人的负载，将皮带21代替架空线路地线。虽然相对运动的形式改变了，但内部受力和电气控制原理并未改变，故可作为对机器人做相关研究的实验平台。

本发明的有益效果是：提供一种不需要到高压输电线现场进行巡检机器人研究实验的实验平台，该实验平台能够实现机器人无动力下坡空速与馈能实验、机器人双行走轮协同控制实验、机器人压紧轮压紧方法实验、机器人行走轮打滑检测与优化控制实验等，该实验平台能很好的模拟实际高压输电线上巡检机器人的行走过程，使得在实验室即可完成在野外恶劣环境、高风险情况下完成的试验，其准确度高、实验平台结构简单、可靠性好、试验的重复再现性也好，大大降低了高压输电线上巡检机器人的研究成本，具有很高的推广价值。

附图说明

图1为本发明所研究的高压输电线路机器人的组成和工作原理示意图；

图2为本发明的实验平台从前面看的立体结构图的示意图；

图3为本发明的实验平台从后面看的立体结构图的示意图；

图4为本发明的皮带轮A总成和皮带轮B总成正视图的示意图；

图5为本发明的皮带轮A总成和皮带轮B总成左视图的示意图；

图6为本发明的皮带轮A总成和皮带轮B总成后视图的示意图；

图7为本发明的皮带轮A总成和皮带轮B总成剖视图的示意图；

图8为本发明的皮带轮C的正视图的示意图；

图9为本发明的皮带轮C的左视图的示意图；

图10为本发明的皮带轮C的剖视图的示意图；

图11为本发明的皮带轮D的正视图的示意图；

图12为本发明的皮带轮D的左视图的示意图；

图13为本发明的皮带轮D的剖视图的示意图；

图14为本发明的实验平台的电气原理图的示意图。

其中，行走轮A1，行走电机A2，行走轮B3，行走电机B4，压紧机构A5，压紧机构B6，压紧滑动机构A7，压紧滑动机构B8，架空线路地线9，回转机构A10，回转机构B11，错臂滑动机构A12，.错臂滑动机构B13，滑动平台14，机械臂A15，机械臂B16，皮带轮A总成17，皮带轮B总成18，皮带轮C19，皮带轮D20，皮带21，纵向安装板22，横向安装板23，支架24，张紧螺杆支架B25，张紧螺杆B26，张紧螺杆支架A27，张紧螺杆A28，安装孔群29，安装槽30，控制板卡模块31，电源模块32，馈能电池模块C33，超级电容C模块34，能耗电阻C模块35，馈能电池A模块36，超级电容A模块37，能耗电阻A模块38，能耗电阻B模块39，超级电容B模块40，馈能电池B模块41，小皮带轮1701，压紧轮1702，小电机1703，小皮带轮轴1704，压紧轮支架滑动导轨1705，小电机轴连接端盖1706，压紧轮支架1707，压紧轮调节螺杆安装块1708，压紧轮调节螺杆1709，压紧轮调节固定块1710，压紧轮调节螺母1711，平键1712，小皮带轮安装轴承1713，大皮带轮1901，大皮带轮轴1902，张紧联轴器1903，张紧联轴器套筒1904，大皮带轮轴承1905，张紧螺杆固定块A1906，大电机1907，皮带导向轮2001，皮带导向轮轴2002，皮带导向轮轴承2003，张紧螺杆固定块B2004。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图2、图3和图14所示，一种高压输电线路机器人多功能实验平台，包括皮带轮A总成17、皮带轮B总成18、皮带轮C19、皮带轮D20、皮带21、纵向安装板22、横向安装板23、支架24、张紧螺杆支架B25、张紧螺杆B26、张紧螺杆支架A27、张紧螺杆A28、安装孔群29、安装槽30、控制板卡模块31、电源模块32、馈能电池C33、超级电容C34、能耗电阻C35、馈能电池A36、超级电容A37、能耗电阻A38、能耗电阻B39、超级电容B40、馈能电池B41。纵向安装板22和横向安装板23相对垂直安装在支架24上，用螺栓连接在一起；其中纵向安装板22相对地面垂直安装，横向安装板23相对地面水平安装。纵向安装板22上下均开有均匀布置的安装孔群29，皮带轮A总成17和皮带轮B18总成结构相同，并分别安装在纵向安装板22的上下安装孔群29中，并用螺栓固定。横向安装板23左右开有对称分布的安装槽30，皮带轮C19和皮带轮D20对称安装在该横向安装板23左右的安装槽30中，并用螺栓固定。皮带轮A总成17和皮带轮B总成18可任意安装在所述安装孔群29的四个孔中，即可上下调整。皮带轮C19和皮带轮D20可在所述的安装槽30中左右调整。皮带21安装在皮带轮A总成17、皮带轮B总成18、皮带轮C19和皮带轮D20上，并使皮带轮A总成17、皮带轮B总成18、皮带轮C19和皮带轮D20以相同的线速度转动。

控制板卡模块31和电源模块32集成在一起。馈能电池C模块33、超级电容C模块34、能耗电阻C模块35并联，并并联在皮带轮C19的大电机1907引出线上。馈能电池A模块36、超级电容A模块37、能耗电阻A模块38并联，并并联在皮带轮A总成17的小电机1703引出线上。能耗电阻B模块39、超级电容B模块40、馈能电池B模块41并联，并并联在皮带轮B总成18的小电机1703引出线上。控制板卡模块31控制所有上述电气部分的开闭、控制所有电机的转动与停止，控制所有电气部分的电源接入和断开。控制板卡模块31能够控制能耗电阻A模块38、能耗电阻B模块39和能耗电阻C模块35接入电阻的大小值。

如图4至图7所示，皮带轮A总成17和皮带轮B总成18结构相同，均包括：小皮带轮1701，压紧轮1702，小电机1703，小皮带轮轴1704，压紧轮支架滑动导轨1705，小电机轴连接端盖1706，压紧轮支架1707，压紧轮调节螺杆安装块1708，压紧轮调节螺杆1709，压紧轮调节固定块1710，压紧轮调节螺母1711，平键1712，小皮带轮安装轴承1713。小皮带轮1701安装在小皮带轮轴1704上，并用小皮带轮安装轴承1713连接。小电机1703安装在小皮带轮轴1704的内部，小电机轴连接端盖1706安装在小皮带轮1701的端部，并与小电机1701的输出轴用平键1712连接，小电机1703驱动小电机轴连接端盖1706和小皮带轮1701一起相对小皮带轮轴1704转动。小皮带轮轴1704安装在压紧轮支架滑动导轨1705上，并用螺栓连接，一起安装在纵向安装板22的安装孔群29上。压紧轮调节固定块1710用螺栓安装在压紧轮支架滑动导轨1705上，压紧轮调节螺杆安装块1708用螺栓安装在压紧轮支架1707上，压紧轮调节固定块1710和压紧轮调节螺杆安装块1708用压紧轮调节螺杆1709连接，并用压紧轮调节螺母1711固定，可用调节压紧轮调节螺母1711的位置来调节压紧轮调节固定块1710和压紧轮调节螺杆安装块1708的相对位置，进而调整压紧轮1702对皮带21的压紧程度。

如图8至图10所示，皮带轮C19包括：大皮带轮1901，大皮带轮轴1902，张紧联轴器1903，张紧联轴器套筒1904，大皮带轮轴承1905，张紧螺杆固定块A1906，大电机1907。大皮带轮1901安装在大皮带轮轴1902内部，并用大皮带轮轴承1905连接。张紧螺杆固定块A1906、大电机1907以及大皮带轮轴1902用螺栓连接，并一起安装在横向安装板23上的安装槽30中，并可相对安装槽横30向移动。张紧联轴器套筒1904安装在大电机1907输出轴上，大皮带轮1901和张紧联轴器套筒1904孔轴配合，并用张紧联轴器1903紧固。大电机1907驱动大皮带轮1901相对大皮带轮轴1902转动。

如图11至图13所示，皮带轮D20包括：皮带导向轮2001，皮带导向轮轴2002，皮带导向轮轴承2003，张紧螺杆固定块B2004。皮带导向轮2001安装在皮带导向轮轴2002内，并用皮带导向轮轴承2003连接。皮带导向轮2001在皮带21的带动下相对皮带导向轮轴2002转动。皮带导向轮轴2002和张紧螺杆固定块B2004用螺栓连接，并一起安装在横向安装板23上的安装槽30中，并可相对安装槽横30向移动。

张紧螺杆A28连接张紧螺杆固定块A1906和张紧螺杆支架A27，并通过调节张紧螺杆支架A27处的螺母的位置来调节张紧螺杆固定块A1906相对安装槽30的位置，进而调整皮带轮C19的张紧度。张紧螺杆B26连接张紧螺杆固定块B2004和张紧螺杆支架B25，并通过调节张紧螺杆支架B25处的螺母的位置来调节张紧螺杆固定块B2004相对安装槽30的位置，进而调整皮带轮D20的张紧度。

本发明多功能实验平台具体使用实施例有：

①针对高压输电线路机器人的压紧机构A5和压紧机构B6压紧力的大小无法确定的不足。可将皮带轮A总成17代替机器人的行走轮A1，将皮带轮B总成18代替机器人的行走轮B3，而皮带轮C19作为机器人的负载，将皮带21代替架空线路地线，即可模拟机器人的行走过程。

具体操作是：控制板卡模块31控制电源模块32给皮带轮A总成17的小电机1703和皮带轮B总成18的小电机1703供电，使其以相同的线速度转动；同时控制板卡模块31控制皮带轮C19的大电机1907接入馈能电池C模块33、超级电容C模块34、能耗电阻C模块35中的一个或者两个或者三个，以作为负载。然后调整皮带轮A总成17和皮带轮B总成18中的压紧轮1702的压紧程度，来研究压紧力的控制方法。

②行走电机A2和行走电机B4的转速是用传统的控制方法控制，将会使行走轮A1和行走轮B3行走速度不一致，从而使机械臂A15和机械臂B16之前产生内应力。故行走电机A2和行走电机B4的协同控制需要做进一步研究。可将皮带轮A总成17代替机器人的行走轮A1，将皮带轮B总成18代替机器人的行走轮B3，而皮带轮C19作为机器人的负载，将皮带21代替架空线路地线，即可模拟机器人的行走过程。控制板卡模块31控制电源模块32给皮带轮A总成17的小电机1703和皮带轮B总成18的小电机1703供电，使其以相同的线速度转动；同时控制板卡模块31控制皮带轮C19的大电机1907接入馈能电池C模块33、超级电容C模块34、能耗电阻C35模块中的一个或者两个或者三个，以作为负载。然后研究皮带轮A总成17和皮带轮B总成18的协同控制。

③机器人下坡过程中消耗大量的电能进行制动，使机器人续航时间和续航里程缩短。针对该问题，可将电能回馈制动应用在其中来提高电能的利用效率。具体实验研究的操作是：可将皮带轮A总成17代替机器人的行走轮A1，将皮带轮B总成18代替机器人的行走轮B3，而皮带轮C19作为机器人下坡时重力给机器人提供的动力，将皮带21代替架空线路地线，即可模拟机器人无动力下坡时的行走过程。

控制板卡模块31控制电源模块32接入皮带轮C19的大电机1907，使其转动，并通过皮带21，带动皮带轮A总成17和皮带轮B总成18以相同的线速度转动。此时控制板卡模块31控制皮带轮A总成17的小电机1703接入能耗电阻A模块38，并通过改变接入电阻值的大小来改变皮带轮A总成17中的小电机1703中电流的大小，进而控制阻力的大小，进而控制整个皮带21旋转的速度。同时，控制板卡模块31控制控制皮带轮B总成18的小电机1703接入超级电容B模块40和馈能电池B模块41，从而将皮带轮B总成18的小电机1703的电能转化成超级电容B模块40和馈能电池B模块41中的电能储存起来。

综上所述，该技术领域人员在使用该实验平台进行实验时，只需用控制板卡模块31接入或断开各部分的电气元器件，进而改变该实验平台的工作原理与方式，达到实验目的。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本发明较多地使用了行走轮A1，行走电机A2，行走轮B3，行走电机B4，压紧机构A5，压紧机构B6，压紧滑动机构A7，压紧滑动机构B8，架空线路地线9，回转机构A10，回转机构B11，错臂滑动机构A12，.错臂滑动机构B13，滑动平台14，机械臂A15，机械臂B16，皮带轮A总成17，皮带轮B总成18，皮带轮C19，皮带轮D20，皮带21，纵向安装板22，横向安装板23，支架24，张紧螺杆支架B25，张紧螺杆B26，张紧螺杆支架A27，张紧螺杆A28，安装孔群29，安装槽30，控制板卡模块31，电源模块32，馈能电池模块C33，超级电容C模块34，能耗电阻C模块35，馈能电池A模块36，超级电容A模块37，能耗电阻A模块38，能耗电阻B模块39，超级电容B模块40，馈能电池B模块41，小皮带轮1701，压紧轮1702，小电机1703，小皮带轮轴1704，压紧轮支架滑动导轨1705，小电机轴连接端盖1706，压紧轮支架1707，压紧轮调节螺杆安装块1708，压紧轮调节螺杆1709，压紧轮调节固定块1710，压紧轮调节螺母1711，平键1712，小皮带轮安装轴承1713，大皮带轮1901，大皮带轮轴1902，张紧联轴器1903，张紧联轴器套筒1904，大皮带轮轴承1905，张紧螺杆固定块A1906，大电机1907，皮带导向轮2001，皮带导向轮轴2002，皮带导向轮轴承2003，张紧螺杆固定块B2004等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与发明精神相违背的。

Claims (3)

1.一种高压输电线路机器人多功能实验平台，其特征在于，包括：两个压紧皮带轮总成、设有大电机（1907）驱动的皮带轮C（19）、皮带轮D（20）、皮带（21）、纵向安装板（22）、横向安装板（23）、支架（24）和电路模块；

所述压紧皮带轮总成包括安装在压紧轮支架（1707）上的两个压紧轮（1702）、安装在压紧轮支架滑动导轨（1705）上的小皮带轮（1701）和驱动小皮带轮（1701）旋转的小电机（1703），所述压紧轮支架（1707）与压紧轮支架滑动导轨（1705）相连并可相对上下移动，所述两个压紧轮（1702）位于小皮带轮（1701）两边；

所述纵向安装板（22）垂直的安装在支架（24）上，所述横向安装板（23）水平的安装在纵向安装板（22）中部，所述两个压紧皮带轮总成分别可上下移动的安装在纵向安装板（22）两端，所述横向安装板（23）一端设有可横向移动的皮带轮C（19），另外一端设有可横向移动的皮带轮D（20），所述皮带（21）将两个压紧皮带轮总成、皮带轮C（19）和皮带轮D（20）串联起来组成一个环形运动回路；

所述电路模块包括：带电源模块（32）的控制板卡模块（31）、分别与两个压紧皮带轮总成小电机（1703）并联的电路组件A和电路组件B，以及与皮带轮C（19）大电机（1907）并联的电路组件C；所述电路组件A、电路组件B和电路组件C均设有并联的馈能电池模块、超级电容模块和能耗电阻模块；控制板卡模块（31）控制所述电路组件A、电路组件B和电路组件C及上述所有电气部分的开闭、电机的转动与停止及能耗电阻接入电阻的大小值。

2.根据权利要求1所述一种高压输电线路机器人多功能实验平台，其特征在于：所述压紧轮支架（1707）与压紧轮支架滑动导轨（1705）通过带调节螺母的压紧轮调节螺杆（1709）相连；

可以通过调节压紧轮调节螺杆（1709）上的调节螺母位置来调节压紧轮支架（1707）和压紧轮支架滑动导轨（1705）之间的距离。

3.根据权利要求2所述一种高压输电线路机器人多功能实验平台，其特征在于：所述纵向安装板（22）上下均设有安装孔群（29），所述两个压紧皮带轮总成分别固定安装在纵向安装板（22）的上下安装孔群（29）中，通过孔群（29）中孔的选择来确定所述压紧皮带轮总成在纵向安装板（22）上的位置；

所述横向安装板（23）左右设有对称分布的安装槽（30），皮带轮C（19）和皮带轮D（20）可以左右活动的安装在所述安装槽（30）中，所述横向安装板（23）一端安装槽（30）附近固定设有张紧螺杆支架A（27），所述张紧螺杆支架A（27）通过张紧螺杆A（28）与皮带轮C（19）相连；所述横向安装板（23）另一端安装槽（30）附近固定设有张紧螺杆支架B（25），所述张紧螺杆支架B（25）通过张紧螺杆B（26）与皮带轮D（20）相连，所述张紧螺杆A（28）和张紧螺杆B（26）上均设有可调节皮带轮C（19）和皮带轮D（20）相对距离的螺母。