CN105728239B - 架空输电线路自动喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空输电线路自动喷涂机器人，其包括控制系统和移动机体，所述移动机体上设有电源、行走系统和喷涂系统；喷涂系统包括气压罐、绝缘漆桶和喷涂头，喷涂头设计为机械手臂，此机械手臂的手爪设有密闭容腔，绝缘漆桶里的绝缘漆通过压力输送到此密闭容腔中，喷涂头的喷嘴设置于机械手臂的手爪上并沿径向环绕架空输电线路设置。工作时，机械手臂的手爪在控制系统的控制下环设在架空输电线路外，无需人工套设安装的麻烦且不会发生抱死的状况，自动化程度和工作可靠性较高。而且，万一喷涂头发生故障无法喷涂，无需断开架空输电线路的供电，只需控制机械手臂离开架空输电线路，再对喷涂头进行维修即可，使用方便且不影响电力生产。

Description

架空输电线路自动喷涂机器人

技术领域

本发明涉及架空输电线路绝缘处理领域，具体是架空输电线路自动喷涂机器人。

背景技术

早期铺设的架空输电线路，普遍采用裸线形式以节省建设成本，存在较大的安全隐患。目前，电路系统普遍采用人工喷涂绝缘漆的方式进行施工，以提高裸露架空输电线路的绝缘性和安全性能。人工喷涂绝缘漆存在施工效率低下、施工安全性低、速度慢及绝缘效果一致性差的缺点。

为了解决人工喷涂绝缘漆存在施工效率低下、施工安全性低、速度慢的问题，中国专利201220165449X公开了一种架空裸导线绝缘化喷涂装置，其包括架空裸导线(1)和行走吊架(6)，在行走吊架(6)中分别设置有蓄电池(7)、牵引电机(8)、电控气泵(14)和绝缘涂料罐(15)，在行走吊架(6)的前端固定设置有前吊杆(5)，在前吊杆(5)的顶端固定设置有前轴承座(3)，在前轴承座(3)中活动设置有前轮轴(4)，在前轮轴(4)上固定设置有前主动行走轮(2)，前主动行走轮(2)通过轮面上的行走凹槽活动行走在架空裸导线(1)上，牵引电机(8)的输出轴与齿轮传动机构(9)的输入端机械连接，齿轮传动机构(9)的输出端与固定设置在前轮轴(4)上的驱动齿轮啮合，在行走吊架(6)的后端固定设置有后吊杆，在后吊杆的顶端固定设置有后轴承座(13)，在后轴承座(13)中活动设置有后轮轴，在后轮轴上设置有后从动行走轮(12)，后从动行走轮(12)通过轮面上的行走凹槽活动行走在架空裸导线(1)上，在行走吊架(6)的后端固定设置有燕尾形支架(17)，在燕尾形支架(17)的两末端均设置有绝缘涂料喷嘴(18)，两绝缘涂料喷嘴(18)设置在架空裸导线(1)的两侧，在绝缘涂料喷嘴(18)上设置有V形防护罩(19)，绝缘涂料喷嘴(18)通过涂料输送管(16)与绝缘涂料罐(15)连通。在架空裸导线(1)的下方的地面上设置有遥控器，该遥控器实现对设置在行走吊架(6)中的牵引电机(8)和电控气泵(14)的遥控。

这种架空裸导线绝缘化喷涂装置，由于其两绝缘涂料喷嘴(18)设置在架空裸导线(1)的两侧，无法对架空裸导线(1)进行全方位的喷涂，喷涂效果较差。而且，其前主动行走轮(2)和后从动行走轮(12)没有设置压紧机构，喷涂装置爬坡时会发生后退现象，严重时甚至会从架空裸导线(1)上摔下来，工作可靠性较差。

中国专利201310662729公开了一种挤压式架空电力线高粘度绝缘漆自动喷涂遥控机器人，其包括移动车体，所述移动车体上部设有驱动轮(3)和从动滚轮(4)，还包括板载控制系统(18)、电源模块(8)、电机驱动器(7)、压紧装置(19)、喷涂电机(16)、绝缘漆桶(12)、传动齿轮系统(14)、丝杠(3)和喷涂头(2)，所述喷涂头(2)和压紧装置(19)位于所述移动车体后部，所述喷涂电机(16)、绝缘漆桶(12)、传动齿轮系统(14)、丝杆(3)设于所述移动车体下部，所述板载控制系统(18)通过无线数传单元与地面控制系统通信；移动车体是喷涂机器人的骨架，是电源模块(8)、电机驱动器(7)、板载控制系统(18)、压紧装置(19)的安装载体；移动车体通过一个驱动轮(3)与从动滚轮(4)组成的悬挂驱动装置、两个从动滚轮(4)组成的悬挂从动装置悬挂在架空电力线(1)及配网导线上，所述电源模块(8)包括采用高性能锂离子充电电池或其他充电电池，为喷涂电机(16)、行走电机(21)、电机驱动器(7)和板载控制系统(18)提供所需电力，并由电力线(1)与喷涂电机(16)、行走电机(21)、电机驱动器(7)和板载控制系统(18)相连。压紧装置(19)末端安装在移动车体上，上端与电力线(1)相接触。与驱动轮(3)同时压紧在电力线(1)上，为机器人行走提供一定的压紧力，防止机器人在架空电力线(1)及配网导线上的滑动。喷涂头(2)经机械连接与移动车体相连，电力线(1)从其中心穿过，喷涂头(2)采用两半对称机械结构，前后各有三个互成120°或四个互成90°配置的弹簧、滚轮装置，通过调节弹簧长度和压力，实现喷涂头(2)沿电力线径向的调整和电力线(1)从喷涂头结构中心穿过，喷涂头(2)内壁在电力线行走方向有5°～15°的内倾角，由均布安装在电力线径向的喷头导入绝缘漆，以实现绝缘漆的均厚和均速喷涂。

这种自动喷涂遥控机器人，虽然喷涂头(2)均布安装在电力线径向，可对架空电力线进行全方位均匀的喷涂，但由于其喷涂头(2)采用弹簧和滚轮装置套设安装在架空电力线外，结构复杂、安装麻烦，容易发生故障而抱死在架空电力线上，自动化和工作可靠性较差；而且，一旦喷涂头(2)发生故障抱死在架空输电线路上，只能先断开架空输电线路的供电，再从架空输电线路上拆下喷涂头(2)，使用非常不方便而且影响电力生产。而且，虽然设置有压紧装置(19)，但仅提及压紧装置(19)末端安装在移动车体上，上端与电力线(1)相接触，与驱动轮(3)同时压紧在电力线(1)上。从图中看，压紧装置呈顶杆状，即，只是在驱动轮(3)下部设置一顶住电力线(1)下侧的顶杆。这种结构的压紧装置(19)，如果顶太紧了，不仅驱动轮(3)走不了还会损伤电力线(1)，如果顶太松了，根本就起不到压紧作用。而且，仅对位于移动车体后部的驱动轮(3)进行压紧，喷涂机器人爬坡时位于移动车体前部的从动滚轮(4)会向后仰，甚至脱离电力线(1)，工作可靠性较差。

鉴于现有的喷涂装置或喷涂机器人的上述缺陷，申请人对喷涂机器人进行深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动化程度和工作可靠性较高的架空输电线路自动喷涂机器人。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

架空输电线路自动喷涂机器人，包括控制系统和移动机体，所述控制系统包括地面控制系统和设置于所述移动机体上的机载控制系统，所述机载控制系统通过无线数传单元与所述地面控制系统实现数据交互和通信；所述移动机体上还设有电源、驱动所述移动机体在架空输电线路上行走的行走系统和为架空输电线路喷涂绝缘漆的喷涂系统；由电源为所述行走系统、所述喷涂系统和所述机载控制系统供电；由所述机载控制系统控制所述行走系统和所述喷涂系统的工作；所述行走系统设有行走单元和与此行走单元的行走轮共同压紧架空输电线路的压紧单元；

所述喷涂系统包括气压罐、绝缘漆桶、管道和设置于所述移动机体的后侧的喷涂头，所述气压罐的出气口与所述绝缘漆桶的进气口之间通过输气管连接并于所述输气管上设置有高压气阀；所述喷涂头设计为机械手臂，此机械手臂的手爪设有密闭容腔，此密闭容腔开设有输入口，所述绝缘漆桶的输出口与所述密闭容腔的输入口之间通过所述管路连接并于所述管路上设置有电磁阀，通过所述控制系统控制所述机械手臂的手爪离开架空输电线路或环设在架空输电线路外，所述喷涂头的喷嘴设置于所述机械手臂的手爪上，且当所述机械手臂的手爪环设在架空输电线路外时，所述喷涂头的喷嘴沿径向环绕架空输电线路设置。

所述压紧单元包括至少一个位于架空输电线路下方的压紧轮和将此压紧轮压在架空输电线路下侧的弹力压紧机构。

所述行走单元的行走轮具有前行走轮和后行走轮，所述压紧轮有一个，此压紧轮于前后方向上位于所述前行走轮与后行走轮之间的中部位置。

所述弹力压紧机构包括压缩弹簧和与所述压紧轮的轮轴同轴设置的连杆，所述连杆具有与所述移动机体相铰接的铰接部，此铰接部位于所述连杆的两端之间；所述压缩弹簧的一端固定安装在所述移动机体上且位于所述连杆的下方，所述压缩弹簧的另一端连接于所述连杆的一端，所述压紧轮的轮轴枢接于所述连杆的另一端。

所述移动机体具有挂钩，所述挂钩具有钩部和杆部，所述挂钩的钩部高出所述移动机体，所述挂钩的杆部下端与所述连杆连接有所述压缩弹簧的一端相铰接。

所述前行走轮、所述后行走轮和所述压紧轮的轮槽均为V型结构。

所述移动机体的上部设置有摄像单元，此摄像单元与所述机载控制系统相连接。

所述移动机体的前侧设置有第二机械手臂，通过所述控制系统控制所述第二机械手臂的手爪离开架空输电线路或环设在架空输电线路外，所述第二机械手臂的手爪上设置有用于清理架空输电线路上的垃圾或污物的清理刷。

采用上述方案后，本发明的架空输电线路自动喷涂机器人，工作时，由地面控制系统发出工作指令，通过机载控制系统控制行走系统和喷涂系统工作，由行走系统带动移动机体在架空输电线路行走，由喷涂系统为架空输电线路喷涂绝缘漆。本发明中，喷涂头设计为机械手臂，此机械手臂的手爪设有密闭容腔，此密闭容腔开设有输入口，绝缘漆桶的输出口与密闭容腔的输入口之间通过管路连接并于管路上设置有电磁阀，通过控制系统控制机械手臂的手爪离开架空输电线路或环设在架空输电线路外，喷涂头的喷嘴设置于机械手臂的手爪上，且当机械手臂的手爪环设在架空输电线路外时，此喷嘴沿径向环绕架空输电线路设置。本发明中的喷涂头，工作时，机械手臂的手爪在控制系统的控制下环设在架空输电线路外，无需人工套设安装的麻烦且不会发生抱死的状况，自动化程度和工作可靠性较高，且喷嘴沿径向环绕架空输电线路设置，可对架空输电线路进行全方位的喷涂。而且，万一喷涂头发生故障无法喷涂，无需断开架空输电线路的供电，只需通过地面控制系统发出指令，控制机械手臂离开架空输电线路，再对喷涂头进行维修即可，使用非常方便且不影响电力生产。

作为进一步的改进，通过弹力压紧机构将压紧轮压在架空输电线路的下侧，可使得压紧轮始终以合适的力度压紧在架空输电线路的下侧，从而保证喷涂机器人可牢固地架设架空输电线路上，爬坡时不会后退。

作为进一步的改进，压紧轮于前后方向上位于前行走轮与后行走轮之间的中部位置，一个压紧轮即可同时对前行走轮与后行走轮进行压紧。

作为进一步的改进，前行走轮、后行走轮和压紧轮的轮槽均为V型结构，可适应于不同线径的架空输电线路。

作为进一步的改进，在移动机体的上部设置摄像单元，通过此摄像单元可实时监控行走系统和喷涂系统的工作情况，并将数据传到地面控制系统，由地面工作人员根据传回的数据做相应的处理。

作为进一步的改进，在移动机体的前侧设置第二机械手臂，在第二机械手臂的手爪上设置有用于清理架空输电线路上的垃圾或污物的清理刷，从而可在喷涂前对架空输电线路进行清理，提高喷涂效果。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的背面结构示意图；

图3为本发明的立体结构示意图；

图4为本发明另一角度的立体结构示意图；

图5为本发明的控制原理示意图。

具体实施方式

本发明的架空输电线路自动喷涂机器人，如图1-5所示，包括控制系统100和移动机体200，控制系统100包括地面控制系统11和设置于移动机体200上的机载控制系统12，机载控制系统12通过无线数传单元与地面控制系统11实现数据交互和通信。

移动机体200上还设有蓄电池300、驱动移动机体200在架空输电线路400上行走的行走系统500和为架空输电线路400喷涂绝缘漆的喷涂系统600。由蓄电池300为行走系统500、喷涂系统600和机载控制系统12供电；由机载控制系统12控制行走系统500和喷涂系统600的工作。

移动机体200具有安装平台21和安装背板22，安装平台21水平设置，安装背板22垂直连接于安装平台21与架空输电线路400相平行的一侧。蓄电池300安装于安装平台21的中部。

本发明中，为了便于表述，设定移动机体200沿架空输电线路400行走的前方为前，即，以图1中的箭头所指方向为前，与前相背向的为后。以图1所示的一面为正面，以图2所示的一面为背面。

行走系统500设有行走单元51和与此行走单元51的行走轮共同压紧架空输电线路400的压紧单元52。

行走单元51包括分别安装于安装背板22上的直流电机511、前行走轮512、后行走轮513和齿轮组，直流电机511、前行走轮512和后行走轮513安装于安装背板22的正面上，齿轮组安装于安装背板22的背面上。齿轮组包括主动齿轮514、传动齿轮515、第一从动齿轮516和第二从动齿轮517，直流电机511的输出轴连接主动齿轮514，传动齿轮515分别与主动齿轮514、第一从动齿轮516和第二从动齿轮517相啮合，第一从动齿轮516和第二从动齿轮517的轮轴分别连接前行走轮512和后行走轮513的轮轴。前行走轮512和后行走轮513分别设有供架设于架空输电线路400上V型轮槽。

压紧单元52包括至少一个位于架空输电线路下方的压紧轮521和将此压紧轮521压在架空输电线路400下侧的弹力压紧机构。压紧轮521设有供压设于架空输电线路400下侧的V型轮槽。本实施例中，压紧轮521有一个，此压紧轮521于前后方向上位于前行走轮512与后行走轮513之间的中部位置。当然，也可分别为前行走轮512与后行走轮513设置压紧轮和弹力压紧机构。

弹力压紧机构包括压缩弹簧522和与压紧轮521的轮轴同轴设置的连杆523，安装背板22开设有竖向设置的条形通孔221，条形通孔221的下部具有扩径段，连杆523活动穿设于条形通孔221内，连杆523的第一端伸出至安装背板22的正面，连杆523的第二端伸出至安装背板22的背面，连杆523的第一端与第二端之间具有与安装背板22进行铰接的铰接部，此铰接部位于条形通孔221的上下两端之间的合适位置上；压缩弹簧522位于安装背板22的背面，压缩弹簧522的下端固定安装在安装背板22上且位于连杆523的下方，压缩弹簧522的上端连接于连杆523的第二端，压紧轮521的轮轴枢接于连杆523的第一端。

移动机体200具有挂钩23，挂钩23具有钩部231和杆部232，挂钩的钩部231高出安装背板22，挂钩的杆部232的上部沿其长度方向开设有限位孔2321，限位孔2321的前后两侧分别设有开具穿孔的安装片，一销钉(图中未示出)穿过此两个安装片的穿孔并活动穿设于限位孔2321内。挂钩的杆部232下端与连杆523的第二端相铰接。

喷涂系统600包括气压罐61、绝缘漆桶62和设置于移动机体200的后侧的喷涂头63，气压罐61和绝缘漆桶62均安装于安装平台21上分设于蓄电池300的前后两侧。

气压罐61的出气口与绝缘漆桶62的进气口之间通过输气管(图中未示出)连接并于此输气管上设置有高压气阀(图中未示出)；喷涂头63设计为机械手臂，此机械手臂的手爪631具有U形凹槽，且手爪631内设有密闭容腔，此密闭容腔开设有输入口，绝缘漆桶62的输出口与此密闭容腔的输入口之间通过管路(图中未示出)连接并于此管路上设置有电磁阀(图中未示出)，通过控制系统100控制机械手臂的手爪631离开架空输电线路400或环设在架空输电线路400外。喷涂头63的喷嘴6311均匀分布于手爪631的U形凹槽的槽壁上，本实施例中，喷嘴6311采用雾化喷嘴，喷嘴6311的个数为6-8个，当机械手臂的手爪631环设在架空输电线路400外时，各个喷嘴6311分别沿径向喷向架空输电线路400。为了保证架空输电线路400对应于U形凹槽开口处的部位也能被喷涂到，须调整设置于U形凹槽开口处的喷嘴6311的喷射方向，其使能沿架空输电线路400的径向喷射。

本发明中的机械手臂采用公知的机械手臂，只要其能满足在控制指令的控制下实现机械手臂的手爪631离开架空输电线路400或环设在架空输电线路400外即可。

本发明的架空输电线路自动喷涂机器人，工作原理如下：

安装时，工人通过挂钩23吊起整个喷涂机器人，此时挂钩23将连杆523的第二端向上提，压缩弹簧522被向上拉伸，压紧轮512向下摆，便于工人将前行走轮512和后行走轮513架设于架空输电线路400，当前行走轮512和后行走轮513架设完成，松开挂钩23，此时连杆523的第二端被压缩弹簧522的回复力向下拉，将压紧轮512向上压紧在架空输电线路400下侧，从而完成喷涂机器人的安装工作。拆卸时，工人再次通过挂钩23吊起整个喷涂机器人，就可松开压紧512卸下整个喷涂机器人，安装拆卸过程十分简单。

工作时，地面控制系统11通过无线数传单元发出工作指令给机载控制系统12，机载控制系统12按照设定时序控制行走系统500和喷涂系统600工作。具体地：

直流电机511得到控制信号开始工作，直流电机511的输出轴带动主动齿轮514转动，主动齿轮514通过传动齿轮515分别带动第一从动齿轮516和第二从动齿轮517转动，从而带动前行走轮512和后行走轮513在架空输电线路400上行走，最终实现移动机体200在架空输电线路400上行走。

原始状态时，喷涂头63的手爪631呈离开状态，即，整个机械手臂呈收回状态，离开架空输电线路400。当喷涂头63得到控制信号开始工作时，喷涂头63的手爪631伸出环设在架空输电线路400外。连接气压罐61与绝缘漆桶62之间的输气管上的高压气阀得到控制信号开始工作，气压罐61输出高压气体给绝缘漆桶62，给绝缘漆桶62内的绝缘漆施加压力，此时连接绝缘漆桶62与手爪631的密闭容腔之间的管道上的电磁阀得到控制信号开始工作，在压力作用下，绝缘漆桶62内的绝缘漆被压向手爪631的密闭容腔，再由喷嘴6311喷射出去，从而实现对架空输电线路400进行喷涂。当无需喷涂或突发状态需要使喷涂头63收回时，由地面控制系统11通过无线数传单元发出工作指令给机载控制系统12，控制机械手臂复位收回即可。

进一步地，本发明还可以在安装背板22的上部设置有摄像单元，此摄像单元与机载控制系统12相连接。通过此摄像单元可实时监控行走系统和喷涂系统的工作情况，并将数据传到地面控制系统，由地面工作人员根据传回的数据做相应的处理。

进一步地，本发明还可以在安装背板22的前侧设置有第二机械手臂，通过控制系统控制第二机械手臂的手爪离开架空输电线路或环设在架空输电线路外，第二机械手臂的手爪上设置有用于清理架空输电线路上的垃圾或污物的清理刷，从而可在喷涂前对架空输电线路进行清理，提高喷涂效果。

上面结合实施例对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅局限于上述形式，本领域技术人员可以根据现有技术对本发明做出各种形式的变形，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.架空输电线路自动喷涂机器人，包括控制系统和移动机体，所述控制系统包括地面控制系统和设置于所述移动机体上的机载控制系统，所述机载控制系统通过无线数传单元与所述地面控制系统实现数据交互和通信；所述移动机体上还设有电源、驱动所述移动机体在架空输电线路上行走的行走系统和为架空输电线路喷涂绝缘漆的喷涂系统；由电源为所述行走系统、所述喷涂系统和所述机载控制系统供电；由所述机载控制系统控制所述行走系统和所述喷涂系统的工作；所述行走系统设有行走单元和与此行走单元的行走轮共同压紧架空输电线路的压紧单元；其特征在于：

所述喷涂系统包括气压罐、绝缘漆桶、管道和设置于所述移动机体的后侧的喷涂头，所述气压罐的出气口与所述绝缘漆桶的进气口之间通过输气管连接并于所述输气管上设置有高压气阀；所述喷涂头设计为机械手臂，此机械手臂的手爪设有密闭容腔，此密闭容腔开设有输入口，所述绝缘漆桶的输出口与所述密闭容腔的输入口之间通过管路连接并于所述管路上设置有电磁阀，通过所述控制系统控制所述机械手臂的手爪离开架空输电线路或环设在架空输电线路外，所述喷涂头的喷嘴设置于所述机械手臂的手爪上，且当所述机械手臂的手爪环设在架空输电线路外时，所述喷涂头的喷嘴沿径向环绕架空输电线路设置。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路自动喷涂机器人，其特征在于：所述压紧单元包括至少一个位于架空输电线路下方的压紧轮和将此压紧轮压在架空输电线路下侧的弹力压紧机构。

3.根据权利要求2所述的架空输电线路自动喷涂机器人，其特征在于：所述行走单元的行走轮具有前行走轮和后行走轮，所述压紧轮有一个，此压紧轮于前后方向上位于所述前行走轮与后行走轮之间的中部位置。

4.根据权利要求2或3所述的架空输电线路自动喷涂机器人，其特征在于：所述弹力压紧机构包括压缩弹簧和与所述压紧轮的轮轴同轴设置的连杆，所述连杆具有与所述移动机体相铰接的铰接部，此铰接部位于所述连杆的两端之间；所述压缩弹簧的一端固定安装在所述移动机体上且位于所述连杆的下方，所述压缩弹簧的另一端连接于所述连杆的一端，所述压紧轮的轮轴枢接于所述连杆的另一端。

5.根据权利要求4所述的架空输电线路自动喷涂机器人，其特征在于：所述移动机体具有挂钩，所述挂钩具有钩部和杆部，所述挂钩的钩部高出所述移动机体，所述挂钩的杆部下端与所述连杆连接有所述压缩弹簧的一端相铰接。

6.根据权利要求3所述的架空输电线路自动喷涂机器人，其特征在于：所述前行走轮、所述后行走轮和所述压紧轮的轮槽均为V型结构。

7.根据权利要求1所述的架空输电线路自动喷涂机器人，其特征在于：所述移动机体的上部设置有摄像单元，此摄像单元端与所述机载控制系统相连接。

8.根据权利要求1所述的架空输电线路自动喷涂机器人，其特征在于：所述移动机体的前侧设置有第二机械手臂，通过所述控制系统控制所述第二机械手臂的手爪离开架空输电线路或环设在架空输电线路外，所述第二机械手臂的手爪上设置有用于清理架空输电线路上的垃圾或污物的清理刷。