CN105811309A - 环形包臂巡线机器人机械结构及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形包臂巡线机器人机械结构及其越障方法，属于机器人技术领域。所述环形包臂巡线机器人机械结构包括可升降的第一环形包臂单元、第二环形包臂单元和第三环形包臂单元，其中：各环形包臂单元均包括一对可开合的半圆包臂，各环形包臂单元下方分别设置有第一开合关节、第二开合关节和第三开合关节；各环形包臂单元内部设置有可带动巡线机器人行走的驱动轮；所述第一环形包臂单元和第二环形包臂单元之间以及所述第三环形包臂单元和第二环形包臂单元之间分别设置有第一俯仰关节和第二俯仰关节，所述第二环形包臂单元下方设置有升降机构。与现有技术相比，本发明具有提高工作效率和运行稳定性，且能够翻越障碍物的优点。

Description

环形包臂巡线机器人机械结构及其越障方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种环形包臂巡线机器人机械结构及其越障方法。

背景技术

采用高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式。电力线及杆塔附件长期暴露在野外,因受到持续的机械张力、电气闪烙、材料老化的影响而容易产生断股、磨损、腐蚀等损伤,如不及时修复更换,原本微小的破损和缺陷就可能扩大,最终导致严重事故,造成大面积的停电和巨大的经济损失。当前输电导线巡检、维护的方法主要有两种:地面目测法与航测法。目测法采用人工巡检,这种方法劳动强度大,工作效率和探测精度低,可靠性差，存在检查盲区；航测法采用直升飞机巡线,这种方法虽然有较高的检测效率和精度，但是这种方法受一些环境因素的制约，同时巡检的技术难度高,运行费用较高。巡线机器人技术的发展,为高压输电线的检查工作提供了新的技术手段。

目前国内外研究的高压、超高压输电线路机器人多为双臂反对称结构、三臂结构及多臂结构，其运行环境多为架空地线。安装于架空地线上的线路机器人不仅运行过程中易受自然环境中的外力影响，导致运行不稳定，甚至从输电线路上掉落，而且还存在巡检清障范围有限，工作效率低，与导线之间有很大距离，无法有效对分裂导线进行清障。因此，有必要提供一种既能提高工作效率和运行稳定性，又能够翻越障碍物的巡线机器人机械结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既能提高工作效率和运行稳定性，又能够翻越障碍物的环形包臂巡线机器人机械结构及其越障方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种环形包臂巡线机器人机械结构，包括可升降的第一环形包臂单元、第二环形包臂单元和第三环形包臂单元，其中：

各环形包臂单元均包括一对可开合的半圆包臂，各环形包臂单元下方分别设置有第一开合关节、第二开合关节和第三开合关节；

各环形包臂单元内部设置有可带动巡线机器人行走的驱动轮；

所述第一环形包臂单元和第二环形包臂单元之间以及所述第三环形包臂单元和第二环形包臂单元之间分别设置有第一俯仰关节和第二俯仰关节，所述第二环形包臂单元下方设置有升降机构。

进一步的，各环形包臂单元内部设置有对称布置的驱动轮安装支架，所述驱动轮安装支架上设置有水平排列的伺服电机和安装所述驱动轮的主轴，所述伺服电机通过联轴器与所述主轴连接。

进一步的，所述驱动轮安装支架包括设置在各环形包臂单元上部的第一对驱动轮安装支架，所述第一对驱动轮安装支架为倒L型，所述第一对驱动轮安装支架的下方设置有所述驱动轮。

进一步的，所述所述驱动轮安装支架包括设置在各环形包臂单元中下部的第二对驱动轮安装支架，所述第二对驱动轮安装支架包括上驱动轮安装支架和下驱动轮安装支架，所述上驱动轮安装支架和下驱动轮安装支架均为倒V型，所述上驱动轮安装支架和下驱动轮安装支架之间也设置有所述驱动轮。

进一步的，所述第一环形包臂单元和第三环形包臂单元外侧均匀设置有至少四个除障臂，每个除障臂的末端均设置有一对锯齿叶片。

进一步的，所述除障臂包括悬臂支架和可旋转的悬臂末端关节，所述悬臂支架和悬臂末端关节通过转轴连接，所述转轴通过伺服电机驱动。

进一步的，所述锯齿叶片包括上锯齿叶片和下锯齿叶片，所述上锯齿叶片和下锯齿叶片分别通过轴和键与所述悬臂末端关节连接固定，该轴通过直流电机驱动。

进一步的，每对半圆包臂的底部通过铰链连接。

进一步的，升降机构、各俯仰关节和各开合关节均通过伺服电机驱动。

另一方面，提供一种上述的环形包臂巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：未遇到障碍物时，各环形包臂单元在各开合关节的作用下闭合，各驱动轮架设在线路上带动巡线机器人行走；

步骤2：遇到障碍物时，巡线机器人停止前进，所述第一环形包臂单元在所述第一俯仰关节和第一开合关节的作用下抬升后打开，所述第一环形包臂单元的驱动轮脱离线路；

步骤3：所述第二环形包臂单元和第三环形包臂单元的驱动轮带动巡线机器人前行，所述第一环形包臂单元越过障碍物后在所述第一开合关节和第一俯仰关节的作用下闭合后下降，所述第一环形包臂单元的驱动轮重新架设在线路上；

步骤4：所述第二环形包臂单元在所述升降机构和第二开合关节的作用下抬升后打开，所述第二环形包臂单元的驱动轮脱离线路，此时，所述第一环形包臂单元和第三环形包臂单元的驱动轮带动巡线机器人前行；

步骤5：所述第二环形包臂单元越过障碍物后在所述第二开合关节和升降机构的作用下闭合后下降，所述第二环形包臂单元的驱动轮重新架设在线路上，然后，所述第三环形包臂单元重复所述第一环形包臂单元的动作，直到巡线机器人跨越障碍物后，转至步骤1，等待下一次越障。

本发明具有以下有益效果：

本发明的环形包臂巡线机器人机械结构及其越障方法，环形包臂巡线机器人机械结构采用三个环形包臂单元，第一环形包臂单元和第二环形包臂单元之间以及第三环形包臂单元和第二环形包臂单元之间分别设置有第一俯仰关节和第二俯仰关节，第二环形包臂单元下方设置有升降机构，各俯仰关节和升降机构控制各环形包臂单元的抬升和归位动作，各环形包臂单元通过各开合关节将四分裂线包裹在内部空间，各环形包臂单元的驱动轮架设在线路上从而带动巡线机器人前行。遇到障碍物时，第一环形包臂单元抬升后使其驱动轮脱离线路，此时，第二环形包臂单元和第三环形包臂单元的驱动轮带动巡线机器人前行，第一环形包臂单元越过障碍物后，第一环形包臂单元归位后使其驱动轮重新架设在线路上，接下来是第二环形包臂单元越障碍物，直到第三环形包臂单元越过障碍物后，巡线机器人恢复到正常行走状态。

综上，本发明通过第一环形包臂单元、第二环形包臂单元和第三环形包臂单元交替抬升、归位使其驱动轮交替离线、上线从而跨越障碍物。与现有技术相比，本发明具有提高工作效率和运行稳定性，且能够翻越障碍物的优点。

附图说明

图1为本发明的环形包臂巡线机器人机械结构的结构示意图；

图2为本发明的环形包臂巡线机器人机械结构的驱动轮结构示意图；

图3-图11为本发明的环形包臂巡线机器人机械结构的越障方法的各步骤对应的状态示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种环形包臂巡线机器人机械结构，如图1-2所示，包括可升降的第一环形包臂单元1、第二环形包臂单元4和第三环形包臂单元6，其中：

各环形包臂单元均包括一对可开合的半圆包臂3，各环形包臂单元下方分别设置有第一开合关节17、第二开合关节14和第三开合关节10；

各环形包臂单元内部设置有可带动巡线机器人行走的驱动轮2；

第一环形包臂单元1和第二环形包臂单元4之间以及第三环形包臂单元6和第二环形包臂单元4之间分别设置有第一俯仰关节15和第二俯仰关节12，第二环形包臂单元4下方设置有升降机构13。

本发明的环形包臂巡线机器人机械结构采用三个环形包臂单元，第一环形包臂单元和第二环形包臂单元之间以及第三环形包臂单元和第二环形包臂单元之间分别设置有第一俯仰关节和第二俯仰关节，第二环形包臂单元下方设置有升降机构，各俯仰关节和升降机构控制各环形包臂单元的抬升和归位动作，各环形包臂单元通过各开合关节将四分裂线包裹在内部空间，各环形包臂单元的驱动轮架设在线路上从而带动巡线机器人前行，升降机构、各俯仰关节分别与相对应的开合关节相配合能够使各环形包臂单元交替抬升、张开、闭合和归位从而跨越障碍物。综上，本发明既能提高工作效率和运行稳定性，又能够翻越障碍物。

优选的，各环形包臂单元内部设置有对称布置的驱动轮安装支架，

驱动轮安装支架上设置有水平排列的伺服电机24和安装所述驱动轮2的主轴26，伺服电机24通过联轴器25与主轴26连接。这种设计结构简单、控制方便，可以使各驱动轮实现良好的同步性。另外，驱动轮2下方设置有制动夹紧机构，可以提高巡线机器人在停车和爬坡前进时的安全性。

进一步的，驱动轮安装支架包括设置在各环形包臂单元上部的第一对驱动轮安装支架7，第一对驱动轮安装支架7为倒L型，第一对驱动轮安装支架7的下方设置有所述驱动轮2。这种结构以及位置布局能够提高巡线机器人行走时的稳定性。

进一步的，驱动轮安装支架包括设置在各环形包臂单元中下部的第二对驱动轮安装支架5，第二对驱动轮安装支架5包括上驱动轮安装支架9和下驱动轮安装支架8，上驱动轮安装支架9和下驱动轮安装支架8均为倒V型，上驱动轮安装支架9和下驱动轮安装支架8之间也设置有所述驱动轮2。这种设计结构简单，能够提高第二对驱动轮安装支架的支撑刚度，可靠性高。除了上述给出的实施方式以外，其还可以采用本领域技术人员公知的各种其他方式，此处不再赘述。

作为本发明的一种改进，第一环形包臂单元1和第三环形包臂单元6外侧均匀设置有至少四个除障臂18，每个除障臂18的末端均设置有一对锯齿叶片。该结构设计可以实现巡线机器人在巡检输电线路时可以清理线路上的异物。

为了避免对输电线路的碰撞，减少磨损，提高输电线路的寿命。除障臂18包括悬臂支架16和可旋转的悬臂末端关节20，悬臂支架16和悬臂末端关节20通过转轴19连接，转轴19通过伺服电机驱动。另外，为了更好的清除线路上的异物，锯齿叶片包括上锯齿叶片23和下锯齿叶片21，上锯齿叶片23和下锯齿叶片21分别通过轴22和键与悬臂末端关节20连接固定，该轴22通过直流电机驱动。

本发明中，每对半圆包臂3的底部通过铰链11连接，升降机构13、各俯仰关节和各开合关节均通过伺服电机驱动。该控制方式方便且能够保证升降机构、各俯仰关节和各开合关节动作准确。

需要说明的是，高压输电过程是一个多样化的过程，根据输电电压的不同以及输电地形特征的不同，整个输电线路结构也不尽相同。本发明的巡线机器人机械结构仅仅介绍了机器人本体的机械结构，并未涉及其他辅助装置(如行走观测用的摄像头、连接装置、电源控制箱等)的设计。另外，在控制系统方面，本发明可以采用地面远程控制平台或者机器人自身智能化控制两种方式。

另一方面，本发明还提供一种上述的环形包臂巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：如图1所示，未遇到障碍物时，各环形包臂单元在各开合关节的作用下闭合，各驱动轮2架设在线路上带动巡线机器人行走；

步骤2：如图3所示，遇到障碍物时，巡线机器人停止前进，第一环形包臂单元1在第一俯仰关节15和第一开合关节17的作用下抬升后打开，第一环形包臂单元1的驱动轮2脱离线路；

步骤3：如图4-5所示，第二环形包臂单元4和第三环形包臂单元6的驱动轮2带动巡线机器人前行，第一环形包臂单元1越过障碍物后在第一开合关节17和第一俯仰关节15的作用下闭合后下降，第一环形包臂单元1的驱动轮2重新架设在线路上；

步骤4：如图6-7所示，第二环形包臂单元4在升降机构13和第二开合关节14的作用下抬升后打开，第二环形包臂单元4的驱动轮2脱离线路，此时，第一环形包臂单元1和第三环形包臂单元6的驱动轮2带动巡线机器人前行；

步骤5：如图8-11所示，第二环形包臂单元4越过障碍物后在第二开合关节14和升降机构13的作用下闭合后下降，第二环形包臂单元4的驱动轮2重新架设在线路上，然后，第三环形包臂单元6重复第一环形包臂单元1的动作，直到巡线机器人跨越障碍物后，转至步骤1，等待下一次越障。

本发明通过第一环形包臂单元、第二环形包臂单元和第三环形包臂单元交替抬升、归位使其驱动轮交替离线、上线从而跨越障碍物。该发明能够在平直及具有一定坡度的导线上行走，解决了现有技术中，人工巡线劳动强度大和飞机巡线运行成本高的问题，并能跨越常规障碍物，实现了对四分裂线的连续巡检。与现有技术相比，本发明具有提高工作效率和运行稳定性，且能够翻越障碍物的优点。需要说明的是，巡线机器人在巡检线路时，遇到线路上的异物时，除障臂打开，锯齿叶片沿线路清除异物。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环形包臂巡线机器人机械结构，其特征在于，包括可升降的第一环形包臂单元、第二环形包臂单元和第三环形包臂单元，其中：

各环形包臂单元均包括一对可开合的半圆包臂，各环形包臂单元下方分别设置有第一开合关节、第二开合关节和第三开合关节；

各环形包臂单元内部设置有可带动巡线机器人行走的驱动轮；

所述第一环形包臂单元和第二环形包臂单元之间以及所述第三环形包臂单元和第二环形包臂单元之间分别设置有第一俯仰关节和第二俯仰关节，所述第二环形包臂单元下方设置有升降机构。

2.根据权利要求1所述的环形包臂巡线机器人机械结构，其特征在于，各环形包臂单元内部设置有对称布置的驱动轮安装支架，所述驱动轮安装支架上设置有水平排列的伺服电机和安装所述驱动轮的主轴，所述伺服电机通过联轴器与所述主轴连接。

3.根据权利要求2所述的环形包臂巡线机器人机械结构，其特征在于，所述驱动轮安装支架包括设置在各环形包臂单元上部的第一对驱动轮安装支架，所述第一对驱动轮安装支架为倒L型，所述第一对驱动轮安装支架的下方设置有所述驱动轮。

4.根据权利要求3所述的环形包臂巡线机器人机械结构，其特征在于，所述驱动轮安装支架包括设置在各环形包臂单元中下部的第二对驱动轮安装支架，所述第二对驱动轮安装支架包括上驱动轮安装支架和下驱动轮安装支架，所述上驱动轮安装支架和下驱动轮安装支架均为倒V型，所述上驱动轮安装支架和下驱动轮安装支架之间也设置有所述驱动轮。

5.根据权利要求1所述的环形包臂巡线机器人机械结构，其特征在于，所述第一环形包臂单元和第三环形包臂单元外侧均匀设置有至少四个除障臂，每个除障臂的末端均设置有一对锯齿叶片。

6.根据权利要求5所述的环形包臂巡线机器人机械结构，其特征在于，所述除障臂包括悬臂支架和可旋转的悬臂末端关节，所述悬臂支架和悬臂末端关节通过转轴连接，所述转轴通过伺服电机驱动。

7.根据权利要求6所述的环形包臂巡线机器人机械结构，其特征在于，所述锯齿叶片包括上锯齿叶片和下锯齿叶片，所述上锯齿叶片和下锯齿叶片分别通过轴和键与所述悬臂末端关节连接固定，该轴通过直流电机驱动。

8.根据权利要求1-7任一所述的环形包臂巡线机器人机械结构，其特征在于，每对半圆包臂的底部通过铰链连接。

9.根据权利要求8所述的环形包臂巡线机器人机械结构，其特征在于，升降机构、各俯仰关节和各开合关节均通过伺服电机驱动。

10.权利要求1-9任一所述的环形包臂巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，包括：

步骤1：未遇到障碍物时，各环形包臂单元在各开合关节的作用下闭合，各驱动轮架设在线路上带动巡线机器人行走；

步骤2：遇到障碍物时，巡线机器人停止前进，所述第一环形包臂单元在所述第一俯仰关节和第一开合关节的作用下抬升后打开，所述第一环形包臂单元的驱动轮脱离线路；

步骤3：所述第二环形包臂单元和第三环形包臂单元的驱动轮带动巡线机器人前行，所述第一环形包臂单元越过障碍物后在所述第一开合关节和第一俯仰关节的作用下闭合后下降，所述第一环形包臂单元的驱动轮重新架设在线路上；

步骤4：所述第二环形包臂单元在所述升降机构和第二开合关节的作用下抬升后打开，所述第二环形包臂单元的驱动轮脱离线路，此时，所述第一环形包臂单元和第三环形包臂单元的驱动轮带动巡线机器人前行；

步骤5：所述第二环形包臂单元越过障碍物后在所述第二开合关节和升降机构的作用下闭合后下降，所述第二环形包臂单元的驱动轮重新架设在线路上，然后，所述第三环形包臂单元重复所述第一环形包臂单元的动作，直到巡线机器人跨越障碍物后，转至步骤1，等待下一次越障。