CN105811310A - 行走机构、巡线机器人机械结构及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行走机构、巡线机器人机械结构及其越障方法，属于机器人技术领域。所述巡线机器人机械结构包括机架，所述机架上设置有行走轮和夹紧轮组合式行走机构，所述行走轮和夹紧轮组合式行走机构包括至少一个行走单元，所述行走单元包括一对行走剖分轮，所述行走剖分轮包括主动行走剖分轮和被动行走剖分轮，所述主动行走剖分轮和被动行走剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂；所述行走剖分轮下方设置有夹紧剖分轮，所述夹紧剖分轮包括第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮，所述各夹紧剖分轮的下端均设置有丝杠电机和丝杠。与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍物的优点。

Description

行走机构、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，特别是指一种行走机构、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。

现有巡线机器人的技术研发已经取得了一定的相应成果，但对于输电线路上存在的障碍物无法跨越，不能实现超高压输电线路的连续巡检。因此，有必要提供一种既能减轻劳动强度、降低运行成本，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减轻劳动强度、降低运行成本，又能够翻越障碍物的行走机构、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，提供一种行走轮和夹紧轮组合式行走机构，包括至少一个行走单元，其中：

所述行走单元包括一对行走剖分轮，所述行走剖分轮包括可互相对接和分离的主动行走剖分轮和被动行走剖分轮，所述主动行走剖分轮和被动行走剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂；

所述行走剖分轮下方设置有与之配合夹紧线路的一对可升降的夹紧剖分轮，所述夹紧剖分轮包括可互相对接和分离的第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮，所述第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮的下端均设置有控制其升降的丝杠电机和丝杠。

另一方面，提供一种巡线机器人机械结构，包括机架，所述机架上设置有上述的行走轮和夹紧轮组合式行走机构，所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的下端均通过转轴设置在所述机架上，各转轴均通过电机驱动。

再一方面，提供一种上述的巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：未遇到障碍时，所述行走剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并架设在线路上，所述夹紧剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并与所述行走剖分轮配合夹紧线路，所述行走剖分轮带动巡线机器人前行；

步骤2：遇到障碍时，巡线机器人停止前进，所述行走剖分轮和夹紧剖分轮分别在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下分离并脱离线路，所述夹紧剖分轮在所述丝杠电机和丝杠的作用下下移；

步骤3：所述行走剖分轮跨越障碍后在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并重新架设在线路上，所述夹紧剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接，紧接着在所述丝杠电机和丝杠的作用下上升后与所述行走剖分轮配合夹紧线路，多对行走剖分轮和夹紧剖分轮跨越障碍后，转至步骤1，等待下一次越障。

再一方面，提供另一种上述的巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：未遇到障碍时，所述行走剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并架设在线路上，所述夹紧剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并与所述行走剖分轮配合夹紧线路，所述行走剖分轮带动巡线机器人前行；

步骤2：遇到障碍时，巡线机器人停止前进，所述夹紧剖分轮在所述丝杠电机和丝杠的作用下下移，然后，所述行走剖分轮和夹紧剖分轮分别在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下分离并脱离线路；

步骤3：所述行走剖分轮和夹紧剖分轮跨越障碍物后，所述夹紧剖分轮在所述丝杠电机和丝杠的作用下上升，然后，所述行走剖分轮和夹紧剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并相互配合夹紧线路，多对行走剖分轮和夹紧剖分轮跨越障碍后，转至步骤1，等待下一次越障。

本发明具有以下有益效果：

本发明的行走机构、巡线机器人机械结构及其越障方法，巡线机器人机械结构包括机架，机架上设置有行走轮和夹紧轮组合式行走机构，行走轮和夹紧轮组合式行走机构包括至少一个行走单元，行走单元包括一对行走剖分轮和与之配合夹紧线路的一对可升降的夹紧剖分轮，行走剖分轮包括可互相对接和分离的主动行走剖分轮和被动行走剖分轮，主动行走剖分轮和被动行走剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂，夹紧剖分轮包括可互相对接和分离的第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮，第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮的下端均设置有控制其升降的丝杠电机和丝杠。以上行走单元的结构设计增加了巡线机器人上下坡和机械臂检修作业时的稳定性，从而提高巡线机器人行走时的安全性。遇到障碍物时，巡线机器人停止前进，行走剖分轮和夹紧剖分轮分别在第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下分离并脱离线路，夹紧剖分轮在丝杠电机和丝杠的作用下下移；当行走剖分轮和夹紧剖分轮跨越障碍物后，行走剖分轮和夹紧剖分轮分别在第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接，然后，夹紧剖分轮在丝杠电机和丝杠的作用下上移后与行走剖分轮配合夹紧线路，多对行走剖分轮和夹紧剖分轮轮跨越障碍后，巡线机器人恢复到正常行走状态。

综上，本发明能够在平直及具有一定坡度的线路上行走，能够增强巡线机器人上下坡和机械臂检修作业时的稳定性，提高巡线机器人行走时的安全性。本发明解决了现有技术中，人工巡线劳动强度大和飞机巡线运行成本高的问题，并能翻越常规障碍物(如绝缘子串、压接管，悬垂线夹等)，实现了对线路的连续巡检。因此，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍的优点。

附图说明

图1为本发明的行走轮和夹紧轮组合式行走机构的结构示意图；

图2-图4为本发明的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，本发明提供一种行走轮和夹紧轮组合式行走机构，如图1所示，包括至少一个行走单元，其中：

行走单元包括一对行走剖分轮11，行走剖分轮11包括可互相对接和分离的主动行走剖分轮11-1和被动行走剖分轮11-2，主动行走剖分轮11-1和被动行走剖分轮11-2的下方分别设置有第一行走轮臂1和第二行走轮臂15；

行走剖分轮11下方设置有与之配合夹紧线路7的一对可升降的夹紧剖分轮6，夹紧剖分轮6包括可互相对接和分离的第一夹紧剖分轮6-1和第二夹紧剖分轮6-2，第一夹紧剖分轮6-1和第二夹紧剖分轮6-2的下端均设置有控制其升降的丝杠电机2和丝杠4。

本发明的行走轮和夹紧轮组合式行走机构包括至少一个行走单元，行走单元包括一对行走剖分轮和与之配合夹紧线路的一对可升降的夹紧剖分轮，行走剖分轮包括可互相对接和分离的主动行走剖分轮和被动行走剖分轮，主动行走剖分轮和被动行走剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂，夹紧剖分轮包括可互相对接和分离的第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮，第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮的下端均设置有控制其升降的丝杠电机和丝杠。以上行走单元的结构设计增加了巡线机器人上下坡和机械臂检修作业时的稳定性，从而提高巡线机器人行走时的安全性。

优选的，如图2所示，主动行走剖分轮11-1中部设置有锥齿轮结构16，被动行走剖分轮11-2上设置有与锥齿轮结构16相嵌合的凹槽结构。这种设计提高了行走剖分轮之间的契合度，有利于提高在线路上运动的稳定性。同样的，为了提高夹紧剖分轮6之间的契合度，第一夹紧剖分轮6-1中部设置有锥形凸台结构17，第二夹紧剖分轮6-2上设置有与锥形凸台结构17相嵌合的凹槽结构。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。

进一步的，第一行走轮臂1顶端设置有直流电机安装座8，直流电机安装座8上设置有水平排列的直流电机9和减速器10，减速器10通过联轴器与主动行走剖分轮11-1连接，第二行走轮臂15顶端横向设置有铝合金管12，铝合金管12通过轴承与被动行走剖分轮11-2连接。这种设计控制方便，可以提高行走剖分轮对接的准确性和牢固性。

作为本发明的一种改进，丝杠电机2上方设置有丝杠底座3，丝杠底座3内设置有丝杠4和滑杆5，丝杠4上设置有滑块13，丝杠4通过螺纹驱动滑块13，滑杆5可以对滑块13的移动进行限位和导引，滑块13通过轴承14与各夹紧剖分轮6连接。该结构设计控制简单、方便，可以提高运动的准确性，能够实现夹紧剖分轮在丝杠电机和丝杠的作用下上升和下移，从而与行走剖分轮配合增强巡线机器人上下坡和机械臂检修作业时的稳定性，提高巡线机器人自身的安全性。另外，行走剖分轮11和夹紧剖分轮6在大小上略有差异，能达到良好嵌合。

本发明中，为了增加行走剖分轮11联接的稳定性，行走剖分轮11内部设置有控制行走剖分轮11对接和分离的内置电磁吸盘和内置铁块。

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。本发明的行走机构应用于巡线机器人时，巡线机器人上可以设置有一组或多组该行走机构，或者还可以设置有其他类型的行走机构。

另一方面，提供一种巡线机器人机械结构，包括机架，机架上设置有上述的行走轮和夹紧轮组合式行走机构，第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的下端均通过转轴设置在机架上，各转轴均通过电机驱动。

本发明的巡线机器人机械结构包括机架，机架上设置有行走轮和夹紧轮组合式行走机构，行走轮和夹紧轮组合式行走机构包括至少一个行走单元，行走单元包括一对行走剖分轮和与之配合夹紧线路的一对可升降的夹紧剖分轮，行走剖分轮包括可互相对接和分离的主动行走剖分轮和被动行走剖分轮，主动行走剖分轮和被动行走剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂，夹紧剖分轮包括可互相对接和分离的第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮，第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮的下端均设置有控制其升降的丝杠电机和丝杠，行走剖分轮和夹紧剖分轮可以在第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接或分离，夹紧剖分轮可以在丝杠电机和丝杠的作用下上升或下降。本发明能够在平直及具有一定坡度的线路上行走，能够增强巡线机器人上下坡和机械臂检修作业时的稳定性，提高巡线机器人行走时的安全性。

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、垃圾清除用的机械手等)的设计。在控制系统方面，本发明可以采用地面控制平台或者机器人自身智能化控制两种方式。

本发明的巡线机器人机械结构在越障时可以有多种动作方法，效果较佳、控制较为方便的至少有以下两种，下面分别进行详细介绍。

越障方法一，如图2-4所示，包括：

步骤1：如图4所示，未遇到障碍时，行走剖分轮11在第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的作用下对接并架设在线路7上，夹紧剖分轮6在第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的作用下对接并与行走剖分轮11配合夹紧线路7，行走剖分轮11带动巡线机器人前行；

步骤2：如图2所示，遇到障碍时，巡线机器人停止前进，行走剖分轮11和夹紧剖分轮6分别在第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的作用下分离并脱离线路7，夹紧剖分轮6在丝杠电机2和丝杠4的作用下下移；

步骤3：如图3-4所示，行走剖分轮11跨越障碍后在第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的作用下对接并重新架设在线路7上，夹紧剖分轮6在第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的作用下对接，紧接着在丝杠电机2和丝杠4的作用下上升后与行走剖分轮11配合夹紧线路7，多对行走剖分轮11和夹紧剖分轮6跨越障碍后，转至步骤1，等待下一次越障。

越障方法二，包括：

步骤1：如图4所示，未遇到障碍时，行走剖分轮11在第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的作用下对接并架设在线路7上，夹紧剖分轮6在第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的作用下对接并与行走剖分轮11配合夹紧线路7，行走剖分轮11带动巡线机器人前行；

步骤2：如图2所示，遇到障碍时，巡线机器人停止前进，夹紧剖分轮6在丝杠电机2和丝杠4的作用下下移，然后，行走剖分轮11和夹紧剖分轮6分别在第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的作用下分离并脱离线路7；

步骤3：行走剖分轮11和夹紧剖分轮6跨越障碍物后，夹紧剖分轮6在丝杠电机2和丝杠4的作用下上升，然后，行走剖分轮11和夹紧剖分轮6在第一行走轮臂1和第二行走轮臂15的作用下对接并相互配合夹紧线路7，多对行走剖分轮11和夹紧剖分轮6跨越障碍后，转至步骤1，等待下一次越障。

需要说明的是，本发明的越障方法重点在于采用了上述行走机构的巡线机器人进行越障的方法。如果巡线机器人上还设置了其他类型的可越障的行走机构，则该其他类型的行走机构采用其默认的越障方法进行越障即可，不在本发明的关注重点以内。

本发明在遇到障碍物时，越障方法一是行走剖分轮和夹紧剖分轮分别在第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下同时分离并脱离线路，然后，夹紧剖分轮在丝杠电机和丝杠的作用下下移，为了减少对输电线路的磨损，提高输电线路的寿命，，越障方法二中的巡线机器人在遇到障碍物时，夹紧剖分轮在丝杠电机和丝杠的作用下下移，然后，行走剖分轮和夹紧剖分轮分别在第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下分离并脱离线路。上述的巡线机器人机械结构的两种越障方法主要着重讲述的是行走单元的越障，巡线机器人还有其他抓持线路的结构，从而交替来实现越障。本发明解决了现有技术中，人工巡线劳动强度大和飞机巡线运行成本高的问题，并能翻越常规障碍物(如绝缘子串、压接管，悬垂线夹等)，实现了对线路的连续巡检。因此，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍物的优点。

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 (8)

1.一种行走轮和夹紧轮组合式行走机构，其特征在于，包括至少一个行走单元，其中：

所述行走单元包括一对行走剖分轮，所述行走剖分轮包括可互相对接和分离的主动行走剖分轮和被动行走剖分轮，所述主动行走剖分轮和被动行走剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂；

所述行走剖分轮下方设置有与之配合夹紧线路的一对可升降的夹紧剖分轮，所述夹紧剖分轮包括可互相对接和分离的第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮，所述第一夹紧剖分轮和第二夹紧剖分轮的下端均设置有控制其升降的丝杠电机和丝杠。

2.根据权利要求1所述的行走轮和夹紧轮组合式行走机构，其特征在于，所述主动行走剖分轮中部设置有锥齿轮结构，所述被动行走剖分轮上设置有与所述锥齿轮结构相嵌合的凹槽结构。

3.根据权利要求2所述的行走轮和夹紧轮组合式行走机构，其特征在于，所述第一行走轮臂顶端设置有直流电机安装座，所述直流电机安装座上设置有水平排列的直流电机和减速器，所述减速器通过联轴器与所述主动行走剖分轮连接，所述第二行走轮臂顶端横向设置有铝合金管，所述铝合金管通过轴承与所述被动行走剖分轮连接。

4.根据权利要求1所述的行走轮和夹紧轮组合式行走机构，其特征在于，所述第一夹紧剖分轮中部设置有锥形凸台结构，所述第二夹紧剖分轮上设置有与所述锥形凸台结构相嵌合的凹槽结构。

5.根据权利要求1所述的行走轮和夹紧轮组合式行走机构，其特征在于，所述丝杠电机上方设置有丝杠底座，所述丝杠底座内设置有所述丝杠和滑杆，所述丝杠上设置有滑块，所述滑块通过轴承与各夹紧剖分轮连接。

6.一种巡线机器人机械结构，包括机架，其特征在于，所述机架上设置有权利要求1-5任一所述的行走轮和夹紧轮组合式行走机构，所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的下端均通过转轴设置在所述机架上，各转轴均通过电机驱动。

7.权利要求6所述的巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，包括：

步骤1：未遇到障碍时，所述行走剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并架设在线路上，所述夹紧剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并与所述行走剖分轮配合夹紧线路，所述行走剖分轮带动巡线机器人前行；

步骤2：遇到障碍时，巡线机器人停止前进，所述行走剖分轮和夹紧剖分轮分别在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下分离并脱离线路，所述夹紧剖分轮在所述丝杠电机和丝杠的作用下下移；

步骤3：所述行走剖分轮跨越障碍后在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并重新架设在线路上，所述夹紧剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接，紧接着在所述丝杠电机和丝杠的作用下上升后与所述行走剖分轮配合夹紧线路，多对行走剖分轮和夹紧剖分轮跨越障碍后，转至步骤1，等待下一次越障。

8.权利要求6所述的巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，包括：

步骤1：未遇到障碍时，所述行走剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并架设在线路上，所述夹紧剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并与所述行走剖分轮配合夹紧线路，所述行走剖分轮带动巡线机器人前行；

步骤2：遇到障碍时，巡线机器人停止前进，所述夹紧剖分轮在所述丝杠电机和丝杠的作用下下移，然后，所述行走剖分轮和夹紧剖分轮分别在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下分离并脱离线路；

步骤3：所述行走剖分轮和夹紧剖分轮跨越障碍物后，所述夹紧剖分轮在所述丝杠电机和丝杠的作用下上升，然后，所述行走剖分轮和夹紧剖分轮在所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的作用下对接并相互配合夹紧线路，多对行走剖分轮和夹紧剖分轮跨越障碍后，转至步骤1，等待下一次越障。