CN105826862B - 啮合驱动行走轮结构、巡线机器人机械结构及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种啮合驱动行走轮结构、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，而且机架上设置有啮合驱动行走轮结构，这种行走轮结构包括至少一个行走单元，行走单元包括至少一对剖分轮和一对侧面夹紧轮，主动剖分轮和被动剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂，包络夹紧轮和所述夹紧侧面轮的下方分别设置有第一侧面轮臂和第二侧面轮臂，所述主动剖分轮和被动剖分轮的外侧分别设置有用于控制剖分轮对接和分离的内置电吸盘和内置铁块。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。

Description

啮合驱动行走轮结构、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，特别是指一种啮合驱动行走轮结构、巡线机器人机械结构及其越障方法。

背景技术

超高压输电线路分布地点多、面积广，所处地形复杂，自然环境恶劣。电力线及杆塔附件长期受机械张力、电气闪络、材料老化等的影响，会产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复，将导致严重事故，给电力传输带来极大隐患。因此，必须对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解输电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况，及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。

目前，对输电线路的巡检主要采用地面人工目测巡检和直升飞机航测。前者巡检精度低，劳动强度大，存在巡检盲区，森林疾病及野生动物也给巡视人员带来安全隐患；后者存在飞行安全隐患且巡线费用昂贵，直接限制了直升机巡检的广泛推广。

由于超高压输电线路多数采用四分裂线，因此，针对四分裂线设计了巡线机器人，它可以减轻工人巡线的劳动强度，降低高压输电的运行维护成本，提高巡检作业的质量和科学管理技术水平，对于增强电力生产自动化综合能力，创造高的经济效益和社会效益都具有重要意义。因此，专用巡线机器人的研制及其技术研发已成为当前特种机器领域的一个研究热点。日本、加拿大、美国等发达国家先后开展了巡线机器人的研究工作，对于输电线路上存在绝缘子串、压接管和悬垂线夹等情况，无法跨越，不能实现超高压输电线路的连续巡检。中科院沈阳自动化所、山东大学、武汉大学、北京航空航天大学等单位也针对超高压输电线路的连续巡检需求开展这方面技术和设备的研制，取得了一定的相应成果，但也都不具备越障功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍的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：

一种啮合驱动行走轮结构，包括至少一个行走单元，其中：所述行走单元包括至少一对剖分轮和一对侧面夹紧轮，所述剖分轮包括能够互相对接和分离的主动剖分轮和被动剖分轮，所述侧面夹紧轮包括能够互相嵌合和分离的包络夹紧轮和夹紧侧面轮，所述主动剖分轮和被动剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂，所述包络夹紧轮和所述夹紧侧面轮的下方分别设置有第一侧面轮臂和第二侧面轮臂，所述主动剖分轮和被动剖分轮的外侧分别设置有用于控制剖分轮对接和分离的内置电吸盘和内置铁块。

一种巡线机器人机械结构，包括机架，所述机架上设置有所述的啮合驱动行走轮结构，所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的下端通过铰接轴设置在所述机架上，所述第一侧面轮臂和第二侧面轮臂的下端也通过铰接轴设置在所述机架上。

上述的巡线机器人机械结构进行越障的方法，包括：

步骤1：未遇到障碍时，所述内置电吸盘通电与所述内置铁块产生吸力，所述机架带动所述第一行走轮臂和所述第二行走轮臂转动从而使得所述主动剖分轮和所述被动剖分轮进行对接，所述直流电机通过所述减速器驱动所述联轴器从而带动主动剖分轮沿线路向前转动，所述被动剖分轮通过所述主动剖分轮的啮合作用随之向前转动，所述主动剖分轮和所述被动剖分轮进行对接的同时，所述第一底部关节和所述第二底部关节分别控制第一侧面轮臂和所述第二侧面轮臂升降或转动从而使得所述包络夹紧轮和所述夹紧侧面轮嵌合；

步骤2：遇到障碍时，所述内置电吸盘断电，所述机架带动所述第一行走轮臂和所述第二行走轮臂从而使得所述主动剖分轮和所述被动剖分轮分离避开障碍物，所述主动剖分轮和所述被动剖分轮进行分离的同时，所述第一底部关节和所述第二底部关节分别控制所述第一侧面轮臂和所述第二侧面轮臂升降或转动从而使得所述包络夹紧轮和所述夹紧侧面轮分离避开障碍物。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供啮合驱动行走轮结构，包括至少一个行走单元，其中：所述行走单元包括至少一对剖分轮和一对侧面夹紧轮，所述剖分轮包括能够互相对接和分离的主动剖分轮和被动剖分轮，所述侧面夹紧轮包括能够互相嵌合和分离的包络夹紧轮和夹紧侧面轮，所述主动剖分轮和被动剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂，所述包络夹紧轮和所述夹紧侧面轮的下方分别设置有第一侧面轮臂和第二侧面轮臂，所述主动剖分轮和被动剖分轮的外侧分别设置有用于控制剖分轮对接和分离的内置电吸盘和内置铁块，以上行走轮的结构设计结构简单紧凑，不仅增加了剖分轮联接的稳定性，也提高了对导线施加水平面内的夹紧力，提高上下坡及越障时的稳定性；本发明啮合驱动行走轮结构、巡线机器人机械结构，包括机架，其工作过程可以为：正常行走时，所述内置电吸盘通电与所述内置铁块产生吸力，所述机架带动所述第一行走轮臂和所述第二行走轮臂转动从而使得所述主动剖分轮和所述被动剖分轮进行对接，所述直流电机通过所述减速器驱动所述联轴器从而带动主动剖分轮沿线路向前转动，被动剖分轮通过主动剖分轮的啮合作用随之向前转动；遇到障碍时，所述内置电吸盘断电，所述机架带动所述第一行走轮臂和所述第二行走轮臂从而使得所述主动剖分轮和所述被动剖分轮分离避开障碍物，本发明能够在平直及具有一定坡度的下路上行走，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1-2为本发明的啮合驱动行走轮结构的结构示意图；

图3-4为本发明的啮合驱动行走轮结构的剖分轮结构示意图；

图5为本发明的啮合驱动行走轮结构的整体俯视示意图。

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，本发明提供啮合驱动行走轮结构，如图1、图2所示，包括至少一个行走单元，其中行走单元包括至少一对剖分轮和一对侧面夹紧轮，如图3、图4、图5所示，剖分轮包括能够互相对接和分离的主动剖分轮4和被动剖分轮3，侧面夹紧轮包括能够互相嵌合和分离的包络夹紧轮10和夹紧侧面轮9，主动剖分轮4和被动剖分轮3的下方分别设置有第一行走轮臂14和第二行走轮臂1，包络夹紧轮10和所述夹紧侧面轮9的下方分别设置有第一侧面轮臂11和第二侧面轮臂15，主动剖分轮4和被动剖分轮3的外侧分别设置有用于控制剖分轮对接和分离的内置电吸盘13和内置铁块。

以上行走轮的结构设计结构简单紧凑，不仅增加了剖分轮联接的稳定性，也提高了对导线施加水平面内的夹紧力，提高上下坡及越障时的稳定性。

进一步的，本发明提供的啮合驱动行走轮结构，主动剖分轮4可以是锥齿轮结构，被动剖分轮3可以是与所述锥齿轮结构相嵌合的凹槽结构，这种设计提高了剖分轮之间的契合度，有利于在线路上运动的稳定性。

进一步的，本发明提供的啮合驱动行走轮结构，包络夹紧轮10为凹形轮结构，夹紧侧面轮9可以是与所述凹形轮结构相嵌合的凹形轮结构，两者在大小上略有差异，能达到良好嵌合即可。这种设计提高了侧面夹紧轮对线路的牢靠性。

作为本发明的一种改进，第一行走轮臂14底部设置有第一底部关节16，第二行走轮臂1底部设置有第二底部关节17，第一侧面轮臂11与所述第一行走轮臂14由所述第一底部关节16共同固定并控制，第二侧面轮臂15与所述第二行走轮臂1由所述第二底部关节17共同固定并控制，这种结构设计可以保证剖分轮和侧面夹紧轮在运动时可以根据线路实际位置可升可降。

为了保证剖分轮对接的更准确更牢固，本发明还做了进一步改进：第一行走轮臂14顶端设置有横向的铝合金管2，铝合金管2一端包含内置电吸盘13，铝合金管2通过轴承12与被动剖分轮3连接，第二行走轮臂1顶端设置有电机安装架6，电机安装架6上设置有水平排列的直流电机8和减速器7，减速器7通过联轴器5与主动剖分轮4连接。

优选的，在本发明中，第一底部关节16和第二底部关节17处均通过电机驱动。该位置的电机驱动不仅能够为行走轮结构的运动提供能源，还可以简化结构，同时使行走轮结构在运动中保持平衡。

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机械结构时，巡线机器人机械结构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，本发明还提供一种啮合驱动行走轮结构、巡线机器人机械结构，巡线机器人的机械结构包含机架，第一行走轮臂14和第二行走轮臂1的下端通过铰接轴设置在机架上，第一侧面轮臂11和第二侧面轮臂15的下端也通过铰接轴设置在机架上。

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。

本发明提供的巡线机器人机械结构的工作过程可以为：正常行走时，内置电吸盘13通电与内置铁块产生吸力，机架带动第一行走轮臂14和第二行走轮臂1转动从而使得主动剖分轮4和被动剖分轮3进行对接，直流电机8通过减速器7驱动联轴器从而带动主动剖分轮4沿线路向前转动，被动剖分轮3通过主动剖分轮4的啮合作用随之向前转动，主动剖分轮4和被动剖分轮3进行对接的同时，第一底部关节16和第二底部关节17分别控制第一侧面轮臂11和第二侧面轮臂15升降或转动从而使得包络夹紧轮10和夹紧侧面轮9嵌合；

遇到障碍时，内置电吸盘13断电，机架带动第一行走轮臂14和第二行走轮臂1从而使得主动剖分轮4和被动剖分轮3分离避开障碍物，主动剖分轮4和被动剖分轮3进行分离的同时，第一底部关节16和第二底部关节17分别控制第一侧面轮臂11和第二侧面轮臂15升降或转动从而使得包络夹紧轮10和夹紧侧面轮9分离避开障碍物。

本发明能够在平直及具有一定坡度的下路上行走，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。

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机械结构进行越障的方法。如果巡线机器人机械结构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。

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 (2)

1.一种巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述巡线机器人机械结构包括机架，所述机架上设置有基于啮合驱动的电吸盘内置行走轮结构，所述电吸盘内置行走轮结构包括至少一个行走单元，其中：

所述行走单元包括至少一对剖分轮和一对侧面夹紧轮，所述剖分轮包括能够互相对接和分离的主动剖分轮和被动剖分轮，所述侧面夹紧轮包括水平布置且能够互相嵌合和分离的包络夹紧轮和夹紧侧面轮；

所述主动剖分轮和被动剖分轮的下方分别设置有第一行走轮臂和第二行走轮臂，所述包络夹紧轮和所述夹紧侧面轮的下方分别设置有第一侧面轮臂和第二侧面轮臂；

所述主动剖分轮和被动剖分轮的外侧分别设置有用于控制剖分轮对接和分离的内置电吸盘和内置铁块；所述主动剖分轮是锥齿轮结构，所述被动剖分轮是与所述锥齿轮结构相嵌合的凹槽结构；

所述包络夹紧轮为凹形轮结构，所述夹紧侧面轮是与所述凹形轮结构相嵌合的凹形轮结构；

所述第二行走轮臂顶端设置有横向的铝合金管，所述铝合金管一端包含所述内置电吸盘，所述铝合金管通过轴承与所述被动剖分轮连接，所述第一行走轮臂顶端设置有电机安装架，所述电机安装架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剖分轮连接；

所述第一行走轮臂和第二行走轮臂的下端通过铰接轴设置在所述机架上，所述第一侧面轮臂和第二侧面轮臂的下端也通过铰接轴设置在所述机架上；

所述第一行走轮臂底部设置有第一底部关节，所述第二行走轮臂底部设置有第二底部关节，所述第一侧面轮臂与所述第一行走轮臂由所述第一底部关节共同固定并控制，所述第二侧面轮臂与所述第二行走轮臂由所述第二底部关节共同固定并控制；

所述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，所述内置电吸盘通电与所述内置铁块产生吸力，所述机架带动所述第一行走轮臂和所述第二行走轮臂转动从而使得所述主动剖分轮和所述被动剖分轮进行对接，所述直流电机通过所述减速器驱动所述联轴器从而带动主动剖分轮沿线路向前转动，所述被动剖分轮通过所述主动剖分轮的啮合作用随之向前转动，所述主动剖分轮和所述被动剖分轮进行对接的同时，所述第一底部关节和所述第二底部关节分别控制第一侧面轮臂和所述第二侧面轮臂升降或转动从而使得所述包络夹紧轮和所述夹紧侧面轮嵌合；

步骤2：遇到障碍时，所述内置电吸盘断电，所述机架带动所述第一行走轮臂和所述第二行走轮臂从而使得所述主动剖分轮和所述被动剖分轮分离避开障碍物，所述主动剖分轮和所述被动剖分轮进行分离的同时，所述第一底部关节和所述第二底部关节分别控制所述第一侧面轮臂和所述第二侧面轮臂升降或转动从而使得所述包络夹紧轮和所述夹紧侧面轮分离避开障碍物。

2.根据权利要求1所述的巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述第一底部关节和第二底部关节处均通过电机驱动。