CN105835985A - 仿人行走式巡线机器人机械结构及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿人行走式巡线机器人机械结构及其越障方法，属于机器人技术领域，包括机架，所述机架为分体式结构，包括左右排列可前后相对滑动的第一机架和第二机架，机架的四个角分别设置有可屈伸的机械臂，机械臂包括位于第一机架上的第一机械臂和第二机械臂、以及位于第二机架上的第三机械臂和第四机械臂；机械臂上分别设置有用于从两侧抓持线路的机械手，机械手包括第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手，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

仿人行走式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，特别是指一种仿人行走式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。

对输电线路的巡检的传统方式是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。

机器人技术的发展为输电线路的巡检与清障作业提供了一种新的平台。机器人能够带电工作，以一定的速度沿输电线爬行，并能跨越防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、杆塔等障碍，利用携带的传感仪器对杆塔、导线及避雷线、绝缘子、线路金具、线路通道等实施接近检测，利用自身携带的装置进行线路清障，代替工人进行电力线路的巡检与清障工作。因此，输电线路巡线清障机器人成为机器人技术研究的热点。

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，工作效率低的缺点。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，且能够翻越障碍的仿人行走式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：

一种仿人行走式巡线机器人机械结构，包括机架，其中：

所述机架为分体式结构，包括左右排列可前后相对滑动的第一机架和第二机架；

所述机架的四个角分别设置有可屈伸的机械臂，所述机械臂包括位于所述第一机架上的第一机械臂和第二机械臂、以及位于所述第二机架上的第三机械臂和第四机械臂；

所述机械臂上分别设置有用于从两侧抓持线路的机械手，所述机械手包括第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手。

上述的仿人行走式巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

未遇到障碍时，所述第一机械手和第二机械手张开，所述第三机械手和第四机械手抓持线路，然后所述第一机架带动所述第一机械臂和第二机械臂向前移动一段距离后，所述第一机械手和第二机械手抓持住线路，所述第三机械手和第四机械手张开，然后所述第二机架带动所述第三机械臂和第四机械臂向前移动一段距离后，所述第三机械手和第四机械手重新抓持住线路；中间遇到障碍时，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手通过屈伸避开障碍物后再抓持住线路；重复执行本步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于仿人行走式巡线机器人机械结构，采用分体式机架结构，包括左右排列可前后相对滑动的第一机架和第二机架，机架的四个角分别设置有可屈伸的机械臂，机械臂包括位于第一机架上的第一机械臂和第二机械臂、以及位于第二机架上的第三机械臂和第四机械臂，机械臂上分别设置有用于从两侧抓持线路的机械手，机械手包括第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手，这种设计结构简单紧凑，重量小。工作过程可以为未遇到障碍时，未遇到障碍时，第一机械手和第二机械手张开，第三机械手和第四机械手抓持线路，然后第一机架带动第一机械臂和第二机械臂向前移动一段距离后，第一机械手和第二机械手抓持住线路，第三机械手和第四机械手张开，然后第二机架带动第三机械臂和第四机械臂向前移动一段距离后，第三机械手和第四机械手重新抓持住线路，中间遇到障碍时，第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手通过屈伸避开障碍物后再抓持住线路。这种工作过程使得机器人在行走和越障的过程中，运动过程一目了然，类似于人走路时双脚交替挪动，而且越障距离比较大。本发明能够在平直及各种耐张线、引流线等非平直线路上行走，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)，实现了对高压线的连续巡检。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为本发明的仿人行走式巡线机器人机械结构的结构示意图；

图2-图3为本发明的仿人行走式巡线机器人机械结构的越障方法的每个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，本发明提供一种仿人行走式巡线机器人机械结构，如图1所示，包括机架，机架为分体式结构，包括左右排列可前后相对滑动的第一机架1和第二机架2，机架的四个角分别设置有可屈伸的机械臂，机械臂包括位于第一机架上1的第一机械臂3和第二机械臂4、以及位于第二机架2上的第三机械臂5和第四机械臂6，机械臂上分别设置有用于从两侧抓持线路的机械手，机械手包括第一机械手7、第二机械手8、第三机械手9和第四机械手10。

本发明的仿人行走式巡线机器人机械结构，第一机架和第二机架可以相对滑动，这种设计结构简单紧凑，电源等控制系统可以在机架或者机械臂上集成，整体重量小。与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本、且能够翻越障碍物或引流线的优点。

进一步的，机械臂分别包括依次铰接的第一连杆11和第二连杆12，这种设计能够使各机械臂实现屈伸运动，从而带动各机械手运动，提高巡线机器人的行走速度。

进一步的，机械手均为可旋转结构，这种设计能够提高巡线机器人行走和越障时的灵活性和稳定性。

进一步的，机械手均包括相互配合的机械手爪，机械手爪包括上机械手爪13和下机械手爪14，这种结构设计可以提高机器人在线路上运动时的牢固性。

优选的，上机械手爪13和下机械手爪14均为L钩型结构，这种结构设计能使机械手爪的动作更加精细，进一步提高抱抓的准确性。

作为本发明的一种优化，机架和机械臂之间、机械臂和机械手之间、机械手和机械手爪之间以及第一连杆11和第二连杆12之间的铰接轴均通过电机驱动，电机驱动能够为巡线机器人的运动提供能源，铰接轴设计可以兼顾简化整体结构，减轻重量。

优选的，第一机架和第二机架由丝杆螺母连接，这种设计可以使机器人在前进越障过程中运动流畅自如。

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、垃圾清除用的机械手等)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基于仿人行走式巡线机器人机械结构的越障方法，如图2和图3，包括：

未遇到障碍时，第一机械手7和第二机械手8张开，第三机械手9和第四机械手10抓持线路，然后第一机架1带动第一机械臂3和第二机械臂4向前移动一段距离后，第一机械手7和第二机械手8抓持住线路，第三机械手9和第四机械手10张开，然后第二机架2带动第三机械臂5和第四机械臂6向前移动一段距离后，第三机械手9和第四机械手10重新抓持住线路；

遇到障碍时，第一机械手7和第二机械手8张开，第三机械手9和第四机械手10抓持线路，然后第一机架1带动第一机械臂3和第二机械臂4向前移动一段距离后，第一机械手7和第二机械手8屈伸避开障碍物后抓持住线路，第三机械手9和第四机械手10张开，然后第二机架2带动第三机械臂5和第四机械臂6向前移动一段距离后，第三机械手9和第四机械手10屈伸避开障碍物后重新抓持住线路。

这种工作过程使得机器人在行走和越障的过程中，运动过程一目了然，类似于人走路时双脚交替挪动，而且越障距离比较大。本发明能够在平直及各种耐张线、引流线等非平直线路上行走，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)，实现了对高压线的连续巡检。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。

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)

1.一种仿人行走式巡线机器人机械结构，其特征在于，包括机架，其中：

所述机架为分体式结构，包括左右排列可前后相对滑动的第一机架和第二机架；

所述机架的四个角分别设置有可屈伸的机械臂，所述机械臂包括位于所述第一机架上的第一机械臂和第二机械臂、以及位于所述第二机架上的第三机械臂和第四机械臂；

所述机械臂上分别设置有用于从两侧抓持线路的机械手，所述机械手包括第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手。

2.根据权利要求1所述的仿人行走式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述机械臂分别包括依次铰接的第一连杆和第二连杆。

3.根据权利要求1所述的仿人行走式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述机械手均为可旋转结构。

4.根据权利要求3所述的仿人行走式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述机械手均包括相互配合的机械手爪，所述机械手爪包括上机械手爪和下机械手爪。

5.根据权利要求4所述的仿人行走式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述上机械手爪和下机械手爪均为L钩型结构。

6.根据权利要求1-5任一所述的仿人行走式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述机架和机械臂之间、所述机械臂和机械手之间、所述机械手和机械手爪之间以及所述第一连杆和第二连杆之间的铰接轴均通过电机驱动。

7.根据权利要求6所述的仿人行走式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述第一机架和第二机架由丝杆螺母连接。

8.权利要求7所述的仿人行走式巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，包括：

未遇到障碍时，所述第一机械手和第二机械手张开，所述第三机械手和第四机械手抓持线路，然后所述第一机架带动所述第一机械臂和第二机械臂向前移动一段距离后，所述第一机械手和第二机械手抓持住线路，所述第三机械手和第四机械手张开，然后所述第二机架带动所述第三机械臂和第四机械臂向前移动一段距离后，所述第三机械手和第四机械手重新抓持住线路；中间遇到障碍时，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手通过屈伸避开障碍物后再抓持住线路；重复执行本步骤。