CN105846351B - 巡线机器人机械结构及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巡线机器人机械结构及其越障方法，属于机器人技术领域，其中，巡线机器人机械结构包括机架，所述机架的上部设置有滚轮臂底座，所述滚轮臂底座的中部连接有至少两个能够前后转动的滚轮支撑杆，所述滚轮支撑杆的顶部设置有能够水平旋转的滚轮连接架，所述滚轮连接架上设置有至少一个滚轮；所述机架上设置有能够沿所述机架的行走方向前后滑动的机械手底盘，所述机械手底盘上沿所述机架的行走方向分别设置有至少两组能够抱抓四分裂线两侧的机械手；所述机架下部还设置有能够沿所述机架的行走方向前后滑动的配重。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

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：

一种巡线机器人机械结构，包括机架，其中：

所述机架的上部设置有滚轮臂底座，所述滚轮臂底座的中部连接有至少两个能够前后转动的滚轮支撑杆，所述滚轮支撑杆的顶部设置有能够水平旋转的滚轮连接架，所述滚轮连接架上设置有至少一个滚轮，所述滚轮在所述滚轮臂底座或滚轮支撑杆的作用下能够在四分裂线上行走或脱离四分裂线；

所述机架上设置有能够沿所述机架的行走方向前后滑动的机械手底盘，所述机械手底盘上沿所述机架的行走方向分别设置有至少两组能够抱抓四分裂线两侧的机械手，每组机械手包括设置在所述机架两侧的一对机械手爪；

所述机架下部还设置有能够沿所述机架的行走方向前后滑动的配重。

进一步的，所述滚轮支撑杆通过横向转轴连接在所述滚轮臂底座上，所述滚轮连接架通过竖向转轴连接所述滚轮支撑杆，上述各转轴均通过电机驱动。

进一步的，所述滚轮臂底座可升降的设置在所述机架上，或者，所述滚轮支撑杆为可伸缩结构。

进一步的，所述滚轮连接架上部两侧分别设置有滚轮。

进一步的，所述滚轮的外侧均设置有压力弹簧。

进一步的，所述机械手底盘通过丝杠与所述机架连接，所述配重通过导轨与所述机架连接。

进一步的，所述机械手底盘设置在所述机架与滚轮臂底座之间。

进一步的，所述配重为电源控制箱。

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，所述机械手位于所述机架的前部且机械手张开，所述配重位于所述机架的中部，所述滚轮带动机器人前行；

步骤2：遇到障碍时，机器人停止前进，所述机械手闭合，抓持住线路，所述配重沿导轨前移至所述机械手的下方；

步骤3：所述滚轮上移，脱离线路，所述滚轮连接架旋转90°，然后，所述滚轮支撑杆向下转动，使所述滚轮避开线路；

步骤4：所述机械手抱持住线路，所述配重保持静止，所述机架相对于所述机械手和配重向前滑动，越过障碍；

步骤5：所述滚轮在所述滚轮支撑杆和滚轮连接架的配合下，重新架设在线路上，所述配重移动至所述机架中部，所述机械手张开移动至所述机架的前部，转至步骤1，等待下一次越障。

本发明具有以下有益效果：

本发明的巡线机器人机械结构，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)，实现了对四分裂线的连续巡检。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为本发明的巡线机器人机械结构的结构示意图；

图2为本发明的巡线机器人机械结构的滚轮的结构示意图；

图3-图8为本发明的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，本发明提供一种巡线机器人机械结构，如图1所示，包括机架1，其中：

机架1的上部设置有滚轮臂底座2，滚轮臂底座2的中部连接有至少两个能够前后转动的滚轮支撑杆3，滚轮支撑杆3的顶部设置有能够水平旋转的滚轮连接架4，滚轮连接架4上设置有至少一个滚轮5，滚轮5在滚轮臂底座2或滚轮支撑杆3的作用下能够在四分裂线上行走或脱离四分裂线；

机架1上设置有能够沿机架1的行走方向前后滑动的机械手底盘6，机械手底盘6上沿机架1的行走方向分别设置有至少两组能够抱抓四分裂线两侧的机械手7，每组机械手7包括设置在机架1两侧的一对机械手爪；

机架1下部还设置有能够沿机架1的行走方向前后滑动的配重8。

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)，实现了对四分裂线的连续巡检。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。

优选的，驱动滚轮5的电机可以为直流电机。直流电机调速性能优越，易平滑调速，适合本发明中巡线机器人的运动情况，另外，直流电机过载能力强，使巡线机器人即使处于逆风情况下仍可正常行走。

作为本发明的一种改进，滚轮支撑杆3通过横向转轴连接在滚轮臂底座2上，滚轮连接架4通过竖向转轴连接滚轮支撑杆3，上述两个转轴均可以通过电机驱动，由于上述两个转轴的旋转均属于短距离频繁往复动作，优选的，用于驱动的电机采用步进电机。

作为本发明的进一步改进，滚轮臂底座2可升降的设置在机架1上，或者，滚轮支撑杆3为可伸缩结构。这两种设计均能够使滚轮5架设在四分裂线上或脱离四分裂线，除了上述这两种结构，本发明还可以采用本领域技术人员公知的其它升降或伸缩结构，也能够实现本发明的技术效果。

本发明中，由于四分裂线的上面具有两根等高的导线，为了提高巡线机器人行走时的稳定性，滚轮连接架4上部两侧分别设置有滚轮5，以便滚轮5能够架设在上面两根导线上，如图2所示，两个滚轮5中间可以通过固定件固定。

优选的，如图2所示，滚轮5的外侧均设置有压力弹簧。当四分裂线的上面两根导线线路间距变化时，滚轮5能够在压力弹簧的作用下实现自我调整。该设计提高了滚轮5行走的适应性。

为了使机械手爪能够牢固的抓持在四分裂线的上面两根导线上，本发明的机械手爪为欠驱动型式，即所述机械手爪包括自上而下依次连接的近指节、中指节和远指节，近指节、中指节和远指节之间通过连杆机构连接，近指节的底部由电机通过丝杠螺母机构驱动，将螺母的上下移动转化为各指节依次收拢、张开。除此之外，本发明的机械手爪还可以采用本领域技术人员公知的其它结构也能够实现机械手爪的可靠抓持。

本发明中，优选的，如图1所示，机械手底盘6可以通过丝杠9与机架1连接，配重8可以通过导轨与机架1连接。

作为本发明的进一步改进，机械手底盘6可以设置在机架1与滚轮臂底座2之间。

作为本发明结构的进一步优化，配重8为电源控制箱。该设计中，电源控制箱不仅能够为巡线机器人的运动提供能源，还可以兼顾作为配重8，使巡线机器人在越障时重心稳定。

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巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：如图3所示，未遇到障碍时，机械手7位于机架1的前部且机械手7张开，配重8位于机架1的中部，滚轮5带动机器人前行；

步骤2：如图4所示，遇到障碍时，机器人停止前进，机械手7闭合，抓持住线路，配重8沿导轨前移至机械手7的下方；

步骤3：如图5所示，滚轮5上移，脱离线路，滚轮连接架4旋转90°，然后，滚轮支撑杆3向下转动，使滚轮5避开线路；

步骤4：如图6所示，机械手7抱持住线路，配重8保持静止，机架1相对于机械手7和配重8向前滑动，越过障碍；

步骤5：如图7-8所示，滚轮5在滚轮支撑杆3和滚轮连接架4的配合下，重新架设在线路上，配重8移动至机架1中部，机械手7张开移动至机架1的前部，转至步骤1，等待下一次越障。

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)，实现了对四分裂线的连续巡检。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 (5)

1.一种巡线机器人机械结构，其特征在于，包括机架，其中：

所述机架的上部设置有滚轮臂底座，所述滚轮臂底座的中部连接有至少两个能够前后转动的滚轮支撑杆，所述滚轮支撑杆的顶部设置有能够水平旋转的滚轮连接架，所述滚轮连接架上设置有至少一个滚轮，所述滚轮在所述滚轮臂底座或滚轮支撑杆的作用下能够在四分裂线上行走或脱离四分裂线；

所述机架上设置有能够沿所述机架的行走方向前后滑动的机械手底盘，所述机械手底盘上沿所述机架的行走方向分别设置有至少两组能够抱抓四分裂线两侧的机械手，每组机械手包括设置在所述机架两侧的一对机械手爪；

所述机架下部还设置有能够沿所述机架的行走方向前后滑动的配重；所述滚轮支撑杆通过横向转轴连接在所述滚轮臂底座上，所述滚轮连接架通过竖向转轴连接所述滚轮支撑杆，上述各转轴均通过电机驱动；

所述滚轮臂底座可升降的设置在所述机架上，或者，所述滚轮支撑杆为可伸缩结构；

所述滚轮连接架上部两侧分别设置有滚轮；

所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，所述机械手位于所述机架的前部且机械手张开，所述配重位于所述机架的中部，所述滚轮带动机器人前行；

步骤2：遇到障碍时，机器人停止前进，所述机械手闭合，抓持住线路，所述配重沿导轨前移至所述机械手的下方；

步骤3：所述滚轮上移，脱离线路，所述滚轮连接架旋转90°，然后，所述滚轮支撑杆向下转动，使所述滚轮避开线路；

步骤4：所述机械手抱持住线路，所述配重保持静止，所述机架相对于所述机械手和配重向前滑动，越过障碍；

步骤5：所述滚轮在所述滚轮支撑杆和滚轮连接架的配合下，重新架设在线路上，所述配重移动至所述机架中部，所述机械手张开移动至所述机架的前部，转至步骤1，等待下一次越障。

2.根据权利要求1所述的巡线机器人机械结构，其特征在于，所述滚轮的外侧均设置有压力弹簧。

3.根据权利要求2所述的巡线机器人机械结构，其特征在于，所述机械手底盘通过丝杠与所述机架连接，所述配重通过导轨与所述机架连接。

4.根据权利要求3所述的巡线机器人机械结构，其特征在于，所述机械手底盘设置在所述机架与滚轮臂底座之间。

5.根据权利要求4所述的巡线机器人机械结构，其特征在于，所述配重为电源控制箱。