CN106025908A - 一种输电线路杆塔攀爬巡视机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电线路杆塔攀爬巡视机器人，包括用于使所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人在导轨(30)上攀爬行走的磁轮(20)，所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人还包括用于安装固定磁轮(20)的壳体(10)，壳体(10)安装有用于驱动磁轮(20)的驱动机构(25)和用于巡视的摄像头(15)。该输电线路杆塔攀爬巡视机器人可沿防坠落装置的纵向导轨上下运动，将采集到的杆塔及塔上设备等的视频图像传输至地面，在一定范围内，可代替人力登塔巡视，提高巡视工作效率，降低劳动强度。

Description

一种输电线路杆塔攀爬巡视机器人

技术领域

本发明涉及电力检测设备领域，具体的是一种输电线路杆塔攀爬巡视机器人。

背景技术

电能传输必须依靠高压输电线路。由于输电线路分布点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，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、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，必须及时修复或更换。所以，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，线路周围环境和线路保护区的变化情况，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。

输电线路巡视检查是为了随时掌握线路的运行情况，及时发现设备缺陷和威胁线路安全运行的情况，确定检修项目，为线路的检修提供依据。输电线路巡视工作是一项基本工作，在输电线路维护工作中占据有非常重要的地位。其中，杆塔及塔上的金具、绝缘子及导线等是线路巡视的重点内容。为了保证巡视效果，需要进行登塔检查，尤其是新建线路投入运行一年后，应做第一次登塔检查。

目前，只有极少数铁塔安装了载人升降设备，大量铁塔的登塔作业只能依靠人力完成，劳动强度大，工作效率较低，并且登塔作业中存在高空坠落、物体打击和触电等多个危险点。在恶劣天气下，危险性增大，只能停止登塔作业。尤其是遇到故障巡视或应对突发事件时，人力登塔巡视的缺点更加突出。

随着特高压电网建设和坚强智能电网的发展，线路运行巡视的工作量和工作难度越来越大，对线路巡视质量要求越来越高，提高杆塔巡视效率和质量的需求越来越强烈，迫切需要一种自动登塔巡视设备，以提高工作效率、安全性和巡视效果等。

为了解决登塔巡视作业存在的各种问题，本项目研制了一种输电线路杆塔攀爬巡视机器人，为我国输电线路的巡视工作提供专业化的作业机具，填补行业空白；为输电线路的运行检修提供了安全保障，也为输电线路的检修作业带来观念的革新和技术的提升。

发明内容

为了解决人工登塔巡视作业不便的问题，本发明提供了一种输电线路杆塔攀爬巡视机器人，该输电线路杆塔攀爬巡视机器人可沿防坠落装置的纵向导轨上下运动，将采集到的杆塔及塔上设备等的视频图像传输至地面，在一定范围内，可代替人力登塔巡视，提高巡视工作效率，降低劳动强度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种输电线路杆塔攀爬巡视机器人，包括用于使所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人在导轨上攀爬行走的磁轮，所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人还包括用于安装固定磁轮的壳体，壳体安装有用于驱动磁轮的驱动机构和用于巡视的摄像头。

磁轮为圆柱形，磁轮包括多个沿磁轮的周向均匀间隔分布的扇形S极永磁体和扇形N极永磁体。

磁轮的直径为40mm～60mm，磁轮的轴向宽度为35mm～40mm，4个所述扇形S极永磁体和4个所述扇形N极永磁体沿磁轮的周向均匀间隔分布。

所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人含有两个大小和形状相同的磁轮，两个磁轮的轴线相互平行，两个磁轮的轴线之间的距离为80mm～85mm。

壳体包括第一安装板和第二安装板，第一安装板和第二安装板位于同一平面，第一安装板和第二安装板之间存在间距，第一安装板和第二安装板之间通过左侧板和右侧板连接，左侧板位于第一安装板和第二安装板左侧，右侧板位于第一安装板和第二安装板右侧。

一个磁轮设置在第一安装板的下方并通过一个轮轴固定在左侧板和右侧板之间，另一个磁轮设置在第二安装板的下方并通过另一个轮轴固定在左侧板和右侧板之间，所述一个磁轮的轴线到第一安装板的距离等于所述另一个磁轮到第二安装板的距离。

驱动机构包括电机，驱动机构还包括与电机的电机轴连接的减速器和主动齿轮，每个磁轮的轮轴均连接有从动齿轮，主动齿轮能够通过与两个所述从动齿轮啮合驱动两个磁轮同向转动。

电机和减速器位于两个磁轮之间，电机和减速器的位置与第一安装板和第二安装板之间所述间距的位置相对应，主动齿轮和两个所述从动齿轮均设置在左侧板的外侧，电机和减速器设置在左侧板和右侧板之间。

电机的电机轴的轴线到第一安装板的距离小于所述一个磁轮的轴线到第一安装板的距离，主动齿轮的分度圆同时为两个所述从动齿轮的分度圆的外切圆，驱动机构还包括与电机的电机轴连接的制动器，制动器设置在右侧板的外侧。

在第一安装板远离电机的一端设有两个导向轮，两个导向轮分别通过支撑轴安装在第一安装板的左右两侧，导向轮包括上圆盘和下圆盘，两个所述下圆盘之间的距离小于导轨外端的宽度，两个所述上圆盘之间的距离大于导轨外端的宽度，每个所述下圆盘的上端面到第一安装板的距离大于导轨外端的厚度加上磁轮的直径。

本发明的有益效果是，该输电线路杆塔攀爬巡视机器人可沿防坠落装置的纵向导轨上下运动，将采集到的杆塔及塔上设备等的视频图像传输至地面，在一定范围内，可代替人力登塔巡视，提高巡视工作效率，降低劳动强度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1为输电线路杆塔攀爬巡视机器人的立体图。

图2为输电线路杆塔攀爬巡视机器人的主视图。

图3为输电线路杆塔攀爬巡视机器人的右视图。

图4为磁轮的主视图。

图5为输电线路杆塔攀爬巡视机器人工作时的立体图。

图6为图5中沿A方向的示意图。

其中10.壳体，11.第一安装板，12.第二安装板，13.左侧板，14.右侧板，15.摄像头，16.导向轮，17.支撑轴，20.磁轮，25.驱动机构，26.电机，27.减速器，28.主动齿轮，29.制动器，30.导轨。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种输电线路杆塔攀爬巡视机器人，包括用于使所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人在输电线路杆塔的用于防坠落的导轨30上攀爬行走(也可以称为沿导轨30攀爬行走)的磁轮20，所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人还包括用于安装固定磁轮20的壳体10，壳体10安装有用于驱动磁轮20的驱动机构25和用于巡视的摄像头15，如图1至图3所示。

为了减低用户使用设备的成本，简化产品结构，便于产品推广应用，本发明所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人利用铁塔上已有设备的导轨实现攀爬。目前，在输电线路杆塔上应用最广泛的导轨为防坠落装置的导轨30，尤其新建线路铁塔上都配套安装了防坠落装置，防坠落装置纵向导轨普遍采用标准的“T”型的导轨30。该导轨30的材料为Q345，表面热浸锌处理。该导轨30安装方式为导轨30用螺栓安装在连接板上，导轨连接板通过脚钉固定在铁塔角钢上。

使用时，本发明所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人安装在一根导轨30上，磁轮20的圆周面与导轨30的外端面接触，磁轮20通过磁力吸附住导轨30可以防止该输电线路杆塔攀爬巡视机器人从导轨30上脱落，该输电线路杆塔攀爬巡视机器人还含有控制单元，通电后该控制单元通过控制驱动机构25使磁轮20反向或反向转动，进而使该输电线路杆塔攀爬巡视机器人与导轨配合并沿着导轨30上下运动。通过该控制单元和摄像头15，工作人员在地面通过操作该输电线路杆塔攀爬巡视机器人的地面遥控单元便可以控制该机器人行走，并通过巡视机器人传过来的视频观测杆塔及塔上设备的状态。该输电线路杆塔攀爬巡视机器人的结构应轻巧、便于携带，可以保证设备有足够的巡视工作时间。

在本实施例中，磁轮20为圆柱形，磁轮20包括多个沿磁轮20的周向均匀间隔分布的扇形S极永磁体和扇形N极永磁体。导轨30工作面尺寸小，导轨的材质为Q345，这种材质本身就具有良好的导磁特性，所以采用磁吸附方式。考虑到永磁体优良的吸附性能，且比电磁吸附更容易实现，所以采用永磁吸附方式。

合理的磁轮磁路结构能够充分发挥永磁体的利用率，为了使机器人的驱动磁轮20与导轨30之间有足够大的驱动摩擦力，采用间隙永磁吸附方式，即磁轮20采用径向充磁，将每个磁轮分为八个扇形磁瓣，其磁极在磁轮周向圆柱面上交替分布，即如图4所示，4个扇形的S极永磁体和4个扇形的N极永磁体沿磁轮20的周向均匀间隔分布，磁轮20的直径为50mm，磁轮20的轴向宽度为35mm～40mm，磁轮20的轴向宽度与导轨30的外端的宽度基本相同。

所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人含有两个大小和形状相同的磁轮20，两个磁轮20的轴线相互平行，两个磁轮20的轴线之间的距离为80mm～85mm。如图1至图3所示，壳体10包括矩形的第一安装板11、矩形的第二安装板12、左侧板13和右侧板14，第一安装板11和第二安装板12位于同一平面，第一安装板11和第二安装板12之间存在间距，第一安装板11和第二安装板12之间通过左侧板13和右侧板14连接，左侧板13位于第一安装板11和第二安装板12左侧，右侧板14位于第一安装板11和第二安装板12右侧。

一个磁轮20(图1中上侧的磁轮20)设置在第一安装板11的下方并通过一个轮轴固定在左侧板13和右侧板14之间，另一个磁轮20(图1中下侧的磁轮20)设置在第二安装板12的下方并通过另一个轮轴固定在左侧板13和右侧板14之间，所述一个磁轮20(图1中上侧的磁轮20)的轴线到第一安装板11的距离等于所述另一个磁轮20(图1中下侧的磁轮20)到第二安装板12的距离。

在本实施例中，驱动机构25包括电机26，驱动机构25还包括与电机26的电机轴连接的减速器27和主动齿轮28，每个磁轮20的轮轴(即转动轴)均连接有从动齿轮，主动齿轮28能够通过与两个所述从动齿轮啮合从而驱动两个磁轮20同向转动。

如图2所示，电机26和减速器27位于两个磁轮20之间，电机26和减速器27的位置与第一安装板11和第二安装板12之间所述间距的位置相对应，第一安装板11和第二安装板12之间所述间距大于电机26和减速器27沿该机器人在行走方向(即图2中的上下方向)的长度，这样设计可以便于散热，主动齿轮28和两个所述从动齿轮均设置左侧板13的外侧，电机26和减速器27设置在左侧板13和右侧板14之间。

电机26的电机轴的轴线到第一安装板11的距离小于所述一个磁轮20(图1中上侧的磁轮20)的轴线到第一安装板11的距离，主动齿轮28的分度圆同时为两个所述从动齿轮的分度圆的外切圆，驱动机构25还包括与电机26的电机轴连接的制动器29，制动器29设置在右侧板14的外侧。制动器29为现有装置，制动器29与控制单元连接。在本申请中，该输电线路杆塔攀爬巡视机器人的体积和重量均较小，所以控制单元选择小型的单片机，控制单元还包括与控制单元连接的无线接收单元，该控制单元通过无线接收单元接收地面遥控器的指令，从而控制驱动机构25以及摄像头云台舵机的运动。

由于防坠落装置的导轨30由若干根导轨拼接安装而成，导轨30的对接处存在一定的间隙或台阶等，一些位置的导轨30会根据铁塔结构进行一定的弯曲或扭转。为了使该机器人能够顺利通过这些位置，如图5和图6所示，在第一安装板11远离电机26的一端设有两个导向轮16，两个导向轮16分别通过支撑轴17安装在第一安装板11的左右两侧，如图5所示，导向轮16包括相互连接的上圆盘和下圆盘，左右两个所述下圆盘之间的距离L1小于导轨30外端的宽度L3，两个所述上圆盘之间的距离L2大于导轨30外端的宽度L3，每个所述下圆盘的上端面到第一安装板11的距离D1大于导轨30外端的厚度D2加上磁轮20的直径R。在第二安装板12远离电机26的一端设有两个导向轮16，第二安装板12上导向轮16的安装方式与第二安装板12上导向轮16的安装方式完全相同。这样如图6所示，导向轮16与导轨30之间存在一定的间隙或台阶，从而使机器人能够顺利通过。机器人采用永磁吸附方式，永磁吸附方式对壁面的适应性较好，当导轨存在一定的凹凸变化时，吸附力变化也不大，不影响运动的稳定性。

在本实施例中，该机器人的主要技术指标如下：

1、在防坠落装置导轨正常安装质量条件下，沿纵向导轨顺畅运动；

2、运行速度：>＝0.2m/s；

3、带载能力：>1kg；

4、无线传输和控制距离：>＝200m；

5、设备重量：<3kg；

6、摄像头分辨率>640×480，可远程调焦、调整角度等。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，包括用于使所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人在导轨(30)上攀爬行走的磁轮(20)，所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人还包括用于安装固定磁轮(20)的壳体(10)，壳体(10)安装有用于驱动磁轮(20)的驱动机构(25)和用于巡视的摄像头(15)。

2.根据权利要求1所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，磁轮(20)为圆柱形，磁轮(20)包括多个沿磁轮(20)的周向均匀间隔分布的扇形S极永磁体和扇形N极永磁体。

3.根据权利要求2所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，磁轮(20)的直径为40mm～60mm，磁轮(20)的轴向宽度为35mm～40mm，4个所述扇形S极永磁体和4个所述扇形N极永磁体沿磁轮(20)的周向均匀间隔分布。

4.根据权利要求2所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，所述输电线路杆塔攀爬巡视机器人含有两个大小和形状相同的磁轮(20)，两个磁轮(20)的轴线相互平行，两个磁轮(20)的轴线之间的距离为80mm～85mm。

5.根据权利要求4所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，壳体(10)包括第一安装板(11)和第二安装板(12)，第一安装板(11)和第二安装板(12)位于同一平面，第一安装板(11)和第二安装板(12)之间存在间距，第一安装板(11)和第二安装板(12)之间通过左侧板(13)和右侧板(14)连接，左侧板(13)位于第一安装板(11)和第二安装板(12)左侧，右侧板(14)位于第一安装板(11)和第二安装板(12)右侧。

6.根据权利要求5所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，一个磁轮(20)设置在第一安装板(11)的下方并通过一个轮轴固定在左侧板(13)和右侧板(14)之间，另一个磁轮(20)设置在第二安装板(12)的下方并通过另一个轮轴固定在左侧板(13)和右侧板(14)之间，所述一个磁轮(20)的轴线到第一安装板(11)的距离等于所述另一个磁轮(20)到第二安装板(12)的距离。

7.根据权利要求6所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，驱动机构(25)包括电机(26)，驱动机构(25)还包括与电机(26)的电机轴连接的减速器(27)和主动齿轮(28)，每个磁轮(20)的轮轴均连接有从动齿轮，主动齿轮(28)能够通过与两个所述从动齿轮啮合驱动两个磁轮(20)同向转动。

8.根据权利要求7所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，电机(26)和减速器(27)位于两个磁轮(20)之间，电机(26)和减速器(27)的位置与第一安装板(11)和第二安装板(12)之间所述间距的位置相对应，主动齿轮(28)和两个所述从动齿轮均设置在左侧板(13)的外侧，电机(26)和减速器(27)设置在左侧板(13)和右侧板(14)之间。

9.根据权利要求8所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，电机(26)的电机轴的轴线到第一安装板(11)的距离小于所述一个磁轮(20)的轴线到第一安装板(11)的距离，主动齿轮(28)的分度圆同时为两个所述从动齿轮的分度圆的外切圆，驱动机构(25)还包括与电机(26)的电机轴连接的制动器(29)，制动器(29)设置在右侧板(14)的外侧。

10.根据权利要求8所述的输电线路杆塔攀爬巡视机器人，其特征在于，在第一安装板(11)远离电机(26)的一端设有两个导向轮(16)，两个导向轮(16)分别通过支撑轴(17)安装在第一安装板(11)的左右两侧，导向轮(16)包括上圆盘和下圆盘，两个所述下圆盘之间的距离小于导轨(30)外端的宽度，两个所述上圆盘之间的距离大于导轨(30)外端的宽度，每个所述下圆盘的上端面到第一安装板(11)的距离大于导轨(30)外端的厚度加上磁轮(20)的直径。