CN106025909B - 四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四机械臂攀爬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。所述四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构包括机架，所述机架的四个角分别设置有可沿所述机架的行走方向前后屈伸的第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂；所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂上分别设置有用于从下方抓持线路的第一机械手、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，且能够翻越障碍物的优点。

Description

四机械臂攀爬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，特别是指一种四机械臂攀爬式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或引流线无法跨越，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，又能够跨越障碍物或引流线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，又能够跨越障碍物或引流线的四机械臂攀爬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：

一方面，提供一种四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构，包括机架，其中：

所述机架的四个角分别设置有可沿所述机架的行走方向前后屈伸的第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂；

所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂上分别设置有用于从下方抓持线路的第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手。

另一方面，提供一种上述的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：未遇到障碍物时，所述第一机械臂和第四机械臂分别屈伸使得所述第一机械手和第四机械手均位于所述机架的中部且抓持住线路，所述第二机械臂和第三机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第三机械手分别位于所述机架的前方和后方且抓持住线路；

步骤2：所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路，此时，所述机架固定不动，所述第一机械臂屈伸使得所述第一机械手位于所述机架的前方并重新抓持住线路，所述第三机械臂屈伸使得所述第三机械手位于所述机架的中部并重新抓持住线路；

步骤3：所述第二机械手和第四机械手分别在所述第二机械臂和第四机械臂的作用下同时张开、脱离线路并带动所述机架前移，此时，所述第一机械手和第四机械手分别在所述第一机械臂和第四机械臂的屈伸作用下均位于所述机架的中部，所述第二机械臂和第三机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第三机械手分别位于所述机架的前方和后方；

步骤4：所述第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的作用下同时抓持住线路，然后转至步骤1，当遇到障碍物时所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手避开障碍物前行。

再一方面，提供另一种上述的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：未遇到障碍物时，所述第一机械臂和第四机械臂分别屈伸使得所述第一机械手和第四机械手均位于所述机架的中部且抓持住线路，所述第二机械臂和第三机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第三机械手分别位于所述机架的前方和后方且抓持住线路；

步骤2：所述第一机械手在所述第一机械臂作用下张开、脱离线路，此时，所述机架固定不动，所述第一机械臂屈伸使得所述第一机械手位于所述机架的前方并重新抓持住线路；

步骤3：所述第三机械手张开、脱离线路后在所述第三机械臂屈伸作用下位于所述机架的中部并重新抓持住线路，然后，所述第四机械手在所述第四机械臂的作用下张开、脱离线路并带动所述机架前移，此时，所述第一机械手和第四机械手分别在所述第一机械臂和第四机械臂屈伸作用下位于所述机架的中部，所述第三机械臂屈伸使得所述第三机械手位于所述机架的后方；

步骤4：所述第二机械手张开、脱离线路后在所述第二机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前方并重新抓持住线路，然后转至步骤1，当遇到障碍物时所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手避开障碍物前行。

本发明具有以下有益效果：

本发明中的第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂均为可屈伸结构，第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手分别可以在第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂的作用下张开、脱离线路，在遇到障碍物时，位于对角线上的第一机械手和第三机械手分别张开、脱离线路，第一机械臂屈伸使得位于机架中部的第一机械手移动到机架的前方后重新从下方抓持住线路，第三机械臂屈伸使得位于机架后方的第三机械手移动到机架的中部后重新从下方抓持住线路，然后，第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的作用下同时张开、脱离线路并带动机架前移，从而实现越障。

综上，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。

附图说明

图1为本发明的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的结构示意图；

图2-图10为本发明的四机械臂攀爬式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，本发明提供一种四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构，如图1所示，包括机架1，其中：

机架1的四个角分别设置有可沿机架1的行走方向前后屈伸的第一机械臂14、第二机械臂11、第三机械臂2和第四机械臂15；

第一机械臂14、第二机械臂11、第三机械臂2和第四机械臂15上分别设置有用于从下方抓持线路的第一机械手7、第二机械手8、第三机械手3和第四机械手6。

本发明的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构，第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂均为可屈伸结构，第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手分别可以在第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂的作用下张开、脱离线路，且分别可以通过第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂的屈伸实现移动，从而跨越障碍物。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。

优选的，第一机械臂14、第二机械臂11、第三机械臂2和第四机械臂15分别包括依次铰接的第一连杆12、第二连杆10和第三连杆9。这种设计能够使第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂实现屈伸运动，从而带动第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手运动，提高巡线机器人的行走速度。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，第一机械手7、第二机械手8、第三机械手3和第四机械手6均包括一对可张开可对合的机械手指5，另外机械手指5为L钩型结构。这种结构设计能使第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手的动作更加精细，提高抱抓的准确性。

进一步的，第三连杆9上设置有用于铰接机械手指5的机械手腕4。这种设计结构简单，能够使第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手分别从下方抓持住单根导线。

作为本发明的进一步改进，机架1和第一连杆12之间、第一连杆12和第二连杆10之间、第二连杆10和第三连杆9之间、以及机械手指5和机械手腕4之间的铰接轴13均通过电机驱动。这种结构设计可以保证巡线机器人在行走时不易碰撞导线，提高巡线机器人行走时的灵活性和安全性。

另外，如图1所示，本发明中的第三连杆9可以为L型结构，机架1可以设置有凹槽，这种设计结构简单，可以减轻重量，提高巡线机器人的安全性。

需要说明的是，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。

本发明的四机械臂攀爬式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1-4所示，为方便画图，将输电线路画为方形，实际为圆形截面，包括：

步骤1：如图1所示，未遇到障碍物时，第一机械,14和第四机械臂15分别屈伸使得第一机械手7和第四机械手6均位于机架1的中部且抓持住线路，第二机械臂11和第三机械臂2分别屈伸使得第二机械手8和第三机械手3分别位于机架1的前方和后方且抓持住线路；

步骤2：第一机械手7和第三机械手3分别在第一机械臂14和第三机械臂2的作用下同时张开、脱离线路，此时，机架1固定不动，第一机械臂14屈伸使得第一机械手7位于机架1的前方并重新抓持住线路，第三机械臂2屈伸使得第三机械手3位于机架1的中部并重新抓持住线路；

步骤3：第二机械手8和第四机械手6分别在第二机械臂11和第四机械臂15的作用下同时张开、脱离线路并带动机架1前移，此时，第一机械手7和第四机械手6分别在所述第一机械臂14和第四机械臂15的屈伸作用下均位于机架1的中部，所述第二机械臂11和第三机械臂2分别屈伸使得第二机械手8和第三机械手3分别位于机架1的前方和后方；

步骤4：第二机械手8和第四机械手6分别在第二机械臂11和第四机械臂15的作用下同时抓持住线路，然后转至步骤1，当遇到障碍物时，第一机械7、第二机械手8、第三机械手3和第四机械手6避开障碍物前行。

越障方法二：

步骤1：未遇到障碍物时，所述第一机械臂14和第四机械臂15分别屈伸使得所述第一机械手7和第四机械手6均位于所述机架1的中部且抓持住线路，所述第二机械臂11和第三机械臂2分别屈伸使得所述第二机械手8和第三机械手3分别位于所述机架1的前方和后方且抓持住线路；

步骤2：所述第一机械手7在所述第一机械臂14作用下张开、脱离线路，此时，所述机架1固定不动，所述第一机械臂14屈伸使得所述第一机械手7位于所述机架1的前方并重新抓持住线路；

步骤3：所述第三机械手3张开、脱离线路后在所述第三机械臂2的屈伸作用下位于所述机架1的中部并重新抓持住线路，然后，所述第四机械手6在所述第四机械臂15的作用下张开、脱离线路并带动所述机架1前移，此时，所述第一机械手7和第四机械手6分别在所述第一机械臂14和第四机械臂15的屈伸作用下位于所述机架1的中部，所述第三机械臂2屈伸使得所述第三机械手3位于所述机架1的后方；

步骤4：所述第二机械手8张开、脱离线路后在所述第二机械臂11的屈伸作用下位于所述机架1的前方并重新抓持住线路，然后转至步骤1，当遇到障碍物时所述第一机械手7、第二机械手8、第三机械手3和第四机械手6避开障碍物前行。

本发明在遇到障碍物时，越障方法一是位于对角线上的两组机械手同时张开、脱离线路，且分别在相对应的机械臂屈伸的作用下向前运动，该越障方法行走速度较高；为了提高巡线机器人在正常工作或跨越障碍物时的安全性，越障方法二中的巡线机器人在遇到障碍物时，四组机械手中的其中三组同时抓持住线路，一组机械手张开、脱离线路且在对应机械臂的屈伸作用下向前运动。综上本发明中的两种越障方法都解决了现有技术中，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(如引流线、绝缘子串、压接管，悬垂线夹等)，实现了对线路的连续巡检。与现有技术相比，具有减轻劳动强度、降低运行成本、提高巡线机器人安全性，且能够翻越障碍物的优点。

为了增大巡线机器人在正常工作或上下坡时的摩擦力，提高安全性，本发明对四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法作了进一步改进，如图5-10所示，包括：

步骤2进一步为：如图5所示，第一机械手7和第三机械手3分别在第一机械臂14和第三机械臂2的作用下同时张开、脱离线路，此时，机架1固定不动，第一机械臂14屈伸使得第一机械手7位于机架1的前方且与水平面倾斜并重新抓持住线路，第三机械臂2屈伸使得第三机械手3位于机架1的中部并重新抓持住线路；

步骤3进一步为：如图6所示，第二机械手8和第四机械手6分别在第二机械臂11和第四机械臂15的作用下同时张开、脱离线路，第二机械臂11和第四机械臂15分别屈伸使得第二机械手8和第四机械手6分别位于机架1的前方和中部后重新抓持住线路，此时，机架1和第二机械手8均与水平面倾斜；

步骤3之后步骤4之间还包括步骤31：如图7-8所示，第一机械手7和第三机械手3分别在第一机械臂14和第三机械臂2的作用下同时张开、脱离线路且带动机架1前移后重新抓持住线路，然后，第二机械手8和第四机械手6同时张开、脱离线路，第二机械臂11和第四机械臂15分别屈伸使得第二机械手8和第四机械手6分别位于机架1的前方和中部后重新抓持住线路，此时，第三机械手3和第四机械手6均与水平面倾斜；

步骤31之后步骤4之间还包括步骤32：如图9-10所示，第一机械手7张开、脱离线路后在第一机械臂14的屈伸作用下前移并重新抓持住线路，此时，第一机械手7垂直于水平面，然后，第二机械手8和第四机械手6分别在第二机械臂11和第四机械臂15的作用下同时张开、脱离线路且带动机架1前移后重新抓持住线路，紧接着，第三机械手3张开、脱离线路后在第三机械臂2的屈伸作用下前移并重新抓持住线路，此时，第一机械手7、第二机械手8、第三机械手3和第四机械手6均垂直于水平面，机架1与水平面平行。

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 (7)

1.一种四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构包括机架，其中：

所述机架的四个角分别设置有可沿所述机架的行走方向前后屈伸的第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂；

所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂上分别设置有用于从下方抓持线路的第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手；

所述四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：未遇到障碍物时，所述第一机械臂和第四机械臂分别屈伸使得所述第一机械手和第四机械手均位于所述机架的中部且抓持住线路，所述第二机械臂和第三机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第三机械手分别位于所述机架的前方和后方且抓持住线路；

步骤2：所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路，此时，所述机架固定不动，所述第一机械臂屈伸使得所述第一机械手位于所述机架的前方并重新抓持住线路，所述第三机械臂屈伸使得所述第三机械手位于所述机架的中部并重新抓持住线路；

步骤3：所述第二机械手和第四机械手分别在所述第二机械臂和第四机械臂的作用下同时张开、脱离线路并带动所述机架前移，此时，所述第一机械手和第四机械手分别在所述第一机械臂和第四机械臂的屈伸作用下均位于所述机架的中部，所述第二机械臂和第三机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第三机械手分别位于所述机架的前方和后方；

步骤4：所述第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的作用下同时抓持住线路，然后转至步骤1，当遇到障碍物时所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手避开障碍物前行。

2.根据权利要求1所述的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，

所述步骤2进一步为：所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路，此时，所述机架固定不动，所述第一机械臂屈伸使得所述第一机械手位于所述机架的前方且与水平面倾斜并重新抓持住线路，所述第三机械臂屈伸使得所述第三机械手位于所述机架的中部并重新抓持住线路；

所述步骤3进一步为：所述第二机械手和第四机械手分别在所述第二机械臂和第四机械臂的作用下同时张开、脱离线路，所述第二机械臂和第四机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第四机械手分别位于所述机架的前方和中部后重新抓持住线路，此时，所述机架和第二机械手均与水平面倾斜；

所述步骤3之后步骤4之间还包括步骤31：所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路且带动所述机架前移后重新抓持住线路，然后，所述第二机械手和第四机械手同时张开、脱离线路，所述第二机械臂和第四机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第四机械手分别位于所述机架的前方和中部后重新抓持住线路，此时，所述第三机械手和第四机械手均与水平面倾斜；

所述步骤31之后步骤4之间还包括步骤32：所述第一机械手张开、脱离线路后在所述第一机械臂的屈伸作用下前移并重新抓持住线路，此时，所述第一机械手垂直于水平面，然后，所述第二机械手和第四机械手分别在所述第二机械臂和第四机械臂的作用下同时张开、脱离线路且带动所述机架前移后重新抓持住线路，紧接着，所述第三机械手张开、脱离线路后在所述第三机械臂的屈伸作用下前移并重新抓持住线路，此时，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手均垂直于水平面，所述机架与水平面平行。

3.根据权利要求1所述的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂分别包括依次铰接的第一连杆、第二连杆和第三连杆。

4.根据权利要求1所述的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手均包括一对可张开可对合的机械手指。

5.根据权利要求3所述的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述第三连杆上设置有用于铰接所述机械手指的机械手腕。

6.根据权利要求5所述的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述机架和第一连杆之间、所述第一连杆和第二连杆之间、所述第二连杆和第三连杆之间、以及所述机械手指和机械手腕之间的铰接轴均通过电机驱动。

7.根据权利要求6所述的四机械臂攀爬式巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述机械手指为L钩型结构。