CN106786136B - 行星轮式变胞移动机构 - Google Patents

Abstract

一种行星轮式变胞移动机构，有效解决现有巡检作业机构存在的结构及动作过程较复杂，越障时间较长，影响运行稳定性等问题，包括联动架，前、后行走机构和前、后夹持机构及电气控制箱，其技术要点是：采用内啮合变胞行走机构的行走轮通过中心支撑轴组装在转接架上，轴的两端分别固定在联动架上，与行走轮的内齿圈相啮合的行星轮轴一端通过联轴臂与中心支撑轴联接，另一端与驱动电机连接，并驱动行星轮轴转动，使内啮合变胞行走机构变工作构态，带动行走轮沿输电线路行走或在前、后夹持机构配合下越过输电线路上的障碍物，故其结构紧凑，设计合理，改变工作构态转换快捷，提高运行的稳定性，受力平衡，有利于减少耗能，增强巡检作业的可靠性。

Description

行星轮式变胞移动机构

技术领域

本发明涉及一种超高压输电线路巡检作业机构，特别是一种沿长距离输电线路行走巡检时，通过变胞构态移动灵活稳定地跨越架空地线上各种型号的防振锤等不同障碍物，自动增大爬坡越障能力的行星轮式变胞移动机构。它也可用于其它架空线路的巡检。

背景技术

长距离输配电的主要方式是采用架空高压输电线路。电力设备长期裸露在野外容易受到损坏，如不及时修复更换，原有小的损伤就有可能扩大，将导致输电中断，甚至发生输电事故，因此需要定期对其进行检查。线路巡检的方式包括人工巡检和直升机巡检。人工巡检工作效率低，劳动强度大。而直升机巡检成本高，且受天气条件限制，所以目前的巡检方式还是以人工巡检为主。鉴于以上人工巡检和直升机巡检存在的缺陷，近年来出现了可带电作业、能沿高压输电线路行走的巡检机器人机构。

据相关文献报道，在现有的超高压输电线路巡检机器人机构中，大部分采用复合移动机构，如“一种输电线路检测移动机器人”（《电力传输》， 1991，Vol.6，No.1：pp.309-315）；也有的采用多组移动单元串联组成的多自由度移动机构，如“一种多单元结构无线移动机器人”（IEEE/RSJ 《国际智能机器人与系统研讨会》，Sep.4-6，1989，Tsukuba，Japan，pp.414-421）。这种机器人由六个移动单元串联组成，单元之间用水平旋转副连接，其手臂采用伸缩式结构实现抬升和下降，多单元串联结构整体没有变形功能，在具有一定坡度的线路上行进时，手臂无法通过长度伸缩保持竖直状态，导致其行走轮受力状态差，运行不稳定；同时该机器人工作所需空间大，手臂过长，使其本体与输电线路距离过大。这些巡检机器人的结构复杂、重量大，跨越障碍过程复杂，越障时间长，行走速度慢，爬坡角度小，在行走时安全保护性差，因此，难以应用于实际的超高压输电线路巡检作业中。

本申请人曾针对上述问题，设计出授权公告号为CN102709838B的“一种高压输电线路巡检机器人机构”，其公开的机构由两个带有柔索的手臂机构和箱体组成。该机构虽然能够自动适应线路的角度，但在跨越障碍物时由单臂挂线，重心移到挂线手臂的柔索上，容易引起在单臂挂线时箱体的摇晃，运行稳定性受到影响；在调整手臂姿态时，手臂机构作伸缩运动，因需要同时控制手臂机构三个旋转副的角度和滚筒的旋转角度，才能保证柔索与手臂不发生干涉，故其控制方法及动作过程显得较为复杂。上述文献公开的高压输电线路巡检机器人机构，在越障能力方面也都存在不同程度的缺陷。

据此，又设计出公告号为CN101471546B的“一种具有故障释放功能的巡线机器人行走夹持机构”，其记载的技术方案中具有安装于支座上的行走机构和夹持机构，夹持机构包括：夹持电机，安装于支座上，输出轴安装有卷筒；卷筒上的绕线分别通过固定于支座上的前滑轮及后滑轮接至前夹子及后夹子的一个夹爪的末端；前夹子及后夹子，二者具有相同结构，分别通过扇齿轮转动安装于支座的前支架及后支架上，前夹子及后夹子分别位于行走机构中的行走轮的正前方及正后方，每个夹子具有两个夹爪，夹爪的末端通过弹簧连接，两夹爪之间通过扇齿轮啮合。其采用行走机构和夹持机构的轮爪复合机构，利于行走和越障，确保不掉线起到安全保护作用。尽管其充分利用具有的故障释放功能，能满足野外作业和上下线路的需要，但是，由于其仍采用公告号为CN102709838B的“一种高压输电线路巡检机器人机构”中的行走机构，即行走电机输出轴直接驱动行走轮在输电线路上运动，遇到障碍物时得需要通过手臂的四个动作协调作用，才能实现跨越输电线路上的障碍物，所以其越障的控制方法及动作过程还是显得有些复杂，运行稳定性也受到一定影响。因此，现有超高压输电线路巡检作业机构亟待进一步完善。

发明内容

本发明的目的是提供一种行星轮式变胞移动机构，有效解决现有巡检作业机构存在的结构及动作过程较复杂，越障时间较长，影响运行稳定性等问题，其结构紧凑，设计合理，改变工作构态转换快捷，提高运行的稳定性，受力平衡，有利于减少耗能，增强巡检作业的可靠性。

本发明所采用的技术方案是：该行星轮式变胞移动机构包括联动架，组装在联动架上的结构相同独立驱动的前、后行走机构和前、后夹持机构及与联动架连接在一起的电气控制箱，其技术要点是：所述联动架包括组装在一起的联动架座和联动架挡板，前、后行走机构均采用由带内齿圈的行走轮、中心支撑轴、行星轮轴、联轴臂和驱动电机组成的内啮合变胞行走机构，沿输电线路移动的行走轮通过中心支撑轴组装在转接架的两侧臂上，中心支撑轴的一端固定在联动架挡板上，中心支撑轴的另一端固定在联动架座上，与行走轮的内齿圈相啮合的行星轮轴一端通过联轴臂与中心支撑轴联接在一起，行星轮轴另一端通过组装在转接架侧臂的轴承和轴承端盖与驱动电机输出轴连接在一起，并利用驱动电机驱动与行走轮的内齿圈相啮合的行星轮轴转动，使内啮合变胞行走机构改变工作构态，带动绕中心支撑轴转动的行走轮沿输电线路行走或在前、后夹持机构配合下越过输电线路上的障碍物。

所述电气控制箱上设置连接座，连接座通过与联动架分别铰接的连接杆和上下线锁紧组件，使电气控制箱与联动架连接在一起。

所述上下线锁紧组件包括固定联杆、限位销和活动联杆，固定联杆的上端通过销轴铰接在转接架侧臂上，固定联杆下端的开口槽与活动联杆的上端插接在一起，并利用限位销锁紧。

所述内啮合变胞行走机构的行走轮在输电线路上正常行走没有遇到障碍物时，行星轮轴上的行星齿轮始终处于与行走轮的内齿圈啮合的最低点，行走轮正常向前行走，此时为内啮合变胞行走机构的行走构态，即改变工作构态的第一构态。当行走轮正常行走遇到障碍物时，行走轮由于受防振锤等障碍物和输电线路摩擦力的作用而停止转动，行星轮轴上的行星齿轮则在驱动力的作用下开始沿着行走轮向上攀升，直到使行走轮跨越障碍物，此时内啮合变胞行走机构的越障构态，为改变工作构态的第二构态。当行走轮在前、后夹持机构配合下越过输电线路上的障碍物后，行星轮轴上的行星齿轮又处于与行走轮的内齿圈啮合的最低点时，内啮合变胞行走机构改变为第一构态。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明的前、后夹持机构采用“一种具有故障释放功能的巡线机器人行走夹持机构”（公告号为CN101471546B）中的前、后夹持机构的基本结构，而前、后行走机构却引入了由带内齿圈的行走轮、中心支撑轴、行星轮轴、联轴臂和驱动电机组成的内啮合变胞行走机构，所以充分利用内啮合变胞行走机构具有的改变工作构态实现不同运动的特点，使之与技术成熟的夹持机构相结合，来克服现有巡检作业机构上存在的诸多问题，从而成为本申请人率先借助于变胞原理，设计出适用于巡检作业的行星轮式变胞移动机构。因沿输电线路移动的行走轮通过中心支撑轴组装在转接架的两侧臂上，中心支撑轴的一端固定在联动架挡板上，中心支撑轴的另一端固定在联动架座上，与行走轮的内齿圈相啮合的行星轮轴一端通过联轴臂与中心支撑轴联接在一起，行星轮轴另一端通过组装在转接架侧臂的轴承和轴承端盖与驱动电机输出轴连接在一起，并利用驱动电机驱动与行走轮的内齿圈相啮合的行星轮轴转动，使内啮合变胞行走机构改变工作构态，带动绕中心支撑轴转动的行走轮沿输电线路行走或在前、后夹持机构配合下越过输电线路上的障碍物，故基于变胞原理设计的行星轮式变胞移动机构结构紧凑，设计合理，改变工作构态转换快捷，提高运行的稳定性，受力平衡，有利于减少耗能，增强巡检作业的可靠性。具体来说，行走轮在输电线路上没有遇到障碍物正常行走时，由于重力作用，行星轮轴上的行星齿轮与行走轮内齿圈的啮合点始终处于最低点，行走轮下方夹紧轮均处于闭合状态，行走轮由联动架连接，增加了行走的稳定性，行走轮在行星轮轴上的行星齿轮的碾压作用下沿输电线路匀速稳定前进，此时为内啮合变胞行走机构的行走构态，即改变工作构态的第一构态。当前行走轮遇到障碍物时，在前、后夹持机构配合下，前行走轮下方的夹紧轮此时处于打开状态，后行走轮下方夹紧轮仍处于闭合状态，此时前行走轮由于与障碍物和输电线路的摩擦作用而停止转动，而由于联动架的作用，当前行走轮停止转动时，后行走轮也随之停止转动或原地打滑，行星轮轴上的行星齿轮则在驱动力作用下开始沿着行走轮的内齿圈向上攀升。行星轮轴上的行星齿轮在驱动力作用下沿着行走轮的内齿圈逐渐向上爬升的过程中，转接架也绕着中心支撑轴转动，将整个机构的质心提高，同时后行走轮通过联动架给前行走轮提供一个推力，前行走轮在行星轮轴上的行星齿轮的强大压力作用下腾空而起，一跃而上，并顺利越过障碍物。当后行走轮开始越障时，此时前行走轮下方夹紧轮处于闭合状态，后行走轮下方夹紧轮处于打开状态，前行走轮通过联动架给后行走轮提供拉力，有利于后行走轮越障，后行走轮越障原理与前行走轮一样，此时为内啮合变胞行走机构的越障构态，即改变工作构态的第二构态。当行走轮在前、后夹持机构配合下越过输电线路上的障碍物后，行星轮轴上的行星齿轮又处于与行走轮的内齿圈啮合的最低点时，内啮合变胞行走机构改变为第一构态，完成变工作构态之间的相互转变。然后再重复以上过程，实现整个移动机构的周期性连续在输电线路上正常行走或越障。因此，本发明有效解决现有巡检作业机构存在的结构及动作过程较复杂，越障时间较长，影响运行稳定性等问题。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1为本发明的一种整体结构示意图；

图2为图1的后视图；

图3为图1中卸除部分零件的结构示意图；

图4为图1中一组内啮合变胞行走机构和夹持机构的放大结构示意图；

图5为图3中内啮合变胞行走机构的局部放大结构示意图；

图6为图1中转接架的一种结构示意图；

图7为图1中上下线锁紧组件的一种结构示意图；

图8为图1中联动架座的一种结构示意图；

图9为图1中夹持机构的夹持组件结构示意图；

图10为图4中沿内啮合变胞行走机构的行走轮轴线的纵向剖视图。

图中序号说明：1夹持机构、2内啮合变胞行走机构、3联动架挡板、4连接杆、5电气控制箱、6连接座、7上下线锁紧组件、8转接架、9联动架座、10中心支撑轴、11夹紧电机、12联轴臂、13行走轮、14行星轮轴、15驱动电机、16输电线路、17固定联杆、18限位销、19活动联杆、20轴承端盖。

具体实施方式

根据图1～10和具体实施例详细说明本发明的具体结构。该行星轮式变胞移动机构包括联动架，组装在联动架上的结构相同独立驱动的前、后行走机构和前、后夹持机构1及与联动架连接在一起的电气控制箱5等零部件。其中联动架包括组装在一起的联动架座9和联动架挡板3，联动架座9和联动架挡板3通过紧固件连接固定，以方便安装。前、后夹持机构1采用公告号为CN101471546B的“一种具有故障释放功能的巡线机器人行走夹持机构”中的前、后夹持机构的基本结构，而前、后行走机构则采用结构独特的内啮合变胞行走机构2。因此，只对其中的内啮合变胞行走机构2进行详细说明，对前、后夹持机构1的结构组成与在输电线路16上行走时夹子夹持动作过程，在此不一一赘述。

前、后行走机构所采用的内啮合变胞行走机构2由带内齿圈的行走轮13、中心支撑轴10、行星轮轴14、联轴臂12和驱动电机15等件组成。沿输电线路16移动的行走轮13通过中心支撑轴10组装在转接架8的两侧臂上，中心支撑轴10的一端固定在联动架挡板3上，中心支撑轴10的另一端固定在联动架座9上。与行走轮13的内齿圈相啮合的行星轮轴14一端通过联轴臂12与中心支撑轴10联接在一起，行星轮轴14另一端通过组装在转接架8侧臂的轴承和轴承端盖20与驱动电机15输出轴连接在一起，并利用驱动电机15驱动与行走轮13的内齿圈相啮合的行星轮轴14转动，使内啮合变胞行走机构2改变工作构态，带动绕中心支撑轴10转动的行走轮13沿输电线路16行走或在前、后夹持机构1配合下越过输电线路16上的障碍物。电气控制箱5上设置连接座6，各连接座6通过与联动架分别铰接的连接杆4和上下线锁紧组件7，使电气控制箱5与联动架连接在一起。上下线锁紧组件7包括固定联杆17、限位销18和活动联杆19等件。固定联杆17的上端通过销轴铰接在转接架8侧臂上，固定联杆17下端的开口槽与活动联杆19的上端插接在一起，并利用限位销18锁紧，以方便拆卸、安装。

内啮合变胞行走机构2的行走轮13在输电线路16上正常行走没有遇到障碍物时，行星轮轴14上的行星齿轮始终处于与行走轮13的内齿圈相啮合的最低点，行走轮13正常向前行走，此时为内啮合变胞行走机构的行走构态，即改变工作构态的第一构态。当行走轮13正常行走遇到障碍物时，行走轮13由于受防振锤等障碍物和输电线路摩擦力的作用而停止转动，行星轮轴14上的行星齿轮则在驱动力的作用下开始沿着行走轮13的内齿圈向上攀升，直到使行走轮13跨越障碍物，此时为内啮合变胞行走机构2的越障构态，为改变工作构态的第二构态。当行走轮13在前、后夹持机构1配合下越过输电线路16上的障碍物后，行星轮轴14上的行星齿轮又处于与行走轮13的内齿圈相啮合的最低点时，内啮合变胞行走机构2改变为第一构态，完成改变工作构态之间的相互转变。然后再重复以上过程，实现整个移动机构的周期性连续在输电线路16上正常行走或越障；驱动电机15反向转动可以实现整体机构的反向移动，即此移动机构可以实现往复式在输电线路16上正常行走或越障。

当在输电线路16上进行巡检作业时，此时拆卸上下线锁紧组件7的限位销18，使固定联杆17下端的开口槽与活动联杆19的上端处于打开状态，从打开处穿入输电线路16，然后把固定联杆17下端的开口槽与活动联杆19的上端插接在一起，并利用限位销18锁紧，使上下线锁紧组件7处于锁紧状态。整个内啮合变胞行走机构2的电气控制箱5通过连接杆4和上下线锁紧组件7与前、后转接架8以销轴铰接在一起。

内啮合变胞行走机构2通过联动架连接在一起，当前行走轮13越障时，后行走轮13通过联动架可以给前行走轮13一个推力，有助于前行走轮13越障；当后行走轮13越障时，前行走轮13可以通过联动架给后行走轮13一个拉力，有助于后行走轮13的越障。同时，联动架的存在可以使前、后行走轮13之间保持固定的距离，避免了前、后行走轮13之间在越障过程中的干涉及碰撞。

Claims (4)

1.一种行星轮式变胞移动机构，包括联动架，组装在联动架上的结构相同独立驱动的前、后行走机构和前、后夹持机构及与联动架连接在一起的电气控制箱，其特征在于：所述联动架包括组装在一起的联动架座和联动架挡板，前、后行走机构均采用由带内齿圈的行走轮、中心支撑轴、行星轮轴、联轴臂和驱动电机组成的内啮合变胞行走机构，沿输电线路移动的行走轮通过中心支撑轴组装在转接架的两侧臂上，中心支撑轴的一端固定在联动架挡板上，中心支撑轴的另一端固定在联动架座上，与行走轮的内齿圈相啮合的行星轮轴一端通过联轴臂与中心支撑轴联接在一起，行星轮轴另一端通过组装在转接架侧臂的轴承和轴承端盖与驱动电机输出轴连接在一起，并利用驱动电机驱动与行走轮的内齿圈相啮合的行星轮轴转动，使内啮合变胞行走机构改变工作构态，带动绕中心支撑轴转动的行走轮沿输电线路行走或在前、后夹持机构配合下越过输电线路上的障碍物。

2.根据权利要求1所述的行星轮式变胞移动机构，其特征在于：所述电气控制箱上设置连接座，连接座通过与联动架分别铰接的连接杆和上下线锁紧组件，使电气控制箱与联动架连接在一起。

3.根据权利要求2所述的行星轮式变胞移动机构，其特征在于：所述上下线锁紧组件包括固定联杆、限位销和活动联杆，固定联杆的上端通过销轴铰接在转接架侧臂上，固定联杆下端的开口槽与活动联杆的上端插接在一起，并利用限位销锁紧。

4.根据权利要求1所述的行星轮式变胞移动机构，其特征在于：所述内啮合变胞行走机构的行走轮在输电线路上正常行走没有遇到障碍物时，行星齿轮始终处于与行走轮的内齿圈啮合的最低点，行走轮正常向前行走，此时为内啮合变胞行走机构的行走构态，即改变工作构态的第一构态；当行走轮正常行走遇到障碍物时，行走轮由于受防振锤障碍物和输电线路摩擦力的作用而停止转动，行星齿轮则在驱动力的作用下开始沿着行走轮向上攀升，直到使行走轮跨越障碍物，此时内啮合变胞行走机构的越障构态，为改变工作构态的第二构态；当行走轮在前、后夹持机构配合下越过输电线路上的障碍物后，行星齿轮又处于与行走轮的内齿圈啮合的最低点时，内啮合变胞行走机构改变为第一构态。