CN107086489B - 一种应用于架空高压输电线机器人的可分离越障机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明是一种应用于架空高压输电线机器人的可分离越障机械臂。本发明涉及电力系统维护及高压线巡检机器人技术领域，包含十字锁合机构、齿轮副抱线机构、坡度适应导向机构、推杆制动机构以及齿轮齿条机构，其中：十字锁合机构用于实现锁槽与锁芯的锁紧与分离动作；齿轮齿条机构用于快速地实现两侧支撑臂的开合动作；齿轮副抱线机构用于保持本机器人行走过程中稳定性；推杆制动机构用于实现行走轮的卡死与松开；坡度适应导向机构用于整机坡度适应，并达到防倾覆效果。与传统的架空高压输电线机器人上的机械臂相比，本发明能实现整机的坡度自适应与越障锁合功能，并优化了越障方式，使越障过程更灵活迅捷，具有更强的环境适应性与运动可靠性。

Description

一种应用于架空高压输电线机器人的可分离越障机械臂

技术领域

本发明涉及电力系统维护及高压线巡检机器人技术领域，具体地指一种应用于架空高压输电线机器人的可分离越障机械臂。

背景技术

输电安全是经济发展的基石。电力从电厂到用户(工厂、民宅)途中要经历升压变电站、高压输电线路、降压变电站和低压配电线路四重阶段，运送电力的整条输变电系统多数时候都暴露在露天野外。

为了保证输电线路的安全、可靠运行，电网运行部门需要定期对输变电系统进行巡检、维修维护以确保消除故障或故障隐患。

目前，电网高压线路的巡检大部分仍采用传统的人工巡检方式，即人工沿线行走及登塔，借助望远镜、照相机或摄像机等对线路隐患进行巡查。在人工巡检中，人工成本增长快速、巡检环境危险、恶劣、巡检质量难于保证、巡检管理困难等，且穿越大山、大江、森林或原始森林或无人区线路，人工难以抵达。

随着科技发展，如今出现了不少替代巡线方式，包括直升机巡检及特种机器人巡检等，这些巡检方式大多耗费高昂并且效率较低，从而基于大数据和物联网融合的系统正走向大规模使用，架空线高压输电机器人也应运而生。

高压输电线巡检机器人在高压线上行走时，由于外部环境的影响，对其自身性能的考验较大，因此，当前的高压输电线巡检机器人多存在越障困难、稳定性较差的问题，具体表现在越障时的稳定性与行进过程中的防倾覆问题。目前国内的高压输电线巡检机器人的研究多针对越障形式的改进，但依然没有较好的解决方案，在越障过程中行为繁琐，并且存在一定量的冗余结构设计，无法达到巡检机器人对于高压线巡检的多数基本要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种应用于架空高压输电线机器人的可分离越障机械臂，以解决目前架空线高压输电机器人在高压线上运行时，具有越障过程与行走过程较为繁琐，且行走机械臂上存在冗余结构的问题。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的应用于架空高压输电线机器人的可分离越障机械臂，包括十字锁合机构、齿轮副抱线机构、坡度适应导向机构、推杆制动机构和齿轮齿条机构，其中：十字锁合机构用于实现锁槽与锁芯的锁紧与分离动作，以完成机器人即架空高压输电线机器人运行过程与越障过程的切换；齿轮副抱线机构用于防止行走臂单侧倾倒下坠，以保证机器人在突发情况时于高压线上位置的稳定；坡度适应导向机构用于机器人运行时机械臂上下部分对不同坡度的倾斜角度进行调节，实现机器人运行过程中空间位置的相对稳定，并达到防倾覆效果；推杆制动机构用于行走轮的卡死与松开，实现机器人的刹车抱闸动作；齿轮齿条机构用于两侧支撑臂的开合动作，以完成十字锁合机构的工作过程。

所述的十字锁合机构，包括传动与支撑机构、锁紧与分离动作机构，该十字锁合机构通过其左侧传动支撑臂与齿轮齿条机构的左滑块相连。

所述的传动与支撑机构，包括行走轮驱动电机、右侧传动支撑臂和左侧传动支撑臂，其中：右侧传动支撑臂上装有行走轮驱动电机，该电机通过联轴器与行走轮的传动轴相连，用于驱动行走轮旋转，以实现整机在高压线上的行走过程，同时两侧传动支撑臂、左侧传动支撑臂通过与整体机架固定连接，实现锁合机构对于机械臂整体稳定性作用。

所述的锁紧与分离动作机构，主要由锁槽、支撑套筒、锁芯控制电机、锁头端盖、锁芯、左右滑块，以及左侧传动支撑臂组成，其中：锁芯控制电机通过螺栓固定连接在锁头端盖上，锁头端盖中部打有孔，通过法兰与左侧传动支撑臂的左侧由螺栓相连接；支撑套筒配合在锁芯上，锁芯前端设有凸起锁齿；锁槽通过螺栓连接固定在轮夹盖上，与左侧的锁芯保持精确的平行度关系；左滑块和右滑块，其通过两侧配合装配在开口槽上，构成运动副；左滑块和右滑块分别和左侧传动支撑臂与右侧传动支撑臂间通过多根螺栓相连接，当齿轮齿条机构带动滑块移动时，可以带动两侧的传动支撑臂运动。

所述的锁槽位于轮夹盖单侧，构成同一整体；其设计为双层，通过多层锁合设计以增强其与锁芯的锁合可靠性。

所述的锁芯，其穿过锁头端盖中心的通孔与锁芯控制电机由联轴器相连接；当锁芯控制电机输出扭矩时，其带动锁芯转动，与下方的齿轮齿条机构协同运作实现锁齿与锁槽的开合动作，其中锁齿初始位置与锁槽的第一层锁槽入口相对应，同时锁齿脱离锁合后同样与锁槽的第一层锁槽入口相对应；当锁合过程开始时，两侧传动支撑臂相向运动，使锁芯进入锁齿第一层锁槽入口到达第二层锁槽，锁芯控制电机驱动锁芯旋转固定角度或触发行程开关后停止运动；当受风载荷等干扰载荷时，锁芯轴向构成约束，防止锁芯轴向运动，以实现可靠锁合。

所述的齿轮副抱线机构，通过其轮夹盖与十字锁合机构的锁槽相连。该齿轮副抱线机构主要由顶板、轮夹盖、直流电机、抱线夹和外啮合齿轮组成，其中：轮夹盖与顶板间通过多根螺栓进行连接；轮夹盖外侧装有三个外啮合齿轮，前两个齿轮上装有一对抱线夹，第三外啮合齿轮由直流电机传动。

所述的坡度适应导向机构，是一种设计有于行走轮两侧的配置双导向轮的坡度适应导向机构，在行进过程中，其依靠整机重力势能进行角度的导向调整：在坡度发生倾斜时，弹簧导向轮下压，保证其在高压线上运行的稳定性，使整机运行平稳；在越障过程中时，同理实现越障过程中对不同坡度引流线的运动自适应功能，保持机械臂的空间姿态平稳；同时其下部的防倾覆机构实现机械臂在倾向角度改变时，根据最小势能原理，整臂上下两部分空间位置关系将随之调整，保证整机行进过程中的稳定性，并防止整机在越障过程中发生倾覆。

所述的坡度适应导向机构，通过其单向弹簧导轮支架与齿轮副抱线机构的轮夹盖相连，该坡度适应导向机构主要由行走轮、单向弹簧导轮支架、导向轮连接杆、导向轮、左右滑块、开口槽、横块、转轴以及防倾覆弹簧组成，其中：

所述行走轮位于轮夹盖下方，该行走轮两侧均设有单向弹簧导轮支架，其与导向轮连接杆之间采用螺栓连接，而导向轮连接杆与单侧导向轮之间同样采用螺栓连接，以保证导向轮位置的固定；

所述单向弹簧导轮支架设计为空心长方体形，前部设有K型附板用于与其他机构的固接，其通过螺纹连接固定于轮夹上，并与右侧传动支撑臂固定连接为同一整体；

所述单侧导向轮通过导向轮连接杆安装于单向弹簧导轮支架下侧，其与单向弹簧导轮支架之间安装有硬质弹簧件；当机械臂倾斜时，单侧导向轮通过内部弹簧元件将反力传递至右侧传动支撑臂；当行走轮运行于高压线上时，单侧导向轮辅助前进，导线坡度发生变化后，弹簧元件发生形变，由于轮夹盖与右侧传动支撑臂固定约束传递反力于导向轮，使其压紧高压线；

右侧传动支撑臂与右滑块之间通过四根螺栓连接，右滑块与左滑块均通过自由度限制保持在开口槽上，构成运动副；连接板右侧支撑与连接板左侧支撑焊接于开口槽上，并通过固定连接板两侧的凸起实现配合固定；下方的固定连接板内部的转轴上设有轴套与两侧的横块，转轴通过两侧通孔与外部凸起配合，横块通过两侧的多根防倾覆弹簧与固定连接板相连接，从而实现内部机构位置的固定。

所述的推杆制动机构，主要由制动卡槽以及上部电动推杆组成，通过电动推杆行程变化，实现制动卡槽对行走轮的抱闸过程，用于在越障过程前实现行走动作的制动，保证在任何越障过程与运行过程中整机的急停与位移的限制。

本发明与现有技术相比具有以下主要的有益效果：

1.所采用的十字锁合机构设计有双层十字卡槽，通过与齿轮齿条机构的联立使用，能对越障行走轮的支撑架固定锁合，可以保证运行过程中机器整体的安全可靠与稳定。

2.所采用的齿轮副抱线机构通过直流电机控制三个外啮合齿轮，实现对于抱线夹的夹紧与松开高压线的动作，保证整机在运行过程中稳定在高压线上，可保护运行过程的安全。

3.所采用的坡度适应导向机构由行走轮内部两侧的双导轮、外侧的导向弹簧以及机架组成，根据不同斜坡倾斜角度的不同，可以实现越障过程中对不同坡度引流线的运动自适应，保持机箱空间平稳性；同时其下部的防倾覆机构可以根据导向轮倾向角度的偏移，维持整机相对高压线的平行，保证整机在行进过程中的稳定性。

4.所采用的推杆制动机构由电动推杆和制动卡槽组成，用于实现行走动作的制动，保证在任何越障过程与运行过程中，实现对于整机的急停与行走轮位移的限制。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的十字锁合机构示意图；

图3为本发明的坡度适应导向机构示意图。

图中：1.顶板，2.轮夹盖，3.直流电机，4.行走轮驱动电机，5.抱线夹，6.制动卡槽，7.上部电动推杆，8.右侧传动支撑臂，9.右滑块，10.开口槽，11.连接板右侧支撑，12.防倾覆弹簧，13.横块，14.固定连接板，15.辅助支撑杆，16.下部电动推杆，17.底部旋转座，18.仰角电机，19.固定座，20.锁槽，21.支撑套筒，22.锁芯控制电机，23.左侧传动支撑臂，24.左滑块，25.轴套，26.转轴，27.连接板左侧支撑，28.行走轮，29.单向弹簧导轮支架，30.导向轮连接杆，31.导向轮，32.锁头端盖，33.开合齿条，34.中心齿轮，35.齿轮齿条机构电机，36.外啮合齿轮，37.锁齿，38.锁芯。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明专利作进一步说明，但不限定本发明专利。

本发明提供的应用于架空高压输电线机器人的可分离越障机械臂，其结构如图1所示，根据功能不同分为十字锁合机构、齿轮副抱线机构、坡度适应导向机构、推杆制动机构和齿轮齿条机构，其中：十字锁合机构用于锁槽20与锁芯38的锁紧与分离动作，实现架空高压输电线机器人(简称机器人)运行过程与越障过程的切换；齿轮副抱线机构防止行走臂单侧倾倒下坠，以保证机器人在突发情况时于高压线上位置的稳定；坡度适应导向机构用于机器人运行时机械臂上下部分对不同坡度的倾斜角度进行调节，实现机器人运行过程中空间位置的相对稳定，并达到防倾覆效果；推杆制动机构用于行走轮28的卡死与松开，实现机器人的刹车抱闸动作；齿轮齿条机构用于两侧支撑臂的开合动作，以实现十字锁合机构的工作过程。

所述十字锁合机构，通过其左侧传动支撑臂23与齿轮齿条机构的左滑块24相连。该十字锁合机构包括传动与支撑机构、锁紧与分离动作机构。该十字锁合机构设有双层十字卡槽，通过锁芯控制电机的旋转与齿轮齿条机构的动作，实现锁芯对于锁槽的卡紧，同时结合锁槽根部的限位开关实现对电机驱动的控制，本机构通过锁合机构的锁紧与分离功能，保证运行过程中避障动作的实现。

所述传动与支撑机构，包括行走轮驱动电机4、右侧传动支撑臂8和左侧传动支撑臂23，其中：右侧传动支撑臂8上装有行走轮驱动电机4，该电机通过联轴器与行走轮28的传动轴相连，用于驱动行走轮28旋转，以实现整机在高压线上的行走过程，同时两侧传动支撑臂8、左侧传动支撑臂23通过与整体机架固定连接，实现锁合机构对于机械臂整体稳定性作用。

所述锁紧与分离动作机构，如图2所示，该机构主要由锁槽20、支撑套筒21、锁芯控制电机22、锁头端盖32、锁芯38、锁齿37、左滑块24以及右滑块9组成，以及左侧传动支撑臂23组成，其中：锁芯控制电机22通过螺栓固定连接在锁头端盖32上，锁头端盖32中部打有孔，通过法兰与左侧传动支撑臂23左侧由螺栓连接；支撑套筒21配合在锁芯38上，锁芯38前端设有凸起锁齿37；锁槽20通过螺栓连接固定在轮夹盖2上，与左侧的锁芯保持精确的平行度关系。

所述锁槽20位于轮夹盖2单侧，构成同一整体；其设计为双层，通过多层锁合设计以增强其与锁芯38的锁合可靠性。

所述锁芯38，其穿过锁头端盖32中心的通孔与锁芯控制电机22由联轴器相连接。当锁芯控制电机22输出扭矩时，其带动锁芯38转动，与下方的齿轮齿条机构协同运作实现锁齿37与锁槽20的开合动作，其中锁齿37初始位置与锁槽20的第一层锁槽入口相对应，同时锁齿37脱离锁合后同样与锁槽20的第一层锁槽入口相对应。当锁合过程开始时，两侧传动支撑臂相向运动，使锁芯38进入锁齿37第一层锁槽入口到达第二层锁槽，锁芯控制电机22驱动锁芯38旋转固定角度或触发行程开关后停止运动。当受风载荷等干扰载荷时，锁芯38轴向构成约束，防止锁芯38轴向运动，以实现可靠锁合。

所述左滑块24和右滑块9，其通过两侧配合装配在开口槽10上，构成运动副。左滑块24和右滑块9分别和左侧传动支撑臂23与右侧传动支撑臂8通过六根螺栓相连接，当齿轮齿条机构带动滑块移动时，可以带动两侧的传动支撑臂运动。

所述的齿轮副抱线机构，是一种采用三个外啮合齿轮36与直流电机3配合使用的齿轮副抱线机构，该机构通过直流电机带动一个外啮合齿轮36以驱动另两个转向相反的从动齿轮，两者即可控制一对抱线夹完成松开或夹紧的动作。通过抱线夹的夹紧来增大对高压输电线，即钢芯铝绞线的有效摩擦面积，保证整机在高压输电线上稳定运行。当出现驱动异常时，抱线夹将抱合到最紧，使整机稳定停止于高压线固定位置，保护高空运行过程的整机安全。

所述的齿轮副抱线机构，通过其轮夹盖2与十字锁合机构的锁槽20相连。该齿轮副抱线机构主要由顶板1、轮夹盖2、直流电机3、抱线夹5和外啮合齿轮36组成，其中：轮夹盖2与顶板1间采用多根螺栓进行连接；而轮夹盖2外侧装有三个外啮合齿轮36，前两个齿轮上装有一对抱线夹5，第三外啮合齿轮由直流电机3传动。当机器人在高压线上行进前，直流电机3驱动外啮合齿轮36转动，使抱线夹5向内运动固定角度，实现对高压线的抱线动作，抱线夹与高压线构成摩擦副，维持机器人在高压线上运动的稳定性；当遭遇大风等突发情况时，直流电机3再次转动，使抱线夹5抱紧高压线，同时推杆制动机构中的上部电动推杆7迅速向上运动，其上部的制动卡槽6卡住行走轮28，整个机器人固定在高压线上，防止行走臂单侧倾倒下坠，以保证机器人在突发情况时于高压线上位置的稳定。

所述轮夹盖2为一敞口的长方体箱体，其内腔容纳行走轮28和导向轮31等运动组件。其与右侧传动支撑臂8上端通过螺钉螺母组件连接，以保证机构整体的稳定性。

所述外啮合齿轮36共有三个，其三者之间均通过外啮合传动。前两个外啮合齿轮通过传动轴与抱线夹5配合连接，通过螺母固定；第三外啮合齿轮中的传动轴通过联轴器与直流电机3相连接，由此该齿轮作为传动的主动轮，由直流电机3的正反转输出扭矩带动该齿轮转动，从而驱动抱线夹5完成机械臂抱线与松开动作，即建立或解除抱线夹与高压线的摩擦副，保证机器人在高压线上运行过程与突发状态下运行或制动的稳定性。

所述的坡度适应导向机构，是一种设计有于行走轮两侧的配置双导向轮的坡度适应导向机构，在行进过程中，其依靠整机重力势能进行角度的导向调整：在坡度发生倾斜时，弹簧导向轮31下压，保证其在高压线上运行的稳定性，使整机运行平稳；在越障过程中时，同理实现越障过程中对不同坡度引流线的运动自适应功能，保持机械臂的空间姿态平稳；同时其下部的防倾覆机构实现机械臂在倾向角度改变时，根据最小势能原理，整臂上下两部分空间位置关系将随之调整，保证整机行进过程中的稳定性，并防止整机在越障过程中发生倾覆。

所述的坡度适应导向机构，通过其单向弹簧导轮支架29与齿轮副抱线机构的轮夹盖2相连。如图3所示，该机构主要由行走轮28，单向弹簧导轮支架29，导向轮连接杆30，导向轮31，右滑块9，开口槽10，连接板右侧支撑11，横块13，固定连接板14，左滑块24，轴套25，转轴26，连接板左侧支撑27，防倾覆弹簧12以及轮夹盖2多个构件组成。

所述行走轮28位于轮夹盖2下方，该行走轮28两侧均设有单向弹簧导轮支架29，其与导向轮连接杆30之间采用螺栓连接，而导向轮连接杆30与单侧导向轮31之间同样采用螺栓连接，以保证导向轮31位置的固定。

所述单向弹簧导轮支架29设计为空心长方体形，前部设有K型附板用于与其他机构的固接，其通过螺纹连接固定于轮夹上，并与右侧传动支撑臂8固定连接为同一整体。

所述单侧导向轮31通过导向轮连接杆30安装于单向弹簧导轮支架29下侧，其与单向弹簧导轮支架29之间安装有硬质弹簧件。当机械臂倾斜时，单侧导向轮31通过内部弹簧元件将反力传递至右侧传动支撑臂8。当行走轮28运行于高压线上时，单侧导向轮31辅助前进，导线坡度发生变化后，弹簧元件发生形变，由于轮夹盖2与右侧传动支撑臂8固定约束传递反力于导向轮31，使其压紧高压线。

其中，右侧传动支撑臂8与右滑块9之间通过四根螺栓连接，右滑块9与左滑块24均通过自由度限制保持在开口槽10上，构成运动副。连接板右侧支撑11与连接板左侧支撑27焊接于开口槽10上，并通过固定连接板14两侧的凸起实现配合固定。下方的固定连接板14内部的转轴26上设有轴套25与两侧的横块13，转轴26通过两侧通孔与外部凸起配合，而横块13通过两侧的八根防倾覆弹簧12与固定连接板14相连接，从而实现内部机构位置的固定。

所述开口槽10为十字锁合机构和齿轮齿条机构的支撑部件，其上部装配有左滑块24与右滑块9，其在坡度适应导向机构中主要起支撑连接作用。

所述固定连接板14设计为空心四面长方体盖板型，两侧打通孔，并设有外部凸起。

所述轴套25装配在转轴26上，为活动连接，并通过两块筋板与固定连接板14相连。

所述防倾覆弹簧12设有八根，底部焊接在固定连接板14内。当进行越障或爬坡动作时，从单向弹簧导轮支架29内的弹簧反力由右侧传动支撑臂8传递至其下的横块13后，根据最小势能原理，虽然不同的防倾覆弹簧12的受力情况不同，但均通过使转轴26产生转动趋势以形成反力平衡导向弹簧支架29内弹簧元件压力。防倾覆弹簧12受力整体平衡后，上部的导向轮31、右侧传动支撑臂8与左侧传动支撑臂23均将实现对于高压线的相对平行，而下部的固定连接板14由于与上部机构铰接，仍保持运行前姿态。

所述横块13用于限制防倾覆弹簧12的位移。当行走轮28脱离高压线时，单向弹簧导轮支架29内的弹簧形变释放，根据最小势能原理，防倾覆弹簧12弹簧力倾向于零，故使横块13具有转动趋势，回到前述坡度改变前的姿态，而横块13通过与转轴26保持固定空间位置，保证了防倾覆弹簧12空间位置的稳定，即保证整机的空间位置相对平稳，避免倾覆现象发生。

所述的推杆制动机构，是一种设计有由电动推杆7和制动卡槽6组成的推杆制动机构，通过电动推杆7行程的变化，实现制动卡槽6对行走轮28的抱闸过程，用于在越障过程前实现行走动作的制动，保证在任何越障过程与运行过程中整机的急停与位移的限制。

所述的推杆制动机构，通过其电动推杆尾部与坡度适应导向机构的右侧传动支撑臂相连。该推杆制动主要由制动卡槽6以及上部电动推杆7组成，其中：上部制动推杆7位于两侧传动支撑臂之间，通过螺栓连接固定安装于右侧传动支撑臂8尾部上，制动卡槽6通过螺栓连接与上部制动推杆7相固定。

所述制动卡槽6前端装有刹车制动片，其通过螺纹传动随着上部电动推杆7上升与行走轮28进行接触式制动，以适用于紧急机械刹车与坡度越过跳线时机械臂的固定。该机构借鉴块式制动器原理，由于行走轮28运行过程中径向力为高压线对其的支持力，在进行制动时，制动卡槽6对行走轮28产生的单侧径向力由该支持力平衡。上部制动推杆7通过螺栓连接固定安装于右侧传动支撑臂8尾部上，由螺栓连接提供上部制动推杆7前后向抗倾覆力矩。

所述齿轮齿条机构，用于快速地实现两侧支撑臂的开合动作，其主要由中心齿轮34、开合齿条33、左滑块24、开口槽10、齿轮齿条机构电机35以及右滑块9组成。其中：中心齿轮34与开合齿条33组成机构的主要传动机构，两者与两侧的左滑块24与右滑块9相连接，当进入越障状态时，整臂需通过上部机构两侧分离以越过防振锤等障碍物，此时通过下部的齿轮齿条机构电机35正转控制，带动中心齿轮34顺时针运动，从而带动两端的传动支撑臂反向运动，由此可以实现机械臂上部的开合过程；当越障动作结束后，齿轮齿条机构电机35反转控制，带动中心齿轮34逆时针运动，是两侧传动支撑臂相向运动，由此实现机械臂上部的闭合过程。

本发明还设有支撑与控制机构，该机构通过其辅助支撑杆15和下部电动推杆16，与坡度适应导向机构的固定连接板14相连。该支撑与控制机构主要由辅助支撑杆15，下部电动推杆16，底部旋转座17，仰角电机18与固定座19组成。其中：下部电动推杆16与底部旋转座17通过螺栓连接，其两侧的辅助支撑杆15通过法兰盘与底部旋转座17由螺栓连接，仰角电机18与底部旋转座17之间穿过固定座19，通过法兰盘由螺栓完成位置固定，同时仰角电机18与底部旋转座17的传动轴通过十字联轴器相连接。

所述下部电动推杆16与辅助支撑杆15均起对机械臂上部部件的支撑作用，而下部电动推杆16同时也可以实现对上部部件的位置升降，以达到对于行走轮28的脱线与搭线动作。

所述仰角电机18与底部旋转座17相连接，当需要进行越障过程时，齿轮齿条机构、十字锁合机构与推杆制动机构之间相配合使行走轮28脱线，仰角电机18通过驱动底部旋转座17旋转，以实现机械臂的上下摆动动作，达到机械臂分离高压线的效果；同理完成行走轮28的复位动作。

本发明运用在机器人上时，需要同时装配三根可分离越障机械臂，其工作过程包括越障过程、坡度适应过程与防倾覆过程，具体如下：

1.越障过程：

将采用本发明的机器人安置于高压线上运行，整个机器人通过行走轮28在高压线上正常行走。当机器人沿线前进的过程中遇到防振锤、绝缘子线夹等障碍时，调动机械臂进行越障操作。首先十字锁合机构中的锁芯控制电机22反转使锁芯38上的锁齿37转动至锁槽20第二层出口，同时齿轮副抱线机构中的直流电机3驱动外啮合齿轮36，使抱线夹5松开高压线。之后齿轮齿条机构中的齿轮齿条机构电机35反转，使中心齿轮34驱动开合齿条33带动两侧支撑臂向外运行至两端，此时行走轮28完成一次两侧分离。此后通过控制下部电动推杆16向上推动，使行走轮28抬升，完成脱线动作；随后仰角电机18通过传动轴控制底部旋转座17旋转一定角度，实现机械臂整体脱线动作，此机械臂完成脱线动作。最后其余两个机械臂向前运动，脱线后的机械臂越过障碍物，由此完成越障动作。当越障动作完成后，十字锁合机构、齿轮齿条机构与齿轮副抱线机构同理对上述操作进行逆向实现，最后完成一次两侧锁合，至此实现整个越障过程。

2.坡度适应过程：

当运用本发明的越障机械臂在高压线上正常运行时，此时导向轮31旁的硬质弹簧不受压缩，其辅助行走轮28运行完成前进运动；当运行至坡度高压线时导向轮31内部弹簧压缩，导向轮31在弹簧力的作用下通过导向轮连接杆30，带动单向弹簧导轮支架29与右侧传动支撑臂8绕导向转轴26转动，直至与高压线平行，由此完成对坡度高压线运行的适应。此时机械臂下侧由于防倾覆弹簧12作用位移，整机空间位置相对稳定，故不会发生空间偏摆。

3.防倾覆过程：

当运用本发明的机器人运行至防震锤或绝缘子线夹时需要机械臂动作以越过障碍物，行走轮28在推杆作用下向上抬升脱线，通过导向轮31内的硬质弹簧件将此时反力传递至下部固定连接板14，此时不同的防倾覆弹簧12压拉情况不同，故通过横块13对固定连接板14产生约束，限制其位移，并由八根弹簧依据最小势能原理调整受力以平衡导向轮弹簧反力，即可实现整机上部与高压线的相对平行，同时保证在整机脱线后行走轮28与右侧传动支撑臂8不会发生空间倾覆。

Claims (10)

1.一种应用于架空高压输电线机器人的可分离越障机械臂，其特征是包括十字锁合机构、齿轮副抱线机构、坡度适应导向机构、推杆制动机构和齿轮齿条机构，其中：十字锁合机构用于锁槽(20)与锁芯(38)的锁紧与分离动作，实现机器人即架空高压输电线机器人运行过程与越障过程的切换；齿轮副抱线机构用于防止行走臂单侧倾倒下坠，以保证机器人在突发情况下于高压线上位置的稳定；坡度适应导向机构用于机器人运行时机械臂上下部分对不同坡度的倾斜角度进行调节，实现机器人运行过程中空间位置的相对稳定，并达到防倾覆的效果；推杆制动机构用于行走轮(28)的卡死与松开，实现机器人的刹车抱闸动作；齿轮齿条机构用于两侧支撑臂的开合动作，以配合十字锁合机构的工作过程；

所述的十字锁合机构，通过其左侧传动支撑臂(23)与齿轮齿条机构的左滑块(24)相连；

所述的齿轮副抱线机构，通过其轮夹盖(2)与十字锁合机构的锁槽(20)相连；

所述的坡度适应导向机构，是一种设计有于行走轮两侧的配置双导向轮的坡度适应导向机构，在行进过程中，其依靠整机重力势能进行角度的导向调整：

所述的推杆制动机构，主要由制动卡槽(6)以及上部电动推杆(7)组成，通过电动推杆(7)行程变化，实现制动卡槽(6)对行走轮(28)的抱闸过程；

所述齿轮齿条机构，用于快速地实现两侧支撑臂的开合动作，其主要由中心齿轮(34)、开合齿条(33)、左滑块(24)、开口槽(10)、齿轮齿条机构电机(35)以及右滑块(9)组成。

2.根据权利要求1所述的可分离越障机械臂，其特征在于所述的十字锁合机构，包括传动与支撑机构、锁紧与分离动作机构。

3.根据权利要求2所述的可分离越障机械臂，其特征在于所述的传动与支撑机构，包括行走轮驱动电机(4)、右侧传动支撑臂(8)和左侧传动支撑臂(23)，其中：右侧传动支撑臂(8)上装有行走轮驱动电机(4)，该电机通过联轴器与行走轮(28)的传动轴相连，用于驱动行走轮(28)旋转，以实现整机在高压线上的行走过程，同时两侧传动支撑臂(8)、左侧传动支撑臂(23)通过与整体机架固定连接，实现锁合机构对于机械臂整体稳定性作用。

4.根据权利要求2所述的可分离越障机械臂，其特征在于所述的锁紧与分离动作机构，主要由锁槽(20)、支撑套筒(21)、锁芯控制电机(22)、锁头端盖(32)、锁芯(38)、左滑块(24)和右滑块(9)，以及左侧传动支撑臂(23)组成，其中：锁芯控制电机(22)通过螺栓固定连接在锁头端盖(32)上，锁头端盖(32)中部打有孔，通过法兰与左侧传动支撑臂(23)的左侧由螺栓相连接；支撑套筒(21)配合在锁芯(38)上，锁芯(38)前端设有凸起锁齿(37)；锁槽(20)通过螺栓连接固定在轮夹盖(2)上，与左侧的锁芯保持精确的平行度关系；左滑块(24)和右滑块(9)，其两侧配合装配在开口槽(10)上，构成运动副；左滑块(24)和右滑块(9)分别和左侧传动支撑臂(23)与右侧传动支撑臂(8)间通过多根螺栓相连接，当齿轮齿条机构带动滑块移动时，可以带动两侧的传动支撑臂运动。

5.根据权利要求4所述的可分离越障机械臂，其特征在于所述的锁槽(20)位于轮夹盖(2)单侧，构成同一整体；其设计为双层，通过多层锁合设计以增强其与锁芯(38)的锁合可靠性。

6.根据权利要求4所述的可分离越障机械臂，其特征在于所述的锁芯(38)，其穿过锁头端盖(32)中心的通孔与锁芯控制电机(22)由联轴器相连接；当锁芯控制电机(22)输出扭矩时，其带动锁芯(38)转动，与下方的齿轮齿条机构协同运作实现锁齿(37)与锁槽(20)的开合动作，其中锁齿(37)初始位置与锁槽(20)的第一层锁槽入口相对应，同时锁齿脱离锁合后同样与锁槽(20)的第一层锁槽入口相对应；当锁合过程开始时，两侧传动支撑臂相向运动，使锁芯(38)进入锁齿(37)第一层锁槽入口到达第二层锁槽，锁芯控制电机(22)驱动锁芯(38)旋转固定角度或触发行程开关后停止运动；当受风载荷等干扰载荷时，锁芯(38)轴向构成约束，防止锁芯(38)轴向运动，以实现可靠锁合。

7.根据权利要求1所述的可分离越障机械臂，其特征在于所述的齿轮副抱线机构，主要由顶板(1)、轮夹盖(2)、直流电机(3)、抱线夹(5)和外啮合齿轮(36)组成，其中：轮夹盖(2)与顶板(1)间采用多根螺栓进行连接；轮夹盖(2)外侧装有三个外啮合齿轮(36)，前两个齿轮上装有一对抱线夹(5)，第三外啮合齿轮由直流电机(3)传动。

8.根据权利要求1所述的可分离越障机械臂，其特征在于所述的坡度适应导向机构，在坡度发生倾斜时，弹簧导向轮(31)下压，保证其在高压线上运行的稳定性，使整机运行平稳；在越障过程中时，同理实现越障过程中对不同坡度引流线的运动自适应功能，保持机械臂的空间姿态平稳；同时其下部的防倾覆机构实现机械臂在倾向角度改变时，根据最小势能原理，整臂上下两部分空间位置关系将随之调整，保证整机行进过程中的稳定性，并防止整机在越障过程中发生倾覆。

9.根据权利要求8所述的可分离越障机械臂，其特征在于所述的坡度适应导向机构，通过其单向弹簧导轮支架(29)与齿轮副抱线机构的轮夹盖(2)相连，该坡度适应导向机构主要由行走轮(28)、单向弹簧导轮支架(29)、导向轮连接杆(30)、导向轮(31)、左滑块(24)、右滑块(9)、开口槽(10)、横块(13)、转轴(26)、防倾覆弹簧(12)组成，其中：

所述行走轮(28)位于轮夹盖(2)下方，该行走轮(28)两侧均设有单向弹簧导轮支架(29)，其与导向轮连接杆(30)之间采用螺栓连接，导向轮连接杆(30)与单侧导向轮(31)之间同样采用螺栓连接，以保证导向轮(31)位置的固定；

所述单向弹簧导轮支架(29)设计为空心长方体形，前部设有K型附板用于与其他机构的固接，其通过螺纹连接固定于轮夹上，并与右侧传动支撑臂(8)固定连接为同一整体；

所述单侧导向轮(31)通过导向轮连接杆(30)安装于单向弹簧导轮支架(29)下侧，其与单向弹簧导轮支架(29)之间安装有硬质弹簧件；当机械臂倾斜时，单侧导向轮(31)通过内部弹簧元件将反力传递至右侧传动支撑臂(8)；当行走轮(28)运行于高压线上时，单侧导向轮(31)辅助前进，导线坡度发生变化后，弹簧元件发生形变，由于轮夹盖(2)与右侧传动支撑臂(8)固定约束传递反力于导向轮(31)，使其压紧高压线；

右侧传动支撑臂(8)与右滑块(9)之间通过四根螺栓连接，右滑块(9)与左滑块(24)均通过自由度限制保持在开口槽(10)上，构成运动副；连接板右侧支撑(11)与连接板左侧支撑(27)焊接于开口槽(10)上，并通过固定连接板(14)两侧的凸起实现配合固定；下方的固定连接板(14)内部的转轴(26)上设有轴套(25)与两侧的横块(13)，转轴(26)通过两侧通孔与外部凸起配合，横块(13)通过两侧的多根防倾覆弹簧(12)与固定连接板(14)相连接，从而实现内部机构位置的固定。

10.根据权利要求1所述的可分离越障机械臂，其特征在于所述的推杆制动机构，用于在越障过程前实现行走动作的制动，保证在任何越障过程与运行过程中整机的急停与位移的限制。