CN107234623B - 一种四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，包括机架和四个磁力驱动臂，所述机架由矩形的前机架和后机架组成，前机架由上机架和下机架可拆卸的相连组和而成，前机架四个角上分别设有向外延伸的导轨支架，前机架对角线上的两个导轨支架上分别设有一个磁力驱动臂，后机架和所述前机架结构一样，所述前机架和后机架通过丝杆螺母机构相连，前机架和后机架上的磁力驱动臂交错设置，每个磁力驱动臂通过均滑移机构安装导轨支架上，所述磁力驱动臂均为单侧开合的磁力驱动机构，所述磁力驱动臂可在滑移机构的驱动下靠近或远离高压导线。该巡检机器人运转灵活，越障步骤少，跨越障碍时运行平稳，安全性高，可以跨越间隔棒。

Description

一种四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人

技术领域

本发明涉及高压输电线路巡检机器人领域，特别涉及一种四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人。

背景技术

架空高压输电线路巡检机器人已成为国内外机器人领域的研究热点，目前国内外研究的巡检机器人多采用轮臂复合结构，依靠轮臂结构行走的巡检机器人利用行走轮与高压线间的摩擦力作为驱动力，存在打滑、速度慢、输电导线与行走轮磨损严重等问题，机器人巡检效率低，能耗大，抗风载能力弱。专利CN 106026781 A公开了一种用于高压线路巡检机器人的双线圈磁力驱动装置，该方案利用机器人磁力驱动臂内置载流线圈在高压直流导线周围分布的磁场中受到的安培力来实现机器人的牵引移动。这种磁力驱动巡检机器人方案不仅可以极大地提高机器人的巡检效率，有效消除打滑问题，而且结构简单、有效减轻机器人重量，但是该方案只能适用于单根高压导线巡检，并且在碰到间隔棒等障碍物时难以越障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有越障功能的磁力驱动的巡检机器人，在现有磁力驱动巡检机器人的基础上进行了机械系统设计，内容包括机构设计、结构设计。通过对三个原动件进行控制，实现磁力动手臂的开合、移动，机器人的越障功能。本发明另一目的在于对四分裂磁力驱动巡检机器人采用并联式结构设计，只进行单档巡检，巡检时安全稳定，本次发明的机器人主要针对多分裂高压输电导线典型障碍物间隔棒进行越障设计，通过理论分析、运动学计算、软件仿真验证了磁力驱动巡检机器人机构的可行性。

本发明的上述问题主要是通过以下技术方案得以解决：

一种四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，包括机架和四个磁力驱动臂，其特征在于：所述机架由矩形的前机架和后机架组成，前机架由上机架和下机架可拆卸地相连组和而成，前机架四个角上分别设有向外延伸的导轨支架，前机架的一条对角线上的两个导轨支架上分别设有一个磁力驱动臂，后机架和所述前机架结构一样，所述前机架和后机架通过丝杆螺母机构相连，通过丝杆螺母机构可以调节前机架和后机架之间的相对距离，前机架对角线上的两个磁力驱动臂和后机架的对角线上两个磁力驱动臂相互交错设置，每个磁力驱动臂均通过滑移机构安装在导轨支架上，所述磁力驱动臂均为单侧开合的磁力驱动机构，其开合侧朝机架内设置，磁力驱动臂可在滑移机构的驱动下靠近或远离高压导线。

作为改进，所述滑移机构包括导轨板、直齿条和固定安装在导轨支架上的导轨，所述磁力驱动臂与导轨板固定相连，导轨板与导轨配合安装，所述直齿条固定安装在导轨上，导轨板上设有与直齿条相啮合的主齿轮和驱动主齿轮的第一伺服电机。

作为改进，所述导轨两端分别设有限制磁力驱动臂运动极限的限位块。

作为改进，所述前机架和后机架结构一样，均由上机架和下机架通过螺钉可拆卸地相连。

作为改进，所述磁力驱动臂由磁力驱动线圈、上机臂和下机臂组成，所述磁力驱动线圈分成两半，分别位于上机臂和下机臂内，上机臂和下机臂通过固定轴铰接相连，所述上机臂和下机臂通过开合机构驱动开合。

作为改进，所述开合机构包括固定板和安装在固定板上的两个开合电机，所述固定板固定连接在固定轴上，上机臂和下机臂分别设有一个与之固定相连的开合齿轮，两个开合电机的输出轴上分别设有与两个开合齿轮啮合传动的驱动齿轮，两个开合电机均与固定轴同轴心设置。

作为改进，所述固定轴分为两段，分别位于上机臂或下机臂的两端，上机臂和下机臂的中部与固定板相对处设有一对称的凹槽，两个开合齿轮分别设于相应的上机臂和下机臂凹槽处，两个开合电机相背地设置在固定板中部，所述开合电机分别通过驱动齿轮与相应的开合齿轮啮合传动。

作为改进，所述磁力驱动臂内设有多组导向轮，每组导向轮有两个，分别安装在上机臂和下机臂上。

作为改进，所述导向轮为柔性导向轮，所述柔性导向轮包括行走轮、内轮架和外轮架，所述外轮架固定在磁力驱动臂的上机臂或下机臂上，外轮架为中空形圆筒结构，内轮架安装在外轮架内形成滑动副，内轮架顶部与外轮架内顶部之间设有弹簧，所述行走轮安装在内轮架底部。

作为改进，所述磁力驱动臂内的柔性导向轮有2-5组，2-5组柔性导向轮均匀分布在磁力驱动臂内。

因此，本发明具有如下优点：基于磁力驱动高压直流巡检机器人原理，针对四分裂导线设计，上线闭合后只有一个自由度，运转灵活，越障步骤少，跨越障碍时运行平稳，安全性高，可以跨越间隔棒。利用磁力驱动，有效解决目前国内外的轮臂式巡检机器人存在的打滑问题，巡检效率有效提高；磁力驱动臂内置柔性支撑轮，有效应对多分裂在高压线弧垂程度不同的情况。以磁力驱动为原理提供了一种巡检和越障的巡检机器人并联机构设计，为磁力驱动高压输电线的巡检机器人提供了一种新的方案和思路。

附图说明

图1是本发明三维机构示意图。

图2是滑移机构和磁力驱动臂局部视图。

图3是磁力驱动臂背部结构示意图。

图4是打开状态磁力驱动臂前面结构示意图。

图5是导向轮结构示意图。

图6是丝杆螺母机构结构示意图。

图7是本发明上线巡检示意图。

1-机架，2-磁力驱动臂，3-导轨支架，4-滑移机构，5-螺钉，6-丝杆螺母机构，7-前机架，8-后机架，9-上机架，10-下机架，201-上机臂，202-下机臂，203-固定板，204-开合电机，205-固定轴，206-开合齿轮，207-驱动齿轮，208-导向轮，209-行走轮，210-内轮架，211-外轮架，212-弹簧，401-导轨板，402-直齿条，403-导轨，404-V型槽滑轮，405-主齿轮，406-第一伺服电机，601-丝杆，602-导杆，603-滑块，604-固定块，605-第二伺服电机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述说明。

实施例：

如图1至图6所示，一种四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，包括机架1和四个磁力驱动臂2，所述机架1由矩形的前机架7和后机架8组成，前机架7由上机架9和下机架10通过螺钉5可拆卸地相连组合而成，前机架7四个角上分别设有向外延伸的导轨支架3，前机架7的一条对角线上的两个导轨支架3上分别设有一个磁力驱动臂2，后机架8和所述前机架7结构一样，所述前机架7和后机架上下通过两个丝杆螺母机构6相连，通过丝杆螺母机构6可以调节前机架7和后机架8之间的相对距离，前机架7的一条对角线上的两个磁力驱动臂2和后机架8一条对角线上的两个磁力驱动臂2相互交错设置，满足越障的第一步，每个磁力驱动臂2均通过滑移机构4安装在导轨支架3上，所述磁力驱动臂2均为单侧开合的磁力驱动机构，磁力驱动臂2的开合侧朝机架1内设置，所述磁力驱动臂2可在滑移机构4的驱动下靠近或远离高压导线。

如图2所示，所述滑移机构4包括导轨板401、直齿条402和固定安装在导轨支架3上的导轨403，所述磁力驱动臂2与导轨板401固定相连，导轨板401与导轨403配合安装，所述导轨403有两个，两个导轨403平行的固定安装在导轨支架3，每个导轨403内侧安装有直齿条402，导轨403靠外侧截面为三角形结构，导轨板401上设有上下两排V型槽滑轮404，通过两排V型槽滑轮404卡在两个导轨403靠外侧将导轨板401和导轨403组成稳定的移动副，导轨板401上设有与直齿条402相啮合的主齿轮405和驱动主齿轮405的第一伺服电机406，所述导轨403两端分别设有限制磁力驱动臂2运动极限的限位块。

如图3和图4所示，所述磁力驱动臂2由磁力驱动线圈、上机臂201和下机臂202组成，上机臂201和下机臂202为两个能开合地空腔，磁力驱动臂2表面加工散热槽，所述磁力驱动线圈分成两半，分别位于上机臂201和下机臂202的空腔内，上机臂201和下机臂202通过固定轴205铰接相连，所述上机臂201和下机臂202通过开合机构驱动开合。所述开合机构包括固定板203和安装在固定板203上的两个开合电机204，所述固定板203固定连接在固定轴205上，所述固定轴205分为两段，分别位于上机臂201或下机臂202的两端，上机臂201和下机臂202的中部与固定板203相对处设有一对称的凹槽，上机臂201和下机臂202分别设有一个与之固定相连的开合齿轮206，两个开合齿轮206分别设于相应的上机臂201和下机臂202凹槽处，两个开合电机204相背地设置在固定板203中部，所述开合电机204分别通过驱动齿轮207与相应的开合齿轮206啮合传动，两个开合电机204均与固定轴205同轴心设置，上机臂201和下机臂202开合角度变化范围0~90°。

所述磁力驱动臂2内设有多组导向轮，每组导向轮208有两个，分别安装在上机臂201和下机臂202上。所述导向轮208为柔性导向轮208，所述柔性导向轮208包括行走轮209、内轮架210和外轮架211，所述外轮架211固定在磁力驱动臂2的上机臂201或下机臂202上，外轮架211为中空形圆筒结构，内轮架210安装在外轮架211内形成滑动副，内轮架210顶部与外轮架211内顶部之间设有弹簧212，所述行走轮209安装在内轮架210底部。所述磁力驱动臂2内的柔性导向轮208有2-5组，2-5组柔性导向轮208均匀分布在磁力驱动臂2内。设计的柔性导向轮208结构，可以适应多分裂导线由于弧垂现象等导致的导线间距不同的情况。

本实施的前机架7和后机架8结构完全一样，可以相互对换使用，前机架7或后机架8上均设有四个导轨支架3，在前机架7或后机架8上任意选择一个对角线上的导轨支架3安装两个磁力驱动臂2即可，只需要保证前机架7和后机架8上的两个磁力驱动臂2刚好交错设置即可，交错设置保证机架1四个角上均有磁力驱动臂2，刚好满足现有技术中常见的四导线高压输电线的巡检需求。

所述丝杆螺母机构6包括丝杆601、两根导杆602、滑块603、固定块604和第二伺服电机605，一个丝杆螺母机构6的固定块604安装在后机架8顶部，丝杆601一端通过轴承安装在该固定块604上，第二伺服电机605安装在固定块604上，第二伺服电机605的输出轴与丝杆601轴连接，两根导杆602分别固定安装在该丝杆601两侧的固定块604上，丝杆601另一端通过轴承安装在滑块603上，滑块603上还设有供两个导杆602间隙配合穿过的导向孔，滑块603与两根导杆602形成自由滑动副，上述滑块603固定安装前机架7顶部；另一个丝杆螺母机构6的固定块604对称的安装在前机架7的底部，该丝杆螺母机构6的滑块603固定安装在后机架8的底部；通过两个丝杆螺母机构6稳定的调节后机架8和后机架8之间的距离实现越障功能。

上述丝杆螺母机构6，由第二伺服电机605直连丝杆601，配合滑块603实现。传动可靠、精确、易于控制。省略联轴器和减速机等部件，减轻机器人的整机质量。丝杆螺母机构6将电机的回转运动形式转变为直线运动形式，能实现动力的传递。丝杠本身具有自锁的特性，配合伺服电机，可以实现灵敏的刹车等功能。

工作方法：

以前机架7在前，并最先接触到间隔棒为例，如图7所示，工作时，四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人由人工辅助上线，完成上线后，上机架9和下机架10闭合，利用螺钉5锁紧。通过磁力驱动臂2驱动开始在高压导线上巡检，当机载传感器检测到障碍物间隔棒，控制磁力驱动臂2内的磁力驱动线圈电流大小实现减速，巡检机器人停止后，靠近间隔棒的前机架7上两个磁力驱动臂2，在开合机构作用下打开一定角度，通过滑移机构4沿着导轨支架3向外移动远离高压导线，使得前机架7与高压导线分离，利用丝杆螺母机构6驱动前机架7向前移动，使前机架7越过间隔棒，完整前机架7越障，通过滑移机构4驱动前机架7的磁力驱动臂2返回高压输电线并闭合，然后驱动巡检机器人继续向前移动，当后机架8接触到间隔棒时，通过开合机架1驱动后机架8上的磁力驱动臂2打开，然后通过滑移机构4驱动沿着导轨支架3远离高压导线，之后通过丝杆螺母机构6驱动后机架8向前移动，使得后机架8越过障碍，通过滑移机构4驱动后机架8的磁力驱动臂2返回高压输电线并闭合，此时整个巡检机器人完成跨越间隔棒越障动作，巡检机器人继续巡检。当后机架8在前时，越障步骤与上一样，这里不再赘述。

本发明基于磁力驱动原理针对四分裂高压直流输电线的并联机器人结构设计，原理同样适用于其他多分裂输电线路的巡检机器人设计。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了机架1，磁力驱动臂2，导轨支架3，滑移机构4，螺钉5，丝杆螺母机构6，前机架7，后机架8，上机架9，下机架10，上机臂201，下机臂202，固定板203，开合电机204，固定轴205，开合齿轮206，主齿轮405，导向轮208，行走轮209，内轮架210，外轮架211，弹簧212，导轨板401，直齿条402，导轨403，V型槽滑轮404，主齿轮405，第一伺服电机406，丝杆601，导杆602，滑块603，固定块604，第二伺服电机605等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，包括机架和四个磁力驱动臂，其特征在于：所述机架由矩形的前机架和后机架组成，前机架由上机架和下机架可拆卸地相连组合而成，前机架四个角上分别设有向外延伸的导轨支架，前机架的一条对角线上的两个导轨支架上分别设有一个磁力驱动臂，后机架和所述前机架结构一样，所述前机架和后机架通过丝杆螺母机构相连，通过丝杆螺母机构可以调节前机架和后机架之间的相对距离，前机架对角线上的两个磁力驱动臂和后机架对角线上的两个磁力驱动臂相互交错设置，每个磁力驱动臂均通过滑移机构安装在导轨支架上，所述磁力驱动臂均为单侧开合的磁力驱动机构，其开合侧朝机架内设置，磁力驱动臂可在滑移机构的驱动下靠近或远离高压导线。

2.如权利要求1所述的四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，其特征在于：所述滑移机构包括导轨板、直齿条和固定安装在导轨支架上的导轨，所述磁力驱动臂与导轨板固定相连，导轨板与导轨配合安装，所述直齿条固定安装在导轨上，导轨板上设有与直齿条相啮合的主齿轮和驱动主齿轮的第一伺服电机。

3.如权利要求2所述的四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，其特征在于：所述导轨两端分别设有限制磁力驱动臂运动极限的限位块。

4.如权利要求1或2所述的四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，其特征在于：所述前机架和后机架结构一样，均由上机架和下机架通过螺钉可拆卸地相连。

5.如权利要求1或2所述的四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，其特征在于：所述磁力驱动臂由磁力驱动线圈、上机臂和下机臂组成，所述磁力驱动线圈分成两半，分别位于上机臂和下机臂内，上机臂和下机臂通过固定轴铰接相连，所述上机臂和下机臂通过开合机构驱动开合。

6.如权利要求5所述的四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，其特征在于：所述开合机构包括固定板和安装在固定板上的两个开合电机，所述固定板固定连接在固定轴上，上机臂和下机臂分别设有一个与之固定相连的开合齿轮，两个开合电机的输出轴上分别设有与两个开合齿轮啮合传动的驱动齿轮，两个开合电机均与固定轴同轴心设置。

7.如权利要求6所述的四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，其特征在于：所述固定轴分为两段，分别位于上机臂或下机臂的两端，上机臂和下机臂的中部与固定板相对处设有一对称的凹槽，两个开合齿轮分别设于相应的上机臂和下机臂凹槽处，两个开合电机相背地设置在固定板中部，所述开合电机分别通过驱动齿轮与相应的开合齿轮啮合传动。

8.如权利要求5所述的四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，其特征在于：所述磁力驱动臂内设有多组导向轮，每组导向轮有两个，分别安装在上机臂和下机臂上。

9.如权利要求8所述的四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，其特征在于：所述导向轮为柔性导向轮，所述柔性导向轮包括行走轮、内轮架和外轮架，所述外轮架固定在磁力驱动臂的上机臂或下机臂上，外轮架为中空形圆筒结构，内轮架安装在外轮架内形成滑动副，内轮架顶部与外轮架内顶部之间设有弹簧，所述行走轮安装在内轮架底部。

10.如权利要求9所述的四分裂高压直流输电线磁力驱动巡检机器人，其特征在于：所述磁力驱动臂内的柔性导向轮有2-5组，2-5组柔性导向轮均匀分布在磁力驱动臂内。