CN107455157A - 一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人及控制方法，包括移动机器人部分和作业平台部分，移动机器人部分包括机械臂、行走轮机构、压紧机构以及机箱，作业平台部分包括绝缘作业长臂、传动机构以及连接机构。机械臂固定设于安装在机箱上的导向机构上，机械臂顶部设有行走轮架，行走轮机构包括两个行走轮以及行走电机，行走轮安装于行走轮架上，压紧机构通过与机械臂相连的压紧丝杆的旋转带动压紧轮上下运动，所述绝缘作业长臂的两端分别携带可重组的作业末端和控制箱，本发明实现了对干扰输电线路走廊树枝的修剪，可代替人工作业，一定程度保证了输电安全，其结构简单，效果好，效率高，成本合理。

Description

一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及一种走廊树枝修剪机器人平台，尤其涉及一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人及控制方法，以代替人工解决高压线路走廊树枝干扰输电现象。

背景技术

架空高压输电线路是电网系统中至关重要的设备之一，它承载着电力输送的重任，直接关系到整个电力系统高可靠性和稳定性电能的提供。输电线路的维护工作包含修剪靠近输电线路的树木的树枝。这些树枝突出在线路之间，遇到暴风雨时，会造成绝缘击穿和短路，国内大部分线路的放电、断电和断线事故就是由于输电走廊中的高大树木过生长而引起的。武汉大学以沿架空高压输电线路导线行驶的移动机器人为技术基础，研制了一种高压输电线路走廊树枝带电修剪作业机器人，即在沿导线行驶的移动机器人上搭载大范围运动的绝缘作业长臂，在长臂末端搭载树枝修剪电动工具，当移动机器人在行驶或静止状态下，通过绝缘作业长臂的大范围运动、末端工具修剪工具的高速切割运动，完成线路走廊树枝的修剪。此机器人平台实现了在人工远程操控下的对干扰高压输电线路走廊树枝的修剪，不需要对输电线路停电后进行人工上线修剪树枝，也不需在恶劣的原始森林环境中通过辅助工具上树修剪，在一定程度上降低了维护成本和人员风险，使得不停电即可修剪树枝，大大提高了作业效率，亦减少了因树枝干扰或人工作业而引起的高压输电事故发生，为维护线路的正常运行提供有力的技术保障。同时，拓宽了树枝修剪技术的应用领域，使得机器人技术向更复杂、更完善的方向发展。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种对干扰高压输电线路的走廊树枝的带电修剪机器人平台。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种可代替人工作业，结构紧凑，效果好，效率高的带有绝缘作业长臂的走廊树枝带电修剪机器人平台。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种通过安装于移动机器人部分上的作业平台部分携带末端作业工具，通过作业平台部分对末端作业工具定位于空间作业点，完成对干扰高压输电线路走廊树枝的修剪。

本发明主要是通过下述技术方案解决所存在的技术问题：

一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，其特征在于：包括

移动机器人部分：包括机械臂、行走轮机构、压紧机构以及机箱。

作业部分：包括绝缘作业长臂、传动机构以及同于连接移动机器人和作业部分的连接机构。

其中，所述机械臂固定设于安装在移动机器人机箱上的导向机构上，所述行走轮机构设置在机械臂一端，压紧机构设置在机械臂两端之间，行走轮机构和压紧机构配合工作用于带动整个树枝修剪机器人平台在地线上行走，机箱内设有控制整个移动机器人部分行走动作的控制装置和电池，绝缘作业长臂两端分别携带可重组的作业末端和控制箱，传动机构设有两个关节，用于调节绝缘作业长臂位姿。

在上述的一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，所述机械臂的顶部设有行走轮架，所述行走轮机构包括两个行走轮以及与行走轮相连的行走电机，所述两个行走轮通过行走轮轴平行的安装在行走轮架上，所述压紧机构包括压紧轮、压紧轮支架、压紧螺母以及设于机械臂下部的压紧丝杆和驱动压紧丝杆旋转的压紧电机，所述压紧丝杆通过轴承与机械臂相连，两压紧轮设于两个行走轮下方且与压紧轮支架一端通过轴相连，所述压紧轮支架另一端与压紧螺母通过压紧弹簧相连，压紧螺母与压紧丝杆螺纹配合，通过压紧电机驱动压紧丝杆旋转可带动压紧轮上下运动来与两个行走轮配合实现压紧功能。

在上述的一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，所述机箱一侧上设有可看清移动机器人部分视角的摄像头，用于移动机器人部分行走和辅助越障。

在上述的一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，所述连接机构用于将移动机器人部分和作业部分连成一体，包括连接板、法兰盘、绝缘管和绝缘杆连接套。所述连接板两端与移动机器人部分的机箱底部的均压环通过焊接连在一起，所述法兰盘通过螺栓固定于连接板下方中间，所述绝缘管一端通过螺栓连接法兰盘，一端通过与绝缘杆连接套的摩擦力和螺栓连接至绝缘杆连接套。所述绝缘杆连接套一端与绝缘杆相连，一端通过连接蜗轮箱防转连接盖与传动机构相连。

在上述的一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，所述传动机构包括两个蜗轮蜗杆传动，两蜗轮蜗杆传动均设传动箱，分别为上方传动箱和下方传动箱，其中，上方传动箱内包括涡轮、蜗杆、轴承、涡轮止转轴以及提供蜗杆动力的电机，用于提供绕涡轮止转轴回转的自由度；下方传动箱内设蜗杆、轴承、端盖和提供蜗杆动力的电机，下方传动箱内的涡轮依附涡轮轴设于下方传动箱外，通过与作业臂杆套的连接来提供绝缘作业长臂摆动的自由度。

在上述的一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，所述绝缘作业长臂携带作业末端，所述绝缘作业长臂由两根上下布置的绝缘管通过作业臂杆套连接，一端携带可重组的作业末端，另一端携带控制箱。作业末端包括锯片和夹爪，修剪树枝时先由夹爪控制住需修剪的树枝，再由锯片修剪。

一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，高压线路走廊树枝带电修剪机器人上线，具体方法是：人工登塔在高压导线上悬挂挂钩滑轮组，将绝缘吊装绳穿过挂钩滑轮组，其一端紧固于机器人的机械臂机构导向机构，另一端人工拉紧，进而将机器人提升。机器人控制箱两侧均压环上分别紧固两条绝缘绳作为晃绳，另一端由人工拉紧，调节机器人在水平方向上的转动。在整个机器人平台靠近导线即将上线时，由晃绳和塔上人工用长绝缘杆调节，实现整个机器人上线过程。

步骤2，高压线路走廊树枝带电修剪机器人上线后，通过移动机器人中行走轮机构、机械臂机构和摄像头的配合辅助带动行驶至需作业区域。当树枝修剪机器人平台到达需修剪树枝的工作区域后，开始修剪作业准备。

步骤3，调整作业部分的扭转机构和旋转机构，使绝缘作业长臂携带的修剪末端到达待作业工作位附近，即锯片和夹爪机构处于需修剪的树枝的下方，此时夹爪机构处于张开状态。然后精调扭转机构和旋转机构，使作业末端的夹爪机构将即将修剪的树枝包围，再通过驱动电机驱动夹爪丝杆旋转，从而通过杆件传动带动作业末端夹爪机构合拢，将所需修剪的树枝夹住约束在夹爪内部。此时，锯片的驱动电机启动，通过传动，使锯片开始高速旋转并移动至夹爪机构已夹住的树枝侧边，通过合适的速度向此树枝进刀，直至锯断此树枝。一次作业完毕后，再调整扭转机构和旋转机构，使绝缘作业长臂携带的修剪末端到达下一待作业工作位，重复以上步骤，即可逐一修剪干扰输电线路的走廊树枝。

步骤4，当此次作业所需修剪的走廊树枝修剪完毕后，通过移动机器人部分带动此树枝修剪机器人平台行驶返回至上下线地点。其后的机器人下线过程为机器人上线过程的逆过程。

因此，本发明具有如下优点：1、实现了代替人工作业对高压线路走廊树枝的修剪；2、作业末端对树枝的先用夹爪夹住再锯断的修剪方法，具有一定定位作用，作业过程更可靠；3、作业平台部分结构简单，效果好，效率高，成本低。

附图说明

图1为本发明的装配结构示意图。

图2为行走机构示意图。

图3为移动机器人部分示意图。

图4为移动机器人部分与作业平台部分连接示意图。

图5为作业平台部分示意图。

图6为本发明机器人传动机构示意图：

图7为本发明机器人传动机构扭转机构示意图。

图8为本发明机器人传动机构旋转机构示意图。

图9a为本发明机器人上线过程示意图(吊装机器人上升)。

图9b为本发明机器人上线过程示意图(机器人即将上线)。

图9c为本发明机器人上线过程示意图(将机器人行走轮落线)。

图10为本发明机器人修剪树枝示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的实施方案作进一步具体的说明。实施例：

首先介绍一下本发明的具体结构：

图中，行走轮机构1、高压导线2、压紧机构3、机械臂机构机构4、机械臂机构导向机构5、移动机器人机箱6、均压环7、摄像头8、连接板9、法兰盘10、绝缘杆11、绝缘杆连接套12、扭转机构13、旋转机构14、作业臂杆套15、绝缘作业长臂16、锯片17、夹爪机构18、作业末端控制箱19，蜗轮箱防转连接盖20，蜗轮箱上端盖21，扭转机构蜗轮箱22，蜗轮箱连接盖23，旋转机构蜗轮箱24，旋转机构电机25，扭转机构蜗杆26，扭转机构电机27，电机法兰28，涡轮止转轴29，扭转机构涡轮30，蜗轮箱隔套31，深沟球轴承32，涡轮轴33，涡轮轴端盖34，旋转机构涡杆35，蜗杆小端法兰36，旋转机构涡轮37，涡轮轴端盖38，挂钩滑轮组39，绝缘吊装绳40，晃绳41。

以下介绍一下本发明的机械装置：

如图3、图4和图5所示，压紧机构3通过轮架与机械臂机构4连接，所述机械臂机构4通过滑台与机械臂机构导向机构5连接，所述连接板9两侧与均压环7焊接，所述法兰盘10与连接板9通过螺栓连接，所述绝缘作业长臂16的位姿由扭转机构13和旋转机构14调节，所述绝缘作业长臂16通过螺栓与作业臂套杆15连接，所述夹爪机构18的开合和锯片17的工作状态由绝缘末端控制箱19控制。

如图3所示，移动机器人部分由行走轮机构1、压紧机构3、机械臂机构4、机械臂机构导向机构5、移动机器人机箱6、均压环7等组成。机械臂机构5在顶部设行走轮架，行走轮机构1包括两个行走轮以及与行走轮相连的行走电机，两个行走轮通过行走轮轴平行的安装在行走轮架上。压紧机构3包括压紧轮、压紧轮支架、压紧螺母以及设于机械臂机构5下部的压紧丝杆和驱动压紧丝杆旋转的压紧电机，压紧丝杆通过轴承与机械臂机构4连接，两压紧轮设于两行走轮下方且与压紧轮支架一端通过轴相连，压紧轮支架另一端与压紧螺母通过压紧弹簧相连，压紧螺母与压紧丝杆螺纹配合，通过压紧电机驱动压紧丝杆旋转可带动压紧轮上下运动来与两个行走轮配合实现压紧功能。

如图4和图5所示，作业平台部分包括连接板9、法兰盘10、绝缘杆11、绝缘杆连接套12、扭转机构13、旋转机构14、作业臂杆套15、绝缘作业长臂16等。连接板9与移动机器人部分通过均压环7焊接连接，法兰盘10通过螺栓分别与连接板9和绝缘杆11连接，绝缘杆连接套12一端与绝缘杆11末端连接，另一端通过蜗轮箱防转连接盖20和扭转机构13连接，旋转机构14通过蜗轮箱连接盖23与扭转机构13连接，作业臂杆套15用于固定绝缘作业长臂16，且上端与旋转机构14相连。

如图6、图7和图8所示，传动机构包括扭转机构13和旋转机构14，扭转机构蜗轮箱22通过蜗轮箱连接盖23与旋转机构蜗轮箱24连接，从而将扭转机构13和旋转机构14连接在一起。扭转机构13内置扭转机构蜗杆26，扭转机构电机27，电机法兰28，涡轮止转轴29，扭转机构涡轮30，蜗轮箱隔套31，深沟球轴承32等，扭转机构涡轮30通过键与涡轮止转轴29连接，涡轮止转轴29和扭转机构蜗杆26两端设轴承，通过扭转机构电机27驱动蜗杆26旋转从而带动涡轮30旋转。旋转机构14内置旋转机构涡杆35，扭转机构电机27、涡轮轴33，涡轮轴端盖34，蜗杆小端法兰36，旋转机构涡轮37，涡轮轴端盖38等，旋转机构涡杆35和涡轮轴33两端设轴承，旋转机构涡轮37设于旋转机构蜗轮箱24外部且与涡轮轴通过键连接，旋转机构涡杆35一端连接旋转机构电机25，通过电机25驱动蜗杆35从而带动涡轮37转动。作业臂杆套15一端与旋转机构涡轮37连接，另一端连接两绝缘作业长臂16，从而实现通过传动机构关节的控制实现对绝缘作业长臂16位姿的控制。

下面介绍一下本发明的工作流程：

首先，将整个机器人平台吊装上线。人工登塔在高压导线2上悬挂挂钩滑轮组39，绝缘吊装绳40穿过挂钩滑轮组39，一端紧固于机器人的机械臂机构导向机构5，人工拉紧绝缘吊装绳40另一端，进而将机器人提升。两条绝缘绳作为晃绳41一端分别紧固于机器人控制箱两侧均压环上，另一端由人工拉紧，调节机器人在水平方向上的转动。在整个机器人平台靠近导线即将上线时，由晃绳和塔上人工用长绝缘杆调节，首先使移动机器人的行走轮先高于导线，再缓慢调节保证机器人的行走轮落线，实现整个机器人上线过程，如图9中a、b和c。机器人上线后，塔上人工将紧固于机器人机械臂机构导向机构5上的绝缘吊装绳40取下后，此树枝修剪机器人平台则可开始行驶和作业。

在整个树枝修剪机器人平台上线后，通过移动机器人中行走轮机构1和机械臂机构机构4的配合带动行驶至需作业区域。在此过程中，若遇防震锤、线夹和挂钩滑轮组20等障碍，则还需压紧机构3和摄像头8的联合配合以越障。当树枝修剪机器人平台到达需修剪树枝的工作区域后，压紧机构3向上压紧，即可开始修剪作业准备。此时，调整作业平台部分的扭转机构13和旋转机构14，使绝缘作业长臂16携带的修剪末端到达待作业工作位附近，即锯片17和夹爪机构18处于需修剪的树枝的下方，此时夹爪机构18处于张开状态。然后精调扭转机构13和旋转机构14，使作业末端的夹爪机构18将即将修剪的树枝包围，再通过驱动电机驱动夹爪丝杆旋转，从而通过杆件传动带动作业末端夹爪机构18合拢，将所需修剪的树枝夹住约束在夹爪内部。此时，锯片17驱动电机启动，通过传动，使锯片17开始旋转并移动至夹爪机构18已夹住的树枝侧边，通过合适的速度向此树枝进刀，直至锯断此树枝。一次作业完毕后，再调整扭转机构13和旋转机构14，使绝缘作业长臂携带的修剪末端即锯片17和夹爪机构18到达下一待作业工作位，重复以上步骤，即可逐一修剪干扰输电线路的走廊树枝。

当此次作业所需修剪的走廊树枝修剪完毕后，通过移动机器人中行走轮机构1和机械臂机构机构4的配合带动此树枝修剪机器人平台行驶返回至上下线地点。在此过程中，若遇防震锤、线夹和挂钩滑轮组20等障碍，则需压紧机构3和摄像头8的联合配合以越障。其后的机器人下线过程为机器人上线过程的逆过程。

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行走轮机构1、高压导线2、压紧机构3、机械臂机构机构4、机械臂机构导向机构5、移动机器人机箱6、均压环7、摄像头8、连接板9、法兰盘10、绝缘杆11、绝缘杆连接套12、扭转机构13、旋转机构14、作业臂杆套15、绝缘作业长臂16、锯片17、夹爪机构18、作业末端控制箱19，蜗轮箱防转连接盖20，蜗轮箱上端盖21，扭转机构蜗轮箱22，蜗轮箱连接盖23，旋转机构蜗轮箱24，旋转机构电机25，扭转机构蜗杆26，扭转机构电机27，电机法兰28，涡轮止转轴29，扭转机构涡轮30，蜗轮箱隔套31，深沟球轴承32，涡轮轴33，涡轮轴端盖34，旋转机构涡杆35，蜗杆小端法兰36，旋转机构涡轮37，涡轮轴端盖38，挂钩滑轮组39，绝缘吊装绳40，晃绳41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 (7)

1.一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，其特征在于：包括

移动机器人部分：包括机械臂、行走轮机构、压紧机构以及机箱，

作业部分：包括绝缘作业长臂、传动机构以及同于连接移动机器人和作业部分的连接机构；

其中，所述机械臂固定设于安装在移动机器人机箱上的导向机构上，所述行走轮机构设置在机械臂一端，压紧机构设置在机械臂两端之间，行走轮机构和压紧机构配合工作用于带动整个树枝修剪机器人平台在地线上行走，机箱内设有控制整个移动机器人部分行走动作的控制装置和电池，绝缘作业长臂两端分别携带可重组的作业末端和控制箱，传动机构设有两个关节，用于调节绝缘作业长臂位姿。

2.根据权利要求1所述一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，其特征在于：所述机械臂的顶部设有行走轮架，所述行走轮机构包括两个行走轮以及与行走轮相连的行走电机，所述两个行走轮通过行走轮轴平行的安装在行走轮架上，所述压紧机构包括压紧轮、压紧轮支架、压紧螺母以及设于机械臂下部的压紧丝杆和驱动压紧丝杆旋转的压紧电机，所述压紧丝杆通过轴承与机械臂相连，两压紧轮设于两个行走轮下方且与压紧轮支架一端通过轴相连，所述压紧轮支架另一端与压紧螺母通过压紧弹簧相连，压紧螺母与压紧丝杆螺纹配合，通过压紧电机驱动压紧丝杆旋转可带动压紧轮上下运动来与两个行走轮配合实现压紧功能。

3.根据权利要求2所述的一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，其特征在于：所述机箱一侧上设有可看清移动机器人部分视角的摄像头，用于移动机器人部分行走和辅助越障。

4.根据权利要求2所述的一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，其特征在于：所述连接机构用于将移动机器人部分和作业部分连成一体，包括连接板、法兰盘、绝缘管和绝缘杆连接套；所述连接板两端与移动机器人部分的机箱底部的均压环通过焊接连在一起，所述法兰盘通过螺栓固定于连接板下方中间，所述绝缘管一端通过螺栓连接法兰盘，一端通过与绝缘杆连接套的摩擦力和螺栓连接至绝缘杆连接套；所述绝缘杆连接套一端与绝缘杆相连，一端通过连接蜗轮箱防转连接盖与传动机构相连。

5.根据权利要求1所述的一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，其特征在于：所述传动机构包括两个蜗轮蜗杆传动，两蜗轮蜗杆传动均设传动箱，分别为上方传动箱和下方传动箱，其中，上方传动箱内包括涡轮、蜗杆、轴承、涡轮止转轴以及提供蜗杆动力的电机，用于提供绕涡轮止转轴回转的自由度；下方传动箱内设蜗杆、轴承、端盖和提供蜗杆动力的电机，下方传动箱内的涡轮依附涡轮轴设于下方传动箱外，通过与作业臂杆套的连接来提供绝缘作业长臂摆动的自由度。

6.根据权利要求5所述的一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人，其特征在于：所述绝缘作业长臂携带作业末端，所述绝缘作业长臂由两根上下布置的绝缘管通过作业臂杆套连接，一端携带可重组的作业末端，另一端携带控制箱；作业末端包括锯片和夹爪，修剪树枝时先由夹爪控制住需修剪的树枝，再由锯片修剪。

7.一种高压线路走廊树枝带电修剪机器人的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，高压线路走廊树枝带电修剪机器人上线，具体方法是：人工登塔在高压导线上悬挂挂钩滑轮组，将绝缘吊装绳穿过挂钩滑轮组，其一端紧固于机器人的机械臂机构导向机构，另一端人工拉紧，进而将机器人提升；机器人控制箱两侧均压环上分别紧固两条绝缘绳作为晃绳，另一端由人工拉紧，调节机器人在水平方向上的转动；在整个机器人平台靠近导线即将上线时，由晃绳和塔上人工用长绝缘杆调节，实现整个机器人上线过程；

步骤2，高压线路走廊树枝带电修剪机器人上线后，通过移动机器人中行走轮机构、机械臂机构和摄像头的配合辅助带动行驶至需作业区域；当树枝修剪机器人平台到达需修剪树枝的工作区域后，开始修剪作业准备；

步骤3，调整作业部分的扭转机构和旋转机构，使绝缘作业长臂携带的修剪末端到达待作业工作位附近，即锯片和夹爪机构处于需修剪的树枝的下方，此时夹爪机构处于张开状态；然后精调扭转机构和旋转机构，使作业末端的夹爪机构将即将修剪的树枝包围，再通过驱动电机驱动夹爪丝杆旋转，从而通过杆件传动带动作业末端夹爪机构合拢，将所需修剪的树枝夹住约束在夹爪内部；此时，锯片的驱动电机启动，通过传动，使锯片开始高速旋转并移动至夹爪机构已夹住的树枝侧边，通过合适的速度向此树枝进刀，直至锯断此树枝；一次作业完毕后，再调整扭转机构和旋转机构，使绝缘作业长臂携带的修剪末端到达下一待作业工作位，重复以上步骤，即可逐一修剪干扰输电线路的走廊树枝；

步骤4，当此次作业所需修剪的走廊树枝修剪完毕后，通过移动机器人部分带动此树枝修剪机器人平台行驶返回至上下线地点，其后的机器人下线过程为机器人上线过程的逆过程。