CN107494000A - 一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人及控制方法，包括移动机器人平台、铰接机构、绝缘臂机构、回转机构以及修剪机构，所述铰接机构用于连接绝缘臂机构和移动机器人平台，所述绝缘臂机构用于回转机构与修剪机构和导线之间的绝缘，所述回转机构用于带动整个修剪机构进行旋转，所述修剪机构用于树枝的修剪作业。带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台的超长绝缘操作臂提供了大的作业半径,回转机构带动360°轴旋转，可以实现工作区域无死角覆盖，修剪机构中修剪臂可以来回摆动调整树枝与锯片的切割角度，来达到最好的切割效果。本发明具实现了对高压输电线路上故障机器人的救援；可替代人工作业，其结构简单，便携性好，成本低。

Description

一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人平台，尤其是一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人及控制方法一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人及控制方法，以代替人工作业，解决高压线路走廊维护问题。

背景技术

高压线路走廊的树枝是导致线路跳闸停电的重要隐患源，国内外曾经发生过的大面积、长时间停电事故，事故原因正是由于山区线路走廊两旁树木的生长，大风天气下的摆动等情况导致树枝很容易触碰到线路，造成短路，造成巨大的经济损失，同时对巡检员也存在巨大的安全隐患。因而，高压线路走廊树木枝的修剪成为线路运行维护中的一项重要工作，也是一项艰苦而又危险的工作。目前主要采取的措施仍是人工登树修剪树枝或作业车辆辅助的人工修剪树枝，有时甚至是直接砍伐树木，这种方式不仅劳动强度大、安全风险高、植被受损并由此引起社会矛盾甚至纠纷，而且作业质量难于控制，作业范围受到限制，并由此留下了重要的安全隐患上。部分地方采用机器人修剪，但作业空间有限、修剪范围有限，整个平台不够稳定。随着我国森林植被范围加大及其保护力度加强，线路走廊树木树枝对线路安全正常运行的影响将愈趋明显，尤其是对于那些跨越林区的线路更是如此，因此寻求一种稳定、有充足的作业空间、大范围修剪的带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台已经迫在眉睫。

以美国为首的一些发达国家从上世纪开始就对园林高枝修剪机械着手研究，机型较多。在手动高枝修剪锯方面，美国和瑞典等发达国家生产的高枝机械，改良了常用的鱼头锯，添加了一些简单的结构实现了工作杆的伸缩功能，对树枝的修剪作业高度达到了6m，大致上解决了人工爬树的问题。美国安达略水力发电厂开发的一种修剪树木的机器人系统，由一个遥控装置(从动装置)、一个手动控制器形式的控制装置(主导装置)、一套工具及计算器控制装置组成。从动装置装在一个3自由度的架空装置的末端，因此可以在地面上50英尺的高处修剪树木。目前国内的机动型高空剪枝机械的研究已经取得一定的突破。孙坤龙、乔弘等设计的5XY-5便携式液压剪枝机，采用套装式快速偏心锁紧伸缩杆，用小型的汽油机提供动力，由液压系统控制末端的修剪机构运动，执行剪枝动作，以此来完成高空的修剪作业。该机械的树枝修剪直径达到了30mm，修剪高度达到了5m。但是修剪的噪声和振动大，机械的整体重量大，不能用来长时间的工作。武汉大学机器人研究所2016年研究开发以导线巡检的机器人为移动平台，在220kV导线上工作的树枝修剪机器人，但存在导线正下方部分树枝无法被修剪的情况。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足,提供一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台,以代替人工作业,解决高压线路走廊维护问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台，其特征在于：包括移动机器人平台、连接在移动机器人平台上的铰接机构、一端与铰接机构固定的用于回转机构与修剪机构和导线之间的绝缘的绝缘臂机构、绝缘臂机构另一端连接在用于带动整个修剪机构进行旋转的回转机构上，修剪机构固定在回转机构上，用于树枝的修剪作业。

上述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台，所述移动机器人平台包括机械臂机构、行走轮机构、压紧机构、导轨、机箱，所述机械臂机构通过导轨固定设于机箱上，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共同用于带动整个树枝修剪机器人平台在导线上行走，导轨中间固定有导轨连接支撑，用于和铰接机构连接。

在上述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台，所述铰接机构包括铰接机构连接板、铰接机构连接块、定位销和弹簧销结构。所述铰接机构连接板上端用于连接移动机器人，铰接机构连接板下端与铰接机构连接块通过定位销连接，铰接机构连接块下端与绝缘臂机构相连接。弹簧销结构固定于绝缘臂机构和铰接机构之间，弹簧销结构包括弹簧销、弹簧和绝缘绳，定位销中间有孔，弹簧销能够插入孔中，弹簧销下端连接一根绝缘绳穿过绝缘管内，在绝缘管下方的孔内穿出，能够拉动。整个树枝修剪机器人平台上线工作时，弹簧销在弹簧的作用下顶入定位销的孔内，整个平台不可围绕铰接机构旋转，机器人平台正常工作；机器人平台下线时，拉动绝缘绳，弹簧销从定位销的孔内脱出，这时机器人平台可以围绕铰接机构进行旋转，方便树枝修剪机器人下线。

上述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台，所述绝缘臂机构由绝缘臂连接套连接两段绝缘管组成，绝缘臂机构一端通过上端固定法兰连接铰接机构连接块，绝缘臂机构另一端通过下端固定法兰连接回转机构。所述绝缘臂机构末端有孔，弹簧销末端的绝缘绳可以从此孔穿出。

上述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台，所述回转机构包括蜗杆固定法兰、蜗轮上端盖、减速箱、蜗杆电机减速器、制动器、回转机构连接件、回转机构连接板、控制箱、电池箱、蜗轮轴、线路管套和过桥法兰。所述蜗杆固定法兰与绝缘臂下端固定法兰连接，蜗轮上端盖连接在减速箱上端，减速箱下端通过回转机构连接件与回转机构连接板相连，回转机构连接板上固定有控制箱和电池箱，回转机构连接板下端连接有过桥法兰，过桥法兰与修剪机构相连。所述蜗杆电机减速器外设有线路管套。

上述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台，所述减速箱内有一对蜗轮蜗杆、蜗轮轴，蜗杆由减速箱外蜗杆电机减速器驱动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动蜗轮轴旋转，进而整个回转机构开始转动，超长绝缘操作臂提供了大的作业半径,回转机构带动360°轴旋转，实现工作区域无死角覆盖。在紧急情况下，所述制动器能够采取制动。

上述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台，所述修剪机构包括250W电机、电机固定架、电机支座、丝杆、丝杆固定座、连杆、修剪臂、锯片电机和锯片。所述250W电机伸入回转机构过桥法兰内，电机固定架与上所述回转机构过桥法兰连接，250W电机末端接入丝杆，丝杆装入丝杆固定座内。所述修剪臂一端连接在电机支座上，可旋转，修剪臂另通过连杆连接在丝杆固定座上，可摆动。所述锯片电机和锯片连接在修剪臂的末端，进行树枝修剪作业。

上述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台，所述修剪臂、连杆和丝杆固定座、电机支座组成一个四杆机构，所述修剪机构包括两个连杆、两个修剪臂、两个锯片电机、两个锯片，且关于丝杆固定座对称。工作时，250W电机带动丝杆转动，连杆与丝杆螺纹连接，从而连杆上下移动，进而修剪臂可以来回摆动，同时丝杆两边联动，可以调整锯片与树枝的夹角，以实现更好的修剪效果。

一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人的控制方法，其特征在于：包括：

步骤1，当带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台上线行驶至工作区域，弹簧销16顶入定位销的孔中，铰接机构不可旋转，250W电机带动丝杆转动，连杆与丝杆螺纹连接，从而连杆可以上下移动，进而修剪臂可以来回摆动，同时丝杆的两边对称联动，可以调整锯片与树枝的夹角，达到最佳切割角度。

步骤2，蜗杆电机减速器驱动蜗杆，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动蜗轮轴旋转，进而整个回转机构开始转动，超长修剪臂提供了大的作业半径,回转机构带动修剪机构成360°轴旋转，可以实现工作区域无死角覆盖。

步骤3，在紧急情况下，所述制动器可以采取制动。带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台下线时，拉动绝缘绳，弹簧销从定位销的孔中脱出，移动机器人平台下方机构可以通过旋转来调节下线高度，方便带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台下线。

因此，本发明具有如下优点：1、带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台的超长绝缘操作臂提供了大的作业半径,回转机构带动360°轴旋转，可以实现工作区域无死角覆盖。2、修剪机构中修剪臂可以来回摆动调整树枝与锯片的切割角度，以此达到最好的切割效果。3、铰接机构中改进添加了弹簧销机构，方便了带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台上下线。4、可替代人工作业，智能化程度较高，上下线方便，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为移动机器人的结构示意图。

图3为铰接机构的结构示意图。

图4为弹簧销机构的结构示意图。

图5为绝缘臂机构的结构示意图。

图6a为回转机构的结构示意图。

图6b为回转机构的结构示意图(去掉减速箱外壳)。

图7a为修剪机构的结构示意图。

图7b为修剪机构的结构示意图(去掉丝杆固定座、丝杆、连杆放大结构)。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，移动机器人平台1、铰接机构2、绝缘臂机构3、回转机构4、修剪机构5、行走轮机构6、压紧机构7、机械臂机构8、导轨9、机箱10、导轨连接支撑11、铰接机构连接板12、定位销13、铰接机构连接块14、弹簧销机构15、弹簧销16、弹簧17、绝缘绳18、绝缘管上端固定法兰19、绝缘管20、绝缘管连接套21、绝缘管22、绝缘绳穿出孔23、绝缘管下端固定法兰24、蜗杆固定法兰25、蜗轮上端盖26、线路管套27、制动器28、蜗杆电机减速器29、电池箱30、过桥法兰31、控制箱32、回转机构连接板33、回转机构连接件34、减速箱35、蜗轮轴36、蜗杆37、蜗轮38、电机固定架39、250W电机40、电机支座41、修剪臂42、锯片电机43、锯片44、连杆45、丝杆固定座46、丝杆47。

实施例：

一、首先介绍一下本发明的机械装置：如图1所示，本发明涉及一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台，包括在移动机器人平台1下端通过铰接机构2连接的绝缘臂机构3、绝缘臂机构3下端通过法兰连接的回转机构4、回转机构4带动旋转的修剪机构5。

如图2所示，移动机器人平台1包括行走轮机构6、压紧机构7、机械臂机构8、导轨9、机箱10和导轨连接支撑11等。机械臂机构通过导轨固定设于机箱10上，所述行走轮机构6和压紧机构7设于机械臂机构8上，用于带动整个树枝修剪机器人平台在导线上行走，导轨9中间固定有导轨连接支撑11，用于和铰接机构2连接。

如图3所示，铰接机构2包括铰接机构连接板12、定位销13、铰接机构连接块14和弹簧销机构15。铰接机构连接板12和导轨连接支撑11相连接，铰接机构连接板12和铰接机构连接块14通过定位销13连接，弹簧销机构15处于铰接机构连接块14中央。

如图4所示，弹簧销机构15由弹簧销16、弹簧17、绝缘绳18组成。定位销13中间有孔，恰好弹簧销16可以插入，弹簧销16下端连接绝缘绳18穿过绝缘臂机构3内，人可以拉动。整个树枝修剪机器人平台上线工作时，弹簧销16在弹簧17的作用下可以顶入定位销的孔内，整个平台不可围绕铰接机构2旋转，机器人平台正常工作；机器人平台下线时，拉动绝缘绳18，弹簧销16从定位销的孔内脱出，这时机器人平台可以围绕铰接机构2进行旋转，方便树枝修剪机器人下线。

如图5所示，绝缘臂机构3包括绝缘管上端固定法兰19、绝缘管20、绝缘管连接套21、绝缘管22、绝缘绳穿出孔23以及绝缘管下端固定法兰24。绝缘管连接套21连接了绝缘管20和绝缘管22，起到了回转机构4与修剪机构5和导线之间的绝缘作用。绝缘管上端固定法兰19与铰接机构连接块14连接，绝缘管下端固定法兰24与回转机构4连接。弹簧销16末端绝缘绳18通过绝缘绳穿出孔23穿出，人可以拉动。

如图6(a)(b)所示，回转机构4包括蜗杆固定法兰25、蜗轮上端盖26、线路管套27、制动器28、蜗杆电机减速器29、电池箱30、过桥法兰31、控制箱32、回转机构连接板33、回转机构连接件34、减速箱35、蜗轮轴36、蜗杆37及蜗轮38等，图6(b)展示了减速箱35内部结构。蜗杆固定法兰25与绝缘管下端固定法兰24连接，蜗轮上端盖26螺钉连接在减速箱35上端，减速箱35下端通过回转机构连接件34与回转机构连接板33相连，回转机构连接板33上固定有控制箱32和电池箱30，回转机构连接板33下端连接有过桥法兰31，过桥法兰31与修剪机构5相连。蜗杆电机减速器29外设有线路管套27。所述减速箱35内有蜗杆37、蜗轮38、蜗轮轴36，蜗杆37由蜗杆电机减速器29驱动，蜗杆37带动蜗轮38转动，蜗轮38带动蜗轮轴36旋转，进而整个回转机构4开始转动。在紧急情况下，制动器可以28采取制动。

如图7(a)(b)所示，修剪机构5包括电机固定架39、250W电机40、电机支座41、修剪臂42、锯片电机43、锯片44、连杆45、丝杆固定座46以及丝杆47等，图7(b)展示了丝杆固定座46内部丝杆47的结构。250W电机40伸入回转机构4的过桥法兰31内并装在电机固定架39上，电机固定架39与过桥法兰31螺钉连接，250W电机40末端接入丝杆47，丝杆47装入丝杆固定座46内。所述修剪臂42一端连接在电机支座41上，可旋转，修剪臂42另通过连杆45连接在丝杆固定座46上，可摆动。所述锯片电机43和锯片44连接在修剪臂42的末端，进行树枝修剪作业。电机支座41、修剪臂42、连杆45和丝杆固定座46组成一个四杆机构，且两边关于丝杆固定座46对称。

二、下面介绍一下本发明的工作流程。当带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台上线行驶至工作区域，弹簧销16顶入定位销13的孔中，铰接机构2不可旋转，250W电机10带动丝杆47转动，连杆45与丝杆47螺纹连接，从而连杆45可以上下移动，进而修剪臂42可以来回摆动，同时丝杆47的两边对称联动，可以调整锯片44与树枝的夹角，达到最佳切割角度。此时，蜗杆电机减速器29驱动蜗杆37，蜗杆37带动蜗轮38转动，蜗轮38带动蜗轮轴36旋转，进而整个回转机构4开始转动，超长修剪臂42提供了大的作业半径,回转机构4带动修剪机构5成360°轴旋转，可以实现工作区域无死角覆盖。在紧急情况下，所述制动器28可以采取制动。带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台下线时，拉动绝缘绳18，弹簧销16从定位销13的孔中脱出，移动机器人平台下方机构可以通过旋转来调节下线高度，方便带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台下线。

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移动机器人平台1、铰接机构2、绝缘臂机构3、回转机构4、修剪机构5、行走轮机构6、压紧机构7、机械臂机构8、导轨9、机箱10、导轨连接支撑11、铰接机构连接板12、定位销13、铰接机构连接块14、弹簧销机构15、弹簧销16、弹簧17、绝缘绳18、绝缘管上端固定法兰19、绝缘管20、绝缘管连接套21、绝缘管22、绝缘绳穿出孔23、绝缘管下端固定法兰24、蜗杆固定法兰25、蜗轮上端盖26、线路管套27、制动器28、蜗杆电机减速器29、电池箱30、过桥法兰31、控制箱32、回转机构连接板33、回转机构连接件34、减速箱35、蜗轮轴36、蜗杆37、蜗轮38、电机固定架39、250W电机40、电机支座41、修剪臂42、锯片电机43、锯片44、连杆45、丝杆固定座46、丝杆47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 (9)

1.一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人，其特征在于：包括移动机器人平台、连接在移动机器人平台上的铰接机构、一端与铰接机构固定的用于回转机构与修剪机构和导线之间的绝缘的绝缘臂机构、绝缘臂机构另一端连接在用于带动整个修剪机构进行旋转的回转机构上，修剪机构固定在回转机构上，用于树枝的修剪作业。

2.根据权利要求1所述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人，其特征在于：所述移动机器人平台包括机械臂机构、行走轮机构、压紧机构、导轨、机箱，所述机械臂机构通过导轨固定设于机箱上，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共同用于带动整个树枝修剪机器人平台在导线上行走，导轨中间固定有导轨连接支撑，用于和铰接机构连接。

3.根据权利要求1所述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人，其特征在于：所述铰接机构包括铰接机构连接板、铰接机构连接块、定位销和弹簧销结构；所述铰接机构连接板上端用于连接移动机器人，铰接机构连接板下端与铰接机构连接块通过定位销连接，铰接机构连接块下端与绝缘臂机构相连接；弹簧销结构固定于绝缘臂机构和铰接机构之间，弹簧销结构包括弹簧销、弹簧和绝缘绳，定位销中间有孔，弹簧销能够插入孔中，弹簧销下端连接一根绝缘绳穿过绝缘管内，在绝缘管下方的孔内穿出，能够拉动；整个树枝修剪机器人平台上线工作时，弹簧销在弹簧的作用下顶入定位销的孔内，整个平台不可围绕铰接机构旋转，机器人平台正常工作；机器人平台下线时，拉动绝缘绳，弹簧销从定位销的孔内脱出，这时机器人平台可以围绕铰接机构进行旋转，方便树枝修剪机器人下线。

4.根据权利要求1所述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人，其特征在于：所述绝缘臂机构由绝缘臂连接套连接两段绝缘管组成，绝缘臂机构一端通过上端固定法兰连接铰接机构连接块，绝缘臂机构另一端通过下端固定法兰连接回转机构；所述绝缘臂机构末端有孔，弹簧销末端的绝缘绳可以从此孔穿出。

5.根据权利要求1所述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人，其特征在于：所述回转机构包括蜗杆固定法兰、蜗轮上端盖、减速箱、蜗杆电机减速器、制动器、回转机构连接件、回转机构连接板、控制箱、电池箱、蜗轮轴、线路管套和过桥法兰；所述蜗杆固定法兰与绝缘臂下端固定法兰连接，蜗轮上端盖连接在减速箱上端，减速箱下端通过回转机构连接件与回转机构连接板相连，回转机构连接板上固定有控制箱和电池箱，回转机构连接板下端连接有过桥法兰，过桥法兰与修剪机构相连；所述蜗杆电机减速器外设有线路管套。

6.根据权利要求5所述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人，其特征在于：所述减速箱内有一对蜗轮蜗杆、蜗轮轴，蜗杆由减速箱外蜗杆电机减速器驱动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动蜗轮轴旋转，进而整个回转机构开始转动，超长绝缘操作臂提供了大的作业半径,回转机构带动360°轴旋转，实现工作区域无死角覆盖；在紧急情况下，所述制动器能够采取制动。

7.根据权利要求1所述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人，其特征在于：所述修剪机构包括250W电机、电机固定架、电机支座、丝杆、丝杆固定座、连杆、修剪臂、锯片电机和锯片；所述250W电机伸入回转机构过桥法兰内，电机固定架与上所述回转机构过桥法兰连接，250W电机末端接入丝杆，丝杆装入丝杆固定座内；所述修剪臂一端连接在电机支座上，可旋转，修剪臂另通过连杆连接在丝杆固定座上，可摆动；所述锯片电机和锯片连接在修剪臂的末端，进行树枝修剪作业。

8.根据权利要求7所述一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人，其特征在于：所述修剪臂、连杆和丝杆固定座、电机支座组成一个四杆机构，所述修剪机构包括两个连杆、两个修剪臂、两个锯片电机、两个锯片，且关于丝杆固定座对称；工作时，250W电机带动丝杆转动，连杆与丝杆螺纹连接，从而连杆上下移动，进而修剪臂可以来回摆动，同时丝杆两边联动，可以调整锯片与树枝的夹角，以实现更好的修剪效果。

9.一种带电修剪高压线路走廊树枝的机器人的控制方法，其特征在于：包括：

步骤1，当带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台上线行驶至工作区域，弹簧销16顶入定位销的孔中，铰接机构不可旋转，250W电机带动丝杆转动，连杆与丝杆螺纹连接，从而连杆可以上下移动，进而修剪臂可以来回摆动，同时丝杆的两边对称联动，可以调整锯片与树枝的夹角，达到最佳切割角度；

步骤2，蜗杆电机减速器驱动蜗杆，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动蜗轮轴旋转，进而整个回转机构开始转动，超长修剪臂提供了大的作业半径,回转机构带动修剪机构成360°轴旋转，可以实现工作区域无死角覆盖；

步骤3，在紧急情况下，所述制动器可以采取制动；带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台下线时，拉动绝缘绳，弹簧销从定位销的孔中脱出，移动机器人平台下方机构可以通过旋转来调节下线高度，方便带电修剪高压线路走廊树枝的机器人平台下线。