CN107591728A - 架空输电线路地线全程自动移动机构、巡检机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了架空输电线路地线全程自动移动机构、巡检机器人及方法，本发明通过设置多个并列分布的驱动臂，所述驱动臂包括支撑架、驱动轮、从动轮和旋转关节，驱动轮和从动轮布设于支撑架上，支撑架底部设置于旋转关节上，随旋转关节转动，旋转关节外沿设置有对其进行卡合或释放的锁紧装置，通过其对旋转关节的卡合或释放，使支撑架带动驱动轮和从动轮适应轨道的曲率变换，实现其始终沿地线移动运行。提高了机器人的适应能力，通过障碍物的方法简单有效，机器人无需做任何越障动作，提高了安全性。

Description

架空输电线路地线全程自动移动机构、巡检机器人及方法

技术领域

本发明涉及一种架空输电线路地线全程自动移动机构、巡检机器人及方法。

背景技术

高压输电线路的安全运行直接影响国民的生产、生活，必须对输电线路进行定期的巡视检查，随时掌握和了解输电线路的安全运行情况，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生。由于我国幅员辽阔，输电线路分布广，远离城镇，地形复杂，机器人已经广泛应用于高压输电线路领域，特别是输电线路的带电巡线作业，但是，在我国目前的架空输电线路上，由于地线在设计之初并没有考虑线路机器人的应用，地线上的防震锤、悬垂线夹、耐张塔等成为了机器人快速巡线的障碍，特别是耐张塔，目前国内外的线路机器人大部分只能在两个耐张塔之间运行，无法跨越耐张塔，严重限制了机器人在整体线路上运行，再者，目前应用在线路上的巡线机器人需要地面人员的远程操作，特别是在跨越障碍物的时候，降低了机器人线路巡检的运行效率，操作人员的素质不一，增加了许多不确定因素。

因此，一种能够在不做任何越障动作的前提下快速通过耐张塔的机器人成为必然。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种架空输电线路地线全程自动移动机构、巡检机器人及方法，本发明能够在不做任何越障动作的前提下快速通过耐张塔。

本发明的第一目的是提供一种架空输电线路地线全程自动移动机构，本移动机构通过旋转关节和锁紧装置的卡合与释放，以及驱动轮和从动轮的配合，使其能够顺利通过防震锤、直线塔及耐张塔，完成地线全程无障碍移动。

本发明的第二目的是提供一种架空输电线路地线全程自动巡检机器人，本机器人基于上述移动机构，无需人员干预即可完成防震锤、直线塔及耐张塔的跨越，完成全程的巡检任务。

本发明的第三目的是提供一种基于上述巡检机器人的巡检方法，本发明通过控制机器人在输电线路上不同路径环境下的转换，能够保证机器人有效的进行越障，实现全程自动巡检。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种架空输电线路地线全程自动移动机构，包括多个并列分布的驱动臂，所述驱动臂包括支撑架、驱动轮、从动轮和旋转关节，所述驱动轮和从动轮布设于支撑架上，支撑架底部设置于旋转关节上，随旋转关节转动；

所述旋转关节外沿设置有对其进行卡合或释放的锁紧装置，通过其对旋转关节的卡合或释放，使支撑架带动驱动轮和从动轮适应轨道的曲率变换，实现其始终沿地线移动运行。

进一步的，所述驱动臂至少包括两个，且驱动臂均设置在一个横梁上，沿横梁均匀布设。这样的设计能够保证移动机构在行走时，同一时间至少有一个驱动臂处于锁紧的状态，保证移动机构安全吊设于地线上。同时，也有助于保证移动机构整体重量的平稳性，保证在跨越障碍物时的平衡性。

进一步的，所述驱动轮骑在地线上，从动轮安装固定在对应的驱动轮的正下方，且从动轮能够沿支撑架上下往复运动。

进一步的，所述驱动轮、从动轮和旋转关节的中心位于同一轴线上。

进一步的，所述旋转关节具有限位功能，其自由旋转角度受限。

进一步的，所述旋转关节包括法兰、导向轮、轴承、限位块和卡扣，所述轴承上端设置法兰，所述法兰的外径的外侧设置有若干导向轮，所述卡扣为若干个，设置在法兰的外径的内侧，且与轴承活动连接，限位块可在卡扣间进行旋转。

进一步的，所述从动轮包括直流电机、直线平台、传动齿轮和行走轮，所述直线平台的下端设置有两个相互啮合的传动齿轮，所述直线平台上活动设置有行走轮，所述直流电机带动一个齿轮旋转，另一个齿轮连接行走轮，使得行走轮可沿直线平台实现上下往复运动。

进一步的，所述锁紧装置包括电机、齿轮、直线平台和导向夹，所述导向夹可在电机的带动下沿直线平台左右往复运动；导向夹前推时可将旋转关节的导向轮卡在中间，起到限制驱动臂旋转的作用，从而保证驱动轮沿直线行走；导向夹后撤时，可将导向轮释放，此时，旋转关节的限位块可在卡扣之间自由旋转。这样的设计能够保证驱动轮和从动轮可沿具有一定曲率的导轨行走，提高了移动机构的适应能力。

进一步的，所述横梁下端设置有控制箱，所述控制箱内设置有控制器，控制器驱动驱动轮、旋转关节和锁紧装置等的运动，且控制箱内可设置巡检传感器或维修工具等，这些均是本领域技术人员容易想到的。

一种巡检机器人，包括机器人本体，所述机器人本体上设置有上述移动机构。

一种与上述机器人相适配的地线无障碍通道，具体包括直线杆塔悬垂线夹和耐张塔过桥，其中，所述直线杆塔悬垂线夹的主体结构为中部向外延伸的框架状，且所述延伸的框架内部可容纳机器人的驱动轮自由通行；

所述耐张塔过桥为架设在耐张塔外侧的辅助通道，包括拐角连接件、间隔件和轨道，耐张塔两侧的地线上分别设置有所述拐角连接件，所述轨道有两条，上下平行分布，两条轨道的两端分别与耐张塔两侧的拐角连接件相连，形成一个通道；所述两条平行的轨道中间设置有间隔件。

进一步的，所述间隔件为多个，且间隔件沿耐张塔中心轴在轨道上对称均匀分布，位于中心的间隔件与耐张塔相连。通过设置间隔件，起到固定间距的作用。

优选的，所述直线杆塔悬垂线夹包括线夹、联板和吊环，且吊环和联板均连接线夹，所述线夹相对于吊环所在轴线具有一向外延伸的凸起，所述凸起的宽度和高度与驱动轮相适配，可容纳驱动轮在线夹内运动。

一种架空输电线路地线全程自动巡检系统，包括上述机器人和地线无障碍通道，所述地线无障碍通道设置于输电线上，机器人沿输电线路进行巡检。

一种基于上述巡检机器人的工作方法，在直线段巡线时，锁紧装置将对应的旋转关节锁紧，保证所有驱动臂与地线轴线垂直；

所述巡检机器人跨越耐张塔时，锁紧装置将对应的旋转关节松开，使旋转关节能够在一定范围内自由转动；驱动轮沿着具有一定弧度的导轨逐渐脱离地线，此时，从动轮上升并卡住底部的轨道，这样，驱动轮和从动轮将上下两条轨道卡在中间位置，形成一个封闭空间，保证机器人的安全性，同时，底部的旋转关节可被动旋转，带动上端的驱动轮和从动轮自适应轨道的曲率。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的机器人结构简单，驱动臂具有锁紧和自由旋转状态，提高了机器人的适应能力，通过障碍物的方法简单有效，机器人无需做任何越障动作，提高了安全性；

(2)本发明的无障碍通道提高了机器人的跨越地耐张塔的效率，可有效解决机器人跨越耐张塔的难题；

(3)本发明当机器人跨越耐张塔时，锁紧装置将对应的旋转关节松开，使旋转关节能够在一定范围内自由转动，且驱动轮和从动轮将上下两条轨道卡在中间位置，形成一个封闭空间，保证机器人的安全性，同时，底部的旋转关节可被动旋转，带动上端的驱动轮和从动轮自适应轨道的曲率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是全程巡检机器人结构图；

图2是驱动臂结构图；

图3是旋转关节和锁紧装置的结构示意图；

图4是机器人通过耐张塔示意图；

图5是线夹的示意图。

其中：1、驱动臂，2、锁紧装置，3、控制箱4、驱动轮，5、从动轮，6、旋转关节，7、支撑架，8、横梁，9、法兰，10、导向轮，11、轴承，12、限位块，13、卡扣，14、电机，15、齿轮，16、直线平台，17、导向夹，18、轨道。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在地线在设计之初并没有考虑线路机器人的应用，地线上的防震锤、悬垂线夹、耐张塔等成为了机器人快速巡线的障碍，影响了机器人在线通过效率，并且安全系数较低的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种架空输电线路地线全程自动巡检机器人移动结构。

包括若干个对称分布的驱动臂、锁紧装置，驱动臂包括驱动轮、从动轮、旋转关节和支撑架；支撑架将驱动轮、从动轮和旋转关节组成一个整体；所述驱动轮位于支撑架顶端，旋转关节位于支撑架底部；所述驱动轮、从动轮和旋转关节位于同一轴线上，可绕旋转关节转动；从动轮位于驱动轮的正下方，从动轮可上下往复运动；所述锁紧装置位于旋转关节侧面，与旋转关节位于一个平面上，可将旋转关节锁紧和松开；

旋转关节具有限位功能，只在一定范围内进行自由旋转；所述旋转关节包括法兰、导向轮、轴承、限位块和卡扣；所述限位块可在卡扣间进行旋转；

锁紧装置包括电机、齿轮、直线平台和导向夹；导向夹可在电机的带动下沿直线平台左右往复运动，导向夹前推时可将旋转关节的导向轮卡在中间，起到限制驱动臂旋转的作用，从而保证驱动轮沿直线行走；导向夹后撤时，可将导向轮释放，此时，旋转关节的限位块可在卡扣之间自由旋转，这样，驱动轮和从动轮可沿具有一定曲率的导轨行走，提高了机器人的适应能力。

一种巡检机器人，带有上述移动机构，巡检机器人跨越耐张塔时，锁紧装置将对应的旋转关节松开，使旋转关节能够在一定范围内自由转动；驱动轮沿着具有一定弧度的导轨逐渐脱离地线，此时，从动轮上升并卡住底部的轨道，这样，驱动轮和从动轮将上下两条轨道卡在中间位置，形成一个封闭空间，保证机器人的安全性，同时，底部的旋转关节可被动旋转，带动上端的驱动轮和从动轮自适应轨道的曲率。

本申请的一种典型的实施方式中，以两个驱动臂为例进行描述，如图1所示，提供了一种移动机构，该移动机构中包括两个前后对称分布的驱动臂1、锁紧装置2和控制箱3，驱动臂1有两个，结构对称、前后平行分布；驱动臂1包括驱动轮4、从动轮5、旋转关节6和支撑架7，驱动轮4骑在地线上，沿地线行走；从动轮5固定在支撑架7上，与驱动轮4位于同一轴线上，从动轮5可沿支撑架7上下运动。

支撑架7的下方连接有旋转关节6，机器人前后驱动臂1上的旋转关节6分别与横梁8相连，横梁8下端固定有控制箱3，将机器人组成一个整体。

如图3所示，旋转关节6包括法兰9、导向轮10、轴承11、限位块12和卡扣13，轴承11上端设置法兰9，所述法兰9的外部一侧设置有两个导向轮10，卡扣13为两个，设置在法兰9的外部的另一侧，且与轴承11活动连接，限位块12在卡扣间进行旋转。

锁紧装置2包括电机14、齿轮15、直线平台16和导向夹17，导向夹17可在电机14的带动下沿直线平台16左右往复运动；导向夹17的宽度与两个导向轮10之间的距离相适配，使得导向夹17前推时可将旋转关节6的导向轮10卡在中间，起到限制驱动臂1旋转的作用，从而保证驱动轮4沿直线行走；导向夹17后撤时，可将导向轮10释放，此时，旋转关节6的限位块12可在卡扣13之间自由旋转。这样的设计能够保证驱动轮和从动轮可沿具有一定曲率的导轨行走，提高了移动机构的适应能力。

机器人驱动轮4骑在地线上进行巡检，当机器人在地线的直线段运行时候，锁紧装置2上的导向夹17沿着直线平台16前伸，将旋转关节6上的导向轮10卡住，从而将旋转关节6锁紧，这样保证机器人的两个驱动轮4始终处于与地线轴线垂直的状态，沿直线行走，同时，从动轮5位于最底端，可避开地线上的防震锤。

如图5所示，直线杆塔上的“C”型线夹可容纳驱动轮4，保证驱动轮的顺利通过。

如图4所示，耐张塔过桥为架设在耐张塔外侧的辅助通道，包括拐角连接件19、间隔件20和轨道，耐张塔两侧的地线上分别设置有拐角连接件19，轨道有18两条，上下平行分布，两条轨道18的两端分别与耐张塔两侧的拐角连接件19相连，形成一个通道；两条平行的轨道18中间设置有多个间隔件20。

间隔件20沿耐张塔中心轴在轨道上对称均匀分布，位于中心的间隔件20与耐张塔相连。通过设置间隔件20，起到固定间距的作用。

机器人遇到前方耐张塔(通过过桥)，机器人前驱动轮4运行到轨道的上表面时，前驱动臂1对应的锁紧装置2上的导向夹17沿着直线平台16后缩，将旋转关节6上的导向轮10释放，从而将旋转关节6松开，此时，旋转关节6上的限位块12可在两侧卡扣13之间自由转动；同时，前驱动臂1上的从动轮5上升到最高位置，顶住轨道的下表面，这样，驱动轮4和从动轮5将轨道18卡在中间，使驱动臂1底部的旋转关节6被动转动，驱动轮4可以沿着轨道的曲率行走，具有很强的自适应性；

同理，机器人的后驱动臂做出和前驱动臂相同的动作，机器人可安全的通过耐张塔过桥。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (14)

1.一种架空输电线路地线全程自动移动机构，其特征是：包括多个并列分布的驱动臂，所述驱动臂包括支撑架、驱动轮、从动轮和旋转关节，所述驱动轮和从动轮布设于支撑架上，支撑架底部设置于旋转关节上，随旋转关节转动；

所述旋转关节外沿设置有对其进行卡合或释放的锁紧装置，通过其对旋转关节的卡合或释放，使支撑架带动驱动轮和从动轮适应轨道的曲率变换，实现其始终沿地线移动运行。

2.如权利要求1所述的一种架空输电线路地线全程自动移动机构，其特征是：所述驱动臂至少包括两个，且驱动臂均设置在一个横梁上，沿横梁均匀布设。

3.如权利要求1所述的一种架空输电线路地线全程自动移动机构，其特征是：所述驱动轮骑在地线上，从动轮安装固定在对应的驱动轮的正下方，且从动轮能够沿支撑架上下往复运动。

4.如权利要求1所述的一种架空输电线路地线全程自动移动机构，其特征是：所述驱动轮、从动轮和旋转关节的中心位于同一轴线上。

5.如权利要求1所述的一种架空输电线路地线全程自动移动机构，其特征是：所述旋转关节包括法兰、导向轮、轴承、限位块和卡扣，所述轴承上端设置法兰，所述法兰的外径的外侧设置有若干导向轮，所述卡扣为若干个，设置在法兰的外径的内侧，且与轴承活动连接，限位块可在卡扣间进行旋转。

6.如权利要求1所述的一种架空输电线路地线全程自动移动机构，其特征是：所述从动轮包括直流电机、直线平台、传动齿轮和行走轮，所述直线平台的下端设置有两个相互啮合的传动齿轮，所述直线平台上活动设置有行走轮，所述直流电机带动一个齿轮旋转，另一个齿轮连接行走轮，使得行走轮可沿直线平台实现上下往复运动。

7.如权利要求1所述的一种架空输电线路地线全程自动移动机构，其特征是：所述锁紧装置包括电机、齿轮、直线平台和导向夹，所述导向夹可在电机的带动下沿直线平台左右往复运动；导向夹前推时可将旋转关节的导向轮卡在中间，起到限制驱动臂旋转的作用，从而保证驱动轮沿直线行走；导向夹后撤时，可将导向轮释放，此时，旋转关节的限位块可在卡扣之间自由旋转。

8.如权利要求1所述的一种架空输电线路地线全程自动移动机构，其特征是：所述横梁下端设置有控制箱，所述控制箱内设置有控制器。

9.一种巡检机器人，包括机器人本体，其特征是：所述机器人本体上设置有如权利要求1-8中任一项所述的移动机构。

10.一种与如权利要求9所述的机器人相适配的地线无障碍通道，其特征是：包括直线杆塔悬垂线夹和耐张塔过桥，其中，所述直线杆塔悬垂线夹的主体结构为中部向外延伸的框架状，且所述延伸的框架内部可容纳机器人的驱动轮自由通行；

所述耐张塔过桥为架设在耐张塔外侧的辅助通道，包括拐角连接件、间隔件和轨道，耐张塔两侧的地线上分别设置有所述拐角连接件，所述轨道有两条，上下平行分布，两条轨道的两端分别与耐张塔两侧的拐角连接件相连，形成一个通道；所述两条平行的轨道中间设置有间隔件。

11.如权利要求10所述的地线无障碍通道，其特征是：所述间隔件为多个，且间隔件沿耐张塔中心轴在轨道上对称均匀分布，位于中心的间隔件与耐张塔相连。

12.如权利要求10所述的地线无障碍通道，其特征是：所述直线杆塔悬垂线夹包括线夹、联板和吊环，且吊环和联板均连接线夹，所述线夹相对于吊环所在轴线具有一向外延伸的凸起，所述凸起的宽度和高度与驱动轮相适配，可容纳驱动轮在线夹内运动。

13.一种架空输电线路地线全程自动巡检系统，其特征是：包括如权利要求9所述的机器人和如权利要求10-12中任一所述的地线无障碍通道，所述地线无障碍通道设置于输电线上，机器人沿输电线路进行巡检。

14.一种基于如权利要求13所述的巡检机器系统的工作方法，其特征是：在直线段巡线时，锁紧装置将对应的旋转关节锁紧，保证所有驱动臂与地线轴线垂直；

巡检机器人跨越耐张塔时，锁紧装置将对应的旋转关节松开，使旋转关节能够在一定范围内自由转动；驱动轮沿着具有一定弧度的导轨逐渐脱离地线，从动轮上升并卡住底部的轨道，驱动轮和从动轮将上下两条轨道卡在中间位置，形成一个封闭空间，保证机器人的安全性，底部的旋转关节可被动旋转，带动上端的驱动轮和从动轮自适应轨道的曲率。