CN107591729B - 沿架空输电线路地线自主变向跨越耐张塔的巡检机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沿架空输电线路地线自主变向跨越耐张塔的巡检机器人及方法，机器人包括多个并列分布的驱动臂，以及锁紧装置和控制箱，驱动臂下端设置有锁紧装置，锁紧装置固定于机器人控制箱上，控制箱位于机器人底部；驱动臂包括机械臂、驱动轮、从动轮和旋转关节，驱动轮和从动轮布设于机械臂上，机械臂可绕旋转关节转动，且驱动轮、从动轮和旋转关节的中心位于同一轴线上；锁紧装置与旋转关节位于一个平面上，控制旋转关节的卡合与释放。本发明通过地线无障碍通道与机器人的配合，能够提高机器人安全通过输电线障碍物的效率，提高巡检效率。

Description

沿架空输电线路地线自主变向跨越耐张塔的巡检机器人及 方法

技术领域

本发明涉及一种沿架空输电线路地线自主变向跨越耐张塔的巡检机器人及方法。

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。

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，提出了一种沿架空输电线路地线自主变向跨越耐张塔的巡检机器人及方法，本发明能够提高机器人的跨越地线直线杆塔的效率。

本发明的第一目的是提供一种沿架空输电线路地线自主变向跨越耐张塔的巡检机器人，该机器人通过锁紧装置和驱动臂的配合，保证其只在设定的范围内自由转动，安全且自动跨越耐张塔，提高了机器人的跨越地线直线杆塔的效率。

本发明的第二目的是提供一种架空输电线路地线自主变向巡检系统，该系统基于上述机器人，且对通道改造，使其和机器人相适配，保证巡检任务沿地线快速执行，提高巡检的通过效率。

本发明的第三目的是提供一种基于上述巡检系统的巡检方法，本方法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：

一种沿架空输电线路地线自主变向跨越耐张塔的巡检机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括多个并列分布的驱动臂以及锁紧装置，所述驱动臂下端设置有锁紧装置；

所述驱动臂包括机械臂、驱动轮、从动轮和旋转关节，所述驱动轮和从动轮布设于机械臂上，机械臂可绕旋转关节转动，且驱动轮、从动轮和旋转关节的中心位于同一轴线上；

所述锁紧装置与旋转关节位于一个平面上，控制旋转关节的卡合与释放，通过旋转关节的旋转，带动驱动轮和从动轮自适应轨道的曲率，进行巡检。

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机器人在行走时，同一时间至少有一个驱动臂处于锁紧的状态，保证机器人安全吊设于地线上。同时，也有助于保证机械人整体重量的平稳性，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，且从动轮能够沿机械臂上下往复运动。

进一步的，所述旋转关节上设置有限位机构，限位机构能够限制旋转关节的旋转角度。

优选的，所述旋转关节包括法兰、轴承、限位机构、卡扣和底座，所述底座上设置轴承，所述轴承上部设置法兰，法兰上设置有限位机构，所述轴承的外沿设置有多个卡扣，所述限位机构可在卡扣间进行旋转，以实现旋转关节在一定范围内自由转动。

优选的，所述限位机构为限位块。

进一步的，通过调节卡扣之间的距离，从而调节旋转关节的旋转的角度。

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。

进一步的，所述从动轮在机械臂上能够上下活动。

优选的，所述从动轮包括直流电机、直线平台、传动齿轮和活动轮，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活动轮，所述直流电机带动一个齿轮旋转，另一个齿轮连接活动轮，使得活动轮可沿直线平台实现上下往复运动。

当然，本领域技术人员能够在本发明的基础上进行其他改动，以实现从动轮在机械臂上能够上下活动，这些均为容易想到的方案。

一种与上述机器人相适配的地线无障碍通道，具体包括耐张塔过桥，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。

一种架空输电线路地线自动变向越障巡检系统，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。

一种基于上述巡检系统的工作方法，机器人驱动轮骑在地线上进行巡检，当机器人在地线的直线段运行时候，所有驱动臂的锁紧装置将对应的旋转关节锁紧，保证机器人的驱动轮始终处于与地线轴线垂直的状态，沿直线行走；

机器人遇到耐张塔，面向耐张塔的驱动轮运行到拐角连接件的上表面时，打开对应的锁紧装置，将旋转关节释放，处于自由状态，同时，对应的从动轮上升到最高位置，顶住拐角连接件的下表面，驱动轮和从动轮将拐角连接件卡在中间，使驱动臂底部的旋转关节被动转动，驱动轮沿着轨道的曲率行走。直到所有驱动臂都越过耐张塔，实现越障。

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，与地线无障碍通道相互适应性强，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耐张塔的效率，可进行地线全程无障碍通行；

(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是本发明的全程自动巡检机器人结构图；

图2是驱动臂结构图；

图3是地线耐张塔结构示意图；

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、拐角连接件，10、轨道，11、间隔件。

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，本申请提出了一种沿架空输电线路地线自主变向跨越耐张塔的巡检机器人系统，包括一个全程巡检机器人和一个适合机器人的耐张塔无障碍通道。

作为一种典型实施例，架空地线全程巡检机器人和无障碍通道相互适应，相辅相成，全程巡检机器人包括两个对称分布的驱动臂、锁紧装置和控制箱，所述驱动臂下端设置有锁紧装置，锁紧装置固定于机器人控制箱上；

驱动臂包括驱动轮、从动轮和旋转关节；所述驱动轮有两个，分别骑在地线上；所述从动轮有两个，分别安装固定在驱动轮的下方；所述每个驱动轮下方都连接有旋转关节，所述旋转关节固定在框架上；所述旋转关节上有限位块，可限制旋转关节在一定范围内自由转动；

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；

耐张塔无障碍通道架设在耐张塔的外侧，包括拐角连接件、间隔件和轨道，所述拐角连接件有两套，分别设置在耐张塔两侧的地线上，所述轨道有两条，上下平行分布，所述轨道的两端与拐角连接件的末端紧固连接，形成一个通道；所述轨道中间用间隔件连接，起到固定间距的作用，所述轨道中间的间隔件与杆塔相连。

如图1所示，本发明的机器人和耐张塔通道之间相互适应性较强，机器人本体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。

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3所示，机器人遇到前方耐张塔(通过过桥)，机器人前驱动轮4运行到拐角连接件9的上表面时，前驱动臂1对应的锁紧装置2打开，将前旋转关节6释放，处于自由状态，同时，前驱动臂1上的从动轮5上升到最高位置，顶住拐角连接件的下表面，这样，驱动轮4和从动轮5将拐角连接件9(导轨10)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，机器人的后驱动臂作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 (9)

1.一种架空输电线路地线全程自动巡检机器人，其特征是：包括机器人本体，所述机器人本体包括多个并列分布的驱动臂，以及锁紧装置和控制箱，所述驱动臂下端设置有锁紧装置，所述锁紧装置固定于机器人控制箱上，所述控制箱位于机器人底部；

所述驱动臂包括机械臂、驱动轮、从动轮和旋转关节，所述驱动轮和从动轮布设于机械臂上，机械臂可绕旋转关节转动，且驱动轮、从动轮和旋转关节的中心位于同一轴线上；

所述锁紧装置与旋转关节位于一个平面上，控制旋转关节的卡合与释放；

所述旋转关节包括法兰、轴承、限位机构、卡扣和底座，所述底座上设置轴承，所述轴承上部设置法兰，法兰上设置有限位机构，所述轴承的外沿设置有多个卡扣，所述限位机构可在卡扣间进行旋转，以实现旋转关节在一定范围内自由转动。

2.如权利要求1所示的一种架空输电线路地线全程自动巡检机器人，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所示的一种架空输电线路地线全程自动巡检机器人，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，且从动轮能够沿机械臂上下往复运动。

4.如权利要求1所示的一种架空输电线路地线全程自动巡检机器人，其特征是：所述旋转关节具有限位功能，其自由旋转角度受限。

5.一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1-4中任一项所述的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；

所述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。

6.如权利要求5所述的架空输电线路地线全程自动巡检系统，其特征在于，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。

7.如权利要求5所述的架空输电线路地线全程自动巡检系统，其特征在于，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。

8.一种基于如权利要求5-7任一项所述的巡检系统的工作方法，其特征是：机器人驱动轮骑在地线上进行巡检，当机器人在地线的直线段运行时候，所有驱动臂的锁紧装置将对应的旋转关节锁紧，保证机器人的驱动轮始终处于与地线轴线垂直的状态，沿直线行走；

机器人遇到耐张塔，面向耐张塔的驱动轮运行到拐角连接件的上表面时，打开对应的锁紧装置，将旋转关节释放，处于自由状态，同时，对应的从动轮上升到最高位置，顶住拐角连接件的下表面，驱动轮和从动轮将拐角连接件卡在中间，使驱动臂底部的旋转关节被动转动，驱动轮沿着轨道的曲率行走；直到所有驱动臂都越过耐张塔，实现越障。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征是：当机器人在地线的直线段运行时，从动轮位于最底端，避开地线上的防震锤和直线杆塔上的直线杆塔悬垂线夹，保证驱动轮直接压过防震锤和直线杆塔悬垂线夹。