CN107689599A - 蛇形缠绕式巡线机器人机械结构及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蛇形缠绕式巡线机器人机械结构及其越障方法，属于机器人技术领域。所述蛇形缠绕式巡线机器人机械结构包括用于包络线路至少两圈的若干个弧形行走模块，其中：所述弧形行走模块的侧面设置有开合机构，相邻的弧形行走模块通过所述开合机构铰接；所述弧形行走模块的内表面设置有行走机构，所述行走机构包括至少一个行走轮，所述行走轮的轴线与线路的轴线相交叉；所述弧形行走模块上还设置有电源控制装置。与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够提高行走及越障灵活性的优点。

Description

蛇形缠绕式巡线机器人机械结构及其越障方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种蛇形缠绕式巡线机器人机械结构及其越障方法。

背景技术

采用高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式。电力线及杆塔附件长期暴露在野外,因受到持续的机械张力、电气闪烙、材料老化的影响而容易产生断股、磨损、腐蚀等损伤,如不及时修复更换,原本微小的破损和缺陷就可能扩大,最终导致严重事故,造成大面积的停电和巨大的经济损失。当前输电导线巡检、维护的方法主要有两种:地面目测法与航测法。目测法采用人工巡检,这种方法劳动强度大,工作效率和探测精度低,可靠性差，存在检查盲区；航测法采用直升飞机巡线,这种方法虽然有较高的检测效率和精度，但是这种方法受一些环境因素的制约，同时巡检的技术难度高,运行费用较高。巡线机器人技术的发展,为高压输电线的检查工作提供了新的技术手段。

现有巡线机器人的技术研发已经取得了一定的相应成果，但由于结构尺寸较大，造成行走及越障不灵活，对超高压输电线路的连续巡检难以实现。因此，有必要提供一种既能减轻劳动强度、降低运行成本，又能够提高行走及越障灵活性的巡线机器人机械结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既能减轻劳动强度、降低运行成本，又能够提高行走及越障灵活性的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构及其越障方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，包括用于包络线路至少两圈的若干个弧形行走模块，其中：

所述弧形行走模块的侧面设置有开合机构，相邻的弧形行走模块通过所述开合机构铰接；

所述弧形行走模块的内表面设置有行走机构，所述行走机构包括至少一个行走轮，所述行走轮的轴线与线路的轴线相交叉；

所述弧形行走模块上还设置有电源控制装置。

进一步的，所述开合机构包括开合电机、位于一个弧形行走模块上的第一开合电机安装架和位于相邻弧形行走模块上与所述第一开合电机安装架相嵌合的第二开合电机安装架，所述第一开合电机安装架和第二开合电机安装架上均设置有安装转轴的转轴孔。

进一步的，所述开合机构铰接的部位设置有提供线路缠绕预紧力的扭力弹簧。

进一步的，所述行走机构还包括用于安装所述行走轮的行走轮安装架和用于驱动所述行走轮的行走电机，所述行走轮通过销轴与所述行走轮安装架连接。

进一步的，所述行走轮的轴线与线路交叉的角度为30°～60°。

进一步的，所述弧形行走模块的数量至少为8个，所述弧形行走模块的弧度为50°～70°。

进一步的，所述电源控制装置包括用于为所述开合电机和行走电机提供电源的电池板、接收控制信号的控制板和用于为所述开合电机发送脉冲信号的驱动板。

进一步的，所述开合电机为步进电机，所述行走电机为直流电机。

另一方面，提供一种上述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：未遇到障碍物时，各弧形行走模块在各开合机构的作用下蛇形缠绕在线路上，各行走轮与线路交叉成一定角度，所述行走轮旋转时可以带动所述弧形行走模块绕线路旋转前进，实现巡线机器人的行走；

步骤2：遇到障碍物时，巡线机器人停止前进，靠近障碍物的弧形行走模块陆续在所述开合机构的作用下张开并脱离线路，在绕过障碍物后重新架设在线路上，其中在第一个弧形行走模块绕过障碍物并将要重新架设在线路上时，确保靠后架设在线路上的弧形行走模块至少仍然缠绕线路一圈，直到最后一个弧形行走模块越过障碍物后，转至步骤1，等待下一次越障。

本发明具有以下有益效果：

本发明的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构及其越障方法，巡线机器人机械结构包括用于包络线路至少两圈的若干个弧形行走模块，相邻的弧形行走模块通过设置在其侧面的开合机构以铰链的形式连接，各弧形行走模块在各开合机构的作用下蛇形缠绕在线路上，行走机构包括至少一个轴线与输电线路的轴线相交叉的行走轮，该设计可以保证弧形行走模块在行走轮的作用下能够绕线路旋转前进，实现巡线机器人的正常行走。遇到障碍物时，巡线机器人停止前行，靠近障碍物的弧形行走模块陆续在开合机构的作用下张开并脱离线路，在绕过障碍物后重新架设在线路上，其中在第一个弧形行走模块绕过障碍物并将要重新架设在线路上时，确保靠后架设在线路上的弧形行走模块至少仍然缠绕线路一圈，直到最后一个弧形行走模块越过障碍物后，巡线机器人恢复到正常行走状态。

综上，本发明在越障时需要各个弧形行走模块之间不断相互配合依次在各开合机构的作用下离线、上线从而跨越障碍物，选用弧形行走模块的数量与障碍物的规格相对应，不至于张开脱离线路的模块太多造成巡线机器人整体脱落。与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够提高行走及越障灵活性的优点。

附图说明

图1为本发明的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构的结构示意图；

图2为本发明的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构的各弧形行走模块的结构示意图；

图3-图7为本发明蛇形缠绕式巡线机器人机械结构的越障方法的各步骤对应的状态示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，如图1-2所示，包括用于包络线路至少两圈的若干个弧形行走模块1，其中：

弧形行走模块1的侧面设置有开合机构2，相邻的弧形行走模块1通过开合机构2铰接；

弧形行走模块1的内表面设置有行走机构3，行走机构3包括至少一个行走轮9，行走轮9的轴线与线路的轴线相交叉；

弧形行走模块1上还设置有电源控制装置。

本发明的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构包括用于包络线路至少两圈的若干个弧形行走模块，相邻的弧形行走模块通过设置在其侧面的开合机构以铰链的形式连接，各弧形行走模块在各开合机构的作用下蛇形缠绕在线路上，行走机构包括至少一个轴线与输电线路的轴线相交叉的行走轮，该设计可以保证弧形行走模块在行走轮的作用下能够绕线路旋转前进，实现巡线机器人的正常行走。与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够提高行走及越障灵活性的优点。

优选的，开合机构2包括开合电机、位于一个弧形行走模块上的第一开合电机安装架4和位于相邻弧形行走模块上与第一开合电机安装架4相嵌合的第二开合电机安装架5，第一开合电机安装架4和第二开合电机安装架5上均设置有安装转轴10的转轴孔8。在遇到障碍物时，转轴能够在开合电机的作用下带动弧形行走模块转动5°～50°，从而跨域障碍物实现巡线机器人的正常行走。另外，第一开合电机安装架4上设置有用于安装开合电机的安装孔11。除了上述给出的实施方式以外，其还可以采用本领域技术人员公知的各种其他方式，此处不再赘述。

进一步的，开合机构2铰接的部位设置有扭力弹簧。扭力弹簧可以提供一定的预紧力，使各弧形行走模块对线路有一定的压力，可靠地缠绕在线路上，提高安全性。

为了方便安装行走轮，提高巡线机器人自身的安全性。行走机构3还包括行走轮安装架7和用于驱动行走轮9的行走电机，行走轮9通过销轴6与行走轮安装架7连接。另外，行走轮9的轴线与线路交叉的角度为30°～60°，该角度范围设计能够保证行走轮旋转可以带动弧形行走模块旋转前进的同时，提高行走速度，避免产生死点，影响巡线机器人的正常工作。

作为本发明的一种改进，弧形行走模块1的数量至少选用8个，弧形行走模块1的弧度优先选择50°～70°。选用8个弧形行走模块可以绕线路两圈，能够保证选线机器人在越障时至少有一圈缠绕在线路上，提高巡线机器人越障时的安全性。

本发明中，电源控制装置包括用于为开合电机和行走电机提供电源的电池板、接收控制信号的控制板和用于为开合电机发送脉冲信号的驱动板。本发明绕线路转动，不易携带大块的电池，选用小块的高能量密度的电池板可以为开合电机和行走电机提供电能，控制板接收地面的控制信号，将控制信号传送给驱动板，驱动板可以给开合电机发送脉冲信号从而实现开合机构的正常工作。另外，开合电机优先采用步进电机，行走电机采用直流电机，采用步进电机控制方便，直流电机可以使各行走轮实现良好的同步性。

需要说明的是，高压输电过程是一个多样化的过程，根据输电电压的不同以及输电地形特征的不同，整个输电线路结构也不尽相同。本发明的巡线机器人机械结构仅仅介绍了机器人本体的机械结构，并未涉及其他辅助装置(如行走观测用的摄像头、检测装置、清障装置等)的设计，检测装置和清障装置均应轻量化设计，正常行走时，检测装置和清障装置可收缩进机器人主体结构中，随主体结构绕线路旋转，检测或清障时自主体结构中伸出。另外，在控制系统方面，本发明可以采用地面远程控制平台或者机器人自身智能化控制两种方式。

另一方面，本发明还提供一种上述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构的越障方法，包括：

步骤1：如图1所示，未遇到障碍物时，各弧形行走模块1在各开合机构2的作用下蛇形缠绕在线路上，各行走轮9与线路交叉成一定角度，行走轮9旋转时可以带动弧形行走模块1绕线路旋转前进，实现巡线机器人的行走；

步骤2：如图3-7所示，遇到障碍物时，巡线机器人停止前进，靠近障碍物的弧形行走模块1陆续在开合机构2的作用下张开并脱离线路，在绕过障碍物后重新架设在线路上，其中在第一个弧形行走模块1绕过障碍物并将要重新架设在线路上时，确保靠后架设在线路上的弧形行走模块1至少仍然缠绕线路一圈，直到最后一个弧形行走模块1越过障碍物后，转至步骤1，等待下一次越障。

本发明的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构的越障方法，遇到障碍物时，巡线机器人停止前行，靠近障碍物的弧形行走模块陆续在开合机构的作用下张开并脱离线路，在绕过障碍物后重新架设在线路上，其中在第一个弧形行走模块绕过障碍物并将要重新架设在线路上时，确保靠后架设在线路上的弧形行走模块至少仍然缠绕线路一圈，直到最后一个弧形行走模块越过障碍物后，巡线机器人恢复到正常行走状态。综上，本发明在越障时需要各个弧形行走模块之间不断相互配合依次在各开合机构的作用下离线、上线从而跨越障碍物，选用弧形行走模块的数量与障碍物的规格相对应，不至于张开脱离线路的模块太多造成巡线机器人整体脱落。与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够提高行走及越障灵活性的优点。

进一步的，以10个弧形行走模块组成的巡线机器人机械结构为例，遇到障碍物时，如图3-4所示，巡线机器人停止前进，距离障碍物最近的第一个弧形行走模块在开合机构2的作用下张开并脱离线路，接下来，第二个弧形行走模块张开并脱离线路，此时，剩余的弧形行走模块在行走轮9的作用下带动巡线机器人前行；当第三个弧形行走模块遇到障碍物时在开合机构2的作用下张开并脱离线路，接下来，剩余的弧形行走模块继续带动巡线机器人前行，如图4-5所示；第一个弧形行走模块越过障碍物后在开合机构的作用下重新架设在线路上，如图6所示，此时，为了防止过多的弧形行走模块脱离线路，降低巡线机器人堕落的风险，提高安全性，第四个弧形行走模块在开合机构的作用下张开脱离线路后夹紧在障碍物上，接下来，第一个、第四个弧形行走模块与其他弧形行走模块带动巡线机器人前行；当第二个和第三个弧形行走模块越过障碍物后分别在开合机构2的作用下重新架设在线路上，然后，剩余的弧形行走模块重复前面弧形行走模块的动作，直到巡线机器人跨越障碍物后，如图7所示，转至步骤1，等待下一次越障。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，其特征在于，包括用于包络线路至少两圈的若干个弧形行走模块，其中：

所述弧形行走模块的侧面设置有开合机构，相邻的弧形行走模块通过所述开合机构铰接；

所述弧形行走模块的内表面设置有行走机构，所述行走机构包括至少一个行走轮，所述行走轮的轴线与线路的轴线相交叉；

所述弧形行走模块上还设置有电源控制装置。

2.根据权利要求1所述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述开合机构包括开合电机、位于一个弧形行走模块上的第一开合电机安装架和位于相邻弧形行走模块上与所述第一开合电机安装架相嵌合的第二开合电机安装架，所述第一开合电机安装架和第二开合电机安装架上均设置有安装转轴的转轴孔。

3.根据权利要求2所述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述开合机构铰接的部位设置有提供线路缠绕预紧力的扭力弹簧。

4.根据权利要求1所述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述行走机构还包括用于安装所述行走轮的行走轮安装架和用于驱动所述行走轮的行走电机，所述行走轮通过销轴与所述行走轮安装架连接。

5.根据权利要求4所述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述行走轮的轴线与线路交叉的角度为30°～60°。

6.根据权利要求1-5任一所述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述弧形行走模块的数量至少为8个，所述弧形行走模块的弧度为50°～70°。

7.根据权利要求6所述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述电源控制装置包括用于为所述开合电机和行走电机提供电源的电池板、接收控制信号的控制板和用于为所述开合电机发送脉冲信号的驱动板。

8.根据权利要求7所述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构，其特征在于，所述开合电机为步进电机，所述行走电机为直流电机。

9.权利要求1-8任一所述的蛇形缠绕式巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，包括：

步骤1：未遇到障碍物时，各弧形行走模块在各开合机构的作用下蛇形缠绕在线路上，各行走轮与线路交叉成一定角度，所述行走轮旋转时可以带动所述弧形行走模块绕线路旋转前进，实现巡线机器人的行走；

步骤2：遇到障碍物时，巡线机器人停止前进，靠近障碍物的弧形行走模块陆续在所述开合机构的作用下张开并脱离线路，在绕过障碍物后重新架设在线路上，其中在第一个弧形行走模块绕过障碍物并将要重新架设在线路上时，确保靠后架设在线路上的弧形行走模块至少仍然缠绕线路一圈，直到最后一个弧形行走模块越过障碍物后，转至步骤1，等待下一次越障。