CN108270172B - 一种导线行走机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的一种导线行走机器人的行走装置，其特征在于：所述行走装置设置于机架上侧，所述行走装置包括旋转臂、旋转动力机构、行走轮、行走动力机构、压紧臂、压紧轮和压紧动力机构，所述旋转臂转动设置于所述机架上，所述旋转动力机构驱动所述旋转臂转动，所述行走轮转动设置于所述旋转臂上侧，所述行走动力机构驱动所述行走轮转动，所述压紧臂转动设置于所述旋转臂下侧，所述压紧轮转动设置于所述压紧臂上，所述压紧动力机构驱动所述压紧臂转动；所述行走轮通过所述旋转臂的转动可偏离或抵接所述导线，所述压紧轮通过所述旋转臂和所述压紧臂的转动可偏离或抵接所述导线。具有可以远程控制，自动抓住导线，且行走平稳的优点。

Description

一种导线行走机器人

技术领域

本发明涉及电力设备领域，具体涉及导线行走机器人。

背景技术

输电线路是电网中电能传输的主要环节，输电线路正常、安全地运行是避 免电网事故的重要保障，有关分析表明，导线、地线断股和损伤是导致线路非 计划停运的重要原因之一，因此对输电线路进行巡视和修复，将事故消除在萌芽状态，对确保输电线路的安全和稳定运行具有十分重要的意义。

目前，对输电线路进行巡视主要有地面目测和直升飞机航测两种方法，地面目测通过人工巡线的方式进行，采用肉眼或望远镜对输电线路进行观测，由于输电线路所处地理位置等条件限制，人工巡线精度低、劳动强度大，且存在盲区；直升飞机可携带多种仪器设备对输电线路进行航测，精度和效率较高，但由于受巡视区域地理、气候等条件的影响，存在安全隐患，且巡线费用高。对输电线路的修复（包括除冰、清障、维修等）主要有人工修复和机器修复两种方法，人工修改是通过工作人员爬到输电线路上，再通过手动操作各种工具进行修复，但是该修复方法劳动强度大、危险性高，且效率低下；机器修复是通过在导线行走机器人上安装各种修复工具（包括除冰器、清障臂、喷火枪等），再通过地面人员遥控进行修复工作，但是该修复方法对导线行走机器人要求高，现有导线行走机器人很难满足使用要求，而且如何将导线机器人运输到导线上也存在很大难度。

针对我国输电线路里程长、覆盖范围广，很大一部分线路需要经过高山大河原始森林等地区，人工巡检、修复难度大等等实际情况，也随着机器人技术的不断进步，采用基于机器人技术的巡线、修复机器人来辅助人工巡检、修复并且逐步代替人工巡检、修复已成为大势所趋。这对于提高电力部门自动化作业程度，改善作业人员劳动条件，提高作业水平，以及提高作业质量具有重要的意义，对保证我国输电线路的良好运行有着积极的作用。

因此，如何对现有的导线行走机器人进行改进，使其克服上述存在的问题，是本领域技术人员亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种可以远程控制，自动抓住导线，且行走平稳的行走装置。

本发明的另一个目的在于提供一种通过绳索进行升降，且能进行远程控制，自动抓住导线，在导线上行走平稳的绳索升降的导线行走机器人。

本发明的还一个目的在于提供一种操作方便，效率高，且安全可靠的导线行走机器人的工作方法。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种绳索升降的导线行走机器人，其特征在于：包括机架、升降装置和行走装置；

所述升降装置设置于所述机架下侧，所述升降装置包括绳索、升降动力机构、转盘和压紧件，所述绳索设置于所述转盘和所述压紧件之间，所述升降动力机构固定设置于所述机架上，所述转盘固定设置于所述升降动力机构上，所述压紧件设置于所述机架上，所述升降动力机构驱动所述转盘转动且通过所述压紧件始终压制所述绳索，使所述行走机器人沿着所述绳索升降；

所述行走装置设置于所述机架上侧，所述行走装置包括旋转臂、旋转动力机构、行走轮、行走动力机构、压紧臂、压紧轮和压紧动力机构，所述旋转臂转动设置于所述机架上，所述旋转动力机构驱动所述旋转臂转动，所述行走轮转动设置于所述旋转臂上侧，所述行走动力机构驱动所述行走轮转动，所述压紧臂转动设置于所述旋转臂下侧，所述压紧轮转动设置于所述压紧臂上，所述压紧动力机构驱动所述压紧臂转动；所述行走轮通过所述旋转臂的转动可偏离或位抵接导线，所述压紧轮通过所述旋转臂和所述压紧臂的转动可可偏离或位抵接所述导线。

作为改进，所述压紧件可拆卸的设置于所述机架上，且所述压紧件可相对所述绳索进行转动。方便绳索缠绕进转盘，另外压紧件的可转动设置将原有压紧件和绳索之间的滑动摩擦转变成了滚动摩擦，为了达到绳索和转盘之间相同的最大静摩擦力（即最大负重），滚动摩擦力远远小于滑动摩擦力，从而实现绳索和压紧件磨损更小，产生的热量也更少。

进一步改进，所述升降装置还包括导锁轮，所述导锁轮转动设置于所述机架上，所述导锁轮位于所述转盘上方且对准所述转盘中心位置，所述绳索穿过所述导锁轮。导锁轮的设置能使绳索始终保持中心位置，起到平衡稳定作用。

作为优选，所述旋转臂上固定设置有转轴，所述转轴转动设置于所述机架上，所述转轴上同心且固定设置有第一齿轮，所述旋转动力机构上固定设置有第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合，所述旋转动力机构通过所述第二齿轮、所述第一齿轮和所述转轴的配合，驱动所述旋转臂转动。该驱动方式简单可靠。

作为优选，所述行走动力机构固定设置于所述旋转臂上，所述行走动力机构上固定设置有法兰盘，所述行走动力机构驱动所述法兰盘转动，所述行走轮同心固定设置于所述法兰盘上，所述行走轮和所述行走动力机构之间设置有轴承。同样的该驱动方式简单可靠，而且相当于将行走动力机构集成到行走轮内（类似电瓶车后轮与电机的集成结构），其结构更加合理、紧凑、美观。

作为改进，所述行走轮从外到内依次包括限位部、法兰部、导线部和轴承部，所述限位部向外围延伸，限制所述导线脱离所述行走轮，所述法兰部用于固定连接所述法兰盘，且平滑过渡所述限位部和所述导线部，所述导线部呈下凹型，用于容纳所述导线，所述轴承部包围所述行走动力机构，所述轴承过盈装配于所述轴承部和所述行走动力机构之间。该结构的行走轮使用更加可靠，运行更加稳定，装配更加方便。

作为优选，所述法兰部上开设有螺纹孔，所述螺纹孔内安装有螺钉，所述行走轮通过螺钉固定设置于所述法兰盘上；所述轴承部上开设有凹槽，所述凹槽内卡设有卡簧，所述卡簧限制所述轴承沿轴向滑动。上述连接和固定方式为常用结构，其结构简单可靠，能满足使用需求。

作为优选，所述压紧臂上固定设置有第三齿轮，所述第三齿轮转动设置于所述旋转臂上，所述压紧动力机构上固定设置有第四齿轮，所述第三齿轮和所述第四齿轮啮合，所述压紧动力机构通过所述第四齿轮和所述第三齿轮的配合，驱动所述压紧臂转动。该驱动方式简单可靠。

进一步优选，所述行走轮、所述行走动力机构、所述压紧臂、所述压紧轮和所述压紧动力机构均为两组，且对称设置于所述机架两侧。两组的设置运行更加平稳，而且能增加负重。

作为改进，所述机架上还设置有操控绳，所述操控绳延伸至地面。在上升过程中，方便操纵导线行走机器人，使其能准确的“挂”到导线上。

一种导线行走机器人的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：先将绳索一端固定，再将绳索另一端拉升至导线高度，并绕过导线，最后将绳索另一端拉至地面；

步骤B：将绳索另一端穿过转盘和压紧件之间，再将绳索另一端固定；

步骤C：启动升降动力机构，使导线行走机器人沿着绳索上升，直到行走轮高于导线；上升过程中行走轮和压紧轮处于远离导线位置；

步骤D：启动旋转动力机构，使旋转臂向导线翻转，直到行走轮位于导线正上方；

步骤E：再次启动升降动力机构，使导线行走机器人沿着绳索下降，直到行走轮接触导线；

步骤F：启动压紧动力机构，使压紧臂向导线翻转，直到压紧轮位于导线正下方并接触该导线；

步骤G：解除绳索两端的固定；

步骤H：启动行走动力机构，使导线行走机器人拖着绳索在导线上行走；

步骤I：需要下降时，停止行走动力机构，将绳索两端分别拉紧，并分别固定在导线行走机器人正下方的地面上；

步骤J：启动旋转动力机构和压紧动力机构，使旋转臂和压紧臂远离导线翻转，直到行走轮和压紧轮处于远离导线位置；

步骤K：启动升降动力机构，使导线行走机器人沿着绳索下降，直到导线行走机器人到达地面；

步骤L：解除绳索两端的固定，导线行走机器人从绳索上取出，并从导线上回收绳索。

作为优选，上述步骤A采用以下步骤实现：

步骤A1：将绳索一端固定；

步骤A2：将绳索另一端固定一条轻绳，轻绳的长度不小于绳索的长度；

步骤A3：将轻绳另一端固定在无人机上；

步骤A4：无人机上升到导线高度，并绕过导线，将轻绳另一端拉至地面；

步骤A5：通过牵引轻绳另一端，将绳索另一端拉升至导线高度，并绕过导线，最后将绳索另一端拉至地面。

作为改进，上述步骤D和E中，在地面操作操纵绳，使行走轮能处于导线正上方并接触导线。

进一步改进，上述步骤H中，导线行走机器人在导线上行走遇到障碍物时，启动压紧动力机构，使压紧臂向远离导线一侧翻转，直到压紧轮距离导线的垂直距离大于障碍物的高度，继续行进直到行走轮越过障碍物，再次启动压紧动力机构，使压紧臂向导线翻转，直到压紧轮位于导线正下方并接触该导线。

作为优选，上述步骤中的障碍物包括绳索，当导线行走机器人具有多个行走轮时，所有行走轮越过绳索，使绳索位于导线行走机器人最后方进行拖拽。

与现有技术相比，本发明的结构优点在于：通过升降装置的设置，可以沿着绳索直接将导线行走机器人“吊”到导线位置，然后通过行走装置中旋转臂和压紧臂的翻转，将导线行走机器人“挂”到导线上，最后通过行走轮的转动和压紧轮的压紧，在导线进行平稳的行进。值得一提的是本方案的导线行走机器人可以外挂各种巡检和修复工具，以实现不同的功能；甚至可以通过增加升降装置的负重，使其具有载人功能。

与现有技术相比，本发明的方法优点在于：操作人员只需站在地面上就可以完成导线行走机器人的升降、行走等全部工作，其操作更加方便，效率也更高，更重要的是对操作人员来说更加安全，避免了爬高的危险。

附图说明

图1、2是根据本发明的一个优选实施例行走状态时的立体结构示意图。

图3、4是根据本发明的一个优选实施例升降状态时的立体结构示意图。

图5是根据本发明的一个优选实施例中行走轮和压紧轮在行走状态时与导线的位置关系示意图。

图6是根据本发明的一个优选实施例中行走轮和压紧轮在升降状态时与导线的位置关系示意图。

图7是根据本发明的一个优选实施例中行走轮和行走动力机构的半剖视图。

图8是根据本发明的一个优选实施例中行走轮和行走动力机构的爆炸视图。

图9是根据本发明的一个优选实施例中行走轮的半剖视图。

图10是根据本发明的一个优选实施例中机架下方设置操控绳时的立体结构示意图。

图11是可以替换本发明的一个优选实施例中升降装置的实施例一。

图12是可以替换本发明的一个优选实施例中升降装置的实施例二。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1~10所示，本发明的一个优选实施例包括机架1、升降装置2和行走装置3。其具体结构如下：

升降装置2设置于机架1下侧，升降装置2包括绳索21、升降动力机构22、转盘23和压紧件24，绳索21设置于转盘23和压紧件24之间，升降动力机构22固定设置于机架1上，转盘23固定设置于升降动力机构22上，压紧件24设置于机架1上，升降动力机22构驱动转盘23转动且通过压紧件24始终压制绳索21，使行走机器人沿着绳索21升降。其中，压紧件24可拆卸的设置于机架1上，且压紧件24可相对绳索21进行转动。作为改进，升降装置2还包括导锁轮25，导锁轮25转动设置于机架1上，导锁轮25位于转盘23上方且对准转盘23中心位置，绳索21穿过导锁轮25。值得一提的是，本实施例的升降装置可以用图11的径向压紧升降装置2’替换，也可以用图12的轴向压紧升降装置2’’替换，由于径向压紧升降装置2’和轴向压紧升降装置2’’在本申请人之前申请的专利中均有具体结构，这里不再重复描述。

行走装置3设置于机架1上侧，行走装置3包括旋转臂31、旋转动力机构32、行走轮33、行走动力机构34、压紧臂35、压紧轮36和压紧动力机构37，旋转臂31转动设置于机架1上，旋转动力机构32驱动旋转臂31转动，行走轮33转动设置于旋转臂31上侧，行走动力机构34驱动行走轮33转动，压紧臂35转动设置于旋转臂31下侧，压紧轮36转动设置于压紧臂35上，压紧动力机构37驱动压紧臂35转动；行走轮33通过旋转臂31的转动可远离导线100或位于导线100上方，压紧轮36通过旋转臂31和压紧臂35的转动可远离导线100或位于导线100下方。

其中各个转动结构的驱动方式如下：旋转臂31上固定设置有转轴311，转轴311转动设置于机架1上，转轴311上同心且固定设置有第一齿轮312，旋转动力机构32上固定设置有第二齿轮313，第一齿轮312和第二齿轮313啮合，旋转动力机构32通过第二齿轮313、第一齿轮312和转轴311的配合，驱动旋转臂41转动。行走动力机构34固定设置于旋转臂41上，行走动力机构34上固定设置有法兰盘331，行走动力机构34驱动法兰盘331转动，行走轮33同心固定设置于法兰盘331上，行走轮33和行走动力机构34之间设置有轴承333。压紧臂35上固定设置有第三齿轮351，第三齿轮351转动设置于旋转臂41上，压紧动力机构37上固定设置有第四齿轮352，第三齿轮351和第四齿轮352啮合，压紧动力机构37通过第四齿轮352和第三齿轮351的配合，驱动压紧臂35转动。

另外，本实施例的行走轮33进行了优化设计，具体的：行走轮33从外到内依次包括限位部33a、法兰部33b、导线部33c和轴承部33d，限位部33a向外围延伸，限制导线100脱离行走轮，法兰部33b用于固定连接法兰盘331，且平滑过渡限位部33a和导线部33c，导线部33c呈下凹型，用于容纳导线100，轴承部33d包围行走动力机构34，轴承333过盈装配于轴承部33d和行走动力机构34之间。

作为常规选择，法兰部33b上开设有螺纹孔，螺纹孔内安装有螺钉332，行走轮33通过螺钉332固定设置于法兰盘331上；轴承部33d上开设有凹槽，凹槽内卡设有卡簧334，卡簧334限制轴承333沿轴向滑动。行走轮33、行走动力机构34、压紧臂35、压紧轮36和压紧动力机构37均为两组，且对称设置于机架1两侧。

为了控制方便，机架1上还设置有操控绳4，操控绳4延伸至地面。

本实施例的工作方法，包括以下步骤：

步骤A：先将绳索一端固定，再将绳索另一端拉升至导线高度，并绕过导线，最后将绳索另一端拉至地面；

步骤B：将绳索另一端穿过转盘和压紧件之间，再将绳索另一端固定；

步骤C：启动升降动力机构，使导线行走机器人沿着绳索上升，直到行走轮高于导线；上升过程中行走轮和压紧轮处于远离导线位置；

步骤D：启动旋转动力机构，使旋转臂向导线翻转，直到行走轮位于导线正上方；

步骤E：再次启动升降动力机构，使导线行走机器人沿着绳索下降，直到行走轮接触导线；

步骤F：启动压紧动力机构，使压紧臂向导线翻转，直到压紧轮位于导线正下方并接触该导线；

步骤G：解除绳索两端的固定；

步骤H：启动行走动力机构，使导线行走机器人拖着绳索在导线上行走；

步骤I：需要下降时，停止行走动力机构，将绳索两端分别拉紧，并分别固定在导线行走机器人正下方的地面上；

步骤J：启动旋转动力机构和压紧动力机构，使旋转臂和压紧臂远离导线翻转，直到行走轮和压紧轮处于远离导线位置；

步骤K：启动升降动力机构，使导线行走机器人沿着绳索下降，直到导线行走机器人到达地面；

步骤L：解除绳索两端的固定，导线行走机器人从绳索上取出，并从导线上回收绳索。

上述步骤A采用以下步骤实现：

步骤A1：将绳索一端固定；

步骤A2：将绳索另一端固定一条轻绳，轻绳的长度不小于绳索的长度；

步骤A3：将轻绳另一端固定在无人机上；

步骤A4：无人机上升到导线高度，并绕过导线，将轻绳另一端拉至地面；

步骤A5：通过牵引轻绳另一端，将绳索另一端拉升至导线高度，并绕过导线，最后将绳索另一端拉至地面。

上述步骤D和E中，在地面操作操纵绳，使行走轮能处于导线正上方并接触导线。

上述步骤H中，导线行走机器人在导线上行走遇到障碍物时，启动压紧动力机构，使压紧臂向远离导线一侧翻转，直到压紧轮距离导线的垂直距离大于障碍物的高度，继续行进直到行走轮越过障碍物，再次启动压紧动力机构，使压紧臂向导线翻转，直到压紧轮位于导线正下方并接触该导线。

上述步骤中的障碍物包括绳索，当导线行走机器人具有多个行走轮时，所有行走轮越过绳索，使绳索位于导线行走机器人最后方进行拖拽。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种导线行走机器人，其特征在于：包括机架、升降装置和行走装置；

所述升降装置设置于所述机架下侧，所述升降装置包括绳索、升降动力机构、转盘和压紧件，所述绳索设置于所述转盘和所述压紧件之间，所述升降动力机构固定设置于所述机架上，所述转盘固定设置于所述升降动力机构上，所述压紧件设置于所述机架上，所述升降动力机构驱动所述转盘转动且通过所述压紧件始终压制所述绳索，使所述行走机器人沿着所述绳索升降；

所述压紧件可拆卸的设置于所述机架上，且所述压紧件可相对所述绳索进行转动；

所述升降装置还包括导锁轮，所述导锁轮转动设置于所述机架上，所述导锁轮位于所述转盘上方且对准所述转盘中心位置，所述绳索穿过所述导锁轮；

所述行走装置设置于机架上侧，所述行走装置包括旋转臂、旋转动力机构、行走轮、行走动力机构、压紧臂、压紧轮和压紧动力机构，所述旋转臂转动设置于所述机架上，所述旋转动力机构驱动所述旋转臂转动，所述行走轮转动设置于所述旋转臂上侧，所述行走动力机构驱动所述行走轮转动，所述压紧臂转动设置于所述旋转臂下侧，所述压紧轮转动设置于所述压紧臂上，所述压紧动力机构驱动所述压紧臂转动；所述行走轮通过所述旋转臂的转动可偏离或抵接所述导线，所述压紧轮通过所述旋转臂和所述压紧臂的转动可偏离或抵接所述导线；

所述行走动力机构固定设置于所述旋转臂上，所述行走动力机构上固定设置有法兰盘，所述行走动力机构驱动所述法兰盘转动，所述行走轮同心固定设置于所述法兰盘上，所述行走轮和所述行走动力机构之间设置有轴承；

所述行走轮从外到内依次包括限位部、法兰部、导线部和轴承部，所述限位部向外围延伸，限制所述导线脱离所述行走轮，所述法兰部用于固定连接所述法兰盘，且平滑过渡所述限位部和所述导线部，所述导线部呈下凹型，用于容纳所述导线，所述轴承部包围所述行走动力机构，所述轴承过盈装配于所述轴承部和所述行走动力机构之间。

2.根据权利要求1所述的一种导线行走机器人，其特征在于：所述旋转臂上固定设置有转轴，所述转轴转动设置于所述机架上，所述转轴上同心且固定设置有第一齿轮，所述旋转动力机构上固定设置有第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合，所述旋转动力机构通过所述第二齿轮、所述第一齿轮和所述转轴的配合，驱动所述旋转臂转动。

3.根据权利要求1所述的一种导线行走机器人，其特征在于：所述法兰部上开设有螺纹孔，所述螺纹孔内安装有螺钉，所述行走轮通过螺钉固定设置于所述法兰盘上；所述轴承部上开设有凹槽，所述凹槽内卡设有卡簧，所述卡簧限制所述轴承沿轴向滑动。

4.根据权利要求1所述的一种导线行走机器人，其特征在于：所述压紧臂上固定设置有第三齿轮，所述第三齿轮转动设置于所述旋转臂上，所述压紧动力机构上固定设置有第四齿轮，所述第三齿轮和所述第四齿轮啮合，所述压紧动力机构通过所述第四齿轮和所述第三齿轮的配合，驱动所述压紧臂转动。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的一种导线行走机器人，其特征在于：所述行走轮、所述行走动力机构、所述压紧臂、所述压紧轮和所述压紧动力机构均为两组，且对称设置于所述机架两侧。