CN108711779B - 一种输电线巡检机器人的行走夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动机器人技术领域，尤其涉及一种输电线巡检机器人的行走夹持装置，该行走夹持装置能够有效地防止巡检机器人坠落且在遇到障碍物时能够适应输电线的角度变化来有效避让障碍物。上述行走夹持装置包括行走机构、两个变胞夹持机构以及驱动机构。行走机构包括行走轮架和可转动地支承在行走轮架中的行走轮，两个变胞夹持机构分别位于行走轮的前方和后方，变胞夹持机构固定在行走轮架上，并且能够在夹持输电线的夹持状态和脱离输电线的松开状态之间切换。驱动机构驱动两个变胞夹持机构在夹持状态和松开状态之间切换并使两个变胞夹持机构状态同步，驱动机构固定在行走轮架上。

Description

一种输电线巡检机器人的行走夹持装置

技术领域

本发明涉及移动机器人领域，具体涉及一种输电线巡检机器人的行走夹持装置。

背景技术

由于高压线长期暴露在野外，在经受风雨侵蚀后，经常会出现断股、磨损及腐蚀等损伤，因而需要定期对高压线进行巡检。传统的高压线巡检工作多由人工完成，但是人工巡检危险性高，且效率低，为了解决上述问题，相关技术人员研发了高压线巡检机器人，来代替人工完成巡检工作。

智能机器人是目前各个行业的热门课题，备受关注，其在一些地区已经投入试运行，智能巡检机器人根据既定路线巡视，每到一个观测点，机器人会停止“脚步”，转动“千里眼”，将设备外观、断路器/闸刀分合闸状态、设备本体和接头的红外测温、表计读数等数据传输到控制室，运维人员足不出“室”，就能了解现场运行状况。智能机器人能经受住高温、狂风、暴雨等恶劣环境的考验执行巡检，大大减轻了变电站运维人员的巡检工作量。

但是，巡检机器人在大风、雨雪等天气条件下，会发生倾翻坠落的现象，非常不安全，为了解决这一问题，巡检机器人的防坠落结构和夹持架构应运而生，但是现有的变胞夹持机构和防坠落结构不能有效地防止巡检机器人的坠落，当巡检机器人遇到障碍物时，也不能及时避让障碍物，这给巡检机器人的应用造成了很大的限制。

因此，提供一种能够有效地防止巡检机器人坠落且在遇到障碍物时能够及时有效避让的巡检机器人的行走变胞夹持机构，显得格外重要。超高压输电线路巡检机器人机构中，大部分机器人采用的是轮式移动和复合连杆机构组成的复合移动机构，或者采用多组移动单元串联组成的多自由度移动机构，这些机构的机构复杂、重量大、能耗多、越障能力有限且不易于控制，不能适应输电线的角度变化，夹爪的夹紧力小，无法跨越角度过大的障碍物，同时对线的损害程度大，因此，难以应用于实际的超高压输电线路巡检作业。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种能够有效地防止巡检机器人坠落且在遇到障碍物时能够适应输电线的角度变化来有效避让障碍物的输电线巡检机器人的行走夹持装置。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种输电线巡检机器人的行走夹持装置，包括：行走机构，行走机构包括行走轮架和可转动地支承在行走轮架中的行走轮；分别位于行走轮的前方和后方的两个变胞夹持机构，变胞夹持机构固定在行走轮架上，并且能够在夹持输电线的夹持状态和脱离输电线的松开状态之间切换；驱动两个变胞夹持机构在夹持状态和松开状态之间切换并使两个变胞夹持机构状态同步的驱动机构，驱动机构固定在行走轮架上。

根据本发明，变胞夹持机构包括铰接在一起形成剪叉结构的第一夹爪和第二夹爪、以及与第一夹爪和第二夹爪连接的连杆组件；第一夹爪和第二夹爪的铰接轴固定于行走轮架；驱动机构与连杆组件连接以驱动连杆组件运动，进而驱动第一夹爪和第二夹爪在夹持状态和松开状态之间切换。

根据本发明，连杆组件包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第一连杆的第一端与第二夹爪铰接，第二连杆的第一端与第一连杆的第二端铰接，第四连杆的第一端与第一夹爪铰接，第四连杆的第二端与第三连杆的第一端铰接，第二连杆的第二端与第三连杆的第二端铰接，驱动机构与第二连杆和第三连杆的铰接轴连接，以驱动第二连杆和第三连杆的铰接轴升降。

根据本发明，第一连杆的第一端设有凹槽，第二夹爪的第二端设有弹簧销，弹簧销插入凹槽中；或者，第一连杆的第一端设有弹簧销，第二夹爪的第二端设有凹槽，弹簧销插入凹槽中。

根据本发明，驱动机构包括横梁、与横梁连接的升降驱动组件和与升降驱动组件连接的驱动器，升降驱动组件固定在行走轮架上，驱动器驱动升降驱动组件带动横梁升降，横梁的两端分别与两个变胞夹持机构中的第二连杆和第三连杆的铰接轴连接。

根据本发明，升降驱动组件包括第一滑块、第二滑块、第五连杆、第六连杆、螺杆、第一轴承座、第二轴承座、第一螺旋滑块和第二螺旋滑块；第一轴承座和第二轴承座固定在行走轮架上；螺杆穿设在第一轴承座和第二轴承座中，并且螺杆的一端与驱动器连接，驱动器驱动螺杆转动；螺杆上具有旋向相反的两段螺纹，第一螺旋滑块和第二螺旋滑块分别旋合在两段螺纹上；第五连杆的第一端与第一螺旋滑块铰接，第六连杆的第一端与第二螺旋滑块铰接，第五连杆和第六连杆铰接形成剪叉结构；第一滑块和第二滑块可沿横梁的延伸方向滑动的连接在横梁中，第五连杆的第二端与第一滑块铰接，第六连杆的第二端与第二滑块铰接。

根据本发明，驱动器为电机，电机的输出轴通过联轴器与螺杆连接。

根据本发明，行走机构还包括行走轮轴、轴承和锁紧螺母，行走轮固定在行走轮轴上，锁紧螺母连接在行走轮轴上限定行走轮的轴向位移，行走轮轴通过轴承支承在行走轮架中。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的行走夹持装置，有效结合了行走机构和变胞夹持机构，保证行走夹持装置的稳定性，有效地防止巡检机器人坠落。并且，该行走夹持装置中变胞夹持机构和驱动机构都固定在行走轮架上，在遇到障碍物时，输电线与水平面有非零夹角并可能随着输电线的延伸而有角度的变化，行走轮沿输电线行走，行走轮架可以随输电线倾斜，带动变胞夹持机构和驱动机构也随输电线倾斜，这样保证变胞夹持机构始终可以处于夹持状态，进而实现稳定有效的避让障碍物。

附图说明

图1为如下具体实施方式提供的输电线巡检机器人的行走夹持装置的主视示意图；

图2为图1中的行走夹持装置去掉行走轮架后的主视示意图；

图3为图1中的行走夹持装置的抽测示意图；

图4为图3中的行走夹持装置去掉行走轮架的轴测示意图；

图5为图1中的行走夹持装置的驱动机构的主视示意图；

图6为图1中的行走夹持装置中第一连杆与第二夹爪之间通过凹槽和弹簧销连接的原理示意图；

图7-图9为图1中的行走夹持装置中的变胞夹持机构的变胞过程示意图。

【附图标记】

1：输电线；2：行走轮架；3：第一夹爪；4：第一连杆；5：第二连杆；6：第三连杆；7：横梁；8：行走轮；9：行走轮轴；10：轴承；11：锁紧螺母；12：第四连杆；13：第二夹爪；14：第一滑块；15：第五连杆；16：第六连杆；17：第二滑块；18：驱动器；19：联轴器；20：第一轴承座；21：螺杆；22：第一螺旋滑块；23：第二螺旋滑块；24：第二轴承座；25：弹簧销。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参照图1至图4，本实施例提供一种输电线巡检机器人的行走夹持装置，该行走夹持装置包括行走机构、两个变胞夹持机构和驱动机构。

其中，行走机构包括行走轮架2和可转动地支承在行走轮架2中的行走轮8，行走轮8沿输电线1行走时，行走轮架2也沿输电线1行走。

其中，两个变胞夹持机构分别位于行走轮8的前方和后方(“前”、“后”为沿输电线1的延伸方向，前进方向为前、相反向为后)。变胞夹持机构固定在行走轮架2上，即随着行走轮架2在输电线1上的行走而移动。并且，变胞夹持机构能够在夹持输电线1的夹持状态和脱离输电线1的松开状态之间切换，变胞夹持机构处于夹持状态时，使得行走夹持装置整体稳定地抓住输电线1，这样在行走过程中保证行走夹持装置的稳定性，进而提高具有该行走夹持装置的输电线巡检机器人在工作过程中的稳定性。

其中，驱动机构固定在行走轮架2上，随行走轮架2的行走而移动。驱动机构与两个变胞夹持机构连接，驱动两个变胞夹持机构在夹持状态和松开状态之间切换，并且使两个变胞夹持机构的状态同步，即两个变胞夹持机构同时位于夹持状态或松开状态，而不可能是一个位于夹持状态而另一个位于松开状态。

综上，本实施例提供的行走夹持装置，有效结合了行走机构和变胞夹持机构，保证行走夹持装置的稳定性，有效地防止巡检机器人坠落。并且，该行走夹持装置中变胞夹持机构和驱动机构都固定在行走轮架2上，在遇到障碍物时，输电线1与水平面有非零夹角并可能随着输电线1的延伸而有角度的变化，行走轮8沿输电线1行走，行走轮架2随输电线1倾斜，带动变胞夹持机构和驱动机构也随输电线1倾斜，这样保证变胞夹持机构始终可以处于夹持状态，进而实现稳定有效的避让障碍物。

参照图4，在本实施例中，行走机构还包括行走轮轴9、轴承10和锁紧螺母11，行走轮8固定在行走轮轴9上，锁紧螺母11连接在行走轮轴9上以限定行走轮8的轴向位移，行走轮轴9通过轴承10支承在行走轮架2中，由此行走轮8可转动地支承在行走轮架2中。

参照图4，在本实施例中，变胞夹持机构包括铰接在一起形成剪叉结构的第一夹爪3和第二夹爪13、以及与第一夹爪3和第二夹爪13连接的连杆组件。第一夹爪3和第二夹爪13的铰接轴固定于行走轮架2，由此整个变胞夹持机构能够随行走轮架2的行走而移动。优选地，第一夹爪3和第二夹爪13的铰接轴与行走轮架2一体成型。驱动机构与连杆组件连接以驱动连杆组件运动，进而驱动第一夹爪3和第二夹爪13在夹持状态和松开状态之间切换。

具体地，连杆组件包括第一连杆4、第二连杆5、第三连杆6和第四连杆12，第一连杆4的第一端与第二夹爪13铰接，第二连杆5的第一端与第一连杆4的第二端铰接，第四连杆12的第一端与第一夹爪3铰接，第四连杆12的第二端与第三连杆6的第一端铰接，第二连杆5的第二端与第三连杆6的第二端铰接，驱动机构与第二连杆5和第三连杆6的铰接轴连接，以驱动第二连杆5和第三连杆6的铰接轴升降。参照图7-图9，当第二连杆5和第三连杆6的铰接轴提升时，第一夹爪3和第二夹爪13的位于下端的夹持部彼此靠近，最终至夹持状态；当第二连杆5和第三连杆6的铰接轴下降时，第一夹爪3和第二夹爪13的位于下端的夹持部彼此远离，最终至松开状态。当然，本发明不局限于此，总体而言，第二连杆5和第三连杆6的铰接轴的提升可选择地对应第一夹爪3和第二夹爪13处于夹持状态和松开状态中的一个，而第二连杆5和第三连杆6的铰接轴下降对应第一夹爪3和第二夹爪13处于夹持状态和松开状态中的另一个，而连杆组件设计为实现相应驱动功能即可。

更进一步，在本实施例中，参照图4和图6，第一连杆4的第一端设有凹槽，第二夹爪13的第二端设有弹簧销25(底部带有弹簧的凸销)，弹簧销25插入凹槽中。由此，可使得前、后两个变胞夹持机构夹持不同直径的输电线1。例如，当前侧变胞夹持机构夹持直径稍大的输电线1时，后侧变胞夹持机构未能有效夹紧稍小直径的输电线1，随着第二连杆5和第三连杆6的铰接轴继续向上运动，此时弹簧销25从凹槽中滑出，直到夹紧后侧稍小直径的输电线1。当然，本发明不局限于此，也可在第一连杆4的第一端设置弹簧销25，在第二夹爪13的第二端设置凹槽。

参照图5，驱动机构包括横梁7、与横梁7连接的升降驱动组件和与升降驱动组件连接的驱动器18。升降驱动组件固定在行走轮架2上，由此，驱动机构随行走轮架2的行走而移动。驱动器18驱动升降驱动组件带动横梁7升降，横梁7的两端分别连接两个变胞夹持机构，具体为与两个变胞夹持机构中的第二连杆5和第三连杆6的铰接轴连接，在本实施例中，第二连杆5和第三连杆6的铰接轴(即铰接轴)与横梁7为一体件。

进一步地，参照图5，升降驱动组件包括第一滑块14、第二滑块17、第五连杆15、第六连杆16、螺杆21、第一轴承座20、第二轴承座24、第一螺旋滑块22和第二螺旋滑块23。

其中，第一轴承和第二轴承固定在行走轮架2上，由此驱动机构随行走轮架2行走而移动。

其中，螺杆21穿设在第一轴承座20和第二轴承座24中，并且螺杆21的一端与驱动器18连接，驱动器18驱动螺杆21转动。优选地，驱动器18为电机，电机的输出轴通过联轴器19与螺杆21连接。

其中，螺杆21上具有旋向相反的两段螺纹，第一螺旋滑块22和第二螺旋滑块23分别旋合在两段螺纹上，以使得螺杆21同时带动两个螺旋滑块靠近或远离。在本实施例中，螺杆21的左侧圆柱表面为左旋螺纹，右侧圆柱表面为右旋螺纹，第一螺旋滑块22的内孔加工有右旋螺纹，第二螺旋滑块23的内孔加工有左旋螺纹。

其中，第五连杆15的第一端与第一螺旋滑块22铰接，第六连杆16的第一端与第二螺旋滑块23铰接，第五连杆15和第六连杆16铰接形成剪叉结构。

其中，第一滑块14和第二滑块17可沿横梁7的延伸方向滑动的连接在横梁7中，第五连杆15的第二端与第一滑块14铰接，第六连杆16的第二端与第二滑块17铰接。

其中，应说明的是，在本文中所涉及的连杆的第一端和第二端，是指连杆的相反两个端部。

由此，当电机启动驱动螺杆21沿一个方向旋转时，第一螺旋滑块22和第二螺旋滑块23彼此靠近，带动第五连杆15和第六连杆16转动顶起第一滑块14和第二滑块17，进而顶起横梁7，横梁7提升。当电机启动驱动螺杆21沿另一个方向旋转时，第一螺旋滑块22和第二螺旋滑块23彼此远离，第五连杆15和第六连杆16转动拉下第一滑块14和第二滑块17，进而拉下横梁7，横梁7下降。

综上，上述行走夹紧装置的工作过程为：行走轮8沿输电线1前进或后退。电机通过联轴器19带动螺杆21做旋转运动，第一螺旋滑块22与第二螺旋滑块23沿着螺杆21同时向内侧或外侧移动，带动第五连杆15和第六连杆16转动顶起或下拉第一滑块14和第二滑块17，与此同时，第一滑块14和第二滑块17沿着横梁7同时向内侧或外侧移动，横梁7升降运动。横梁7的升降运动带动变胞夹持机构的第二连杆5和第三连杆6张开或闭合，进而通过第一连杆4和第四连杆12带动第一夹爪3与第二夹爪13张开或闭合。

综上，本实施例的行走夹紧装置具有如下优点：

1、本实施例的行走夹紧装置采用轮爪复合机构，利于行走与越障；该行走变胞夹持机构结合了轮式移动和蠕动爬行机构的优点，既可以沿线快速行走，也可跨越障碍。

2、自适应能力强。由于本实施例的变胞夹持机构和驱动机构浮置在行走机构上，在行走轮架2因输电线1的倾角变化而作自适应转动时，变胞夹持机构和驱动机构也随之变化，以适应不同倾角的输电线1，保证变胞夹持机构中夹爪姿态始终与输电线1平行。

3、夹持能力强。由于本实施例中采用变胞夹持机构，前、后变胞夹持机构都能够夹持输电线1，使夹爪与输电线1的接触面积增大和前后变胞夹持机构的受力更为均匀，从而增加整机的夹持力，从而使机器人具有跨越大角度障碍物的能力。

4、越障能力强。由于本实施例中采用变胞夹持机构且设置弹簧销25和凹槽的配合，从而使前、后变胞夹持机构能够夹持不同直径的输电线1，当机器人遇到障碍物时，机器人具有了夹持部分变径圆柱体障碍物的能力，从而使机器人具有跨越更为复杂障碍物的能力。

5、应用范围广。本实施例的行走机构可实现移动功能，变胞夹持机构可实现夹紧、松开等功能，行走轮8和夹爪与线相抓持；本实施例的行走夹持装置工作空间大、重量轻、能耗低、越障能力和自适应能力强，同时具有安全保护功能，具有广泛的应用前景，尤其可作为高压输电线1和超高压输电线1的巡检机器人的变胞夹持机构。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种输电线巡检机器人的行走夹持装置，其特征在于，包括：

行走机构，所述行走机构包括行走轮架(2)和可转动地支承在所述行走轮架(2)中的行走轮(8)；

分别位于所述行走轮(8)的前方和后方的两个变胞夹持机构，所述变胞夹持机构固定在所述行走轮架(2)上，并且能够在夹持输电线(1)的夹持状态和脱离输电线(1)的松开状态之间切换；

驱动两个所述变胞夹持机构在所述夹持状态和所述松开状态之间切换并使两个所述变胞夹持机构状态同步的驱动机构，所述驱动机构固定在所述行走轮架(2)上；

所述变胞夹持机构包括铰接在一起形成剪叉结构的第一夹爪(3)和第二夹爪(13)、以及与所述第一夹爪(3)和所述第二夹爪(13)连接的连杆组件；

所述第一夹爪(3)和所述第二夹爪(13)的铰接轴固定于所述行走轮架(2)；

所述驱动机构与所述连杆组件连接以驱动所述连杆组件运动，进而驱动所述第一夹爪(3)和所述第二夹爪(13)在所述夹持状态和所述松开状态之间切换；

所述连杆组件包括第一连杆(4)、第二连杆(5)、第三连杆(6)和第四连杆(12)，所述第一连杆(4)的第一端与所述第二夹爪(13)铰接，所述第二连杆(5)的第一端与所述第一连杆(4)的第二端铰接，所述第四连杆(12)的第一端与所述第一夹爪(3)铰接，所述第四连杆(12)的第二端与所述第三连杆(6)的第一端铰接，所述第二连杆(5)的第二端与所述第三连杆(6)的第二端铰接，所述驱动机构与所述第二连杆(5)和所述第三连杆(6)的铰接轴连接，以驱动所述第二连杆(5)和所述第三连杆(6)的铰接轴升降；

所述驱动机构包括横梁(7)、与所述横梁(7)连接的升降驱动组件和与所述升降驱动组件连接的驱动器(18)，所述升降驱动组件固定在所述行走轮架(2)上，所述驱动器(18)驱动所述升降驱动组件带动所述横梁(7)升降，所述横梁(7)的两端分别与两个变胞夹持机构中的第二连杆(5)和第三连杆(6)的铰接轴连接；

所述升降驱动组件包括第一滑块(14)、第二滑块(17)、第五连杆(15)、第六连杆(16)、螺杆(21)、第一轴承座(20)、第二轴承座(24)、第一螺旋滑块(22)和第二螺旋滑块(23)；

所述第一轴承座(20)和第二轴承座(24)固定在所述行走轮架(2)上；

所述螺杆(21)穿设在所述第一轴承座(20)和第二轴承座(24)中，并且所述螺杆(21)的一端与所述驱动器(18)连接，所述驱动器(18)驱动所述螺杆(21)转动；

所述螺杆(21)上具有旋向相反的两段螺纹，所述第一螺旋滑块(22)和所述第二螺旋滑块(23)分别旋合在所述两段螺纹上；

所述第五连杆(15)的第一端与所述第一螺旋滑块(22)铰接，所述第六连杆(16)的第一端与所述第二螺旋滑块(23)铰接，所述第五连杆(15)和所述第六连杆(16)铰接形成剪叉结构；

所述第一滑块(14)和所述第二滑块(17)可沿所述横梁(7)的延伸方向滑动的连接在所述横梁(7)中，所述第五连杆(15)的第二端与所述第一滑块(14)铰接，所述第六连杆(16)的第二端与所述第二滑块(17)铰接；

当驱动器(18)启动驱动螺杆(21)沿一个方向旋转时，第一螺旋滑块(22)和第二螺旋滑块(23)彼此靠近，带动第五连杆(15)和第六连杆(16)转动顶起第一滑块(14)和第二滑块(17)，进而顶起横梁(7)，横梁(7)提升；

当驱动器(18)启动驱动螺杆(21)沿另一个方向旋转时，第一螺旋滑块(22)和第二螺旋滑块(23)彼此远离，第五连杆(15)和第六连杆(16)转动拉下第一滑块(14)和第二滑块(17)，进而拉下横梁(7)，横梁(7)下降；

横梁(7)的升降运动带动变胞夹持机构的第二连杆(5)和第三连杆(6)张开或闭合，进而通过第一连杆(4)和第四连杆(12)带动第一夹爪(3)与第二夹爪(13)张开或闭合。

2.根据权利要求1所述的输电线巡检机器人的行走夹持装置，其特征在于，

所述第一连杆(4)的第一端设有凹槽，所述第二夹爪(13)的第二端设有弹簧销(25)，所述弹簧销(25)插入所述凹槽中；或者，

所述第一连杆(4)的第一端设有弹簧销(25)，所述第二夹爪(13)的第二端设有凹槽，所述弹簧销(25)插入所述凹槽中。

3.根据权利要求1所述的输电线巡检机器人的行走夹持装置，其特征在于，

所述驱动器(18)为电机，所述电机的输出轴通过联轴器(19)与所述螺杆(21)连接。

4.根据权利要求1所述的输电线巡检机器人的行走夹持装置，其特征在于，

所述行走机构还包括行走轮轴(9)、轴承(10)和锁紧螺母(11)，所述行走轮(8)固定在所述行走轮轴(9)上，所述锁紧螺母(11)连接在所述行走轮轴(9)上限定所述行走轮(8)的轴向位移，所述行走轮轴(9)通过轴承(10)支承在所述行走轮架(2)中。