CN108856016B - 越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明为一种越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人，该机器人包括2个清污装置、2个运动臂和1个支撑装置；清污装置和支撑装置均设置在架空线上，其中，支撑装置居中，2个清污装置在其两侧，分别通过运动臂相连；每一个运动臂的一端固定在支撑装置的底部，另一端固定在清污装置的底部。本发明既能够实现使装置运动的功能，又能够实现进行复杂的运动实现换相和跨越杆塔的功能，而且机械臂还可以伸长，能够跨越较远的障碍，还能有效解绝不同杆塔的结构、线间距不相同、障碍大小不同等问题。

Description

越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人

技术领域

本发明涉及电力线路维护领域，具体涉及一种越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人

背景技术

架空线路是输送电力的重要桥梁，其线路质量影响电力输送的质量，因此解决架空线路的维护问题十分重要。10kV架空线路广泛架设于城区，郊区等人口较为集中的地方，而这些地方由于环境复杂，架空线上常常要附着比其他地区更多的污垢，而且有可能缠绕着塑料袋等异物，这些污垢和异物常常使架空线在遇到雨天或雪天时发生放电或短路，严重影响着附近居民生活质量和安全，同时也影响着电力传输质量，因此10kV架空线路的维护工作更加重要。

针对目前针对架空线路清污问题，人们不断进行研究，申请号为CN201610184163.9的中国专利文献公开了一种架空线路自动清污装置，该装置采用自走式清污机器来对架空线路进行清污工作，避免了人工清理，但是该装置固定在两根杆塔中间，只能清理一段架空线，工作范围小，在铺设距离很长的架空线路中，需要多个装置才能完成整条线路的清污，耗资很大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人。该机器人通过使用机械臂连接、设置多个互相隔离的控制中心并设计可自动脱离的清污装置，提供一种既能够跨越10kV输电线杆塔又能够跨越两相的自动清污机器人。

本发明的技术方案为：

一种越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人，该机器人包括2个清污装置、2个运动臂和1个支撑装置；清污装置和支撑装置均设置在架空线上，其中，支撑装置居中，2个清污装置在其两侧，分别通过运动臂相连；每一个运动臂的一端固定在支撑装置的底部，另一端固定在清污装置的底部；

所述运动臂包括旋转底座、基础臂、延长臂、延长臂控制电机、控制齿轮、第一运动臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置连接轴以及运动臂连接轴，清污装置控制电机；两个长方体延长臂结构相同，两个长方体管状基础壁结构相同；所述运动臂为对称结构，以第一运动臂控制电机为中心左右对称，第一运动臂控制电机分别与两个延长臂的一端相连，每个延长臂的另一端通过控制齿轮与基础臂的一端相连，每个基础臂的另一端与清污装置连tai接轴相连，第二运动臂控制电机固定在清污装置连接轴上，清污装置连接轴安装在旋转底座的下部；两个旋转底座中，一个旋转底座与清污装置相连，另一个旋转底座与支撑装置的底部相连；所述旋转底座上表面的中心设置有运动臂连接轴，运动臂连接轴上固定有清污装置控制电机，运动臂两端的2个清污装置控制电机分别固定在清污装置和支撑装置的下部；所述的控制齿轮安装有延长臂控制电机；延长臂上刻有控制槽，控制槽中的齿与控制齿轮啮合；

所述的2个清污装置的结构相同，每个清污装置包含运动爪、限位杆、锁紧器、毛刷板、锁紧杆、锁紧电机、限位电机、挡板、接触套、限位器和第一控制中心；盒状外壳包括长方形底板、垂直于底板的前、后壁板，左、右护板；在右侧清污装置的外部，运动爪安装在左护板上；每个清污装置都包括两组红外探测器、超声波探测器，分别安装在左右护板的外侧；锁紧杆有两组，分别固定在清污装置的前壁板和后壁板的内侧，位置对应，每组两个；每个锁紧杆的底部安装有锁紧电机；每组的两个锁紧杆顶端固定有横向的毛刷板，毛刷板上布满非金属刷毛，每个毛刷板上还分布有2个锁紧器，每两个相对的锁紧器形成一个圆孔状孔洞；4个限位杆安装在清污装置底板上的四个角落，两两相对；每个限位杆由一折杆和套在折杆顶部的接触套构成，折杆的底部和限位电机的传动轴相连；限位器为一上部开槽的长方体，其固定在底板上，限位电机安装在限位器靠左/右护板的一侧，限位杆和其传动轴安装在凹槽中；挡板安装在限位器的凹槽中，垂直于凹槽底面；限位电机的传动轴上还套有弹簧；所述的清污装置上的两个第一控制中心相同；第一控制中心包括供电中心、无线传输模块和控制芯片，三部分两两相连；控制芯片为单片机芯片，分别和清污装置上的红外探测器、超声波探测器、锁紧电机、限位电机，以运动爪电机、控制杆控制电机及与清污装置相连的运动臂上的第一运动臂控制电机，靠近清污装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机相连；

所述的支撑装置通过支撑爪悬挂在架空线上，支撑装置由支撑爪、控制盒、第二控制中心构成，控制盒为一非金属方形外壳，支撑爪安装在控制盒的上部，以控制盒顶盖为界分为爪头和爪尾，第二控制中心固定在控制盒内部的底板上；第二控制中心的组成包括供电中心、无线传输模块和控制芯片，三部分两两相连；控制芯片为单片机芯片，分别和支撑爪电机、与支撑装置相连的两个运动臂上靠近支撑装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机相连。

支撑爪的结构爪头为两个半圆形，一边为单片非金属片，一边为两片非金属片，相对组成圆环，且三个非金属片的圆弧底部同轴；两片非金属片的间距同单片非金属片的厚度；两片非金属片在爪尾通过一锯状非金属片连接，锯齿向下，而另一个非金属片的底部同样为锯状，锯齿向上，两个锯状爪尾为圆弧状，一上一下，圆心为爪的连接轴，两排齿与中间的齿轮啮合，上齿的间距小于下齿的间距,两排齿间安装有与上下两排齿都啮合的齿轮，齿轮上安装支撑爪电机，支撑爪电机安装在控制盒的左壁板的内侧。

所述运动爪由运动爪主体、运动爪控制部分和运动爪底座构成，运动爪主体为常见的夹持型机械爪，夹持型机械爪的末端有一个延展区，即运动爪的控制部分；运动爪控制部分由运动爪操作杆、运动爪控制杆、控制弹簧、弹簧底座和运动爪电机构成；运动爪控制部分的内部为空腔，空腔内设置有套在运动爪控制杆上的控制弹簧，控制弹簧的一端固定在空腔底部，另一端固定在弹簧底座上；空腔的端部安装有带螺纹的端盖；运动爪操作杆为夹持型机械爪的末端延伸出的控制杆，其穿过延展区、端盖后突出，其最尾端抵住运动爪控制杆；延伸出来的控制部分尾端为半圆弧面；运动爪底座的底部为圆盘，圆盘上固定一个长方体，再由长方体顶部开有一个一端封闭的水平夹槽，夹槽为正方体，夹槽边长等于控制部分尾端圆弧面的直径，正方体缺口在封口的那一端的边为圆弧面，圆弧面和与其相切的平面所占的水平空间的比例为1：1，延伸出来的控制部分尾端包在运动爪底座中，尾端的半圆弧面一半与底座的圆弧面贴合，一半暴露在外部；运动爪控制杆整体为圆棒状，一端与运动爪操作杆的尾端接触，另一端穿过水平夹槽和运动爪底座；运动爪底座23的底部圆盘固定在清污装置左护板外侧；运动爪控制杆与运动爪操作杆接触的半段表面光滑，另半段表面刻有螺纹，螺纹与控制杆控制齿轮啮合；控制杆控制齿轮上安装有控制杆控制电机，控制杆控制电机安装在运动爪底座与清污装置左护板外侧相连的部分所对应的左护板内侧部位；运动爪电机安装在运动爪底座的侧面，其传动轴与夹持型机械爪延伸区域尾端半圆弧面的圆心相连；

整个装置共有三个控制中心，控制中心为供电中心、无线传输模块和控制芯片的组合体，各部分通过导线相连，控制芯片为单片机芯片，供电中心为蓄电池；三个控制中心通过无线传输模块进行无线连接，并通过无线传输模块与远端调控中心连接；清污装置中的第一控制中心通过导线连接清污装置上的红外探测器、超声波探测器、锁紧电机、限位电机、运动爪电机、控制杆控制电机，以及与清污装置相连的运动臂上的第一运动臂控制电机，靠近清污装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机；支撑装置中的第二控制中心通过导线连接支撑爪电机、与支撑装置相连的两个运动臂上靠近支撑装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机；所述的控制中心具体为单片机芯片；每个控制中心都配置有单独的蓄电池，控制中心与蓄电池通过导线相连。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明的运动装置采用机械臂结构，既能够实现使装置运动的功能，又能够实现进行复杂的运动实现换相和跨越杆塔的功能，而且机械臂还可以伸长，能够跨越较远的障碍，还能有效解绝不同杆塔的结构、线间距不相同、障碍大小不同等问题；

2、本发明与导线接触的部分均采用了非金属绝缘材料，并考虑了安全厚度，且本发明的控制中心有三个，分别安放在两个清污装置和支撑装置的内部，清污装置的控制中心通过导线最远控制到与其相连的运动臂的两个延长杆间的驱动电机，支撑装置的控制中心通过导线最远控制到与其相连的基础杆上的延长杆控制电机，保证三个电气设备在装置进行跨相工作时中间有一完全由绝缘材料制成的延长杆来进行绝缘，提高装置绝缘的可靠性；

3、装置配备了两套清污装置，增强了清污效果；

4、本发明在遇到障碍时可以通过检测模块检测问题，根据程序内部配置做出处理，若遇到未设定的问题时，可通过通信模块告知工作人员，工作人员通过检测模块的摄像头可以了解现场情况然后进行人工操作，且能够记录操作过程，以便下次遇到此问题时直接处理，大大加强了装置的问题处理能力。

附图说明

图1a是本发明的总体上视西南等轴测图；

图1b是本发明的总体下视西南等轴测图；

图2是本发明的运动臂结构的示意图；

图3是本发明的清污装置结构的示意图；

图4是本发明的支撑爪结构的示意图；

图5a是本发明的运动爪结构示意图；

图5b是本发明的运动爪底部剖面与运动爪底座部分结构示意图；

图5c是本发明的运动爪底座夹槽部分结构示意图；

图6是本发明的清污装置脱离架空线时的示意图；

图7是本发明的控制中心工作原理图；

其中，1-清污装置、2-运动臂、3-支撑装置、4-运动爪、5-旋转底座、6-基础臂、7-延长臂、8-1-延长臂控制电机、8-2-控制槽、8-3-控制齿轮、9-1-第一运动臂控制电机、9-2-第二运动臂控制电机、10-1-清污装置连接轴、10-2-运动臂连接轴、11-清污装置控制电机、12-运动爪、13-限位杆、14-锁紧器、15-毛刷板、16-锁紧杆、17-锁紧电机、18-1-限位电机、18-2-挡板、19-接触套、20-限位器、21-第一控制中心、22-运动爪主体、23-运动爪底座、24-运动爪操作杆、25-运动爪控制杆、26-控制弹簧、27-弹簧底座、28-运动爪电机、29-红外探测器、30-超声波探测器

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述

一种越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人，如图1a和1b所示，包括2个清污装置1、2个运动臂2和1个支撑装置3；清污装置1和支撑装置3均设置在架空线上，其中，支撑装置3居中，2个清污装置1在其两侧，分别通过运动臂2相连；每一个运动臂2的一端固定在支撑装置3的底部，另一端固定在清污装置1的底部，每一个清污装置1的左右两侧均安装有一组红外探测器29与超声波探测器30，靠近支撑装置3的一侧安装运动爪4；

所述清污装置1起到清洁线路、辅助装置运动、支撑装置运动和安装大部分的控制系统的作用；支撑装置3部分用来给装置提供一个支点并辅助装置运动；运动臂2部分用来实现装置的运动并使装置能够完成跨相以及跨越杆塔的动作。

如图2所示，所述运动臂2包括旋转底座5、基础臂6、延长臂7、延长臂控制电机8-1、控制槽8-2、控制齿轮8-3、第一运动臂控制电机9-1、第二运动臂控制电机9-2、清污装置连接轴10-1以及运动臂连接轴10-2，清污装置控制电机11；两个长方体延长臂7结构相同，两个长方体管状基础壁6结构相同；所述运动臂2为对称结构，以第一运动臂控制电机9-1为中心左右对称，第一运动臂控制电机9-1分别与两个延长臂7的一端相连(控制电机固定在一个延长臂上，其传动轴与另一个延长臂相连)，每个延长臂7的另一端通过控制齿轮8-3与基础臂6的一端相连，每个基础臂6的另一端与清污装置连接轴10-1相连，第二运动臂控制电机9-2固定在清污装置连接轴10-1上，清污装置连接轴10-1安装在旋转底座5的下部；两个旋转底座5中，一个旋转底座5与清污装置1相连，另一个旋转底座5与支撑装置3的底部相连；所述旋转底座5上表面的中心设置有运动臂连接轴10-2，运动臂连接轴10-2上固定有清污装置控制电机11，运动臂2两端的2个清污装置控制电机11分别固定在清污装置1和支撑装置3的下部；所述的控制齿轮8-3安装有延长臂控制电机8-1；延长臂7上刻有控制槽8-2，控制槽8-2中的齿与控制齿轮8-3啮合；

所述的延长臂7起延长运动臂长度的作用，以便装置能够处理更复杂的情况，在进行清污作业时，延长臂完全收缩在基础臂中，当运动臂需要伸长时，延长臂控制电机8-1带动控制齿轮8-3转动，控制齿轮带动延长臂伸长；所述第一运动臂控制电机9-1为控制两个基础臂开合的步进电机，通过控制两个基础臂的运动来控制装置完成运动、跨越以及换相等动作。

所述的2个清污装置1的结构相同，每个清污装置1的结构如图3所示(以图1的右侧装置1为例，为了便于体现内部结构，其右侧板忽略)，包含运动爪12、限位杆13、锁紧器14、毛刷板15、锁紧杆16、锁紧电机17、限位电机18-1、挡板18-2、接触套19、限位器20和第一控制中心21；盒状外壳包括长方形底板、垂直于底板的前、后壁板，左、右护板；在右侧清污装置的外部，运动爪12安装在左护板上；每个清污装置1都包括两组红外探测器29、超声波探测器30(1个红外探测器29、1个超声波探测器30为一组)，分别安装在左右护板的外侧；余下介绍的装置均安装在清污装置1内部；锁紧杆16有两组，分别固定在清污装置的前壁板和后壁板的内侧，位置对应，每组两个；每个锁紧杆16的底部安装有锁紧电机17；每组的两个锁紧杆16顶端固定有横向的毛刷板15，毛刷板15上布满非金属刷毛，每个毛刷板15上还分布有2个锁紧器14，(其为一弯月状的非金属板、每两个相对的锁紧器14形成一个圆孔状孔洞，用于穿过架空线)；4个限位杆13安装在清污装置1底板上的四个角落，两两相对；每个限位杆13由一折杆和套在折杆顶部的接触套19构成，折杆的底部和限位电机18-1的传动轴相连；限位器20为一上部开槽的长方体，其固定在底板上，限位电机18-1安装在限位器20靠左/右护板的一侧，限位杆13和其传动轴安装在凹槽中；挡板18-2为一非金属长方形薄片，安装在限位器20的凹槽中，垂直于凹槽底面；限位电机18-1的传动轴上还套有弹簧；第一控制中心21为供电中心、无线传输模块和控制芯片的组合体，各部分通过导线相连，控制芯片为单片机芯片；控制中心安装在底板上，其通过导线连接清污装置上的红外探测器29、超声波探测器30、锁紧电机、限位电机，以运动爪电机、控制杆控制电机及与清污装置1相连的运动臂上的第一运动臂控制电机，靠近清污装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机；

所述运动爪12在清污过程中不与架空线接触，架空线依次穿过运动爪12，限位杆13和锁紧器14，锁紧杆16底部安装有锁紧电机17，用来控制锁紧杆16左右摆动，控制毛刷板和锁紧器与架空线间的距离，以实现清污或锁紧架空线的功能；锁紧器14的圆弧状缺口按10kV架空线最大外径标准设计，且锁紧杆16的长度应保证，在其处于图3位置时，对称的两个锁紧器的凹面间的最大距离为10kV架空线最小外径标准，其中毛刷板15上的刷毛长度远长于锁紧器凹面的最低处，且锁紧器的凹面为10kV架空线绝缘皮常用材料；所述锁紧电机17用来控制锁紧杆16左右摆动，通过控制毛刷板和锁紧器与架空线间的距离来实现清污或锁紧架空线；接触套19可以绕着折杆顶部旋转，减少架空线与限位杆的摩擦；限位器20上的弹簧使限位杆向下压住架空线，支撑整个清污装置，当限位器将架空线压到其圆心与锁紧器凹面的圆心在同一水平面上时，挡板18-2刚好挡住限位杆阻止其继续向下，其中挡板18-2在限位器20的凹槽中所处的位置可以根据架空线的外径在安装装置时进行人工调节；

所述的支撑装置3通过支撑爪悬挂在架空线上，支撑装置由支撑爪、控制盒、第二控制中心构成，控制盒为一非金属方形外壳，支撑爪安装在控制盒的上部，以控制盒顶盖为界分为爪头和爪尾，第二控制中心固定在控制盒内部的底板上；第二控制中心为供电中心、无线传输模块和控制芯片的组合体，各部分通过导线相连，控制芯片为单片机芯片；控制中心通过导线连接支撑爪电机、与支撑装置3相连的两个运动臂上靠近支撑装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机；

所述的第一控制中心和第二控制中心中的供电中心具体为可充电5V锂电池；无线传输模块具体为ESP8266MOD；控制芯片具体为STM32F103ZET6；

所述的支撑爪的结构如图4所示，爪头为两个半圆形，一边为单片非金属片，一边为两片非金属片(所述的非金属片均为硬塑料片)，两片非金属片的间距保证爪合上时刚好可以让另一边插入两片中间(即两边相对组成圆环，且三个非金属片的圆弧底部同轴；两片非金属片的间距同单片非金属片的厚度；)，两片非金属片在爪尾通过一锯状非金属片连接，锯齿向下，而另一个非金属片的底部同样为锯状，锯齿向上，两个锯状爪尾为圆弧状，一上一下，圆心为爪的连接轴，两排齿与中间的齿轮啮合，上齿较下齿更密；两排齿间安装有与上下两排齿都啮合的齿轮，齿轮上安装支撑爪电机，支撑爪电机安装在控制盒的左壁板的内侧；支撑装置2的底部与运动臂上的靠近支撑装置2的两个旋转底座5相连；当清污装置与架空线脱离时，通过旋转旋转底座5可以使清污装置和运动臂旋转，以此来将清污装置跨越到不与当前所在架空线在同一直线上的架空线；当齿轮顺时针旋转时，支撑爪夹紧，当齿轮逆时针旋转时，支撑爪张开；

在装置进行清污工作时，整套装置由8根限位杆和支撑装置架在架空线上，第一运动臂控制电机9-1首先控制两个基础臂的夹角呈120度，前方的清污装置中的锁紧器14锁紧架空线，后方清污装置中的锁紧电机控制锁紧器远离架空线，然后第一运动臂控制电机再控制两个基础臂使其夹角缩小，这时由于前方清污装置已经固定，则后方清污装置自然前移，清污装置中的毛刷板的刷毛与导线摩擦进行清污；当清污装置与支撑装置间的超声波探测器感应到清污装置与支撑装置已经足够接近时，前方清污装置中锁紧电机控制锁紧器松开架空线，后方清污装置中锁紧器锁紧架空线，运动臂控制电机控制基础臂使其夹角增大，此时由于后方清污装置已经固定，则前方清污装置自然前移，清污装置中的毛刷板的刷毛与导线摩擦进行清污，然后整个装置再重复上一阶段的运动，这本装置就不断向前运动，并不断清理导线；

所述运动爪12如图5a所示(以图1的右侧装置1上的运动爪为例)，由运动爪主体22、运动爪控制部分和运动爪底座23构成，运动爪主体22为常见的夹持型机械爪，为公知器件；公知夹持型机械爪的末端有一个延展区(图5a虚线右部分)，即运动爪的控制部分；在图5b中，运动爪控制部分由运动爪操作杆24、运动爪控制杆25、控制弹簧26、弹簧底座27和运动爪电机28构成；运动爪控制部分的内部为空腔，空腔内设置有套在运动爪控制杆24上的控制弹簧26，控制弹簧的一端固定在空腔底部，另一端固定在弹簧底座27上；空腔的端部安装有带螺纹的端盖；运动爪操作杆24为由公知夹持型机械爪的末端延伸出的控制杆，其穿过延展区、端盖后突出，其最尾端抵住运动爪控制杆25；延伸出来的控制部分尾端为半圆弧面；运动爪底座23的底部为圆盘，圆盘上固定一个长方体，再由长方体顶部开一个一端封闭的水平夹槽，开口朝向架空线和左侧，夹槽为正方体，夹槽边长等于控制部分尾端圆弧面的直径，正方体缺口在封口的那一端的边为圆弧面，圆弧面和与其相切的平面所占的水平空间的比例为1：1，延伸出来的控制部分尾端包在运动爪底座23中，尾端的半圆弧面一半与底座的圆弧面贴合，一半暴露在外部，(正方体夹槽的具体外观如图5c所示-为了便于体现结构，其左侧边忽略)；运动爪底座23的底部圆盘固定在清污装置左护板外侧；运动爪控制杆25整体为圆棒状，一端与运动爪操作杆24的尾端接触，另一端穿过水平夹槽和运动爪底座；运动爪控制杆25与运动爪操作杆24接触的半段表面光滑，另半段表面刻有螺纹，螺纹与控制杆控制齿轮啮合；控制杆控制齿轮上安装有控制杆控制电机，控制杆控制电机安装在运动爪底座23与清污装置左护板外侧相连的部分所对应的左护板内侧部位；运动爪电机28安装在运动爪底座23的侧面，其传动轴与夹持型机械爪延伸区域尾端半圆弧面的圆心相连；

运动爪主体22延展区中部的空腔区域，在安装时，首先将延展区最下方的一截截断(不截断运动爪操作杆24)，然后由与运动爪主体22相连的前半段的断面的中心部位挖一圆柱形的凹槽，靠近截断处的顶部在内壁攻出螺纹，再在运动爪操作杆24上套上控制弹簧26，将其放入挖出的凹槽中，然后在运动爪操作杆24上套上弹簧底座27，压住控制弹簧26；最后将截断的那一截靠近截断面的顶端攻出螺纹，拧回原位置。

整个装置共有三个控制中心，分别为安装在两个清污装置中的两个第一控制中心和支撑装置中的第二控制中心，控制中心为供电中心、无线传输模块和控制芯片的组合体，各部分通过导线相连，控制芯片为单片机芯片，供电中心为蓄电池；三个控制中心通过无线传输模块进行无线连接，并通过无线传输模块与远端调控中心连接；清污装置中的第一控制中心通过导线连接清污装置上的红外探测器29、超声波探测器30、锁紧电机、限位电机、运动爪电机、控制杆控制电机，以及与清污装置1相连的运动臂上的第一运动臂控制电机，靠近清污装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机；支撑装置中的第二控制中心通过导线连接支撑爪电机、与支撑装置3相连的两个运动臂上靠近支撑装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机；

所述运动爪的工作方式为(以图6的中水平朝向为例，以图5b中位置为左右基准)：当运动爪操作杆24向左(以图5b中位置为基准)运动时运动爪夹紧，运动爪操作杆24向右运动时运动爪松开；运动爪控制杆25由控制杆控制电机来控制其左右运动，当运动爪控制杆25向左运动时，运动爪控制杆25推动运动爪操作杆24向左运动，控制弹簧26被由运动爪操作杆24带动的弹簧底座27压缩；当运动爪控制杆25向右运动时，控制弹簧26的张力推动弹簧底座27，带动控制运动爪操作杆24向右运动；当运动爪控制杆25的顶部缩回到运动爪主体22的底面时运动爪控制杆25与运动爪主体22脱离，此时运动爪电机28可控制运动爪主体22上下摆动，当运动爪由图6中状态向上摆动时，运动爪操作杆24受控制弹簧26力的作用脱离运动爪控制杆25伸出运动爪主体，抵住运动爪底座23的凹槽，由于凹槽为圆弧面，无论运动爪主体22如何上下摆动，运动爪操作杆24均不再伸长或缩短，此时运动爪保持在刚好不使架空线脱离但不被夹紧的状态；当运动爪电机28控制运动爪主体22向下运动，运动爪控制杆25的顶部与运动爪底座23凹槽的底面在同一平面时，运动爪主体22回到图6状态，即平行于架空线状态时，运动爪操作杆24的底面与运动爪控制杆25重新贴合，运动爪控制杆25重新恢复对运动爪操作杆24的控制；当运动爪主体22在图6状态时，若运动爪控制杆25缩回到爪柄的尾端，脱离运动爪底座23凹槽的底面时，运动爪操作杆24插入运动爪底座23，此时运动爪完全张开，无法夹住架空线；

图6中，y轴与架空线平行，z轴与地面垂直。当清污装置要与架空线脱离时，两个清污装置的限位电机18控制限位杆13松开架空线，第二运动臂控制电机9-2控制清污装置旋转到图6中底部与运动臂7平行的状态，在转动过程中控制控制臂夹角以及运动爪，保证在清污装置底部与运动臂平行时运动爪刚好摆动到与清污装置底面平行的状态，此时装置由两个运动爪和支撑装置为支点挂在架空线上。前方清污装置的运动爪控制杆25缩回，使运动爪松开架空线，此时前方清污装置完全脱离架空线。若装置检测到前方有障碍物或需要跨越杆塔需要进行跨越运动时，运动臂控制电机9控制运动臂扩大夹角使前方清污装置继续前伸，同时两个运动臂上的延长臂控制电机8-1控制延长臂7伸长到合适长度使前方清污装置越过障碍物超过2倍基础臂长度距离，然后第二运动臂控制电机9-2控制清污装置旋转到底面与架空线垂直的方向，运动臂控制电机9带动延长臂控制清污装置上抬使运动爪夹住架空线，前方清污装置完成跨越。第一个清污装置跨越并夹住架空线后，支撑爪张开，两个运动臂的运动臂控制电机和与支撑爪相连的旋转平台上的运动臂控制电机控制支撑爪离开架空线，直到与支撑装置相连的基础臂与架空线平行，此时与支撑装置相连的旋转平台上的运动臂控制电机控制基础臂保持该状态不变，然后两个运动臂上的第一运动臂控制电机控制前方两个延长臂的夹角缩小，后方两个延长臂的夹角增大，同时两个清污装置下的旋转平台上的第二运动臂控制电机控制前方基础臂与z轴正方向的夹角扩大，后方基础臂与z轴正方向的夹角缩小，使支撑装置前移，接着前方运动爪夹紧，后方运动臂上的第一运动臂控制电机控制后方两个延长臂的夹角缩小，使后方清污装置前移，最后后方运动爪夹紧前方运动臂上的第一运动臂控制电机控制前方两个延长臂的夹角扩大，使前方清污装置前移，如此使装置向前运动直到后方清污装置足够接近障碍，再夹紧后方运动爪，控制两组第一运动臂控制电机和第二运动臂控制电机抬起支撑装置使其夹住架空线，完成支撑装置的跨越。最后前方运动爪夹紧，后方的第一运动臂控制电机和第二运动臂控制电机进行与前方清污装置跨越时相反的动作使后方清污装置完成跨越，再控制第二运动臂控制电机和运动爪使两个清污装置重新套住架空线，松开限位杆，此时整个装置完成跨越运动；

当清污装置需要横向跨越到另一根架空线时，首先使前方清污装置脱离架空线，然后控制第一运动臂控制电机和第二运动臂控制电机和与支撑装置相连的清污装置控制电机，使前方两个基础臂呈135度角，与支撑装置相连的基础臂与架空线呈45度角，再调节两个延长臂使第一运动臂控制电机到第二条线的水平距离接近第一运动臂控制电机到第一条线的水平距离的二倍(第一运动臂控制电机在两条架空线之间)，此时前方的清污装置已经越过第二条架空线，再控制与前方清污装置相连的旋转底座上的清污装置控制电机和第二运动臂控制电机，使运动爪中的运动爪操作杆与地面平行，然后控制前方第一运动臂控制电机抬起清污装置直到前方运动爪的两个爪中心与第二条架空线平齐，并控制运动爪张开到最大程度。旋转与前方运动臂相连的旋转底座，使前方清污装置接近第二条架空线直到第二条架空线进入运动爪，然后运动爪夹住架空线但不夹紧架空线。后方清污装置重复前方装置的动作，此时装置两个运动爪挂在第二条架空线上，支撑装置挂在第一条架空线上。两个支撑装置上的两个清污装置控制电机控制运动臂缩小与第一条架空线间的角度，同时两个第二运动臂控制电机控制基础臂缩小与支撑装置的角度，如此将支撑装置从第一条架空线取下，同时两个清污装置受力互相分开。最后旋转四个旋转底座使两个运动臂与第二条架空线平齐，再重复跨越运动时抬起支撑装置的步骤，并再次使清污装置套住架空线，松开限位杆，此时整个装置完成横向跨越架空线运动；

如图7所示，当装置在清污作业时，红外探测器29和超声波探测器30探测前方障碍物与装置的距离，确认前方状态，当探测到前方出现障碍物的时候，传递给控制中心信号，控制中心控制装置进行跨越操作；在进行跨越和跨相操作时，红外探测器29和超声波探测器30用来确定装置位置，确认前方状态，以便控制中心进行相关操作；当红外探测器29和超声波探测器30检测到未设定的情况时，控制中心停止装置运动并通过无线通信模块通知调控中心通过两个探测器了解所遇到的状况，并进行人工操作；

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人，其特征为该机器人包括2个清污装置、2个运动臂和1个支撑装置；清污装置和支撑装置均设置在架空线上，其中，支撑装置居中，2个清污装置在其两侧，分别通过运动臂相连；每一个运动臂的一端固定在支撑装置的底部，另一端固定在清污装置的底部，以一个红外探测器和一个超声波探测器为一组，每一个清污装置的左右两侧均安装有一组红外探测器与超声波探测器，靠近支撑装置的一侧安装运动爪；

所述运动臂包括旋转底座、基础臂、延长臂、延长臂控制电机、控制齿轮、第一运动臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置连接轴以及运动臂连接轴，清污装置控制电机；两个长方体延长臂结构相同，两个长方体管状基础壁结构相同；所述运动臂为对称结构，以第一运动臂控制电机为中心左右对称，第一运动臂控制电机分别与两个延长臂的一端相连，每个延长臂的另一端通过控制齿轮与基础臂的一端相连，每个基础臂的另一端与清污装置连接轴相连，第二运动臂控制电机固定在清污装置连接轴上，清污装置连接轴安装在旋转底座的下部；两个旋转底座中，一个旋转底座与清污装置相连，另一个旋转底座与支撑装置的底部相连；所述旋转底座上表面的中心设置有运动臂连接轴，运动臂连接轴上固定有清污装置控制电机，运动臂两端的2个清污装置控制电机分别固定在清污装置和支撑装置的下部；所述的控制齿轮安装有延长臂控制电机；延长臂上刻有控制槽，控制槽中的齿与控制齿轮啮合；

所述的2个清污装置的结构相同，每个清污装置包含运动爪、限位杆、锁紧器、毛刷板、锁紧杆、锁紧电机、限位电机、挡板、接触套、限位器和第一控制中心；盒状外壳包括长方形底板、垂直于底板的前、后壁板，左、右护板；在右侧清污装置的外部，运动爪安装在左护板上；每个清污装置都包括两组红外探测器、超声波探测器，左右护板外侧分别安装有一组；锁紧杆有两组，分别固定在清污装置的前壁板和后壁板的内侧，位置对应，每组两个；每个锁紧杆的底部安装有锁紧电机；每组的两个锁紧杆顶端固定有横向的毛刷板，毛刷板上布满非金属刷毛，每个毛刷板上还分布有2个锁紧器，每两个相对的锁紧器形成一个圆孔状孔洞；4个限位杆安装在清污装置底板上的四个角落，两两相对；每个限位杆由一折杆和套在折杆顶部的接触套构成，折杆的底部和限位电机的传动轴相连；限位器为一上部开槽的长方体，其固定在底板上，限位电机安装在限位器靠左/右护板的一侧，限位杆和其传动轴安装在凹槽中；挡板安装在限位器的凹槽中，垂直于凹槽底面；限位电机的传动轴上还套有弹簧；

所述的支撑装置通过支撑爪悬挂在架空线上，支撑装置由支撑爪、控制盒、第二控制中心构成，控制盒为一非金属方形外壳，支撑爪安装在控制盒的上部，以控制盒顶盖为界分为爪头和爪尾，第二控制中心固定在控制盒内部的底板上。

2.如权利要求1所述的越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人，其特征为所述的支撑爪的爪头为两个半圆形，一边为单片非金属片，一边为两片非金属片，相对组成圆环，且三个非金属片的圆弧底部同轴；两片非金属片的间距同单片非金属片的厚度；两片非金属片在爪尾通过一锯状非金属片连接，锯齿向下，而另一个非金属片的底部同样为锯状，锯齿向上，两个锯状爪尾为圆弧状，一上一下，圆心为爪的连接轴，两排齿与中间的齿轮啮合，上齿的间距小于下齿的间距,两排齿间安装有与上下两排齿都啮合的齿轮，齿轮上安装支撑爪电机，支撑爪电机安装在控制盒的左壁板的内侧。

3.如权利要求1所述的越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人，其特征为所述运动爪由运动爪主体、运动爪控制部分和运动爪底座构成，运动爪主体为常见的夹持型机械爪，夹持型机械爪的末端有一个延展区，即运动爪的控制部分；运动爪控制部分由运动爪操作杆、运动爪控制杆、控制弹簧、弹簧底座和运动爪电机构成；运动爪控制部分的内部为空腔，空腔内设置有套在运动爪控制杆上的控制弹簧，控制弹簧的一端固定在空腔底部，另一端固定在弹簧底座上；空腔的端部安装有带螺纹的端盖；运动爪操作杆为夹持型机械爪的末端延伸出的控制杆，其穿过延展区、端盖后突出，其最尾端抵住运动爪控制杆；延伸出来的控制部分尾端为半圆弧面；运动爪底座的底部为圆盘，圆盘上固定一个长方体，再由长方体顶部开有一个一端封闭的水平夹槽，夹槽为正方体，夹槽边长等于控制部分尾端圆弧面的直径，正方体缺口在封口的那一端的边为圆弧面，圆弧面和与其相切的平面所占的水平空间的比例为1：1，延伸出来的控制部分尾端包在运动爪底座中，尾端的半圆弧面一半与底座的圆弧面贴合，一半暴露在外部；运动爪控制杆整体为圆棒状，一端与运动爪操作杆的尾端接触，另一端穿过水平夹槽和运动爪底座；运动爪底座的底部圆盘固定在清污装置左护板外侧；运动爪控制杆与运动爪操作杆接触的半段表面光滑，另半段表面刻有螺纹，螺纹与控制杆控制齿轮啮合；控制杆控制齿轮上安装有控制杆控制电机，控制杆控制电机安装在运动爪底座与清污装置左护板外侧相连的部分所对应的左护板内侧部位；运动爪电机安装在运动爪底座的侧面，其传动轴与夹持型机械爪延伸区域尾端半圆弧面的圆心相连。

4.如权利要求1所述的越障及跨相式10kV电网架空线路智能清洁机器人，其特征为所述的清污装置上的两个第一控制中心相同；第一控制中心包括供电中心、无线传输模块和控制芯片，三部分两两相连；控制芯片为单片机芯片，分别和清污装置上的红外探测器、超声波探测器、锁紧电机、限位电机、运动爪电机、控制杆控制电机、与清污装置相连的运动臂上的第一运动臂控制电机、靠近清污装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机相连；

所述的支撑装置上的第二控制中心的组成包括供电中心、无线传输模块和控制芯片，三部分两两相连；控制芯片为单片机芯片，分别和支撑爪电机、与支撑装置相连的两个运动臂上靠近支撑装置侧的延长臂控制电机、第二运动臂控制电机、清污装置控制电机相连。

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