CN108988196B - 线缆巡检机器人及使用该线缆巡检机器人的线缆巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于线缆巡检技术领域，公开了一种线缆巡检机器人及使用该线缆巡检机器人的线缆巡检方法。线缆巡检机器人包括可沿线缆移动的柔性动力轮，柔性动力轮包括可夹于线缆两侧的主动轮和夹紧轮，主动轮连接有可以相对主动轮转动的跨越轮，跨越轮的外周设置有至少两个可卡挂于障碍物的跨越槽；主动轮与夹紧轮之间设置有夹紧组件。线缆巡检方法，采用上述的线缆巡检机器人。本发明所提供的一种线缆巡检机器人及使用该线缆巡检机器人的线缆巡检方法，不需要通过脱线来实现跨越障碍物，可直接从侧面跨越，避免脱线而导致跨越失败，线缆巡检效率高，设备可靠性高，且无需对相关线塔进行改造，适应性广，应用成本低，易于推广使用。

Description

线缆巡检机器人及使用该线缆巡检机器人的线缆巡检方法

技术领域

本发明属于线缆巡检技术领域，尤其涉及一种线缆巡检机器人及使用该线缆巡检机器人的线缆巡检方法。

背景技术

现有的高压线巡检机器人通常通过调整机械臂的位置及姿态，并配合执行机构进行松线-移动-重新抓线的动作来实现跨越悬垂线夹，其执行动作繁杂，耗时；相应的机械臂结构复杂，开发成本高；高空环境相对恶劣，机器人本体可能出现较为严重的摇摆和倾斜，在跨越悬垂线夹，执行机构松开高压线而进行姿态调整的过程中，跨越悬垂线夹依赖机械臂姿态及机器人重心的调整，过程复杂，机械臂结构复杂，重量大，自由度多，开发成本高且难度大，很可能因脱线而无法重新回到预定的工作位置，严重影响跨越高压线杆塔的成功率，可靠性欠佳。

现有技术中也有通过全面改造高压线塔以简化巡检机器人的复杂结构并降低了跨越高压线塔的难度，然而对高压线塔的全面改造费时费力，成本极高，尤其在偏远地区，操作难度极大，难以推广使用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种线缆巡检机器人及使用该线缆巡检机器人的线缆巡检方法，其巡检可靠性高且应用成本低。

本发明的技术方案是：一种线缆巡检机器人，包括可沿线缆移动的柔性动力轮，所述柔性动力轮包括可夹于线缆两侧的主动轮和夹紧轮，所述主动轮连接有可以相对所述主动轮转动的跨越轮，所述跨越轮的外周设置有至少两个可卡挂于障碍物的跨越槽；所述主动轮与所述夹紧轮之间设置有夹紧组件。

可选地，所述跨越轮呈花瓣状，所述跨越槽呈口宽底窄状，相邻的跨越槽之间具有花瓣部。

可选地，所述花瓣部的数量N＝2πr/(L1+L2)，其中，r为经过各跨越槽底部的底圆之半径，L1为相邻花瓣部所形成之跨越槽所对应的底圆弧长，L2为花瓣部之根部所对应的底圆弧长；

所述跨越轮的半径R与底圆半径r满足：R-r≥L/cosα，其中L为障碍物的宽度，α为所述跨越轮与障碍物的水平面之间的安装倾角。

可选地，所述跨越轮一体成型或固定设置有加强结构。

可选地，所述跨越轮转动连接于所述主动轮，或者，所述跨越轮连接有用于驱动所述跨越轮主动旋转的旋转驱动部件。

可选地，所述主动轮连接有滚动轴承，所述跨越轮通过挡板和支撑轴连接于所述滚动轴承；或者/和，

所述主动轮连接有主轴，所述主轴连接有驱动部件；或者/和，

所述夹紧组件包括连接于主动轮的伸缩部件，所述夹紧轮连接有夹紧轮轴，所述伸缩部件的前端与所述夹紧轮轴相接。

可选地，所述伸缩部件包括外壳、伸缩轴和伸缩弹性件，伸缩轴设有凸台，所述伸缩轴和伸缩弹性件设置于所述外壳内，所述伸缩弹性件套于所述伸缩轴且抵顶于所述凸台；或者，所述伸缩部件包括伸缩轴和用于驱动所述伸缩轴伸缩的动力装置，所述动力装置包括电机和丝杆机构或电机和齿轮齿条机构。

可选地，所述夹紧轮与所述主动轮之间的最大距离小于所述跨越轮与主动轮外圆的半径差。

可选地，所述线缆巡检机器人还包括巡检执行装置，所述巡检执行装置的中轴线与跨越轮的平面之间的夹角大于0度且小于90度；所述巡检执行装置固定连接于所述夹紧组件或所述主动轮，或者，所述巡检执行装置通过角度调节机构连接于所述夹紧组件或所述主动轮。

可选地，所述柔性动力轮设置有至少两个，相邻的所述柔性动力轮通过连接臂连接。

本发明还提供了一种线缆巡检方法，采用上述的线缆巡检机器人，包括以下步骤：

将线缆巡检机器人中的主动轮和夹紧轮通过夹紧组件夹于线缆的两侧，通过驱动所述主动轮或/和夹紧轮使线缆巡检机器人沿线缆移动；

遇到线缆上的障碍物时，跨越轮上的跨越槽卡挂于障碍物，线缆巡检机器人从侧面跨上障碍物，主动轮和夹紧轮在夹紧组件作用下继续夹于障碍物并前进，跨越轮卡挂于障碍物上被动旋转或主动旋转，线缆巡检机器继续前进跨越障碍物。

本发明所提供的一种线缆巡检机器人及使用该线缆巡检机器人的线缆巡检方法，不需要通过脱线来实现跨越障碍物，可直接从侧面跨越，避免脱线而导致跨越失败，线缆巡检效率高，设备可靠性高，且无需对相关线塔进行改造，适应性广，应用成本低，易于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人的平面示意图；

图2是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人中主动轮、跨越轮、线缆和悬垂线夹的立体示意图；

图3是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人中跨越轮的平面示意图；

图4是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人中跨越轮的立体示意图；

图5是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人中主动轮、跨越轮和悬垂线夹的平面示意图；

图6是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人中柔性动力轮的局部剖面示意图；

图7是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人中柔性动力轮的局部剖面示意图；

图8是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人跨越障碍物过程的示意图；

图9是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人跨越障碍物过程的示意图；

图10是本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人跨越障碍物过程的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种线缆巡检机器人，包括可沿线缆91(包括但不限于高压线缆91)的柔性动力轮1，柔性动力轮1可以通过连接臂连接巡检执行装置。所述柔性动力轮1包括可夹于线缆91两侧的主动轮11和夹紧轮12，所述主动轮11连接有可以相对所述主动轮11转动的跨越轮13。跨越轮13可以被动式旋转或主动式旋转。所述跨越轮13的外径可以大于所述主动轮11的外径，所述跨越轮13的外周设置有至少两个可卡挂于障碍物的跨越槽131；所述主动轮11与所述夹紧轮12之间设置有夹紧组件14。这样，在线缆巡检时，将线缆巡检机器人中的主动轮11和夹紧轮12通过夹紧组件14夹于线缆91的两侧，通过驱动所述主动轮11或/和夹紧轮12使线缆巡检机器人沿线缆91移动；遇到线缆91上的障碍物(障碍物包括但不限于悬垂线夹92)时，跨越轮13上的跨越槽131可以卡挂于障碍物，跨越轮13可与障碍物完好贴合而达到防掉落的目的，主动轮11和夹紧轮12在夹紧组件14的作用下夹于障碍物，柔性动力轮1可以继续从侧面跨上障碍物，主动轮11和夹紧轮12继续从障碍物的侧面前进，跨越轮13卡挂于障碍物上被动旋转或主动旋转，跨越轮13保持卡挂状态直至主动轮11和夹紧轮12完全越过障碍物后夹于线缆91两侧，无需松线后重新抓线，避免脱线而导致跨越失败，线缆巡检效率高，设备可靠性高，且无需对相关线塔进行改造，适应性广，应用成本低，易于推广使用。

采用此柔性动力轮1的巡线机器人，装配有夹紧组件14，可保证高压线始终位于机器人执行机构的工作空间内，因此在跨越悬垂线夹92时，巡线机器人的巡检执行装置无需脱线，极大地提高了安全性和可靠；此外，巡线机器人的连接臂(机械臂)无须进行大幅度的姿态调整，机器人可依固定姿态从悬垂线夹92的侧面直接跨越，极大提高了跨障的效率，从而可以高效、安全地执行线缆巡检任务。

具体地，如图1和图2所示，所述跨越轮13转动连接于所述主动轮11，或者，所述跨越轮13连接有用于驱动所述跨越轮13主动旋转的旋转驱动部件。即跨越轮13可以在柔性动力轮1的推动下卡持于障碍物时绕障碍物被动旋转，也可以在遇到障碍物时主动旋转卡挂于障碍物。旋转驱动部件可以为电机。

具体地，如图3所示，所述跨越轮13可以呈花瓣状，跨越轮13类似花瓣，也可以称之为花瓣轮。所述跨越槽131可以呈口宽底窄状，相邻的跨越槽131之间具有花瓣部132，跨越轮13可以跨越不同的障碍物，结构可靠且通用性高。花瓣状的跨越轮13之轮廓可以依据悬垂线夹92的外形特征设计而成，跨越轮13可以有效地与悬垂线夹92贴合，避免巡检机器人坠落，并且跨越轮13可独立于主动轮11绕轴心转动，从而适应障碍物，能有效地适应高压线夹具的外形，从而提高安全性。具体应用中，跨越槽131也可以呈“V”字形或半圆形或梯形等，均属于本发明的保护范围。

具体地，如图3所示，所述跨越轮13一体成型或固定设置有加强结构。加强结构可以为加强筋、加强板等。具体应用中，可通过在跨越轮13的表面添加不同的特征，比如加强筋板134或波浪形纹理或异形特征135，来增加跨越轮13的强度或其与障碍物的贴合性。还可以在跨越轮13的表面设置防滑花纹或防滑橡胶垫来进一步提高可靠性。

具体地，如图4所示，所述花瓣部132的数量N＝2πr/(L1+L2)，其中，r为经过各跨越槽131底部的底圆之半径，L1为相邻花瓣部132所形成之跨越槽131所对应的底圆弧长，L2为花瓣部132之根部所对应的底圆弧长；本实施例中，花瓣部132的数量为5个，跨越槽131的数量也为5个。当然，可以理解地，花瓣部132和跨越槽131的数量可以根据具体情况设定，一般为2至6个，对于近期更新的线夹或是新开发的线夹产品或其它障碍物，相对应的花瓣部132数量有可能超过2至6个的范围，均属于本发明的保护范围。

具体地，如图5所示，所述跨越轮13的半径R与底圆半径r满足：R-r≥L/cosα，其中L为障碍物的宽度，α为所述跨越轮13与障碍物的水平面之间的安装倾角，以使跨越轮13可以可靠地卡挂于障碍物的上方。具体应用中，跨越轮13与主动轮11可以同轴设置，底圆半径r可以等于或大于主动轮11的半径。

具体地，如图1和图6所示，所述主动轮11的一侧连接有滚动轴承151，所述跨越轮13通过跨越轮挡板152和支撑轴153连接于所述滚动轴承151，跨越轮13可以自由旋转；或者/和，

所述主动轮11的另一侧连接有主轴154，所述主轴154连接有驱动部件155，驱动部件155可为电机；或者/和，

本实施例中，跨越轮13通过跨越轮挡板152由螺母固定于主动轮11前端。轴承盖通过螺栓固定于主动轮11前侧，为滚动轴承151提供轴向定位。支撑轴153通过滚动轴承151进行轴心定位，跨越轮13可独立于主动轮11绕轴心转动。驱动部件(电机)带动主轴154旋转，主动轮11和主轴154由螺栓连接固定，主动轮11可绕轴心转动。

具体地，所述夹紧组件14包括连接于主动轮11的伸缩部件，所述夹紧轮12连接有夹紧轮轴121，所述伸缩部件的前端与所述夹紧轮轴121相接，使主动轮11和夹紧轮12具有相向靠近的趋势。

具体应用中，所述夹紧轮12与所述主动轮11之间的最大距离小于所述跨越轮13与主动轮11外圆的半径差，以进一步避免脱线的可能。

本实施例中，如图1和图7所示，所述伸缩部件包括外壳141、伸缩轴142和伸缩弹性件143，伸缩轴142设有凸台1421，所述伸缩轴142和伸缩弹性件143设置于所述外壳141内，所述伸缩弹性件143套于所述伸缩轴142且抵顶于所述凸台1421；伸缩轴142的前端通过挡板144抵顶于夹紧轮轴121。伸缩弹性件143可以为弹簧。伸缩弹性件143(伸缩弹簧)可安装在凸台1421上，遇障碍伸缩轴142被动拉长，离开障碍自动复位，外壳141和挡板144分别限制伸缩方向和压缩距离。夹紧轮轴121连接伸缩部件与夹紧轮12，夹紧轮12可绕夹紧轮轴121轴心被动旋转。

或者，作为替代方案，所述伸缩部件包括伸缩轴和用于驱动所述伸缩轴伸缩的动力装置，所述动力装置包括电机和丝杆机构或电机和齿轮齿条机构，通过电动元件使夹紧轮12与主动轮11保持夹紧。

具体地，所述巡检执行装置的中轴线与跨越轮13的平面之间的夹角大于0度且小于90度；所述巡检执行装置以固定角度固定连接于所述夹紧组件14或所述主动轮11，或者，所述巡检执行装置通过角度调节机构连接于所述夹紧组件14或所述主动轮11，巡检过程中，巡线机器人的连接臂(机械臂)无须进行大幅度的姿态调整。角度调节机构包括但不限于：电机加齿轮组、电机加齿轮齿条、电机直接驱动、电机加多连杆机构，以实现角度可变可调。

本实施例中，巡检执行装置包括箱体支架31和箱体32。箱体32通过箱体支架31与机器人其他组件连接。

具体地，如图8至图10所示，所述柔性动力轮1设置有至少两个，相邻的所述柔性动力轮1通过连接臂连接，前、后的柔性动力轮1可以先后越过障碍物，可靠性高。如果夹紧机构为被动柔性(采用弹簧)，则机器人保持适当的倾斜角度，从障碍物侧面直接跨越；如果夹紧机构为电机控制主动调节，则工作方式为：机器人前进至障碍物前，后轮(后柔性动力轮1)夹紧装置保持，前轮(前柔性动力轮1)夹紧组件14主动放松；机器人继续前进跨越障碍物，前轮夹紧组件14夹紧，机器人前进至后轮贴近障碍物，后轮夹紧组件14主动放松；机器人继续前进跨越障碍物，前轮夹紧组件14保持夹紧，完成全部跨越。

本发明实施例还提供了一种线缆巡检方法，采用上述的线缆巡检机器人，包括以下步骤：

将线缆巡检机器人中的主动轮11和夹紧轮12夹于线缆91的两侧，通过驱动所述主动轮11或/和夹紧轮12使线缆巡检机器人沿线缆91移动；

遇到线缆91上的障碍物时，跨越轮13上的跨越槽131卡挂于障碍物，线缆巡检机器人从侧面跨上障碍物，跨越轮13被动或主动旋转，线缆巡检机器继续前进跨越障碍物。

在巡检过程中，跨越轮13可与障碍物完好贴合而具有防掉落功能，因此机械臂无须进行大幅度的姿态调整，机器人可依固定姿态从线夹侧面直接跨越。当巡检机器人前轮靠近悬垂线夹92时，跨越轮13花瓣轮会自由转动，夹紧组件14可以适应悬垂线夹92的宽度自主调整开合，避免机器人与悬垂线夹92发生干涉，使机器人从侧面跨上悬垂线夹92；而此时跨越轮13会与悬垂线夹92上部完好贴合，使得机器人不会在跨越线夹时发生脱线掉落；机器人继续前进，其前轮(其中一柔性动力轮1)顺利跨越悬垂线夹92。后轮(另一柔性动力轮1)过障的过程与前轮一致。

本发明实施例所提供的一种线缆巡检机器人及使用该线缆巡检机器人的线缆巡检方法，不需要通过脱线来实现跨越障碍物，可直接从侧面跨越，避免脱线而导致跨越失败，线缆巡检效率高，设备可靠性高，且无需对相关线塔进行改造，适应性广，应用成本低，易于推广使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种线缆巡检机器人，其特征在于，包括可沿线缆移动的柔性动力轮，所述柔性动力轮包括可夹于线缆两侧的主动轮和夹紧轮，所述主动轮连接有可以相对所述主动轮转动且卡挂于障碍物上时可被动旋转或主动旋转并保持卡挂状态的跨越轮，所述跨越轮的外周设置有至少两个可卡挂于障碍物的跨越槽；所述主动轮与所述夹紧轮之间设置有夹紧组件。

2.如权利要求1所述的线缆巡检机器人，其特征在于，所述跨越轮呈花瓣状，所述跨越槽呈口宽底窄状，相邻的跨越槽之间具有花瓣部。

3.如权利要求2所述的线缆巡检机器人，其特征在于，所述花瓣部的数量N＝2πr/(L1+L2)，其中，r为经过各跨越槽底部的底圆之半径，L1为相邻花瓣部所形成之跨越槽所对应的底圆弧长，L2为花瓣部之根部所对应的底圆弧长；

所述跨越轮的半径R与底圆半径r满足：R-r≥L/cosα，其中L为障碍物的宽度，α为所述跨越轮与障碍物的水平面之间的安装倾角。

4.如权利要求1所述的线缆巡检机器人，其特征在于，所述跨越轮一体成型或固定设置有加强结构。

5.如权利要求1所述的线缆巡检机器人，其特征在于，所述跨越轮转动连接于所述主动轮，或者，所述跨越轮连接有用于驱动所述跨越轮主动旋转的旋转驱动部件。

6.如权利要求1所述的线缆巡检机器人，其特征在于，所述主动轮连接有滚动轴承，所述跨越轮通过挡板和支撑轴连接于所述滚动轴承；或者/和，

所述主动轮连接有主轴，所述主轴连接有驱动部件；或者/和，

所述夹紧组件包括连接于主动轮的伸缩部件，所述夹紧轮连接有夹紧轮轴，所述伸缩部件的前端与所述夹紧轮轴相接。

7.如权利要求6所述的线缆巡检机器人，其特征在于，所述伸缩部件包括外壳、伸缩轴和伸缩弹性件，伸缩轴设有凸台，所述伸缩轴和伸缩弹性件设置于所述外壳内，所述伸缩弹性件套于所述伸缩轴且抵顶于所述凸台；或者，所述伸缩部件包括伸缩轴和用于驱动所述伸缩轴伸缩的动力装置，所述动力装置包括电机和丝杆机构或电机和齿轮齿条机构。

8.如权利要求1所述的线缆巡检机器人，其特征在于，所述夹紧轮与所述主动轮之间的最大距离小于所述跨越轮与主动轮外圆的半径差。

9.如权利要求1至8中任一项所述的线缆巡检机器人，其特征在于，所述线缆巡检机器人还包括巡检执行装置，所述巡检执行装置的中轴线与跨越轮的平面之间的夹角大于0度且小于90度；所述巡检执行装置固定连接于所述夹紧组件或所述主动轮，或者，所述巡检执行装置通过角度调节机构连接于所述夹紧组件或所述主动轮。

10.如权利要求1所述的线缆巡检机器人，其特征在于，所述柔性动力轮设置有至少两组，相邻的所述柔性动力轮通过连接臂连接。

11.一种线缆巡检方法，其特征在于，采用如权利要求1至10中任一项所述的线缆巡检机器人，包括以下步骤：

将线缆巡检机器人中的主动轮和夹紧轮通过夹紧组件夹于线缆的两侧，通过驱动所述主动轮或/和夹紧轮使线缆巡检机器人沿线缆移动；

遇到线缆上的障碍物时，跨越轮上的跨越槽卡挂于障碍物，线缆巡检机器人从侧面跨上障碍物，主动轮和夹紧轮在夹紧组件作用下继续夹于障碍物并前进，跨越轮卡挂于障碍物上被动旋转或主动旋转，线缆巡检机器继续前进跨越障碍物。

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