CN109193452A - 一种输电线巡检机器人 - Google Patents

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CN109193452A CN201811133181.XA CN201811133181A CN109193452A CN 109193452 A CN109193452 A CN 109193452A CN 201811133181 A CN201811133181 A CN 201811133181A CN 109193452 A CN109193452 A CN 109193452A
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02G1/00Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
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Abstract

本发明涉及机器人技术领域,尤其涉及一种输电线巡检机器人。该输电线巡检机器人包括机架、连接于机架的两个运动臂、以及连接于机架的重心调节系统,其中,所述运动臂包括用于驱动巡检机器人沿输电线行走和可选择地夹持输电线的行走系统、用于驱动行走系统围绕一竖直轴线转动和竖直升降的回转及升降系统,所述回转及升降系统连接于所述机架。本发明的输电线巡检机器人至少可跨越输电线上的多种线夹障碍且能够高效、灵活越障。

Description

一种输电线巡检机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,尤其涉及一种输电线巡检机器人。
背景技术
随着社会发展和科技进步,当今世界机器人技术作为高技术的一个重要分支,普遍受到了各国的重视,在工业生产、太空和海洋探索、国防建设以及人民生活等许多领域得到了巨大的发展和越来越广泛的应用,机器人作业环境和执行任务的精细及复杂化程度也变得越来越高。巡线作业是高压输电线维护中的重要作业之一,巡线作业包括对线路安全通道内的安全事故隐患进行巡检,以及对线路的机械电气故障,包括线路中绝缘子污秽、导线的机械破损、连接金具机械松脱等故障进行检测。在这种背景下,高压输电线巡检机器人的研究已经成为机器人研究领域的热门研究方向之一。
传统的高压输电线巡检机器人类型很多,按机器人运动臂的分类包括单臂式、双臂式、三臂式和四臂式等等。单臂式机器人在高压输电线上无法跨越部分障碍,因此应用场合有限;而三臂式和四臂式机器人结构复杂,越障过程所用时间多,并且控制复杂,不能满足多任务、高效率、高适应性的需求。基于上述问题,高压输电线巡检器机器人并未广泛应用于检测。在这种情况下,研究巡线效率高、适应能力强、越障效率高的机器人成为发展趋势。其中,输电线的障碍主要分为如下类型:第一类、压线管和防震锤;第二类、悬垂线夹、束线夹和并沟线夹等线夹;第三类、流线。本发明提出一种至少可跨越高压输电线上的多种线夹障碍且能够高效、灵活越障的高压输电线巡检机器人成为了需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种至少可跨越输电线上的多种线夹障碍且能够高效、灵活越障的输电线巡检机器人。
(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,包括机架、连接于机架的两个运动臂、以及连接于机架的重心调节系统,其中,运动臂包括用于驱动巡检机器人沿输电线行走和可选择地夹持输电线的行走系统、用于驱动行走系统围绕一竖直轴线转动和竖直升降的回转及升降系统,回转及升降系统连接于机架。
根据本发明,行走系统包括行走系统架、用于带动巡检机器人沿输电线行走的行走机构和用于可选择地夹持输电线的夹持机构,行走机构和夹持机构集成在行走系统架上;其中,行走机构包括行走机构电机、运动主轴和行走轮,行走机构电机固定在行走系统架上,运动主轴可转动地支承在行走系统架中,运动主轴与行走机构电机的输出轴同轴连接,行走轮同轴固定在运动主轴上,行走机构电机驱动运动主轴旋转,运动主轴的旋转带动行走轮旋转;其中,夹持机构包括固定在行走系统架中的夹持机构电机、与夹持机构电机连接的第一动力传递机构、与第一动力传递机构连接的差速机构、两个与差速机构连接的第二动力传递机构和分别与两个第二动力传递机构连接的两对卡爪,两对卡爪分别位于行走轮的沿行走方向的前后两侧,每对卡爪中的两个卡爪的顶部固定有相啮合的卡爪齿轮,夹持机构电机的转动经第一动力传递机构带动差速机构运动,差速机构的运动经两个第二动力传递机构分别带动两对卡爪开合运动。
根据本发明,第一动力传递机构包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮,第一齿轮同轴固定在夹持机构电机的输出轴上;差速机构包括两个半轴、与两个半轴的相向端同轴固定的两个驱动轮、两个相向的且同时与两个驱动轮啮合的行星轮,两个半轴可转动地支承在行走系统架上,两个行星轮可转动地支承在行走系统架上,第一动力传递机构的第二齿轮同轴固定在两个半轴中的一个半轴上;第二动力传递机构包括两个夹持机构带轮和一个夹持机构皮带,其中,两个夹持机构带轮中的一个夹持机构带轮与所对应的半轴的远离驱动轮的一端固定连接,另一个夹持机构带轮与一对卡爪中的一个卡爪固定连接,夹持机构皮带套设在两个夹持机构带轮上。
根据本发明,还包括用于驱动行走系统围绕一水平的且垂直于行走轮的行走方向的轴线转动的旋转系统,旋转系统连接在行走系统和回转及升降系统之间,回转及升降系统驱动行走系统和旋转系统一起围绕一竖直轴线转动和竖直升降。
根据本发明,旋转系统包括旋转系统架、旋转电机、第一旋转系统带轮、第二旋转系统带轮、旋转系统皮带和旋转关节轴;其中,旋转电机固定在旋转系统架上,旋转电机的输出轴与第一旋转系统带轮同轴固定;旋转关节轴水平定向且垂直于行走轮的行走方向,旋转关节轴可转动地支承在旋转系统架上,且旋转关节轴的一端伸出旋转系统架与第二旋转系统带轮同轴固定;旋转系统皮带套设在第一旋转系统带轮和第二旋转系统带轮上;旋转关节轴与行走系统连接。
根据本发明,回转及升降系统包括回转及升降系统架、回转电机、回转动力传递机构、空心轴、升降电机、升降动力传递机构、丝杠和螺母;其中,回转电机固定在回转及升降系统架上,空心轴竖向设置,空心轴围绕其竖直轴线可转动地且竖向固定地支承在回转及升降系统架中,回转电机的输出轴通过回转动力传递机构与空心轴连接,以带动空心轴围绕其竖直轴线转动,丝杠同轴穿设在空心轴中,丝杠顶端与行走系统直接或间接连接以带动行走系统旋转和升降,丝杠的外壁设有竖向滑槽,空心轴的内壁设有竖向滑条,竖向滑条可竖向滑动地插入竖向滑槽中;其中,升降电机固定在回转及升降系统架上,螺母旋合在丝杠上且竖向固定,升降电机的输出轴通过升降动力传递机构与螺母连接以带动螺母转动。
根据本发明,回转动力传递机构为齿轮机构,包括两个回转动力传递机构齿轮,一个回转动力传递机构齿轮与回转电机的输出轴同轴固定,另一个回转动力传递机构齿轮与空心轴同轴固定;升降动力传递机构为齿轮机构,包括两个升降动力传递机构齿轮,一个升降动力传递机构齿轮与螺母同轴固定,另一个升降动力传递机构齿轮与升降电机的输出轴同轴固定;回转及升降系统架包括底座、固定在底座上的箱体、与箱体固定的电机固定架和与电机固定架固定的箱盖,底座上安装有转盘轴承,转盘轴承的外环固定在底座上,空心轴的底端与转盘轴承的内环固定,一顶端轴承的内环固定在空心轴的顶端上,螺母与顶端轴承的外环固定,升降电机固定在电机固定架上。
根据本发明,回转电机固定在底座上且位于箱体外,升降动力传递机构位于箱盖和电机固定架围合的空间内,空心轴位于箱体和底座中,与空心轴固定连接的齿轮位于箱体中,顶端轴承的上部位于箱盖中、下部穿过电机固定架伸入箱体中,顶端轴承位于箱体中,丝杠的顶端穿出箱盖,丝杠的底端穿出底座,底座的下部固定有丝杠保护壳。
根据本发明,回转及升降系统还包括固定在回转及升降系统架的底端两侧的两个第一滑块,两个第一滑块的排列方向垂直于行走轮的行走方向;输电线巡检机器人还包括驱动两个运动臂沿机架平移的平移系统,平移系统包括固定于机架的两个平行的第一导轨和回转及升降系统驱动机构,第一导轨的延伸方向平行于行走轮的行走方向,两个第一滑块与两个第一导轨一一对应地配合,回转及升降系统驱动机构驱动回转及升降系统带动两个第一滑块在与其配合的第一导轨中滑动;其中,回转及升降系统驱动机构包括两个回转及升降系统驱动子机构,每个回转及升降系统驱动子机构包括两个可转动地固定在机架上的第一驱动带轮、一个套设在两个第一驱动带轮上的第一驱动皮带和一个第一驱动电机,第一驱动电机与两个第一驱动带轮中的一个连接;其中,两个回转及升降系统驱动子机构的两个第一驱动皮带分别与回转及升降系统架的两侧固定。
根据本发明,重心调节系统包括固定于机架上的第二导轨、与第二导轨配合的第二滑块、与第二滑块固定的重心调节箱、以及驱动第二滑块沿第二导轨移动的滑块驱动机构;其中,第二导轨的延伸方向平行于行走轮的行走方向,滑块驱动机构包括两个可转动地固定在机架上的滑块驱动带轮、一个套设在两个滑块驱动带轮上的滑块驱动皮带和一个滑块驱动电机,滑块驱动电机与两个滑块驱动带轮中的一个连接,滑块驱动皮带与第二滑块固定。
(三)有益效果
本发明的有益效果是:
本发明的输电线巡检机器人在需要跨越线夹类障碍物时,依次执行如下动作:通过重心调节系统调节巡检机器人的重心到前侧运动臂,通过后侧运动臂的回转及升降系统使后侧运动臂抬伸并转动180°,通过前侧运动臂的回转及升降系统使后侧运动臂、重心调节系统和机架转动180°,原后侧运动臂转动至原前侧运动臂的前侧成为前侧运动臂,原前侧运动臂变为后侧运动臂,如此完成原后侧运动臂跨越障碍物。然后现在的前侧运动臂的回转及升降系统使前侧运动臂落线,重心调节系统将巡检机器人的重心调节至前侧运动臂的位置处。后侧运动臂的回转及升降系统动使后侧臂抬伸并转动180°,前侧运动臂的回转及升降系统使后臂、重心调节系统和机架转动180°,转动前的后侧运动臂转动至转动前的前侧运动臂的前侧成为前侧运动臂,如此两个运动臂均跨越了障碍物。最后前侧运动臂的回转及升降系统使前侧运动臂落线,并且重心调节系统使巡检机器人的重心调节至巡检机器人的中心位置。由此,本发明的输电线巡检机器人至少可跨越输电线上的多种线夹障碍且能够高效、灵活越障。
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初始状态主视示意图;图2为图1中的巡检机器人的初始状态轴测示意图;图3为图1中的巡检机器人的行走系统的第一方向轴测示意图;图4为图1中的巡检机器人的行走系统的第二方向轴测示意图;图5为图1中的巡检机器人的行走系统的剖视示意图,其中,也示出了与该行走系统连接的旋转系统的顶部部分;图6为图1中的巡检机器人的旋转系统的轴测示意图;图7为图1中的巡检机器人的旋转系统的剖视示意图;图8为图1中的巡检机器人的回转及升降系统的轴测示意图;图9为图1中的巡检机器人的回转及升降系统的第一方向的剖视示意图;图10为图9中的巡检机器人的回转及升降系统中的丝杠和空心轴的横截面示意图;图11为图1中的巡检机器人的回转及升降系统的第二方向的剖视示意图;图12为图1中的巡检机器人的平移系统及重心调节系统和一个运动臂的立体示意图;图13为图1中的巡检机器人的部分平移系统及重心调节系统和与其连接的一个运动臂的下部分的立体示意图;图14为图1中的巡检机器人的机构简示意图;图15为图1中的巡检机器人的无障碍运动模式示意图;图16至图24为图1中的巡检机器人的跨越第二类障碍物的越障过程示意图;图25至图31为图1中的巡检机器人的跨越第一类障碍物的越障过程示意图;图32至图44为图1中的巡检机器人的跨越第三类障碍物的越障过程示意图。
【附图标记说明】
1:机架;2:回转及升降系统;3:行走系统;4:旋转系统;5:平移系统;6:重心调节系统;7:卡爪;8:卡爪齿轮;9:夹持机构带轮;10:夹持机构皮带;11:第一齿轮;12:第二齿轮;13:行走系统架;14:夹持机构电机;15:行走轮;16:轴承盖;17:半轴;18:行星轮;19:驱动轮;20:行走机构电机;21:运动主轴;22:旋转电机壳体;23:连接架;24:第二旋转系统带轮;25:旋转系统皮带;26:第一旋转系统带轮;27:旋转关节轴;28:旋转电机;29:丝杠保护壳;30:侧肋;31:第一滑块;32:升降电机;33:箱体;34:电机固定架;35:箱盖;36:丝杠;39:底座;40:转盘轴承;41:空心轴;42:回转动力传递机构齿轮;43:竖向滑槽;44:升降动力传递机构齿轮;45:螺母;46:竖向滑条;47:回转电机;48:顶端轴承;49:第一驱动电机;50:第一驱动带轮;51:第一导轨;53:滑块驱动电机;53:滑块驱动带轮;54:第二滑块;55:重心调节箱;56:滑块驱动皮带;57:第一驱动皮带;58:前臂;59:后臂;60:前臂行走轮;61:后臂行走轮;62:前臂旋转关节;63:后臂旋转关节;64:前臂升降关节;65:后臂升降关节;66:前臂回转关节;67:后臂回转关节;68:前臂平移关节;69:后臂平移关节;70:重心调节关节;71:输电线;72:线夹;73:第一类障碍物;74:引流线;
图16到图44中与箭头匹配出现的标号“1”、“2”、“3”示意出运动的顺序。
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。本文所提及的“上”、“下”等方位词以图1所示定向为准。
参照图1和图2,本实施例提供的输电线巡检机器人包括机架1、连接于机架1的两个运动臂、驱动两个运动臂沿机架1平移的平移系统5、以及连接于机架1的重心调节系统6。其中,运动臂包括行走系统3、旋转系统4、回转及升降系统2,行走系统3用于驱动巡检机器人沿输电线71(可为高压输电线)行走和可选择地夹持输电线71,旋转系统4用于驱动行走系统3围绕一水平且垂直于巡检机器人的行走方向的轴线转动,旋转系统4连接在行走系统3和回转及升降系统2之间,回转及升降系统2用于驱动行走系统3和旋转系统4一起围绕一竖直轴线转动以及竖直升降。平移系统5与回转及升降系统2连接,以驱动回转及升降系统2沿机架1移动,进而驱动整个运动臂沿机架1移动。
参照图3至图5,行走系统3包括行走系统架13、集成在行走系统架13上的行走机构和夹持机构,行走机构用于带动巡检机器人沿输电线71行走,夹持机构用于可选择地夹持输电线71。
具体地,行走机构包括行走机构电机20、运动主轴21和行走轮15。行走机构电机20固定在行走系统架13上。运动主轴21可转动地支承在行走系统架13中,本实施例中以运动主轴21通过行走机构轴承安装在行走系统架13上为例。运动主轴21的一端用轴承盖16定位,另一端与行走机构电机20的输出轴同轴连接,如此行走机构电机20驱动运动主轴21旋转。行走轮15同轴固定在运动主轴21上,如此,运动主轴21的旋转带动行走轮15旋转,以在输电线71上行走。可理解,行走轮15的行走方向即巡检机器人的行走方向。
具体地,夹持机构包括夹持机构电机14、与夹持机构电机14连接的第一动力传递机构、与第一动力传递机构连接的差速机构、两个与差速机构连接的第二动力传递机构和分别与两个第二动力传递机构连接的两对卡爪7,两对卡爪7分别位于行走轮15的沿行走方向的前后两侧。夹持机构电机14的转动经第一动力传递机构带动差速机构运动,差速机构的运动经两个第二动力传递机构分别带动两对卡爪7开合运动。
其中,本实施例中,夹持机构电机14固定在行走系统架13中,位于行走轮15的上方。第一动力传递机构包括相啮合的第一齿轮11和第二齿轮12,二者均位于行走轮15和行走机构电机20的上方,第一齿轮11同轴固定在夹持机构电机14的输出轴上。差速机构位于行走轮15和行走机构电机20的上方,差速机构包括两个半轴17、与两个半轴17的相向端同轴固定的两个驱动轮19、两个相向的且同时与两个驱动轮19啮合的行星轮18,两个半轴17可转动地支承在行走系统架13上(例如通过轴承支承),两个行星轮18通过与其连接的短轴可转动地支承在行走系统架13上(例如通过轴承支承)。第一动力传递机构的第二齿轮12同轴固定在上述两个半轴17中的一个半轴17上。两个第二动力传递机构位于行走轮15的沿其行走方向的前后两侧,第二动力传递机构包括两个夹持机构带轮9和一个夹持机构皮带10,其中,两个夹持机构带轮9中的一个夹持机构带轮9与所对应的半轴17的远离驱动轮19的一端固定连接,另一个夹持机构带轮9与一对卡爪7中的一个卡爪7固定连接,夹持机构皮带10套设在两个夹持机构带轮9上。每对卡爪7中的两个卡爪7的顶部固定有相啮合的卡爪齿轮8。由此,夹持机构电机14的运动带动第一齿轮11转动;第一齿轮11的转动带动第二齿轮12转动;第二齿轮12的转动带动差速机构的一个半轴17转动;该半轴17的转动一方面经与其连接的夹持机构带轮9、夹持机构皮带10和另一夹持机构带轮9带动一对卡爪7中的一个卡爪7转动,与该卡爪7配合的另一卡爪7因卡爪齿轮8的啮合而随之转动,形成一对卡爪7的闭合,而上述半轴17另一方面经过与其连接的驱动轮19、两个行星轮18带动差速机构中的另一个驱动轮19带动差速机构中的另一个半轴17转动;该另一个半轴17经与其连接的夹持机构带轮9、夹持机构皮带10带动另一对卡爪7中的一个卡爪7转动,与该卡爪7配合的另一卡爪7因卡爪齿轮8的啮合而随之转动,形成另一对卡爪7的闭合。
综上,行走系统3中的行走机构和夹持机构集成在行走系统架13上。两对卡爪7抓线时,有可能遇到两个卡爪7所对应的的输电线71段直径不同的情况,输电线71段直径大的位置所对应的一对卡爪7首先到达极限位置,而输电线71段直径小的位置所对应的卡爪7还未抓住线,此时,差速机构便开始起自身作用,输电线71段直径大的位置所对应的一对卡爪7不再运动,而输电线71段直径小的位置所对应的一对卡爪7继续运动抓线,两对卡爪7均到达极限位置(即两对卡爪7都抓紧线)时,差速机构停止运动。
参照图6和图7,旋转系统4包括旋转系统架、旋转电机27、第一旋转系统带轮26、第二旋转系统带轮24、旋转系统皮带25、旋转关节轴27。旋转系统架包括旋转电机壳体22和连接架23,连接架23固定在旋转电机壳体22上侧;旋转电机27固定在旋转电机壳体22内,进而旋转电机27固定在旋转系统架上,旋转电机27的输出轴伸出旋转电机壳体22与第一旋转系统带轮26同轴固定,第一旋转系统带轮26位于第二旋转系统带轮24的下方;旋转关节轴27水平定向且垂直于巡检机器人的行走方向,旋转关节轴27可转动地支承在旋转系统架上(在本实施例中以通过旋转系统4轴承支承在旋转系统架的连接架23上为例),且旋转关节轴27的一端伸出旋转系统架与第二旋转系统带轮24同轴固定;旋转系统皮带25套设在第一旋转系统带轮26和第二旋转系统带轮24上;旋转系统4与行走系统3的连接通过旋转关节轴27与行走系统架13的固定实现,具体地,行走系统架13的下端具有通孔,旋转关节轴27穿过通孔并且与通孔周围行走系统架13的部分固定。由此,旋转电机27的转动带动第一旋转系统带轮26转动,第一旋转系统带轮26的转动通过旋转系统皮带25带动第二旋转系统带轮24转动,第二旋转系统带轮24的转动带动旋转关节轴27转动,旋转关节轴27的转动带动行走系统架13在竖直平面内转动,也就是说行走系统架13围绕旋转关节轴27的水平的且垂直于巡检机器人的行走方向的轴线(即一水平的且垂直于巡检机器人的行走方向的轴线)转动,进而带动行走系统3整体在竖直平面内转动。
参照图8至图11,回转及升降系统2包括回转及升降系统架、回转电机47、回转动力传递机构、空心轴41、升降电机32、升降动力传递机构、丝杠36和螺母45。
其中,回转电机47固定在回转及升降系统架上,空心轴41竖向设置,空心轴41围绕其竖直轴线(即沿重力方向的轴线)可转动地且竖向固定地(即竖向不可移动地)支承在回转及升降系统架中,回转电机47的输出轴通过回转动力传递机构与空心轴41连接,以带动空心轴41围绕其竖直轴线转动。丝杠36同轴穿设在空心轴41中,丝杠36顶端与旋转系统4的下端(在本实施例中为旋转系统架的下端)固定连接以带动旋转系统4旋转和升降,丝杠36的外壁设有竖向滑槽43,空心轴41的内壁设有竖向滑条47,竖向滑条47可竖向滑动地插入竖向滑槽43中。由此,回转电机47的转动经回转动力传递机构带动空心轴41围绕其自身的竖直轴线转动,空心轴41的转动经竖向滑条47和竖向滑槽43的配合带动丝杠36围绕其自身的竖直轴线转动,丝杠36的转动带动旋转系统4围绕一竖直轴线(与丝杠36的竖向轴线和空心轴41的竖向轴线重合的轴线)转动,进而上方行走系统3也一同围绕一竖直轴线(与丝杠36的竖向轴线和空心轴41的竖向轴线重合的轴线)转动。在本实施例中,丝杠36的顶端通过旋转系统4的连接而与行走系统间接连接,当然本发明不局限于此,在其他没有旋转系统4的实施例中,丝杠36可直接与行走系统的行走系统架连接。
其中,升降电机32固定在回转及升降系统架上。螺母45旋合在丝杠36上且竖向固定,即竖向不可移动。升降电机32的输出轴通过升降动力传递机构与螺母45连接,以带动螺母45转动,进而带动丝杠36竖向升降移动,此时,丝杠36上的竖向滑条47沿空心轴41的竖向滑槽43竖向移动。进一步,丝杠36的竖向升降移动带动旋转系统4竖向升降移动,进而带动上方行走系统3竖向升降移动。
在本实施例中,回转及升降系统架包括底座39、固定在底座39上的箱体33、与箱体33固定的电机固定架34和与电机固定架34固定的箱盖35。回转动力传递机构为齿轮机构,其中包括两个回转动力传递机构齿轮42,一个回转动力传递机构齿轮42与回转电机47的输出轴同轴固定,另一个回转动力传递机构齿轮42与空心轴41同轴固定,优选与空心轴41为一体件。底座39上安装有转盘轴承40,转盘轴承40的外环固定在底座39上,空心轴41的底端与转盘轴承40的内环固定,实现空心轴41与支架的相对旋转。一顶端轴承48的内环固定在空心轴41的顶端上,螺母45与该顶端轴承48的外环固定。升降动力传递机构为齿轮机构,其中包括两个升降动力传递机构齿轮44,一个升降动力传递机构齿轮44与螺母45同轴固定,另一个升降动力传递机构齿轮44与升降电机32的输出轴同轴固定,升降电机32固定在电机固定架34上。
其中,回转电机47固定在底座39上且位于箱体33外,升降动力传递机构位于箱盖35和电机固定架34围合的空间内,空心轴41位于箱体33和底座39中,与空心轴41固定连接的齿轮位于箱体33中,顶端轴承48的上部位于箱盖35中、下部穿过电机固定架34伸入箱体33中,顶端轴承48位于箱体33中。丝杠36的顶端穿出箱盖35,丝杠36的底端穿出底座39,底座39的下部固定有丝杠保护壳29以保护丝杠36。
进一步,回转及升降系统2还包括固定在回转及升降系统架的底端两侧的两个第一滑块31,两个第一滑块31的排列方向垂直于巡检机器人的行走方向。在本实施中,底座39的两侧伸出有侧肋30,第一滑块31固定于侧肋30上。
参照图12至图13,平移系统5包括固定于机架1的两个平行的第一导轨51和回转及升降系统驱动机构。第一导轨51的延伸方向平行于巡检机器人的行走方向。两个第一滑块31与两个第一导轨51一一对应地配合,回转及升降系统驱动机构驱动回转及升降系统带动两个所述第一滑块在与其配合的第一导轨51中滑动。在本实施例中,回转及升降系统驱动机构包括两个回转及升降系统驱动子机构,每个回转及升降系统驱动子机构包括两个可转动地固定在机架1上的第一驱动带轮50、一个套设在两个第一驱动带轮50上的第一驱动皮带57和一个第一驱动电机49,第一驱动电机49与两个第一驱动带轮50中的一个连接(可通过减速器连接),两个回转及升降系统驱动子机构的两个第一驱动皮带57分别与回转及升降系统架的两侧固定,在本实施例中,两个第一驱动皮带57与回转及升降系统架固定,更具体地为与其中的底座两侧的侧肋30固定。第一驱动电机49通过第一驱动带轮50、第一驱动皮带57带动回转及升降系统运动,并且回转及升降系统的运动是由第一滑块和第一导轨的配合进行导向,由此,整个运动臂沿第一导轨51滑动。
当然,在本发明的没有平移系统的实施例中,回转及升降系统2可直接固定在机架1上,例如将回转及升降系统2的回转及升降系统架固定在机架1上。
参照图12至图13,重心调节系统6包括固定于机架1上的第二导轨、与第二导轨配合的第二滑块54、与第二滑块54固定的重心调节箱55、以及驱动第二滑块54沿第二导轨移动的滑块驱动机构。在本实施例中,第二导轨的延伸方向平行于巡检机器人的行走方向,重心调节箱55位于机架1的下方。滑块驱动机构包括两个可转动地固定在机架1上的滑块驱动带轮53、一个套设在两个滑块驱动带轮53上的滑块驱动皮带56和一个滑块驱动电机52,滑块驱动电机52与滑块驱动带轮53连接(在本实施例中通过减速器连接),滑块驱动皮带56与第二滑块54驱动滑块固定。滑块驱动电机52带动滑块驱动带轮53转动,滑块驱动带轮53带动滑块驱动皮带56转动,进而第二滑块54沿第二导轨滑动,由此,重心调节箱55沿第二导轨移动。
其中,本文所提及的“固定”并非限定相连接的两个部件必须是不可拆卸的,而仅是说明在巡检机器人安装完成时相连接的两个部件之间的位置关系不变,可以是可拆卸的连接,也可以是不开拆卸的连接。
结合图1至图14,沿巡检机器人的行走方向:位于前侧的运动臂为前臂58;位于后侧的运动臂为后臂59;位于前侧的运动臂中的第一滑块31形成前臂平移关节68;位于前侧的运动臂中的丝杠36和空心轴41形成前臂回转关节66;位于前侧的运动臂中的丝杠36和螺母45形成前臂升降关节64;位于前侧的运动臂中的旋转关节轴27形成前臂旋转关节62;位于前侧的运动臂中的行走轮15构成前臂行走轮60;位于后侧的运动臂中的第一滑块31形成后臂平移关节69;位于后侧的运动臂中的丝杠36和空心轴41形成后臂回转关节67;位于后侧的运动臂中的丝杠36和螺母45形成后臂升降关节65;位于后侧的运动臂中的旋转关节轴27形成后臂旋转关节63;位于后侧的运动臂中的行走轮15构成后臂行走轮61;第二滑块54构成重心调节箱55平移关节。
本实施例的巡检机器人的四种模式如下:
1、无障碍行走模式:
如图15,巡检机器人的行走轮15架在输电线71上,通过行走轮15与输电线71之间的摩擦,当行走机构电机20驱动行走轮15转动时,整个巡检机器人可在输电线71上行驶,近而完成巡检任务。
2、针对线夹类障碍物(即第二类障碍物)的越障行走模式:
如图16至图24,当巡检机器人跨越束线夹72、线夹72等障碍时,可采用越障行走模式进行越障。
参照图16和图17,巡检机器人向前移动,当巡检机器人检测到输电线71上的线夹72时,巡检机器人先通过驱动中心调节箱平移关节移动来调节重心至前臂58位置处,然后通过驱动后臂升降关节65运动来将后臂59进行抬伸。
参照图17和图18,驱动巡检机器人的后臂回转关节67转动180°,后臂59中原位于前侧的卡爪7运动至后侧,原位于后侧的卡爪7运动至前侧。
参照图18和图19,驱动巡检机器人的前臂回转关节66转动180°,后臂59、平移系统5、重心调节系统6和机架1转动180°,原后臂59转动至原前臂58的前侧成为前臂58,原前臂58变为后臂59,如此完成原后臂59跨越线夹72。
参照图19和图20,驱动巡检机器人的前臂升降关节64运动以使前臂58落线,然后驱动巡检机器人的重心调节箱55平移关节运动来将重心调节至前臂58的位置处。
参照图20和图21,驱动巡检机器人的后臂升降关节65运动使后臂59抬伸。
参照图21和图22,驱动巡检机器人的后臂回转关节67转动180°,后臂59中原位于前侧的卡爪7运动至后侧,原位于后侧的卡爪7运动至前侧。
参照图22和图23,驱动巡检机器人的前臂回转关节66转动180°,后臂59、平移系统5、重心调节系统6和机架1转动180°,原后臂59(图19-图23中的后臂59)转动至原前臂58(图19-图23中的前臂58)的前侧成为前臂58,原前臂58变为后臂59,如此完成原后臂59(图19-图23中的后臂59)跨越线夹72。
参照图23和图24,驱动巡检机器人的前臂升降关节64运动使前臂58落线,并驱动重心调节关节70运动使重心调节箱55调整至巡检机器人中心位置,完成越障。
综上,本实施例的输电线巡检机器人在需要跨越障碍物时,依次执行如下动作:通过重心调节系统6调节巡检机器人的重心到前臂,通过后臂的回转及升降系统2使后臂抬伸并转动180°,通过前臂的回转及升降系统2使后臂、重心调节系统6和机架1转动180°,原后臂转动至原前臂的前侧成为前臂,原前臂变为后臂,如此完成原后臂跨越障碍物。然后现在的前臂的回转及升降系统2使前臂落线,重心调节系统6将巡检机器人的重心调节至前臂的位置处。后臂的回转及升降系统2动使后侧臂抬伸并转动180°,前臂的回转及升降系统2使后臂、重心调节系统6和机架1转动180°,转动前的后臂转动至转动前的前臂的前侧成为前臂,如此两个运动臂均跨越了障碍物。最后前臂的回转及升降系统2使前臂落线,并且重心调节系统6使巡检机器人的重心调节至巡检机器人的中心位置。
由此,本实施例的输电线巡检机器人至少可跨越输电线71上的第二障碍且能够高效、灵活越障,并且结构紧凑,运动灵活。
3、针对防振锤、压线管等障碍物(即第一类障碍物)的越障行走模式:
参照图25和图26,当巡检机器人检测到输电线上存在第一类障碍73时,通过调节巡检机器人的重心调节关节70使重心至后臂59位置处,然后通过调节前臂升降关节64使前臂58抬伸。
参照图26和图27,通过驱动前臂平移关节68运动使巡检机器人的前臂58向前移动,前臂58从第一类障碍物73的上方跨越第一类障碍物73。
参照图27和图28,通过驱动前臂升降关节64运动使巡检机器人的前臂58落线,通过驱动重心调节关节70使重心调节至前臂58处,并驱动后臂升降关节65运动使巡检机器人的后臂59抬伸。
参照图28和图29,通过驱动后臂升降关节65运动使巡检机器人的后臂59向前移动,后臂59从第一类障碍物73的上方跨越第一类障碍物73。
参照图29和图30,通过驱动后臂升降关节65运动使巡检机器人的后臂59落线。
参照图30和图31,通过驱动前臂行走轮60和后臂行走轮61运动使巡检机器人向前运动,避开第一类障碍物73,并通过驱动后臂平移关节69运动使巡检机器人的后臂59向后调整,然后通过驱动重心调节关节70运动使重心调整至巡检机器人中心位置,完成越障。
4、针对引流线(即第三类障碍物)的越障行走模式:
参照图32和图33,当巡检机器人检测到输电线前方为引流线74时,通过驱动重心调节关节70运动使重心调节至前臂58位置处,然后通过驱动后臂升降关节65运动使后臂59抬伸。
参照图33和图34,使后臂回转关节67转动180°,后臂59中原位于前侧的卡爪7运动至后侧,原位于后侧的卡爪7运动至前侧。再使前臂回转关节66转动180°,后臂59、平移系统5、重心调节系统6和机架1转动180°,原后臂59(图32-图33中的后臂59)转动至原前臂58(图32-图33中的前臂58)的前侧成为前臂58,原前臂58变为后臂59。
参照图34和图35,驱动前臂升降关节64运动并驱动前臂旋转关节62运动,以使巡检机器人的前臂行走轮60适应引流线74的角度落线,然后驱动后臂升降关节65运动使后臂重心向下调整,并驱动重心调节关节70运动使巡检机器重心调整至前臂58和后臂59的中间位置。
参照图35和图36,驱动后臂升降关节65运动使巡检机器人后臂59抬伸,后臂行走轮61与输电线71脱离。
参照图36和图37,驱动后臂回转关节67转动180°,再驱动前臂回转关节67转动180°。然后驱动当前后臂升降关节63运动并驱动后臂旋转关节63运动使后臂59落线,此时巡检机器人整体落在引流线74上。
参照图37和图38,驱动重心调节关节70运动使重心移动至巡检机器人中间位置。
参照图38和图39,驱动前臂行走轮60和后臂行走轮61运动,使得巡检机器人在引流线74上向前运动。
参照图39和图40,当巡检机器人运动至引流线74的端点处,巡检机器人停止运动,进行越障调整。驱动重心调节关节70运动使重心调整到前臂58处,驱动后臂升降关节65运动并驱动后臂旋转关节63运动使后臂59抬伸并直立。
参照图40和图41,驱动后臂回转关节67转动180°,再驱动前臂回转关节66转动180°。然后驱动当前的前臂升降关节64使前臂58落在输电线71上。
参照图41和图42,驱动重心调节关节70运动使巡检机器人的重心调整至前臂处,然后驱动后臂升降关节65运动并驱动后臂旋转关节63运动使后臂59抬伸并直立。
参照图42和图43,驱动后臂回转关节67转动180°,再驱动前臂回转关节66转动180°。然后驱动当前的前臂升降关节64运动使前臂38落在输电线71上。
参照图43和图44,驱动重心调节关节70运动使巡检机器人的重心调整至巡检机器人中间位置,然后驱动前臂升降关节64和后臂升降关节65运动使双臂向上缩短,完成引流线越障。
由此可知,在针对第三类障碍物时,因为引流线是曲线型,故越障过程中为了保证重心调节机构处于水平位置,应用到旋转系统使前臂或后臂行走系统能够倾斜落线。
综上,本实施例的输电线巡检机器人可跨越输电线71上的所有种类的障碍物,并且能够高效、灵活越障,并且结构紧凑,运动灵活。
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 (10)

1.一种输电线巡检机器人,其特征在于,包括机架(1)、连接于所述机架(1)的两个运动臂、以及连接于所述机架(1)的重心调节系统(6),其中,所述运动臂包括用于驱动巡检机器人沿输电线行走和可选择地夹持输电线的行走系统(3)、用于驱动所述行走系统(3)围绕一竖直轴线转动和竖直升降的回转及升降系统(2),所述回转及升降系统(2)连接于所述机架(1)。
2.根据权利要求1所述的输电线巡检机器人,其特征在于,
所述行走系统(3)包括行走系统架(13)、用于带动巡检机器人沿输电线行走的行走机构和用于可选择地夹持输电线的夹持机构,所述行走机构和所述夹持机构集成在所述行走系统架(13)上;
其中,所述行走机构包括行走机构电机(20)、运动主轴(21)和行走轮(15),所述行走机构电机(20)固定在行走系统架(13)上,所述运动主轴(21)可转动地支承在所述行走系统架(13)中,所述运动主轴(21)与所述行走机构电机(20)的输出轴同轴连接,所述行走轮(15)同轴固定在所述运动主轴(21)上,所述行走机构电机(20)驱动运动主轴(21)旋转,所述运动主轴(21)的旋转带动所述行走轮(15)旋转;
其中,所述夹持机构包括固定在所述行走系统架(13)中的夹持机构电机(14)、与所述夹持机构电机(14)连接的第一动力传递机构、与所述第一动力传递机构连接的差速机构、两个与所述差速机构连接的第二动力传递机构和分别与两个所述第二动力传递机构连接的两对卡爪(7),所述两对卡爪(7)分别位于所述行走轮(15)的沿行走方向的前后两侧,每对卡爪(7)中的两个卡爪(7)的顶部固定有相啮合的卡爪齿轮(8),所述夹持机构电机(14)的转动经所述第一动力传递机构带动所述差速机构运动,所述差速机构的运动经两个所述第二动力传递机构分别带动所述两对卡爪(7)开合运动。
3.根据权利要求2所述的输电线巡检机器人,其特征在于,
所述第一动力传递机构包括相啮合的第一齿轮(11)和第二齿轮(12),所述第一齿轮(11)同轴固定在所述夹持机构电机(14)的输出轴上;
所述差速机构包括两个半轴(17)、与所述两个半轴(17)的相向端同轴固定的两个驱动轮(19)、两个相向的且同时与两个所述驱动轮(19)啮合的行星轮(18),两个所述半轴(17)可转动地支承在所述行走系统架(13)上,两个所述行星轮(18)可转动地支承在所述行走系统架(13)上,所述第一动力传递机构的所述第二齿轮(12)同轴固定在所述两个半轴(17)中的一个半轴(17)上;
所述第二动力传递机构包括两个夹持机构带轮(9)和一个夹持机构皮带(10),其中,两个所述夹持机构带轮(9)中的一个夹持机构带轮(9)与所对应的半轴(17)的远离驱动轮(19)的一端固定连接,另一个夹持机构带轮(9)与一对卡爪(7)中的一个卡爪(7)固定连接,所述夹持机构皮带(10)套设在两个所述夹持机构带轮(9)上。
4.根据根据权利要求1所述的输电线巡检机器人,其特征在于,还包括用于驱动行走系统(3)围绕一水平的且垂直于巡检机器人的行走方向的轴线转动的旋转系统(4),所述旋转系统(4)连接在所述行走系统(3)和所述回转及升降系统(2)之间,所述回转及升降系统(2)驱动所述行走系统(3)和所述旋转系统(4)一起围绕一竖直轴线转动和竖直升降。
5.根据权利要求4所述的输电线巡检机器人,其特征在于,
所述旋转系统(4)包括旋转系统架、旋转电机(27)、第一旋转系统带轮(26)、第二旋转系统带轮(24)、旋转系统皮带(25)和旋转关节轴(27);其中,
所述旋转电机(27)固定在所述旋转系统架上,所述旋转电机(27)的输出轴与所述第一旋转系统带轮(26)同轴固定;
所述旋转关节轴(27)水平定向且垂直于所述巡检机器人的行走方向,所述旋转关节轴(27)可转动地支承在所述旋转系统架上,且所述旋转关节轴(27)的一端伸出所述旋转系统架与所述第二旋转系统带轮(24)同轴固定;
所述旋转系统皮带(25)套设在所述第一旋转系统带轮(26)和所述第二旋转系统带轮(24)上;
所述旋转关节轴(27)与所述行走系统(3)连接。
6.根据权利要求1所述的输电线巡检机器人,其特征在于,
所述回转及升降系统(2)包括回转及升降系统架、回转电机(47)、回转动力传递机构、空心轴(41)、升降电机(32)、升降动力传递机构、丝杠(36)和螺母(45);
其中,所述回转电机(47)固定在回转及升降系统架上,所述空心轴(41)竖向设置,所述空心轴(41)围绕其竖直轴线可转动地且竖向固定地支承在所述回转及升降系统架中,所述回转电机(47)的输出轴通过所述回转动力传递机构与所述空心轴(41)连接,以带动所述空心轴(41)围绕其竖直轴线转动,所述丝杠(36)同轴穿设在所述空心轴(41)中,所述丝杠(36)顶端与所述行走系统(3)直接或间接连接以带动所述行走系统(3)旋转和升降,所述丝杠(36)的外壁设有竖向滑槽(43),所述空心轴(41)的内壁设有竖向滑条(47),所述竖向滑条(47)可竖向滑动地插入所述竖向滑槽(43)中;
其中,所述升降电机(32)固定在回转及升降系统架上,所述螺母(45)旋合在所述丝杠(36)上且竖向固定,所述升降电机(32)的输出轴通过所述升降动力传递机构与所述螺母(45)连接以带动螺母(45)转动。
7.根据权利要求6所述的输电线巡检机器人,其特征在于,
所述回转动力传递机构为齿轮机构,包括两个回转动力传递机构齿轮(42),一个所述回转动力传递机构齿轮(42)与所述回转电机(47)的输出轴同轴固定,另一个所述回转动力传递机构齿轮(42)与所述空心轴(41)同轴固定;
所述升降动力传递机构为齿轮机构,包括两个升降动力传递机构齿轮(44),一个所述升降动力传递机构齿轮(44)与所述螺母(45)同轴固定,另一个所述升降动力传递机构齿轮(44)与所述升降电机(32)的输出轴同轴固定;
所述回转及升降系统架包括底座(39)、固定在所述底座(39)上的箱体(33)、与所述箱体(33)固定的电机固定架(34)和与所述电机固定架(34)固定的箱盖(35),所述底座(39)上安装有转盘轴承(40),所述转盘轴承(40)的外环固定在所述底座(39)上,所述空心轴(41)的底端与所述转盘轴承(40)的内环固定,一顶端轴承(48)的内环固定在所述空心轴(41)的顶端上,所述螺母(45)与所述顶端轴承(48)的外环固定,所述升降电机(32)固定在电机固定架(34)上。
8.根据权利要求7所述的输电线巡检机器人,其特征在于,
所述回转电机(47)固定在所述底座(39)上且位于所述箱体(33)外,所述升降动力传递机构位于所述箱盖(35)和所述电机固定架(34)围合的空间内,所述空心轴(41)位于所述箱体(33)和所述底座(39)中,与所述空心轴(41)固定连接的齿轮位于所述箱体(33)中,所述顶端轴承(48)的上部位于所述箱盖(35)中、下部穿过所述电机固定架(34)伸入所述箱体(33)中,所述顶端轴承(48)位于所述箱体(33)中,所述丝杠(36)的顶端穿出所述箱盖(35),所述丝杠(36)的底端穿出所述底座(39),所述底座(39)的下部固定有丝杠保护壳(29)。
9.根据权利要求6所述的输电线巡检机器人,其特征在于,
所述回转及升降系统(2)还包括固定在所述回转及升降系统架的底端两侧的两个第一滑块(31),两个所述第一滑块(31)的排列方向垂直于所述巡检机器人的行走方向;
所述输电线巡检机器人还包括驱动所述两个运动臂沿机架(1)平移的平移系统(5),所述平移系统(5)包括固定于所述机架(1)的两个平行的第一导轨(51)和回转及升降系统驱动机构,所述第一导轨(51)的延伸方向平行于所述巡检机器人的行走方向,两个所述第一滑块(31)与两个所述第一导轨(51)一一对应地配合,所述回转及升降系统驱动机构驱动所述回转及升降系统带动两个所述第一滑块(31)在与其配合的所述第一导轨(51)中滑动;
其中,所述回转及升降系统驱动机构包括两个回转及升降系统驱动子机构,每个所述回转及升降系统驱动子机构包括两个可转动地固定在所述机架(1)上的第一驱动带轮(50)、一个套设在两个所述第一驱动带轮(50)上的第一驱动皮带(57)和一个第一驱动电机(49),所述第一驱动电机(49)与两个所述第一驱动带轮(50)中的一个连接;
其中,两个所述回转及升降系统驱动子机构的两个所述第一驱动皮带(57)分别与所述回转及升降系统架的两侧固定。
10.根据权利要求1所述的输电线巡检机器人,其特征在于,
所述重心调节系统(6)包括固定于所述机架(1)上的第二导轨、与所述第二导轨配合的第二滑块(54)、与所述第二滑块(54)固定的重心调节箱(55)、以及驱动所述第二滑块(54)沿所述第二导轨移动的滑块驱动机构;
其中,所述第二导轨的延伸方向平行于所述巡检机器人的行走方向,所述滑块驱动机构包括两个可转动地固定在所述机架(1)上的滑块驱动带轮(53)、一个套设在两个所述滑块驱动带轮(53)上的滑块驱动皮带(56)和一个滑块驱动电机(52),所述滑块驱动电机(52)与两个所述滑块驱动带轮(53)中的一个连接,所述滑块驱动皮带(56)与所述第二滑块(54)固定。
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