CN109193457A - 一种输电线路沿地线巡线机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路沿地线巡线机器人，包括至少三个奇数机体，相邻两个机体之间设有驱动前侧机体水平向转动的转动关节，所述机体连接有升降杆组件，所述升降杆组件包括可相对机体上下升降的升降杆，所述升降杆的上部连接控制台，所述控制台连接转动杆组件，所述转动杆组件包括与控制台转动连接的转动杆，所述转动杆连接行进轮，位于该机器人正中间位置的机体设有为机器人供电的电源，以及用于控制转动关节、升降杆组件、转动杆组件动作的控制器。本发明采用上述技术方案，转动关节采用刚性连接在使得机器人整体水平方向的刚性足够，不仅可以避开地线上的悬挂障碍物，而且可以跨越带有一定角度的障碍物。

Description

一种输电线路沿地线巡线机器人

技术领域

本发明涉及电力线路巡检技术领域，具体涉及输电线路沿地线巡线机器人。

背景技术

在电力行业，最主要的长距离输送电方式是架空输电线路，因此输电线路的稳定安全就直接影响着整个供电系统的稳定安全，是国家基础设施和社会发展的“动脉”，起着至关重要的作用。目前主要的巡检方式为人工巡检与无人机巡检。人工巡检目前主要靠肉眼或者望远镜等辅助装备去观察线路的缺损，效率低。无人机巡检是靠无人机的摄像头来观察线路的情况，其操控难，飞行速度快，勘察的准确性不高。因此输电线路沿地线巡线机器人在架空线路巡检应用上有很大的前景。

目前国内外主要研究的输电线路巡线机器人多为双臂对称结构或三臂结构，在输电线路上运行时，容易受到风力及本体自身的影响，运行或越障时易发生重心偏移，导致侧倾，甚至从运行线路上掉落。并且，由于设计结构的原因，现有的巡线机器人大多只能跨越防震锤等与地线在一条直线上的小型障碍物，并不能改变角度去跨越如悬垂线夹、塔架等障碍物，越障能力十分有限。因此，既要提高巡线机器人在架空线路上的稳定性，又要提高巡线机器人越障能力。这成为本领域技术人员急需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种输电线路沿地线巡线机器人及控制方法，既要提高巡线机器人在架空线路上的稳定性，又要提高巡线机器人越障能力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种输电线路沿地线巡线机器人，包括至少三个奇数机体，相邻两个机体之间设有驱动前侧机体水平向转动的转动关节，所述机体连接有升降杆组件，所述升降杆组件包括可相对机体上下升降的升降杆，所述升降杆的上部连接控制台，所述控制台连接转动杆组件，所述转动杆组件包括与控制台转动连接的转动杆，所述转动杆连接行进轮，位于该机器人正中间位置的机体设有为机器人供电的电源，以及用于控制转动关节、升降杆组件、转动杆组件动作的控制器，所述控制器设有通讯模块，所述巡线机器人设置有检测线路正前方是否有障碍物的激光距离传感器，所述通讯模块与激光距离传感器通讯以接收激光距离传感器的检测信息。

优选的，所述转动关节包括转动设于前侧机体后部的活动齿轮、固定于后侧机体前部的固定齿轮以及同时与活动齿轮和固定齿轮啮合的驱动齿轮，所述驱动齿轮由第一伺服电机驱动。

优选的，所述转动关节还包括连接杆，所述连接杆的前端与活动齿轮转动连接，后端与固定齿轮固定；或者，所述连接杆的前端与前侧机体转动连接，后端与后侧机体固定。

优选的，所述升降杆为穿过机体顶面的滚珠丝杠，所述升降杆组件还包括与滚珠丝杠配合且位于机体顶面下方的螺母，所述滚珠丝杠由第二伺服电机驱动转动。

优选的，所述控制台设有第三伺服电机和主动齿轮，所述转动杆连接从动齿轮，所述第三伺服电机驱动主动齿轮转动，所述主动齿轮与从动齿轮啮合。

优选的，所述转动杆包括竖直段以及从竖直段顶端向侧面延伸的侧面延伸段，所述行进轮连接在侧面延伸段。

优选的，所述巡线机器人设置有检测当前环境的温湿度的温湿度传感器。

优选的，所述巡线机器人设置有检测实时的风向以及风速的风速检测传感器。

优选的，所述巡线机器人设置有采集线路图片信息的视觉传感器。

优选的，所述巡线机器人设置有实现定位的GPS定位模块。

本发明采用上述技术方案，转动关节采用刚性连接在使得机器人整体水平方向的刚性足够的同时，单个机体还可以做水平方向的转动，增强了其灵活性，另外，机体不仅可以水平转动，而且升降杆可以上下升降，因此不仅可以避开地线上的悬挂障碍物，而且可以跨越带有一定角度的障碍物。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1是本发明的巡线机器人的整体结构图；

图2是本发明巡线机器人的工作台结构图；

图3是本发明巡线机器人的连接机构结构图；

图4是本发明巡线机器人的行进轮旋转驱动结构图；

图5是本发明巡线机器人越障动作图，遇到障碍物，打开行进轮；

图6是本发明巡线机器人越障动作图，控制台及行进轮下降；

图7是本发明巡线机器人越障动作图，控制台及行进轮下降；

图8是本发明巡线机器人越障动作图，机器人整体水平化；

图9是本发明巡线机器人越障动作图，控制台及行进轮下降；

图10是本发明巡线机器人越障动作图，机体转弯；

图11是本发明巡线机器人越障动作图，机体转弯俯视图；

图12是本发明巡线机器人越障动作图，控制台及行进轮上升；

图13是本发明巡线机器人越障动作图，行进轮闭合，机体完成避障；

图14是本发明巡线机器人越障动作图，机体完成避障，控制台及行进轮下降；

图15是本发明巡线机器人越障动作图，机体完成避障，控制台及行进轮下降；

图16是本发明巡线机器人越障动作图，机体完成避障，控制台及行进轮下降；

图17是本发明巡线机器人越障动作图，机体完成避障，控制台及行进轮下降；

图18是本发明巡线机器人越障动作图，机器人整体与地线平行；

图19是本发明巡线机器人越障动作图，机器人整体直线化；

图20是本发明巡线机器人越障动作图，完成越障。

图中：11-第一工作台，12-第一控制台，13-第一行进轮，A1-第一转动关节，21-第二工作台，22-第二控制台，23-第二行进轮，A2-第二转动关节，31-第三工作台，32-第三控制台，33-第三行进轮，A3-第三转动关节，41-第四工作台，42-第四控制台，43-第四行进轮，A4-第四转动关节，51-第五工作台，52-第五控制台，53-第五行进轮，A5-第五转动关节，61-第六工作台，62-第六控制台，63-第六行进轮，A6-第六转动关节，71-第七工作台，72-第七控制台，73-第七行进轮，211-第二滚珠丝杆，212-第二螺母座及螺母，213-第二固定齿轮，214-第二活动齿轮，A11-第一连接杆，A12-第一驱动齿轮，221-第二转动杆，222-第二从动齿轮，223-第二主动齿轮，224-第三伺服电机。

具体实施方式

实施例一，参考图1所示，本发明输电线路沿地线巡线机器人，包括至少三个奇数机体，相邻两个机体之间设有驱动前侧机体水平向转动的转动关节，所述机体连接有升降杆组件，所述升降杆组件包括可相对机体上下升降的升降杆，所述升降杆的上部连接控制台，所述控制台连接转动杆组件，所述转动杆组件包括与控制台转动连接的转动杆，所述转动杆连接行进轮。

首先，通过升降杆的上升，使得控制台稍微向上抬升一段距离，使得行进轮下沿高于地线，便于行进轮打开即旋转，转动杆转动，行进轮随转动杆转动，行进轮打开，实现行进轮脱离地线，机体依次避障，因此可以躲避水平方向上的障碍物。

其次，在行进轮打开后，通过转动关节可以驱动前侧机体水平向转动，机体依次转动，可以跨越带有一定角度的障碍物。

本领域技术人员可以理解的是，机体的数量可以变化，当然以奇数为宜，位于该机器人正中间位置的机体为主机体，设有为整个机器人供电的电源。主机体承担了大部分的重量，机器人整个结构是串联分体式结构，两边轻中间重，通过分体式结构，增加了整个机器人的负载能力，同时也增加其稳定性，解决了机器人悬挂在高处时侧倾问题。

巡线机器人设置有激光距离传感器，安装在行进轮与控制台之间的转动杆上，用于检测线路正前方上是否有障碍物。巡线机器人设置有温湿度传感器，安装在工作台上表面，主要用于检测当前环境的温湿度，从而判断是否可以进行巡检工作。巡线机器人设置有风速检测传感器，安装在工作台上表面，用于检测实时的风向以及风速，从而判断是否可以进行巡检工作。巡线机器人设置有陀螺仪，安装在工作台内，用于判断机体在运行过程中的倾斜角度。巡线机器人设置有视觉传感器，安装在工作台的上表面，通过采集图片信息来判断线路是否有缺损。巡线机器人设置有GPS定位模块，安装在工作台内，用于巡线机器人的定位。

另外，主机体设有用于控制转动关节、升降杆组件、转动杆组件动作的控制器，所述控制器设有通讯模块，不仅可以与巡线机器人设置的各种传感器通讯，而且可以与移动终端以及远端服务器通讯，控制器获取传感器的检测信息，并可以将巡检获得的信息及时发送至移动终端和远端服务器。在避障过程中，控制器根据激光距离传感器的检测信息，控制转动关节、升降杆组件、转动杆组件动作实现避障。通过移动终端以及远端服务器，也可以对巡线机器人进行远程控制。

其中，所述转动关节包括转动设于前侧机体后部的活动齿轮、固定于后侧机体前部的固定齿轮以及同时与活动齿轮和固定齿轮啮合的驱动齿轮，所述驱动齿轮由第一伺服电机驱动。所述转动关节还包括连接杆，所述连接杆的前端与活动齿轮转动连接，后端与固定齿轮固定；或者，所述连接杆的前端与前侧机体转动连接，后端与后侧机体固定。所述升降杆为穿过机体顶面的滚珠丝杠，所述升降杆组件还包括与滚珠丝杠配合且位于机体顶面下方的螺母，所述滚珠丝杠由第二伺服电机驱动转动。所述控制台设有第三伺服电机和主动齿轮，所述转动杆连接从动齿轮，所述第三伺服电机驱动主动齿轮转动，所述主动齿轮与从动齿轮啮合。所述转动杆包括竖直段以及从竖直段顶端向侧面延伸的侧面延伸段，所述行进轮连接在侧面延伸段。

在本实施例中，共有七个机体，即从前到后依次设置的第一机体1、第二机体2、第三机体3、第四机体4、第五机体5、第六机体6、第七机体7，上述机体结构相同，通过转动关节串联在一起。

由于巡线机器人各机体结构相同，相邻机体之间的转动关节也相同，因此以下以第一机体1和第二机体2为例进行说明。

第一机体1包括第一工作台11、第一控制台12、第一行进轮13，连接第一工作台11和第一控制台12的第一滚珠丝杆，第一滚珠丝杆连接第一螺母座及螺母，连接第一控制台12和第一行进轮13的第一转动杆，第一机体后部设有第一活动齿轮。第一控制台12通过第一滚珠丝杆连接在第一工作台11正上方，第一螺母座及螺母安装在第一工作台11内顶部，通过驱动第一螺母可实现第一控制台12的升降，驱动第一螺母转动实现第一行进轮13升降。

参考图2所示，第二机体2包括第二工作台21，第二控制台22，第二行进轮23，连接第二工作台21和第二控制台22的第二滚珠丝杆211，连接第二控制台22和第二行进轮23的第二转动杆，第二滚珠丝杆211连接第二螺母座及螺母212，第二机体前部设有第二固定齿轮213，后部设有第二活动齿轮214。参考图4所示，第二机体还包括第二从动齿轮222、第二主动齿轮223，第二转动杆连接第二从动齿轮222，第二主动齿轮223与第二从动齿轮222啮合。

第一机体1和第二机体2之间具有第一转动关节A1。参考图2和图3所示，第一转动关节A1包括设于第一机体后部的第一活动齿轮、固定于第二机体前部的第二固定齿轮213以及同时与第一活动齿轮和第二固定齿轮啮合的第一驱动齿轮A12。所述第一转动关节A1还包括第一连接杆A11，第一连接杆A11前端与第一活动齿轮转动连接，后端与第二固定齿轮213固定。

第一滚珠丝杆的螺母座固定在第一工作台11的内顶面上，螺母朝工作台内底面中心。第一控制台12通过第一滚珠丝杆轴接于第一工作台11上方，第一行进轮13又通过第一转动杆轴接于第一控制台12。第一活动齿轮113固定在第一工作台11内部右边界0.1m处。

第一连接杆A11一端活动套接于第一活动齿轮113下的支撑架，另一端固定在第二固定齿轮213下，与第二工作台21完全固定连接。第一驱动齿轮A12位于第一机体1和第二机体2之间，使用伺服电机驱动。第一驱动齿轮A12通过伺服电机驱动时，第一连接杆一端被静止的第二固定齿轮213固定，另一端套接于第一活动齿轮的113的支撑架，啮合传动带动第一活动齿轮113转动，即第一机体1可绕第一活动齿轮113的中心转动。

第一工作台11及第二工作台21两侧的开口用耐腐蚀橡胶连接，第一连接杆A11、第一驱动齿轮A12，以及第一活动齿轮113、第二固定齿轮213露出工作台部分都包裹在耐腐蚀橡胶内。

第一控制台12控制着第一行进轮13开合，其过程为：通过驱动第一螺母使第一行进轮13与其第一转动杆先垂直向上抬升一小段距离，直至第一行进轮13的下边沿高于地线，然后沿第一行进轮13与第一控制台12的连接点转动，实现第一行进轮的打开，躲避水平方向上的障碍物。

第一控制台12可以通过四杆结构来控制第一行进轮的开合。驱动时，第一行进轮可绕其与第一控制台12的连接点转动，从而实现第一行进轮13避开地线及其悬挂的防震锤、线夹等障碍物。采取机械结构来代替电机去控制第一行进轮的开合，可以有效的减少机器人上的电机数目。由于输电线路上的环境复杂，电机极易受到干扰停止工作。电机数目越少，其可靠性越强。

第一行进轮13脱离地线的过程：驱动第一螺母112使第一行进轮13抬升并且行进轮的下沿要高于地线，然后再驱动行进轮13沿其与控制台的连接点转动，即实现行进轮13水平方向远离地线。

第一行进轮13、第一行进轮23、第一行进轮33、第一行进轮43、第一行进轮53、第一行进轮63及第一行进轮73，沿巡线机器人整体的中轴线左右交替对称式排列，增加巡线机器人在线路上运行、避障时的稳定性。

当然，本领域技术人员可以理解的是，转动关节不限于上述结构，例如相邻两个机体之间由联结轴和舵机连接，舵机设于后侧机体上且通过联结轴与前侧机体，通过舵机的转动来使前侧机体水平向转动。

请参阅图5至图20，输电线路沿地线巡线机器人越障方法为：

A：机器视觉感应到障碍物。整个机器人沿地线前进，直到感应到前方有障碍物。

B.：第一行进轮13脱离地线。通过驱动螺母使得第一控制台12稍微向上抬升一段距离，使得第一行进轮13下沿高于地线便于第一行进轮13打开即旋转。第一控制台12再驱动从动齿轮转动，通过从动齿轮传动，第一行进轮13以其与第一控制台的转动杆为轴旋转，实现第一行进轮脱离地线。可以躲避水平方向上的障碍物。

C：第一控制台12下降。通过驱动螺母使滚珠丝杆下降，带动第一控制台12下降，即第一行进轮13下降，此时第一行进轮13仍处于张开状态，下降的同时不会触碰到地线及其悬挂物。通过上述水平方向以及竖直方向操作，第一行进轮13就可以避开地线上的如防震锤、悬垂线夹等悬挂障碍物。

D：反复重复B，C操作。使得第二控制台22、第三控制台32下降。

E：机器人水平化。由于整个地线类似于一个梯形，两边有角度，而装置整体类似于一条直线，因此想要通过塔，必须先将机构水平化。机器人原先是沿地线方向前进的，然而整个机体的重量大部分是集中在第四工作台41上，当第四控制台42避障时，为了避免重心偏移带来问题，所以先将整个装置水平化。由于第五行进轮53、第六行进轮63、第七条行进轮73仍固定在地线上，是固定作用的，所以相当于将第五工作台51、第六工作台61、第七工作台71向上升，从而使得整个装置水平化。

F：第一机体1转动。当齿轮A12转动时，由于齿轮相互啮合传动并且齿轮113与工作台11完全固定，齿轮113以及机体1会跟随转动。由于齿轮213、连接杆A11及机体2是完全固定连接，所以齿轮213及后续机体都保持不动，机体1转动完成。这样就可以实现跨越类似改变地线走向的悬垂型铁塔。

G：第一机体1完成避障。滚珠螺母112转动带动了丝杆111直线上升，从而使得控制台12即行进轮13上升。控制台12再使得行进轮13闭合，行进轮13就附着在地线上。机体1完成了避障过程。

I：重复上述步骤，直至完成避障。

综上所述，第一工作台11、第二工作台12、第三工作台13、第四工作台14、第五工作台15、第六工作台16、第七工作台17均始终处在同一平面内，通过连接机构相连，即保证了整个机器人在水平方向上刚性足够强，其中第四工作台为主工作台，内部有一块供电电源。通过分体串联式结构，使得整个机器人的负载能力强，交错对称式的行进轮又进一步加强其稳定性。区别于现有的巡线机器人，独特的连接结构在使得机器人整体水平方向的刚性足够的同时，单个机体还可以做水平方向的转动，增强了其灵活性，可以跨越带有一定角度的障碍物。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：包括至少三个奇数机体，相邻两个机体之间设有驱动前侧机体水平向转动的转动关节，所述机体连接有升降杆组件，所述升降杆组件包括可相对机体上下升降的升降杆，所述升降杆的上部连接控制台，所述控制台连接转动杆组件，所述转动杆组件包括与控制台转动连接的转动杆，所述转动杆连接行进轮，位于该机器人正中间位置的机体设有为机器人供电的电源，以及用于控制转动关节、升降杆组件、转动杆组件动作的控制器，所述控制器设有通讯模块，所述巡线机器人设置有检测线路正前方是否有障碍物的激光距离传感器，所述通讯模块与激光距离传感器通讯以接收激光距离传感器的检测信息。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：所述转动关节包括转动设于前侧机体后部的活动齿轮、固定于后侧机体前部的固定齿轮以及同时与活动齿轮和固定齿轮啮合的驱动齿轮，所述驱动齿轮由第一伺服电机驱动。

3.根据权利要求2所述的一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：所述转动关节还包括连接杆，所述连接杆的前端与活动齿轮转动连接，后端与固定齿轮固定；或者，所述连接杆的前端与前侧机体转动连接，后端与后侧机体固定。

4.根据权利要求1所述的一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：所述升降杆为穿过机体顶面的滚珠丝杠，所述升降杆组件还包括与滚珠丝杠配合且位于机体顶面下方的螺母，所述滚珠丝杠由第二伺服电机驱动转动。

5.根据权利要求1所述的一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：所述控制台设有第三伺服电机和主动齿轮，所述转动杆连接从动齿轮，所述第三伺服电机驱动主动齿轮转动，所述主动齿轮与从动齿轮啮合。

6.根据权利要求5所述的一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：所述转动杆包括竖直段以及从竖直段顶端向侧面延伸的侧面延伸段，所述行进轮连接在侧面延伸段。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：所述巡线机器人设置有检测当前环境的温湿度的温湿度传感器。

8.根据权利要求7所述的一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：所述巡线机器人设置有检测实时的风向以及风速的风速检测传感器。

9.根据权利要求7所述的一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：所述巡线机器人设置有采集线路图片信息的视觉传感器。

10.根据权利要求7所述的一种输电线路沿地线巡线机器人，其特征在于：所述巡线机器人设置有实现定位的GPS定位模块。