CN109217168B - 自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构和巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明适用于线路线缆巡检设备技术领域，公开了一种自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构和巡检机器人。巡检机器人柔性动力机构包括支架、连接于支架的柔性动力轮、连接于支架的柔性夹紧机构和连接柔性夹紧机构的夹紧轮，夹紧轮位于柔性动力轮的一侧；所述柔性动力轮由动力轮本体以及沿其表面周向排布的自适应障碍物的柔性单元组成，柔性单元包括柱销和连接于柱销的弹性件，柱销的前端伸出于柔性动力轮的表面。巡检机器人包括装置箱体和上述的巡检机器人柔性动力机构。本发明所提供的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构和巡检机器人，有效地扩大了输电线路巡检机器人的应用范围并且简化了操作方法，提高线路巡检的效率，适应性广、应用成本低。

Description

自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构和巡检机器人

技术领域

本发明属于线路线缆巡检设备技术领域，尤其涉及一种自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构和巡检机器人。

背景技术

现有输电线路巡检机器人行走轮的传动机构多为刚性设计，无法高效可靠跨越各类障碍物。现有技术利用改造高压线塔，或需要脱离高压线进行姿态调整，前者操作困难、成本过高，后者稳定性差、结构复杂。

现有的输电线路巡检机器人重心调整困难，在高空恶劣的环境下，易产生强烈的晃动甚至倾斜脱线。高压线路线况复杂，且各段线况不一，例如：线路倾斜角度不一致、障碍物(悬垂线夹、防震锤)种类尺寸也都不一致，现有的机器人无法有效适应所有复杂情况。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构和巡检机器人，其可以有效适应各种高压线悬垂线夹、防震锤的外形，巡检线缆时通过性好、适应性佳，无需对相关线塔进行改造，也无需脱离高压线进行姿态调整，成本低，稳定性佳、结构简单可靠。

本发明的技术方案是：一种自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，包括支架、连接于所述支架的柔性动力轮、连接于所述支架的柔性夹紧机构和连接所述柔性夹紧机构的夹紧轮，所述夹紧轮位于所述柔性动力轮的一侧；所述柔性动力轮由动力轮本体以及沿其表面周向排布的自适应障碍物的柔性单元组成，所述柔性单元包括柱销和连接于所述柱销的弹性件，所述柱销的前端伸出于所述柔性动力轮的表面，在所述弹性件的作用下，所述柱销的前端弹性抵顶于障碍物表面；所述弹性件为弹簧。

可选地，所述柔性单元设置有至少两圈。

可选地，所述柱销的最大行程大于悬垂线夹最大横截面和最小横截面半径之差且大于防震锤最大横截面半径和最小横截面半径之差。

可选地，所述柔性动力轮包括上半轮和下半轮，所述上半轮、下半轮分别连接有线上接触预留部和线下接触预留部；

所述上半轮上柔性单元的圈数a满足：a>(max(p1,q1)-r1)/(d+s1)；

所述下半轮上柔性单元的圈数b满足:b>(max(p2,q2)-r2)/(d+s2)；

其中，p1、p2分别为线夹上接触面高度和下接触面高度,q1、q2分别为防震锤上接触面高度和下接触面高度，r1为上半轮线接触预留半径、r2为下半轮线接触预留半径、d为柱销直径，s1为上半轮上相邻柱销的间隙，s2为下半轮上相邻柱销的间隙。

可选地，所述柔性夹紧机构包括夹紧伸出机构和用于驱动所述夹紧伸出机构靠近所述柔性动力轮的驱动部件，所述夹紧轮转动连接于夹紧伸出机构的前端，所述夹紧伸出机构的后端滑动连接于所述支架。

可选地，所述支架还滑动连接有活动板，所述驱动部件与所述夹紧伸出机构的后端之间设置有弹性部件，所述驱动部件连接于所述活动板。

可选地，所述弹性部件包括受压弹簧或/和受拉弹簧。

可选地，所述驱动部件包括丝杠和用于驱动所述丝杠的电机，所述丝杠螺纹连接于所述活动板；或者/和，

所述支架固定连接有至少两根导向件，所述夹紧伸出机构的后端和所述活动板均滑动连接于所述导向件。

本发明还提供了一种巡检机器人，包括装置箱体，包括如上述的巡检机器人柔性动力机构；所述巡检机器人柔性动力机构连接于所述装置箱体。

可选地，所述巡检机器人柔性动力机构与所述装置箱体的水平面之间的夹角大于或等于0度且小于或等于90度，所述巡检机器人柔性动力机构与所述装置箱体固定连接或通过角度调节机构连接；或者/和，

所述巡检机器人柔性动力机构设置有至少两组，相邻所述巡检机器人柔性动力机构连接臂连接。

本发明所提供的一种自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构和巡检机器人，其执行机构在夹紧线路的同时拥有一定柔性，可适应输电线路的各种线况，不需脱线可直接从正面或侧面跨越障碍物，不仅可以自适应各类障碍物外形，可以直接跨越，也可以主动被动同时作用控制夹紧，防止机器人脱线，从而提高了适应性和安全性，有效地扩大了输电线路巡检机器人的应用范围并且简化了操作方法，提高线路巡检的效率，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自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构的立体示意图；

图2是本发明实施例提供的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构的平面示意图；

图3是本发明实施例提供的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构中柔性动力轮的半剖示意图；

图4是本发明实施例提供的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构中柔性动力轮跨越悬垂线夹时的立体示意图；

图5是本发明实施例提供的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构中柔性动力轮跨越悬垂线夹时的半剖示意图；

图6是本发明实施例提供的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构所跨越的悬垂线夹的平面示意图；

图7是本发明实施例提供的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构所跨越的防震锤的平面示意图；

图8是本发明实施例提供的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构中柔性单元未受压时的剖面示意图；

图9是本发明实施例提供的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构中柔性单元受压时的剖面示意图。

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至图5所示，本发明实施例提供的一种自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，包括支架1、连接于所述支架1的柔性动力轮2、连接于所述支架1的柔性夹紧机构3和连接所述柔性夹紧机构3的夹紧轮4，所述夹紧轮4位于所述柔性动力轮2的一侧；所述柔性动力轮2由动力轮本体以及沿其表面周向排布的自适应障碍物的柔性单元5组成，所述的动力轮本体表面为刚性或刚性表面带有弹性层，所述柔性单元5包括柱销51和连接于所述柱销51的弹性件52，所述柱销51的前端伸出于所述柔性动力轮2的表面。柔性动力轮2在转动行进的过程中，柱销51遇到障碍物时，柱销51压缩弹性件52并向柔性动力轮2的中心方向收缩，在弹性件52的作用下，柱销51的前端可以弹性抵顶于障碍物表面，从而有效贴合障碍物表面，被动适应障碍物，柱销51离开障碍物时，在弹性件52的作用下，柱销51可以及时复位；柔性夹紧机构3除了可以主动控制夹紧，还可以被动提供夹紧力，以适应各类不同尺寸的障碍物，同时保证了安全性，结合柔性动力轮2，巡检机器人柔性动力机构可不脱线直接跨越各种障碍物。装有本发明实施例所提供的柔性动力机构之巡检机器人可以有效适应各种高压线悬垂线夹、防震锤的外形，巡检线缆时通过性好、适应性佳，无需对相关线塔进行改造，也无需脱离高压线进行姿态调整，成本低，稳定性佳、结构简单可靠。

具体地，弹性件52可为弹簧(金属螺旋弹簧)，弹性件52可以抵顶于柱销51的末端或套于柱销51。柱销51可为金属柱销51或碳纤维复合材料、工程塑料等满足工作要求的其他材料。具体应用中，柱销51的前端部可以套有橡胶套，橡胶套的表面可以设置防滑纹路。

具体地，柔性动力轮2可以连接有输出轴21，输出轴21与柔性动力轮2之间可以设置有平键22。输出轴21可以与电机的转轴通过联轴器连接。电机可以驱动柔性动力轮2旋转。当然，柔性动力轮2也可以直接连接于电机的转轴。

具体地，所述柔性单元5设置有至少两圈(两排)，每圈(每排)均设置有多个沿周向均布的柔性单元5，相邻圈的柔性单元5可以相错设置，以使柔性动力轮2更可靠地跨越障碍物。可以理解地，每圈的柔性单元5的个数以及排布方式也可以没有固定模式，可根据实际线路情况做调整。

具体地，如图1至9所示，所述柱销51的最大行程大于悬垂线夹91最大横截面和最小横截面半径之差且大于防震锤92最大横截面半径和最小横截面半径之差，即所述弹性件52的最大压缩行程也大于悬垂线夹91最大横截面和最小横截面半径之差且也大于防震锤92最大横截面半径和最小横截面半径之差。

即：弹簧压缩量△L需大于最大差值：

△L＝(L0-L1)>max((m2-m1),(n2-n1))；当弹簧压缩到极限位置时，假设其接触到障碍物的最大外径处，需有柱销51能够接触到障碍物的最小外径处，从而保证轮体和障碍物能充分接触，其中，△L为弹簧压缩量，n1、n2分别为防震锤92最小横截面和最大横截面半径，m1、m2分别为悬垂线夹91最小横截面和最大横截面半径。

具体地，所述柔性动力轮2包括上半轮23和下半轮24，所述上半轮23、下半轮24分别连接有位于中部的线上接触预留部25和线下接触预留部26，所述线上接触预留部25和线下接触预留部26的表面呈弧形且向内凹，使上半轮23、下半轮24之间形成凹槽，凹槽的断面可呈弧形，线缆可由夹紧轮4夹于凹槽内；所述上半轮23上柔性单元5的圈数大于线夹91和防震锤92中最大上接触面高度与线上接触预留部25半径之差除以上柱销51直径与相邻柱销51距离之和的数值；所述下半轮24下柔性单元5的圈数大于线夹91和防震锤92的最大下接触面高度与线下接触预留部26半径之差除以下柱销51直径与相邻柱销51距离之和的数值，即：

a>(max(p1,q1)-r1)/(d+s1)；

b>(max(p2,q2)-r2)/(d+s2)；

其中，a、b分别为柔性单元5的上排排数和下排排数，p1、p2分别为线夹91上接触面高度和下接触面高度,q1、q2分别为防震锤92上接触面高度和下接触面高度，r1为上半轮线接触预留半径、r2为下半轮线接触预留半径、d为柱销51直径，s1为上柱销51相邻间隙，s2为下柱销51相邻间隙，以使柔性动力轮2更可靠地跨越线缆上的防震锤92、线夹91。

本实施例中，柔性单元5的圈数(排数)设置为8至12，保证柱销51的最大和最小伸出距离，有效配合障碍物的外型。当然，柔性单元5的圈数(排数)也可以设置为其它合适的数值。

具体地，所述柔性夹紧机构3包括夹紧伸出机构31和用于驱动所述夹紧伸出机构31靠近所述柔性动力轮2的驱动部件8，所述夹紧轮4转动可以通过轴体连接于夹紧伸出机构31的前端，所述夹紧伸出机构31的后端滑动连接于所述支架1，夹紧伸出机构31可以相对支架1直线滑动而靠近于柔性动力轮2以夹紧线缆。可以保证高压线和障碍物始终处于机器人柔性动力机构的控制范围内。

具体地，所述支架1还滑动连接有活动板6，所述驱动部件8与所述夹紧伸出机构31的后端之间设置有弹性部件7，所述驱动部件8连接于所述活动板6，驱动部件8驱动活动板6，活动板6推动夹紧伸出机构31，从而可以使夹紧伸出机构31上的夹紧轮4弹性夹于线缆。

具体地，所述弹性部件7包括受压弹簧71或/和受拉弹簧72，本实施例中，弹性部件7包括受压弹簧71和受拉弹簧72。夹紧动作为往复复合运动，既可以由电机主动调节夹紧距离，也可以通过弹簧组(弹性部件7，即压簧和拉簧)自身的柔性(弹性)产生一定程度的自适应性。

具体地，所述驱动部件8包括丝杠81和用于驱动所述丝杠81的电机82，所述丝杠81螺纹连接于所述活动板6，电机82可以通过传动带83连接于丝杠81或通过齿轮连接于丝杠81。

所述支架1固定连接有至少两根导向件11，导向件11可为光轴。所述夹紧伸出机构31的后端和所述活动板6均滑动连接于所述导向件11。受压弹簧71可以套于导向件11，导向件11可以为导向杆或导向轨等。

本实施例中，丝杠81与光轴可以通过直线轴承12固定于支架上，活动板6通过弹性部件7(受拉弹簧72和受压弹簧71)与夹紧伸出机构31连接，受拉弹簧72为拉簧，受压弹簧71为压簧。电机82控制丝杠81旋转，丝杠81配合螺母将旋转运动转化成直线运动，带动活动板6起落。支架1限制夹紧伸出机构31的行程范围，以达到至上夹紧线、至下夹紧防震锤92的效果。夹紧轮4的中心连接于夹紧伸出机构31的前端，夹紧轮可绕轴心被动旋转。

本发明实施例还提供了一种巡检机器人，包括装置箱体，还包括上述的巡检机器人柔性动力机构；所述巡检机器人柔性动力机构连接于所述装置箱体。

具体地，所述巡检机器人柔性动力机构与所述装置箱体的水平面之间的夹角大于或等于0度且小于或等于90度，所述巡检机器人柔性动力机构与所述装置箱体固定连接或通过角度调节机构连接，实现角度可调可变，角度调节机构包括但不限于：电机加齿轮组、电机直接驱动、电机加多连杆机构、电机加齿轮齿条，以实现角度可变可调。

具体地，所述巡检机器人柔性动力机构设置有至少两组，相邻所述巡检机器人柔性动力机构连接臂连接，以更好地适应复杂的线路环境，各组柔性动力轮2可以先后跨越障碍物。

巡检机器人柔性动力机构中柔性动力轮2的可与障碍物有效贴合，发明的柔性夹紧机构3根据障碍物的大致尺寸设计而成，其被动装置可调整夹紧范围，因此机器人无需进行复杂的姿态调整，可按固定姿态从障碍物正面或侧面直接跨越。如图4所示，当柔性动力机构跨越悬垂线夹91，柔性轮上弹簧柱销51会根据悬垂线夹91外形压缩弹簧，以改变轮子外形最大程度贴合线夹前进。如图7所示，当柔性动力机构跨越防震锤92时，夹紧机构会主动夹紧，再被动提供夹紧力，夹紧轮4沿防震锤92侧边被动旋转，防止机器人在跨越防震锤92时脱线，使其顺利跨越障碍物。

本发明实施例所提供的一种自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构和巡检机器人，其执行机构在夹紧线路的同时拥有一定柔性，可适应输电线路的各种线况，不需脱线可直接从正面或侧面跨越障碍物，不仅可以自适应各类障碍物外形，可以直接跨越，也可以主动被动同时作用控制夹紧，防止机器人脱线，从而提高了适应性和安全性，有效地扩大了输电线路巡检机器人的应用范围并且简化了操作方法，提高线路巡检的效率，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 (10)

1.一种自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，其特征在于，包括支架、连接于所述支架的柔性动力轮、连接于所述支架的柔性夹紧机构和连接所述柔性夹紧机构的夹紧轮，所述夹紧轮位于所述柔性动力轮的一侧；所述柔性动力轮由动力轮本体以及沿其表面周向排布的自适应障碍物的柔性单元组成，所述柔性单元包括柱销和连接于所述柱销的弹性件，所述柱销的前端伸出于所述柔性动力轮的表面，在所述弹性件的作用下，所述柱销的前端弹性抵顶于障碍物表面；所述弹性件为弹簧。

2.如权利要求1所述的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，其特征在于，所述柔性单元设置有至少两圈。

3.如权利要求1所述的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，其特征在于，所述柱销的最大行程大于悬垂线夹最大横截面和最小横截面半径之差且大于防震锤最大横截面半径和最小横截面半径之差。

4.如权利要求1所述的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，其特征在于，所述柔性动力轮包括上半轮和下半轮，所述上半轮、下半轮分别连接有线上接触预留部和线下接触预留部；

所述上半轮上柔性单元的圈数a满足：a>(max(p1,q1)-r1)/(d+s1)；

所述下半轮上柔性单元的圈数b满足:b>(max(p2,q2)-r2)/(d+s2)；

其中，p1、p2分别为线夹上接触面高度和下接触面高度,q1、q2分别为防震锤上接触面高度和下接触面高度，r1为上半轮线接触预留半径、r2为下半轮线接触预留半径、d为柱销直径，s1为上半轮上相邻柱销的间隙，s2为下半轮上相邻柱销的间隙。

5.如权利要求1至4中任一项所述的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，其特征在于，所述柔性夹紧机构包括夹紧伸出机构和用于驱动所述夹紧伸出机构靠近所述柔性动力轮的驱动部件，所述夹紧轮转动连接于夹紧伸出机构的前端，所述夹紧伸出机构的后端滑动连接于所述支架。

6.如权利要求5所述的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，其特征在于，所述支架还滑动连接有活动板，所述驱动部件与所述夹紧伸出机构的后端之间设置有弹性部件，所述驱动部件连接于所述活动板。

7.如权利要求6所述的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，其特征在于，所述弹性部件包括受压弹簧或/和受拉弹簧。

8.如权利要求6所述的自适应线路线况的巡检机器人柔性动力机构，其特征在于，所述驱动部件包括丝杠和用于驱动所述丝杠的电机，所述丝杠螺纹连接于所述活动板；或者/和，

所述支架固定连接有至少两根导向件，所述夹紧伸出机构的后端和所述活动板均滑动连接于所述导向件。

9.一种巡检机器人，包括装置箱体，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的巡检机器人柔性动力机构；所述巡检机器人柔性动力机构连接于所述装置箱体。

10.如权利要求9所述的巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人柔性动力机构与所述装置箱体的水平面之间的夹角大于或等于0度且小于或等于90度，所述巡检机器人柔性动力机构与所述装置箱体固定连接或通过角度调节机构连接；或者/和，

所述巡检机器人柔性动力机构设置有至少两组，相邻所述巡检机器人柔性动力机构连接臂连接。

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