CN109494612A - 一种挂线巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力巡检技术领域，尤其公开了一种挂线巡检机器人，包括控制器、底板、升降机构、横动机构安装板、横动机构、前工作臂、后工作臂、前越障机械臂和后越障机械臂。本发明设计有前、后两个工作臂，并同时为两个工作臂配置有两个越障机械臂，在行走时，前、后工作臂挂在线路上并实现行走，当遇到悬垂线夹等障碍物时，两个越障机械臂同时替换两个工作臂行走，可以快速实现越障，由于前、后工作臂的动作同步性、前、后越障机械臂的动作同步性，保证了巡检机器人的重心相对平衡，省去了调整重心的麻烦。

Description

一种挂线巡检机器人

技术领域

本发明属于电力巡检技术领域，尤其涉及一种挂线巡检机器人。

背景技术

公开号为CN108418138A的中国发明专利申请，公开了一种输电线路巡检机器人，其包括机架以及安装于机架上的三个工作臂，即前臂、中臂和后臂。

其中，在前臂和后臂上安装有驱动轮组件，在中臂上安装有机械抓手。此外，在前臂、中臂和后臂上还分别设有前臂伸缩机构、中臂伸缩机构和后臂伸缩机构。

每个驱动轮组件均配置有开合机构，当需要进行越障时，前臂和后臂需要逐一越障，而无法实现前臂、中臂的同时越障，因此，越障需要的时间较长。

下面以前臂为例具体说明上述专利文献的越障(主要是指跨越悬垂线夹)过程：

中臂首先在中臂伸缩机构的作用下上升并悬挂在线路上；

然后前臂的开合机构打开，并在前臂伸缩机构的作用下下落至线路下方；

后臂的驱动轮组件继续向前移动，直至前臂通过悬垂线夹，此时，前臂越障完成；

前臂在前臂伸缩机构的作用下上升，上升到位后开合机构关闭，驱动轮挂在线路上；与此同时，中臂的机械抓手打开，中臂在中臂伸缩机构的作用下下降至线路下方。

可见，每个工作臂的一次越障过程非常复杂，而且需要的越障时间较长。

此外，在越障过程中，机架的重心会发生变化，因此为了适应重心的变化，专利文献需要增加重心调整机构，即在中臂的底部设有前后移动机构，以辅助实现重心调整。

综上，此种结构的巡检机器人具有结构复杂、重心需要调整、越障时间长等诸多不足。

发明内容

本发明的目的在于提出一种挂线巡检机器人，以简化越障流程，缩短越障时间，同时提高越障时各个工作臂的同步性，从而保证机器人重心的相对稳定。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种挂线巡检机器人，包括控制器、底板、升降机构、横动机构安装板、横动机构、前工作臂、后工作臂、前越障机械臂和后越障机械臂；

升降机构安装于底板的上侧表面且位于底板的中部位置；

横动机构安装板连接于升降机构的顶部；

横动机构包括第一驱动电机、齿轮、上齿条板和下齿条板；其中：

第一驱动电机安装于横动机构安装板上；

第一驱动电机的输出轴通过联轴器与齿轮连接；

上齿条板、下齿条板均为左右方向设置且相互平行；

齿轮位于上齿条板和下齿条板之间且分别与上齿条板和下齿条板啮合连接；

前工作臂连接于上齿条板上，后工作臂连接于下齿条板上；

前工作臂包括前工作臂安装杆、第一驱动轮、第一驱动轮电机；

第一驱动轮电机的输出轴与第一驱动轮连接；

第一驱动轮电机的壳体安装于前工作臂安装杆的顶部；

前工作臂安装杆的底部安装于上齿条板上；

后工作臂包括后工作臂安装杆、第二驱动轮、第二驱动轮电机；

第二驱动轮电机的输出轴与第二驱动轮连接；

第二驱动轮电机的壳体安装于后工作臂安装杆的顶部；

后工作臂安装杆的底部安装于下齿条板上；

第一驱动轮和第二驱动轮沿前后方向设置；

在底板上还设有两条分别沿左右方向布置的丝杠滑轨，其中，一条丝杠滑轨位于升降机构的前侧，另一条丝杠滑轨位于升降机构的后侧；

在上述两条丝杠滑轨上分别安装一个丝杠螺母，并分别配置一个第二驱动电机；

前越障机械臂的底部连接于前侧的丝杠滑轨上的丝杠螺母上；

后越障机械臂的底部连接于后侧的丝杠滑轨上的丝杠螺母上；

前越障机械臂和后越障机械臂的结构相同，且均包括在上下方向可伸缩的伸缩机构、越障驱动轮、越障驱动轮电机，其中越障驱动轮电机的输出轴与越障驱动轮连接；

越障驱动轮电机的壳体安装于伸缩机构的顶部；伸缩机构的底部安装于丝杠螺母上；

第一驱动轮和第二驱动轮在前后方向上位于两个越障驱动轮之间；

控制器通过控制线路分别与第一驱动电机、第二驱动电机、伸缩机构、第一驱动轮电机、第二驱动轮电机以及越障驱动轮电机相连；在底板的下侧表面还安装有巡检设备。

优选地，升降机构采用剪叉式升降机构。

优选地，第二驱动电机采用伺服电机。

优选地，横动机构还包括用于实现上齿条板和下齿条板运动导向的导向支撑架。

优选地，最前侧的越障驱动轮与第一驱动轮之间的距离大于悬垂线夹的宽度；并且第二驱动轮与最后侧的越障驱动轮之间的距离也大于悬垂线夹的宽度。

优选地，在巡检机器人沿线路行走时，

第一驱动轮和第二驱动轮均悬挂于线路上，此时，两个越障驱动轮均位于线路下方；

在巡检机器人越障时，

两个越障驱动轮均悬挂于线路上，此时，第一驱动轮和第二驱动轮均位于线路下方。

本发明具有如下优点：

本发明设计有前、后两个工作臂，并同时为上述工作臂配置两个越障机械臂，在行走时，前、后工作臂挂在线路上并实现行走，当遇到悬垂线夹等障碍物时，通过两个越障机械臂同时替换两个工作臂行走，可以快速实现越障，由于前、后工作臂的动作同步性、前、后越障机械臂的动作同步性，保证了巡检机器人的重心相对平衡，省去了调整重心的麻烦。

附图说明

图1为本发明实施例中挂线巡检机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例中横动机构的结构原理图；

图3为本发明实施例中横动机构的结构示意图；

图4为本发明实施例中前/后越障机械臂的安装示意图；

图5为本发明实施例中挂线巡检机器人越障时的第一状态示意图；

图6为本发明实施例中挂线巡检机器人越障时的第二状态示意图；

图7为本发明实施例中挂线巡检机器人越障时的第三状态示意图；

图8为本发明实施例中挂线巡检机器人越障时的第四状态示意图；

其中，1-底板，2-横动机构安装板，3-剪叉单元，4-动力缸，5-第一驱动电机，6-齿轮，7-上齿条板，8-下齿条板，9-电机安装板，10-联轴器；

11-导向支撑架，12-上导向杆，13-下导向杆，14-导向支撑架底板，15-导向支撑架杆，16-上导向套，17-下导向套，18-前工作臂安装杆，19-第一驱动轮，20-第一驱动轮电机；

21-后工作臂安装杆，22-第二驱动轮，23-线路，24-丝杠滑轨，25-丝杠螺母，26-第二驱动电机，27-伸缩机构，28-越障驱动轮，29-越障驱动轮电机，30-巡检设备，31-悬垂线夹。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

结合图1所示，一种挂线巡检机器人，包括控制器(未示出)、底板1、升降机构、横动机构安装板2、横动机构、前工作臂、后工作臂、前越障机械臂和后越障机械臂。

其中，控制器例如可以采用单片机、PLC控制器等可编程逻辑控制器。

底板1例如可以采用方形板，在方形板上设有螺栓孔，用于安装其他部件。

升降机构(通过螺栓)安装于底板1的上侧表面且位于底板1的中部位置。升降机构可以实现前工作臂和后工作臂升降动作的同步。本实施例中升降机构采用剪叉式升降机构。

剪叉式升降机构具有结构简单、控制方便等优点。其结构如下：

剪叉式升降机构包括一剪叉单元3以及一动力缸4(例如气缸或油缸)。

控制器与动力缸4连接，用于实现对剪叉式升降机构的升降控制。

横动机构安装板2连接于升降机构的顶部，该连接方式例如为螺栓连接或焊接。

横动机构安装板2也可以为一方形板。

横动机构为左右方向横动机构，用于实现前工作臂和后工作臂的左右方向的动作。

如图2所示，横动机构包括第一驱动电机5、齿轮6、上齿条板7和下齿条板8。其中：

第一驱动电机5安装于横动机构安装板2上。

第一驱动电机5例如可以通过电机安装板9螺栓安装于横动机构安装板2上。

第一驱动电机5的输出轴通过联轴器10与齿轮6(齿轮6的齿轮轴)连接。

上齿条板7、下齿条板8均为左右方向设置且相互平行。

此处的左右方向，是相对于线路方向而言的，定义巡检机器人沿线路行走的方向为前后方向，则垂直于该巡检机器人行走的方向为左右方向。

齿轮6位于上齿条板7和下齿条板8之间且分别与上齿条板和下齿条板啮合连接。

前工作臂连接于上齿条板7上，后工作臂连接于下齿条板8上。

第一驱动电机5动作，可以带动齿轮6转动，由于上齿条板7和下齿条板8分别与齿轮6啮合，使得前工作臂和后工作臂可以同时向中间位置运动并在前后方向上呈一条直线。

此时，前工作臂和后工作臂可以均悬挂在线路上。

当然，在第一驱动电机5的作用下，前、后工作臂也可从中间位置分别向两侧运动(即前工作臂向左，后工作臂向右运动)，并离开中间位置。

此时前、后工作臂不再悬挂在线路上，开始跨越悬垂线夹等障碍物。

由于本实施例中前工作臂和后工作臂的运动具有同步性，即同时悬挂在线路上，或者同时从线路上离开，因此控制更加方便，动作同步性更好。

当然，为了保证上齿条板7和下齿条板8运动的精确性，横动机构还包括用于实现上齿条板7和下齿条板8运动导向的导向支撑架11，如图3所示。

上齿条板7的两个长边边部分别加工成圆形的导向杆结构形式，例如上导向杆12。上导向杆12与上齿条板主体之间设有条形缝隙，方便与下述的上导向套滑动配合。

同理，在下齿条板8上设有沿下齿条板长度方向布置的下导向杆13。

下导向杆13的实现形式与上导向杆12的实现形式相同。

在下导向杆13与下齿条板主体之间设有条形缝隙，方便与下述的下导向套滑动配合。

导向支撑架11包括导向支撑架底板14、导向支撑架杆15、上导向套16和下导向套17。

其中，导向支撑架底板14(例如螺栓)安装于横动机构安装板2上。

导向支撑架杆15垂直设置于导向支撑架底板14上。

上导向套16和下导向套17安装于导向支撑架杆15上且均为水平布置。

上导向套16与导向支撑架杆15的连接方式例如为焊接连接，同理，

下导向套17与导向支撑架杆15的连接方式也为焊接连接。

本实施例通过上述导向支撑架11保证了上齿条板7和下齿条板8运动的精确性。

如图2所示，前工作臂包括前工作臂安装杆18、第一驱动轮19、第一驱动轮电机20。

第一驱动轮电机20的输出轴与第一驱动轮19连接。

在第一驱动轮电机20的带动下，第一驱动轮19可以沿线路23前行。

第一驱动轮电机20的壳体安装于前工作臂安装杆18的顶部，连接方式例如为螺栓连接。

前工作臂安装杆18的底部安装于上齿条板7上(上侧表面)。

至于前工作臂安装板18的具体结构并不作限制，例如可以为L形板。

L形板的水平部分通过螺栓安装于上齿条板7上。

后工作臂具有与前工作臂大致相同的结构，只是工作臂安装杆的尺寸不同。

如图1所示，后工作臂包括后工作臂安装杆21、第二驱动轮22、第二驱动轮电机(未示出)。在图2中省略了后工作臂的第二驱动轮和第二驱动轮电机部分。

第二驱动轮电机的输出轴与第二驱动轮22连接。

在第二驱动轮电机的带动下，第二驱动轮22可以沿线路23前行。

第二驱动轮电机的壳体安装于后工作臂安装杆21的顶部，连接方式例如为螺栓连接。

后工作臂安装杆21的底部安装于下齿条板8上(下侧表面)。

至于后工作臂安装板21的具体结构并不作限制，例如可以为L形板。

L形板的水平部分通过螺栓安装于下齿条板8上。

通过上述结构，实现了前工作臂和后工作臂的安装。

第一驱动轮19和第二驱动轮22沿前后方向设置。

当巡检机器人行走时，第一驱动轮19和第二驱动轮22均悬挂于线路上，通过第一驱动轮电机20和第二驱动轮电机的带动，机器人沿线路23前行。

当遇到悬垂线夹障碍物时，升降机构上升，然后第一驱动电机5转动，使得第一驱动轮19向左运动，同时第二驱动轮22向右运动，两个驱动轮均离开线路23。

此时，升降机构再下降，两个驱动轮则均下落至线路23的下方。

如图1所示，在底板1上还设有两条分别沿左右方向布置的丝杠滑轨，其中，一条丝杠滑轨位于升降机构的前侧，另一条丝杠滑轨位于升降机构的后侧。

其中，丝杠滑轨用于实现前越障机械臂和后越障机械臂在左右方向上的运动。

如图4所示，以位于前侧的一条丝杠滑轨为例进行说明：

在丝杠滑轨24上安装一个丝杠螺母25，并配置一个第二驱动电机26。

前越障机械臂的底部连接于丝杠滑轨24上的丝杠螺母25上(例如螺栓连接)。

同理，在后侧的丝杠滑轨上也安装一个丝杠螺母，并配置一个第二驱动电机。后越障机械臂的底部连接于后侧的丝杠滑轨上的丝杠螺母上(例如螺栓连接)。

前越障机械臂和后越障机械臂的结构相同。

以前越障机械臂为例进行说明：

前越障机械臂包括在上下方向可伸缩的伸缩机构27、越障驱动轮28、越障驱动轮电机29。其中越障驱动轮电机29的输出轴与越障驱动轮28连接。

在越障驱动轮电机29的带动下，越障驱动轮28可沿线路23前行。

越障驱动轮电机29的壳体安装于伸缩机构27的顶部。

该伸缩机构27例如可以采用电动推杆等直线驱动器。

伸缩机构27的底部安装于丝杠螺母25上。

后越障机械臂也具有上述结构，此处不再详细赘述。

优选地，第二驱动电机26采用伺服电机，以实现前越障机械臂和后越障机械臂在各自丝杠滑轨上的同步性，例如同时移动至线路23上方并在伸缩机构作用下，挂在线路23上。

还可以在各自伸缩机构的作用下抬起，并在伺服电机控制下同时离开线路23。

上述越障驱动轮28与第一驱动轮19和第二驱动轮22的前后位置关系为：

第一驱动轮19和第二驱动轮22在前后方向上位于两个越障驱动轮28之间。

在巡检机器人行走时，仅仅依靠前工作臂、后工作臂即可实现机器人在线路上行走，而在越障时，通过前越障机械臂和后越障机械臂辅助实现跨越悬垂线夹障碍物。

由于本实施例中巡检机器人在行走和越障之间切换时，始终有两个驱动轮挂在线路23上，而且位置相对对称，因此整个巡检机器人的重心相对稳定，因此无需调整。

同时，还简化了巡检机器人的结构，省去了调整重心的时间。

本实施例中控制器通过控制线路分别与升降机构、第一驱动电机5、第二驱动电机26、伸缩机构27、第一驱动轮电机20、第二驱动轮电机以及越障驱动轮电机29相连。

当然，在底板1的下侧表面还安装有巡检设备30，例如包括摄像头、红外探测仪和无线信号收发器等。其中，摄像头、红外探测仪分别通过线路与无线信号收发器相连。

无线信号收发器通过无线信号连接位于地面上的基站控制中心。

巡检设备30将拍摄的线路图像信息通过无线网桥传到地面的基站控制中心，便于地面工作人员确定损坏的输电线位置及其周围环境状况，以便进行维修。

在设计，为了保证越障能够成功，最前侧的越障驱动轮与第一驱动轮19之间的距离，以及第二驱动轮22与最后侧的越障驱动轮之间的距离均应大于悬垂线夹31的宽度。

上述结构设计，可以保证当最前侧的越障驱动轮通过悬垂线夹31后开始进行越障，而当第二驱动轮22经过悬垂线夹31后越障结束，如图5至图8所示。

在巡检机器人沿线路行走时，第一驱动轮19和第二驱动轮22均悬挂于线路23上，

此时，两个越障驱动轮28均位于线路下方。

在巡检机器人越障时，两个越障驱动轮28均悬挂于线路23上，

此时，第一驱动轮19和第二驱动轮22均位于线路23下方。

当然，在挂线巡检机器人上还设有用于检测是否有悬垂线夹等障碍物的传感器，例如漫反射式红外线传感器，传感器可以布置多个，安装于前工作臂和后工作臂上。

更为具体的，例如可以安装在第一驱动轮电机20或第二驱动轮电机的壳体上。

下面结合上述结构，对本实施例中挂线巡检机器人的具体越障方法进行介绍：

1.如图5所示，当传感器检测到线路23上存在悬垂线夹障碍物时，第一驱动轮19和第二驱动轮22前行一定距离后停止，此时最前侧的越障驱动轮28位于悬垂线夹31的前下侧。

前行的距离可以进行人为设定，由于最前侧的越障驱动轮与第一驱动轮19之间的距离大于悬垂线夹31的宽度，此时第一驱动轮19并未越过悬垂线夹，越障开始。

2.如图6所示，控制器控制前越障机械臂沿丝杠滑轨向左运动，同时控制越障机械臂沿丝杠滑轨向右运动，从而偏离线路23，且分别位于线路23的左右两侧。

在前、后越障机械臂各自伸缩机构的作用下，前、后越障驱动轮28上升至线路23上方；

控制器再控制前越障机械臂沿丝杠滑轨向右运动，同时，控制越障机械臂沿丝杠滑轨向左运动，直至两个越障驱动轮28均位于线路23的上方；

在前、后越障机械臂各自伸缩机构的作用下，前、后越障驱动轮28下落至线路23上。

然后，控制器控制升降机构，实现前工作臂和后工作臂的上升运动；

控制器控制第一驱动电机5带动上齿条板7和下齿条板8分别向相反的方向运动，使得第一驱动轮19和第二驱动轮22偏离线路23，且分别位于线路23的左右两侧

此处相反的方向，例如可以是上齿条板7向左侧运动，下齿条板8向右侧运动。

控制器再控制升降机构，实现前工作臂和后工作臂的下降运动，直到第一驱动轮19和第二驱动轮22均下落至线路23的下方。

此时，完成了第一驱动轮19、第二驱动轮22和两个越障驱动轮28的挂线转换。

3.如图7所示，巡检机器人在两个越障驱动轮28的带动下继续向前移动，直到第二驱动轮22通过悬垂线夹31并位于悬垂线夹31的前下侧。

前行的距离可以进行人为设定，由于第二驱动轮22与最后侧的越障驱动轮28之间的距离大于悬垂线夹31的宽度，此时最后侧的越障驱动轮28未通过悬垂线夹。

4.如图8所示，控制器控制升降机构，实现前工作臂和后工作臂的上升运动，直到第一驱动轮19和第二驱动轮22均上升至线路23的上方。

控制器控制第一驱动电机5带动上齿条板7和下齿条板8同时向中间运动，使得第一驱动轮19和第二驱动轮22均移动至线路23的正上方。

控制器控制升降机构，实现前工作臂和后工作臂的下落运动，直到第一驱动轮19、第二驱动轮22均下落在线路23上，实现第一驱动轮19、第二驱动轮22的挂线。

在前、后越障机械臂各自伸缩机构的作用下，前、后越障驱动轮28上升至线路23上方；

控制器再控制前越障机械臂沿丝杠滑轨向左运动，同时，控制越障机械臂沿丝杠滑轨向右运动，直至两个越障驱动轮28均离开线路23的上方，且位于线路23的两侧。

在前、后越障机械臂各自伸缩机构的作用下，前、后越障驱动轮28下落至线路23下方，至此越障过程结束，巡检机器人继续沿线路23前行。

本发明方法通过控制器与各个驱动电机、伸缩机构等结合，利于实现巡检机器人快速跨越悬垂线夹障碍物，缩短了越障时间，且各个工作臂、越障机械臂动作同步性好。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种挂线巡检机器人，其特征在于，包括控制器、底板、升降机构、横动机构安装板、横动机构、前工作臂、后工作臂、前越障机械臂和后越障机械臂；

升降机构安装于底板的上侧表面且位于所述底板的中部位置；

在底板的下侧表面安装有巡检设备；

横动机构安装板连接于所述升降机构的顶部；

横动机构包括第一驱动电机、齿轮、上齿条板和下齿条板；其中：

第一驱动电机安装于横动机构安装板上；

第一驱动电机的输出轴通过联轴器与所述齿轮的齿轮轴连接；

上齿条板、下齿条板均为左右方向设置且相互平行；

齿轮位于上齿条板和下齿条板之间且分别与所述上齿条板和下齿条板啮合连接；

前工作臂连接于上齿条板上，后工作臂连接于下齿条板上；

前工作臂包括前工作臂安装杆、第一驱动轮、第一驱动轮电机；

第一驱动轮电机的输出轴与第一驱动轮连接；

第一驱动轮电机的壳体安装于前工作臂安装杆的顶部；

前工作臂安装杆的底部安装于上齿条板上；

后工作臂包括后工作臂安装杆、第二驱动轮、第二驱动轮电机；

第二驱动轮电机的输出轴与第二驱动轮连接；

第二驱动轮电机的壳体安装于后工作臂安装杆的顶部；

后工作臂安装杆的底部安装于下齿条板上；

第一驱动轮和第二驱动轮沿前后方向设置；

在底板上还设有两条分别沿左右方向布置的丝杠滑轨，其中，一条丝杠滑轨位于所述升降机构的前侧，另一条丝杠滑轨位于所述升降机构的后侧；

在上述两条丝杠滑轨上分别安装一个丝杠螺母，并分别配置一个第二驱动电机；

前越障机械臂的底部连接于前侧的丝杠滑轨上的丝杠螺母上；

后越障机械臂的底部连接于后侧的丝杠滑轨上的丝杠螺母上；

前越障机械臂和后越障机械臂的结构相同，且均包括在上下方向可伸缩的伸缩机构、越障驱动轮、越障驱动轮电机，其中越障驱动轮电机的输出轴与越障驱动轮连接；

越障驱动轮电机的壳体安装于伸缩机构的顶部；伸缩机构的底部安装于丝杠螺母上；

第一驱动轮和第二驱动轮在前后方向上位于两个越障驱动轮之间；

控制器通过控制线路分别与升降机构、第一驱动电机、第二驱动电机、伸缩机构、第一驱动轮电机、第二驱动轮电机以及越障驱动轮电机相连。

2.根据权利要求1所述的挂线巡检机器人，其特征在于，

所述升降机构采用剪叉式升降机构。

3.根据权利要求1所述的挂线巡检机器人，其特征在于，

所述第二驱动电机采用伺服电机。

4.根据权利要求1所述的挂线巡检机器人，其特征在于，

所述横动机构还包括用于实现上齿条板和下齿条板运动导向的导向支撑架。

5.根据权利要求1所述的挂线巡检机器人，其特征在于，

最前侧的越障驱动轮与第一驱动轮之间的距离大于悬垂线夹的宽度；

并且第二驱动轮与最后侧的越障驱动轮之间的距离也大于悬垂线夹的宽度。

6.根据权利要求1所述的挂线巡检机器人，其特征在于，

在巡检机器人沿线路行走时，

第一驱动轮和第二驱动轮均悬挂于线路上，此时，两个越障驱动轮均位于线路下方；

在巡检机器人越障时，

两个越障驱动轮均悬挂于线路上，此时，第一驱动轮和第二驱动轮均位于线路下方。