CN109599793A - 一种高压线路巡检机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压线路巡检机器人,两个行走夹持装置、升降装置、基板和水平移动装置,行走夹持装置用于夹持高压导线并在高压导线上行走,两个行走夹持装置分别安装在两个升降装置的升降端,水平移动装置包括牵引绳、张紧滚动体、两个水平导轨和拉动牵引绳运动的驱动装置,张紧滚动体分别安装在基板两端,牵引绳套在基板两端的张紧滚动体上,两个水平导轨分别安装在牵引绳的两侧,两个升降装置的本体固定端通过水平滑块分别安装在两个水平导轨上,水平滑块与相应侧的牵引绳固定相连,通过驱动装置驱动牵引绳来回运动,可以带动两个行走夹持装置沿着水平导轨来回水平运动。本发明提供一种新的越障结构和方法,可越障类型多,越障跨度大。

Description

一种高压线路巡检机器人
技术领域
本发明属于电力电网技术领域,涉及一种巡检机器人,特别涉及一种高压线路巡检机器人。
背景技术
电力输送关系到国计民生其重要性不言而喻,但由于高压线路长期暴露在野外容易受到各种自然因素的侵蚀和破坏需要定期检测、维修;以往电力部门多采用人工巡检的方式,但是存在劳动强度大、效率低、具有一定危险性的缺点,新出现的巡检方式包括直升机巡检、小型无人机巡检等,但是该巡检方式成本过高不利于推广,分析各种方法的优缺点及发展趋势后,本发明采用机器人进行巡检。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种高压线路巡检机器人,通过两个机械手臂的水平移动、上下移动、摆臂运动等实现高压线路障碍物的跨越,依靠内嵌于机械手臂顶端的行走轮实现机器人无障碍段的直线运动。
本发明所使用的技术方案是:
一种高压线路巡检机器人,其特征在于:两个行走夹持装置、升降装置、基板和水平移动装置,所述行走夹持装置用于夹持高压导线并在高压导线上行走,两个行走夹持装置分别安装在两个升降装置的升降端,通过升降装置调节高度远离或者夹持高压导线,所述水平移动装置包括牵引绳、张紧滚动体、两个水平导轨和拉动牵引绳运动的驱动装置,所述张紧滚动体分别安装在基板两端,所述牵引绳为环形绳,套在基板两端的张紧滚动体上,通过驱动装置可以驱动牵引绳在基板两端的张紧滚动体之间来回环形运动,两个水平导轨分别安装在牵引绳的两侧,两个升降装置的本体固定端通过水平滑块分别安装在两个水平导轨上,所述水平滑块与相应侧的牵引绳固定相连,通过驱动装置驱动牵引绳来回运动,可以带动两个行走夹持装置沿着两个水平导轨进行相对距离改变的来回交错运动。
作为改进,所述驱动装置为丝杠螺母机构、气缸、液压缸、电动推杆以及齿轮齿条结构中任意一种。
作为改进,所述张紧滚动体有四个,两个一组安装在基板的一端,牵引绳张紧在四个张紧滚动体上呈矩形。
作为改进,所述牵引绳为钢丝绳或者皮带,牵引绳为钢丝绳时,对应的所述张紧滚动体为轴承、U型槽转轮或者钢丝转轴,牵引绳为皮带时,对应的张紧滚动体为为皮带轮。
作为改进,所述升降装置为丝杠螺母机构、气缸、液压缸、电动推杆以及齿轮齿条结构中任意一种。
作为改进,所述行走夹持装置通过可以向两侧转动的摆动关节装置安装在升降装置的升降端。
作为改进,所述行走夹持装置包括大臂、行走轮、行走电机和两个导线夹持装置,所述大臂为L型臂,行走轮安装在大臂一端,大臂另一端安装在摆动关节装置上,所述行走电机安装在大臂上,且与行走轮轴连接,两个导线夹持装置通过支架安装在大臂上,两个导线夹持装置分别位于行走轮两侧。
作为改进,所述基板底部设有巡检设备或者载物箱,巡检设备或者载物箱通过质心调整机构安装在基板底部,所述质心调整机构为可沿着基板长度方向运动的平移机构。
作为改进,所述摆动关节装置包括摆动关节工作台、摆动轴和摆动电机,所述摆动关节工作台固定安装在升降装置的升降端,摆动轴通过轴承安装在摆动关节工作台上,所述摆动电机固定在摆动关节工作台上,摆动电机通过蜗轮蜗杆传动装置与摆动轴动力传动相连。
作为改进,所述升降装置包括升降外壳、升降丝杠螺母机构、升降导轨和升降电机,所述升降外壳下端固定安装在水平滑块上,所述升降导轨竖直的设置在升降外壳上,摆动关节工作台通过升降滑块安装在升降导轨上,所述升降丝杠螺母机构设于升降外壳内,升降丝杠螺母机构的丝杠与升降电机动力传动相连,升降丝杠螺母机构的螺母通过连接件与摆动关节工作台固定相连,通过升降丝杠螺母机构驱动摆动关节工作台沿着升降导轨上下升降运动。
本发明有益效果是:
本发明提供一种全新的巡检机器人越障结构和越障方法,两个机械手臂越障时行程大,可以跨越较大障碍,越障过程中,机械手臂除了可以升降以外,还可以摆动,可跨越多种不同的障碍物,比如防震锤和悬线夹,越障方式多样化,适应能力更强。
附图说明
图1是本发明高压线路巡检机器人的整体装配结构图;
图2是本发明主要运动关节的运动关系图;
图3是本发明的行走夹持装置结构示意图;
图4是本发明的摆动关节装置结构示意图;
图5是本发明的升降装置结构示意图;
图6是本发明的水平移动装置结构示意图;
图7是本发明的质心调整机构结构示意图;
图8是本发明摆动关节装置和升降装置安装关系示意图;
图9为行走夹持装置局部示意图;
图10a至图10d是本发明跨越防震锤步态规划示意图;其中图10a为第一步松开1#机械手臂示意图,图10b为第二步移动1#机械手臂示意图,图10c为第三步移动质心,松开2#机械手臂示意图,图10d为越障完成后示意图;
图11a至图11g是本发明跨越悬线夹步态规划示意图,其中图11a为第一步松开1#机械手臂示意图,图11b为第二步摆动1#机械手臂示意图,图11c为第三步移动1#机械手臂示意图,图11d为第四步1#机械手臂反向摆动重新夹持高压导线示意图,图11e为第五步质心调整到1#机械手臂正下方并松开2#机械手臂示意图,图11f为第六步为2#机械手臂摆动脱离高压导线示意图,图11g为第七步为2#机械手臂越过障碍重新夹持高压导线示意图。
I-行走夹持装置,II-摆动关节装置,III-升降装置,IV-水平移动装置,V-质心调整机构,1-大臂,2-夹爪,3-运动连杆,4夹持基座,5-夹爪运动块,6-连接板,7-气缸,8-支架,9-行走电机,10-法兰盘,11-行走轮,12-摆动关节工作台,13-摆动电机,14-第一联轴器,15-第一支撑座,16-蜗杆,17-蜗轮,18-阶梯轴,19-第二支撑座,20-升降导轨,21-升降丝杠螺母机构,22-升降外壳,23-丝杠齿轮,24-升降齿轮,25-升降电机,26-基板,27-第三支座,28-钢丝绳,29-水平丝杠螺母,30-锁壳,31-水平导轨,32-第三联轴器,33-水平移动电机,34-钢丝转轴,35-电机壳,36-质心调节电机,37-第三联轴器,38-吊耳,39-调质导轨,40-质心丝杠螺母,41-控制箱,42-水平滑块,43-升降滑块。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案进一步具体说明。
实施例:
首先介绍一下本发明的机械结构:
如图1至图9所示,一种高压线路巡检机器人,包括行走夹持装置I、摆动关节装置II、升降装置III、水平移动装置IV和质心调整机构V。行走夹持装置I中大臂1下端与摆动关节装置II中阶梯轴18通过键连接,摆动关节装置II通过摆动关节工作台12与升降装置III中升降丝杠螺母机构21的螺母固定;两个行走夹持装置I通过两个摆动关节装置II安装在两个升降装置III的升降端,两个升降装置III通过水平移动装置IV安装在基板上,巡检设备或者控制箱通过质心调整机构V安装在基板底部;本发明在升降装置III中的升降外壳22侧面增加两个升降导轨20,一方面,提高升降装置整体的运动稳定性和精确性,另一方面,减小丝杠在机器人越障过程中水平面内各个方向受到的弯矩,延长丝杠的使用寿命;升降装置III中升降外壳22与水平移动装置IV中水平导轨31上的水平滑块42通过螺钉连接,质心调整机构V通过调质导轨39安装在基板26下方。
如图3所示,在上述高压线路巡检机器人的行走夹持装置I中,包含大臂1、支架8、行走电机9、法兰盘10、导线夹持装置和行走轮11(行走轮11表面设有容纳高压导线的V型槽),所述支架8通过螺钉与大臂1连接,大臂1为L型臂,两个大臂1的长臂端与相应的阶梯轴18固定相连,两个大臂1的短臂端相对相内设置,所述行走电机9安装于大臂1上,并通过与行走电机9输出轴连接的法兰盘10带动行走轮11转动,所述行走轮11通过轮轴安装于大臂1上端,两个导线夹持装置通过支架8安装在行走轮11的两侧;所述导线夹持装置包含有连接板6、气缸7、夹持基座4、夹爪运动块5、运动连杆3和夹爪2,所述连接板6通过螺钉与支架8连接,所述气缸7左右对称的安装于支架8两端,所述的夹持基座4安装于连接板6下方,两个夹爪2顶部分别通过销轴与夹持基座4相连,夹爪2中部通过运动连杆3与夹爪运动块5铰接相连,夹爪运动块5固定安装在气缸7的伸缩轴上,气缸7的伸缩轴通过夹爪运动块5带动运动连杆3实现夹爪2的夹持与松开,两个夹爪2相对设置,夹爪2下端合拢时设有容纳高压导线的容纳槽,具体可以夹爪2下端相对侧开槽或者设置为内弯的弧形。
如图4所示,在上述高压线路巡检机器人的摆动关节装置II中,包含摆动关节工作台12、阶梯轴18和蜗轮蜗杆传动装置,蜗轮蜗杆传动装置包括蜗杆传动装置和蜗轮传动装置,所述蜗杆传动装置包含有第一支撑座15、蜗杆16、摆动电机13和第一联轴器14,两个所述第一支撑座15通过螺钉连接在摆动关节工作台12上,所述蜗杆16两端分别通过轴承安装于第一支撑座15内,所述摆动电机13安装于摆动关节工作台12上,摆动电机13的输出轴通过第一联轴器14与蜗杆16相连,提供旋转动力;所述蜗轮传动装置包含第二支撑座19、蜗轮17、阶梯轴18,两个所述第二支撑座19通过螺钉连接在摆动关节工作台12上,所述阶梯轴18通过两端的轴承安装于第二支撑座19内,所述蜗轮17安装于阶梯轴18上,并处于蜗杆16上方,与蜗杆16啮合。
如图5所示,在上述高压线路巡检机器人的升降装置III中,包含升降导轨20、升降丝杠螺母机构21、升降外壳22、丝杠齿轮23、升降齿轮24、升降电机25。升降导轨20通过螺钉安装于升降外壳22外,所述升降丝杠螺母机构21安装于升降外壳22内,升降丝杠螺母机构21的螺母与摆动关节工作台12通过连接件固定相连,摆动关节工作台12中部设有滑动槽,升降外壳22安装在摆动关节工作台12中部的滑动槽内,并且摆动关节工作台12还通过升降滑块43安装在升降导轨20上,所述丝杠齿轮23与升降齿轮24外啮合,丝杠齿轮23固定在升降丝杠螺母机构21的丝杠上,所述升降齿轮24与升降电机25的输出轴连接,动力从升降电机25传入升降齿轮24,再带动升降丝杠螺母机构21转动,进而带动与螺母相连的摆动关节工作台12实现升降功能。
如图6所示,在上述高压线路巡检机器人的水平移动装置IV中,包含钢丝绳28、四个钢丝转轴34、水平导轨31和水平丝杠螺母机构,两个水平导轨31平行的通过螺钉安装于基板26上,升降装置III的升降外壳22底部通过水平滑块42安装水平导轨31上,四个钢丝转轴34中两个一组分别安装在基板26的两端,钢丝绳28张紧套在四个钢丝转轴34上形成矩形环,且矩形环钢丝绳28位于两个水平导轨31之间,水平滑块42内侧通过锁壳30(连接件)和钢丝绳28固定连接,保持相对静止,同步运动;所述水平丝杠螺母机构包括第三支座27、水平丝杆、水平丝杠螺母29、锁壳30、第三联轴器32、水平移动电机33和钢丝转轴34;所述水平丝杠螺母机构处于两个水平导轨31中间,水平丝杆通过两个第三支撑座27内的轴承安装在基板26上,所述水平丝杠螺母29通过同样的锁壳30与一侧的钢丝绳28固连,所述水平移动电机33的输出轴通过第二联轴器32与水平丝杆相连,水平移动电机33通过水平丝杠螺母机构带动钢丝绳28顺时针或逆时针旋转,做环形运动,钢丝绳28带动两个水平滑块42沿水平导轨31方向相对或者相背交错运动。
如图7所示,在上述高压线路巡检机器人的质心调整机构V中,包括质心丝杠螺母装置、调质导轨39和控制箱41。所述质心丝杠螺母装置包括电机壳35、质心丝杠、质心调节电机36、第三联轴器37、吊耳38、质心丝杠螺母40,两个吊耳38通过螺钉安装于基板26底部两端,所述质心丝杠两端通过轴承安装于吊耳38内,所述电机壳35通过螺钉安装于基板26底部,所述质心调节电机36安装于电机壳35内,质心调节电机36的输出轴通过第三联轴器37连接到质心丝杠上,提供旋转力;所述调质导轨39通过螺钉安装于基板26底部,调质导轨39上安装有调质滑块,调质滑块与控制箱或者巡检设备顶部固定相连,调质滑块与质心丝杠螺母40连接。
需要指出的是本发明实施例中,除了丝杠螺母机构外,所述水平移动装置中牵引钢丝绳移动的驱动装置还可以气缸、液压缸、电动推杆以及齿轮齿条结构中任意一种。
需要指出的是本发明实施例中,除了丝杠螺母机构外,升降装置还可以为丝杠螺母机构、气缸、液压缸、电动推杆以及齿轮齿条结构中任意一种。
需要指出的是本发明实施例中,所述牵引绳为钢丝绳或者皮带,牵引绳为钢丝绳时,对应的所述张紧滚动体为轴承、U型槽转轮或者钢丝转轴,牵引绳为皮带时,对应的张紧滚动体为为皮带轮。
本发明实施例中控制箱和或巡检设备既起到配重作用保证整个机器人的平衡,又可以作为载体挂载巡检设备,当然巡检设备也可以挂载在基板上。
下面介绍一下本发明所涉及的高压线路巡检机器人越障方法(为了便于说明,将行走夹持装置、摆动关节装置和升降装置连接在一起命名为机械手臂,将两个机械手臂分别命名为1#、2#)。
无障碍段直线运动方法:在两铁塔之间无障碍段直线运动时,质心调节在两机械手臂中间,利用所述行走电机驱动行走轮滚动,实现整个巡检机器人的直线运动。
跨越防震锤时具体的机器人步态生成方法
步骤1:2#机械手臂夹紧高压导线,同时将质心(控制箱)调节到2#机械手臂正下方,然后1#机械手臂松开上升,脱离高压导线,如图10a;
步骤2:通过水平移动装置使得1#机械手臂相对于2#机械手臂先做相向水平移动,交错后做相背水平运动,使得1#机械手臂越过防振锤,之后1#机械手臂下降到高压导线上并用夹爪夹紧高压导线,如图10b;
步骤3:将质心调节到1#机械手臂正下方,之后2#机械手臂的夹爪松开,机械手臂上升,脱离高压导线,如图10c;
步骤4:通过水平移动装置使得2#机械手臂相对于1#机械手臂先做相向水平移动,交错后做相背水平运动,使得2#机械手臂越过防振锤,之后2#机械手臂下降到高压导线上,完成防振锤的跨越过程,如图10d。
跨越悬线夹时具体的机器人步态生成方法
步骤1:2#机械手臂夹紧高压导线,同时将质心(控制箱)调节到2#机械手臂正下方,然后1#机械手臂松开上升,脱离高压导线,如图11a;
步骤2:1#机械手臂向两边旋转(具体可以从左边向右边看顺时针)摆动适当角度,使1#机械手臂偏离高压导线,并且低于悬线夹,如图11b;
步骤3:通过水平移动装置使得1#机械手臂相对于2#机械手臂先做相向水平移动,交错后做相背水平运动,使得1#机械手臂越过悬线夹,如图11c;
步骤4:1#机械手臂反向旋转摆动(从左边向右边看逆时针)转动回到高压导线正上方,然后下降到高压导线上并夹紧高压导线,如图11d;
步骤5:将质心调整到1#机械手臂正下方,然后2#机械手臂夹爪松开并上升,脱离高压导线,如图11e;
步骤6:2#机械手臂向两边旋转(具体可以从左边向右边看顺时针)摆动适当角度,使2#机械手臂偏离高压导线,并且低于悬线夹,通过水平移动装置使得2#机械手臂相对于1#机械手臂先做相向水平移动,交错后做相背水平运动,使得2#机械手臂越过悬线夹,如图11(f);
步骤7:2#机械手臂反向旋转摆动(从左边向右边看逆时针)转动回到高压导线正上方,然后下降到高压导线上并夹紧高压导线,完成悬线夹的越障过程,如图11g。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压线路巡检机器人,其特征在于:两个行走夹持装置、升降装置、基板和水平移动装置,所述行走夹持装置用于夹持高压导线并在高压导线上行走,两个行走夹持装置分别安装在两个升降装置的升降端,通过升降装置调节高度远离或者夹持高压导线,所述水平移动装置包括牵引绳、张紧滚动体、两个水平导轨和拉动牵引绳运动的驱动装置,所述张紧滚动体分别安装在基板两端,所述牵引绳为环形绳,套在基板两端的张紧滚动体上,通过驱动装置可以驱动牵引绳在基板两端的张紧滚动体之间来回环形运动,两个水平导轨分别安装在牵引绳的两侧,两个升降装置的本体固定端通过水平滑块分别安装在两个水平导轨上,所述水平滑块与相应侧的牵引绳固定相连,通过驱动装置驱动牵引绳来回运动,可以带动两个行走夹持装置沿着两个水平导轨进行相对距离改变的来回交错运动。
2.如权利要求1所述的高压线路巡检机器人,其特征在于:所述驱动装置为丝杠螺母机构、气缸、液压缸、电动推杆以及齿轮齿条结构中任意一种。
3.如权利要求1所述的高压线路巡检机器人,其特征在于:所述张紧滚动体有四个,两个一组安装在基板的一端,牵引绳张紧在四个张紧滚动体上呈矩形。
4.如权利要求3所述的高压线路巡检机器人,其特征在于:所述牵引绳为钢丝绳或者皮带,牵引绳为钢丝绳时,对应的所述张紧滚动体为轴承、U型槽转轮或者钢丝转轴,牵引绳为皮带时,对应的张紧滚动体为为皮带轮。
5.如权利要求1所述的高压线路巡检机器人,其特征在于:所述升降装置为丝杠螺母机构、气缸、液压缸、电动推杆以及齿轮齿条结构中任意一种。
6.如权利要求1至5任意一项所述的高压线路巡检机器人,其特征在于:所述行走夹持装置通过可以向两侧转动的摆动关节装置安装在升降装置的升降端。
7.如权利要求6所述的高压线路巡检机器人,其特征在于:所述行走夹持装置包括大臂、行走轮、行走电机和两个导线夹持装置,所述大臂为L型臂,行走轮安装在大臂一端,大臂另一端安装在摆动关节装置上,所述行走电机安装在大臂上,且与行走轮轴连接,两个导线夹持装置通过支架安装在大臂上,两个导线夹持装置分别位于行走轮两侧。
8.如权利要求6所述的高压线路巡检机器人,其特征在于:所述基板底部设有巡检设备或者载物箱,巡检设备或者载物箱通过质心调整机构安装在基板底部,所述质心调整机构为可沿着基板长度方向运动的平移机构。
9.如权利要求7所述的高压线路巡检机器人,其特征在于:所述摆动关节装置包括摆动关节工作台、摆动轴和摆动电机,所述摆动关节工作台固定安装在升降装置的升降端,摆动轴通过轴承安装在摆动关节工作台上,大臂下端固定安装在摆动轴上,所述摆动电机固定在摆动关节工作台上,摆动电机通过蜗轮蜗杆传动装置与摆动轴动力传动相连。
10.如权利要求9所述的高压线路巡检机器人,其特征在于:所述升降装置包括升降外壳、升降丝杠螺母机构、升降导轨和升降电机,所述升降外壳下端固定安装在水平滑块上,所述升降导轨竖直的设置在升降外壳上,摆动关节工作台通过升降滑块安装在升降导轨上,所述升降丝杠螺母机构设于升降外壳内,升降丝杠螺母机构的丝杠与升降电机动力传动相连,升降丝杠螺母机构的螺母通过连接件与摆动关节工作台固定相连,通过升降丝杠螺母机构驱动摆动关节工作台沿着升降导轨上下升降运动。
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