CN109698475B - 一种架空高压输电线路带电作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空高压输电线路带电作业机器人，包括行走载体和作业机构，所述行走载体用于在输电线路上行走和越障，所述作业机构通过纵移关节安装在行走载体上，所述作业机构包括作业机械臂和安在作业机械臂端部的作业末端，所述作业机械臂包括主臂、一级横移关节、二级横移关节和俯仰连杆，所述主臂一端通过竖直面内旋转的扭转关节安装在纵移关节上，另一端与一级横移关节相连，所述俯仰连杆一端通过俯仰关节安装在一级横移关节上，另一端与二级横移关节相连，所述二级横移关节上设有用于安装作业末端的末端旋转平台。针对多分裂线路，本发明通过行走载体和作业机构相互配合，能一次上线完成多个直线杆塔间的多线全覆盖多种类作业任务。

Description

一种架空高压输电线路带电作业机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种架空高压输电线路移动机器人，尤其涉及一种架空高压输电线路多任务大范围带电作业机器人的构型及其线上作业方法，能一次上线完成跨直线杆塔档段的四分裂线路四根线全覆盖作业。经过简单单元模块重构可适用于单、双(水平/竖直布置)、六分裂线路行走、越障和多种类作业。

背景技术

架空高压输电线路是电力工业中电力输送的重要途径，关系到国民日常生活和经济发展，对输电线路进行定期有效的巡检和维护已成为电力单位必不可少的工作。目前，针对500kV及以上超/特高压多分裂线路及其金具的故障多采用人工攀爬杆塔或借助工具进入等电位进行检修作业。近些年虽出现一些检修机器人辅助或代替人工作业，但仍存在一些不足，如加拿大魁北克水电研究院研制的“LineROVer”和“LineScout”，前者虽然能实现除冰、巡检等多功能作业任务，但具有体积大、重量大、越障复杂等明显的缺点，后者能通过重构末端完成导线修补和螺栓紧固作业，但其行走于单根导线且只能进行此根导线上作业，换导线时则需重复上下线，总体效率不高。中科院沈阳自动化所公布的针对导线修补的作业机器人，也只能完成单根导线的单种作业任务，作业功能单一且适应性不强。故现有的对应作业机器人还不能满足对多分裂高压输电线路全覆盖的检修作业任务。基于此，开展面向多分裂线路上各导线的多种类作业任务、一次上线可在多个直线杆塔档段之间进行作业的带电作业机器人的研究是非常具有现实应用意义的。本发明提出一种带电作业机器人，其两轮同轴、双轮轴单悬挂臂的构型提供更稳定的平台，通过作业机械臂和行走载体的配合扩大作业空间，在整个构型上最大程度地实现了杆臂最少的轻量化设计，具有能穿过两线束中间空间实现四分裂四根线全覆盖作业的功能。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种架空高压输电线路带电作业机器人。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种作业机械臂与行走载体运动耦合的作业机器人，既可实现覆盖四分裂四根线的大范围作业运动，从而大幅度降低作业机械臂各连杆的长度及重量，又可在越障时可提供质心的调整运动使得机器人稳定。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种混合坐标型作业机械臂，采用直线滑移直角坐标来提供大行程运动，采用关节型坐标来提供大范围转动，为作业末端提供了足够作业空间。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题，提供了通过重构作业末端工具以实现输电线路多种类作业的方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：包括行走载体和作业机构，所述行走载体用于在输电线路上行走和越障，所述作业机构通过纵移关节安装在行走载体上，所述作业机构包括作业机械臂和安在作业机械臂端部的作业末端，所述作业机械臂包括主臂、第一横臂、第二横臂和俯仰连杆，所述主臂一端通过竖直面内旋转的扭转关节安装在纵移关节上，另一端与第一横臂相连，所述第一横臂上设有一级横移关节，所述俯仰连杆一端通过俯仰关节安装在一级横移关节上，另一端与第二横臂相连，所述第二横臂上设有二级横移关节，所述二级横移关节上设有用于安装作业末端的末端旋转平台。

作为改进，所述作业末端包括U型支架、拧螺栓机构和固螺栓机构，所述U型支架安装在末端旋转平台上，所述拧螺栓机构和固螺栓机构通过平移进给关节分别相对的安装在U型支架的两端上。

作为改进，所述主臂为设于行走载体内侧的横臂，所述第一横臂和第二横臂相互平行设置。

作为改进，所述行走载体包括机架、辅助机构和两个行走机构，所述机架包括横臂和竖臂，所述竖臂顶部设有伸缩关节，所述伸缩关节通过横移关节安装在横臂上，用于越障配合和作业机械臂沿导线方向作业空间的扩大，所述纵移关节安装在竖臂中部，用于作业机械臂上下方向作业空间的扩大，竖臂下端安装有机箱，所述机箱内部放置电池和控制部分，通过旋转关节三安装在竖臂底部，可用于重心调节；

横臂和竖臂形成T字型的机架，保证功能同时杆臂数量最少。两个行走机构分别通过水平面内的旋转关节一安装在横臂两端，通过旋转关节一可以调节行走机构与横臂的夹角，所述行走机构包括行走轮、驱动行走轮的行走电机和用于压紧输电线路的压紧机构；

所述辅助机构设于两个行走机构之间，所述辅助机构包括辅助行走轮，所述辅助行走轮通过水平面内的旋转关节二安装在竖臂上。

作为改进，每个行走机构的行走轮有两个，两个行走轮之间通过驱动轴同轴无差速相连，其中内侧行走轮安装于行走轮轴一端，所述行走轮轴另一端连接旋转关节一，所述行走电机嵌装在行走轮轴内以紧凑空间，且与驱动轴相连。

作为改进，对于每个行走机构的两个行走轮，行走轮上外滚轮挡边直径大于内滚轮挡边直径，以避免机器人在越间隔棒时行走轮与间隔棒上线夹干涉。

作为改进，所述压紧机构包括压紧轮、夹爪、压紧支架和旋转运动装置，所述压紧轮安装在夹爪一端，由良好导电材料所制，以将机器人与导线等电位。夹爪另一端通过转动副安装在压紧支架上，所述压紧支架与行走轮轴固定相连，通过旋转运动装置驱动夹爪绕其转动副旋转，从而实现压紧轮的压紧或松开。

一种利用上述架空高压输电线路带电作业机器人可重构方法，其特征在于：通过选择不同行走轮数量和设计不同的的轴、臂、杆尺寸，机器人可适应适应单、双(水平/竖直布置)、四、六分裂线路行走、越障和作业。

一种架空高压输电线路带电作业机器人作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将带电作业机器人上线；

步骤2、带电作业机器人在高压导线输电线路上运动至作业点；

步骤3、首先利用竖臂上的纵移关节和横臂上的横移关节大范围调整作业末端位置，使其接近作业点；

步骤4、利用末端旋转平台配合再调节作业机械臂的扭转关节使末端旋转平台能到达预定高度和角度，其间利用两级横移关节和末端旋转平台配合以使作业机构和线路环境不干涉；

步骤5、再利用末端旋转平台配合一级两级横移关节和二级横移关节以使作业点位于作业末端U型支架两端中间；

步骤6、收起使得作业点位于作业末端的U型支架内，利用竖臂上的纵移关节和作业机械臂的俯仰关节将作业末端送至作业点所需高度和角度后，再利用横臂上的横移关节将整个作业机构进给至作业点和末端旋转平台进行微调作业末端的角度，利用一级横移关节和二级横移关节收起使得作业点位于作业末端的U型支架内；

步骤7、再通过一级横移关节和二级横移关节动作使得微调作业末端的拧螺栓机构和固螺栓机构的转角和进给关节，到达作业点套筒套入螺母后开始进行作业。

作为改进，所述作业末端与末端旋转平台可拆卸式相连，末端旋转平台上设有转接口。作业末端不唯一，所述作业机械臂的末端旋转平台接口能实现连接不同末端，通过更换不同作业末端来完成对应不同作业任务。

因此，本发明具有如下优点：

1、通过作业机械臂及行走载体的配合扩大作业空间，此种构型降低了作业机械臂各连杆的长度及重量，为轻量化优化奠定基础，且具有实现四分裂四根导线全覆盖作业的能力。

2、一次上线能完成多个直线杆塔之间的多线作业任务。通过对机器人作业机械臂上不同作业末端的复合和机器人行走载体的重构，可完成面向单、双(水平/竖直布置)、四、六分裂线路的多线全覆盖多种类作业任务。

3、本发明将人从等电位作业中解放出来，更安全、高效地对线路进行维修，通过作业机械臂及行走载体的配合能扩大作业空间，且具有能穿过两线束中间空间并实现四分裂四根线全覆盖作业的功能。

附图说明

图1为本发明带电作业机器人结构示意图。

图2是本发明带电作业机器人原理示意图。

图3为行走机构示意图。

图4为机架示意图。

图5为压紧机构示意图。

图6为辅助机构示意图。

图7为作业机械臂结构和连接关系示意图。

图8为一级横移关节连接示意图。

图9为俯仰关节连接示意图。

图10为末端旋转平台结构示意图(俯视图)。

图11为带电作业机器人紧固引流板螺栓示意图。

图12a至图12d为机器人重构后适应其他分裂线路示意图，图12a为机器人适应单分裂线路示意图，图12b为机器人适应双分裂水平布置线路示意图，图12c为机器人适应双分裂竖直布置线路示意图，图12d为机器人适应六分裂线路示意图。

图13为机器人的作业机械臂复合不同末端(图示为防振锤复位末端)进行不同作业任务示意图。

图14a和图14b为机器人越障间隔棒示意图，其中图14a为机器人越间隔棒示意图，图14b为机器人越间隔棒时行走轮状态图。

图15a至图15d为机器人越障直线悬垂示意图，其中图15a为机器人前行走机构跨越直线悬垂示意图，图15b为机器人辅助行走轮越直线悬垂示意图，图15c为机器人后行走机构越直线悬垂示意图，图15d为机器人越过直线悬垂示意图。

附图标记：1-机箱，2-机架，3-压紧机构，4-行走机构，5-辅助机构，6-行走轮，7-滚轮毂，8-驱动盘，9-驱动轴，10-滚动轴承，11-行走轮轴，12-行走电机，13-竖臂，14-伸缩关节，15-旋转关节一，16-横臂，17-横移滑块，18-纵移导轨，19-夹爪，20-压紧轮，21-压紧轮支架，22-压紧电机，23-压紧丝杆，24-齿条，25-辅助行走轮，26-旋转关节二，27-压紧支架，28-部分齿齿轮，29-辅助轮支架，30-辅助轮轴，31-旋转关节三，32-横移电机，33-四分裂导线，34-四分裂间隔棒，35-直线悬垂，36-均压环，37-外滚轮挡边，38-内滚轮挡边，39-作业机械臂，40-U型支架，41-固螺栓机构，42-拧螺栓机构，43-俯仰关节，44-二级横移关节，45-末端旋转平台，46-一级横移关节，47-扭转关节，48-纵移关节，49-纵移滑轨，50-纵移滑块，51-纵移电机，52-纵移齿轮箱，53-一级横移电机，54-一级横移滑轨，55-横移滑台，56-连接台，57-俯仰电机，58-俯仰齿轮箱，59-俯仰连杆，60-蜗杆电机，61-蜗轮，62-蜗杆，63-涡轮蜗杆箱，64-主臂，65-第一横臂，66-第二横臂。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的实施方案作进一步具体的说明。首先介绍一下本发明的具体结构：

实施例：

如图1和图2所示，本发明涉及用于由于外界因素对高压输电线路造成安全威胁而需对其定期巡检的一种架空高压输电线路带电作业机器人，包括行走载体和作业机构，所述行走载体用于在输电线路上行走和越障，所述作业机构通过纵移关节48安装在行走载体上，所述作业机构包括作业机械臂39和安在作业机械臂39端部的作业末端，所述作业机械臂39包括主臂64、第一横臂65、第二横臂66和俯仰连杆59，所述主臂64一端通过竖直面内旋转的扭转关节47安装在纵移关节48上，另一端与第一横臂65相连，，所述第一横臂65上设有一级横移关节46，所述俯仰连杆59一端通过俯仰关节43安装在一级横移关节46上，另一端与第二横臂66相连，所述第二横臂66上设有二级横移关节44，所述二级横移关节44上设有用于安装作业末端的末端旋转平台45。

如图2所示，所述作业末端包括U型支架40、拧螺栓机构42和固螺栓机构41，所述U型支架40安装在末端旋转平台45上，所述拧螺栓机构42和固螺栓机构41通过两个平移进给关节分别安装在U型支架40的两端上，拧螺栓机构42和固螺栓机构41相对设置，其中固螺栓机构41携带与螺栓头配合的套筒，拧螺栓机构42携带与螺母配合的套筒以及驱动该套筒旋转进行螺栓拧动的电机，所述主臂64为设于行走载体一侧的横臂，所述第一横臂65和第二横臂66相互平行设置。该机器人提供了一种混合坐标型作业机械臂39，采用直线滑移直角坐标来提供大行程运动，采用关节型坐标来提供大范围转动，为作业末端提供了足够作业空间。对于本发明实施例中，扭转关节47、俯仰关节43和末端旋转平台45均可以采用现有技术中成熟的垂直面内的旋转关节，比如舵机，其中更优的扭转关节47的旋转轴线与俯仰关节43的旋转轴线平行，末端旋转平台45的旋转轴线在空间范围内与俯仰关节43的旋转轴线垂直。

如图7所示，所述纵移关节48布置在机架的中部(具体为竖臂中部)，由纵移滑轨49和纵移滑块50组合而成，所述扭转关节47布置在纵移滑块50的右侧，在扭转电机的驱动下实现主臂64扭转运动，所述一级横移关节46安装在主臂64上，能实现与它相连的俯仰关节43的横移运动，所述俯仰关节43布置在一级横移关节46的下方，所述二级横移关节44与一级横移关节46平行布置，两级横移关节的配合，能保证作业末端较大的横向偏移量，从而保证作业机械臂39张开时扩大作业空间，收起时可穿过两线束中间以实现上下线交替作业，所述末端旋转平台45布置在二级横移关节44的上方，可与面对不同作业任务对应的不同作业末端进行重构，满足特殊的多角度作业任务。

如图7所示，所述纵移关节48包括纵移滑轨49、纵移滑块50、纵移电机51、纵移齿轮箱52，纵移齿轮箱52内装有一对齿轮，纵移电机51与其中一个齿轮连接，通过丝杆螺母传动的方式实现作业平台的纵向移动。

如图8所示，所述一级横移关节46包括一级丝杠螺母机构、一级横移电机53、一级横移滑轨54和横移滑台55，所述第一横臂65布置在扭转关节47的上方，一级横移关节46安装在第一横臂65上，第一横臂65固定在连接台56上，所述连接台56固定在主臂64端部竖直的安装末端上，横移滑台55用于连接俯仰关节43，通过一级横移电机53的驱动作用，实现横移滑台55的横向运动，该横向移动是通过丝杆螺母传动方式实现的，具体为丝杠通过轴承安装在第一横臂65内，螺母螺纹配合安装在丝杠上，丝杠与一级横移电机53相连，一级横移滑轨54固定在第一横臂65上且与其平行，横移滑台55配合安装在一级横移滑轨54上且与螺母固定相连。

如图9所示，所述俯仰关节43包括俯仰电机57和俯仰齿轮箱58，俯仰齿轮箱58内布置一对纵向分布的齿轮，俯仰电机57与其中一个齿轮相连接，另一个齿轮与俯仰连杆59相连，所述俯仰连杆59末端设有便于安装第二横臂66的横杆，通过齿轮传动的方式实现俯仰连杆59的俯仰运动。

所述二级横移关节44安装在第二横臂66上，第二横臂66固定在俯仰连杆59的横杆上，二级横移关节44的结构与一级横移关节46一样。

如图10所示，所述末端旋转平台45包括蜗杆电机60、蜗轮61、蜗杆62、涡轮蜗杆箱63，所述末端旋转平台45通过涡轮蜗杆箱63下方与二级横移关节44的横移滑台相连，所述蜗轮蜗杆传动通过蜗杆电机60提供动力，由蜗轮61轴向装输出轴，再通过键或其他方式连接作业末端输入轴。此方式能实现作业末端的全方位转动，为作业任务不同角度需求提供支持。所述末端旋转平台45能重构不同所需作业末端以完成对应不同作业任务。

机器人的作业机械臂39复合不同末端可进行不同作业任务。如图13所示，为机器人作业机械臂39复合了防振锤复位末端进行相应作业。输电线路大部分作业都需在导线两侧分别配合才能完成，如引流板螺栓紧固和防振锤复位，作业机械臂39可通过U型支架40同时搭载两个末端协同作业。

本发明行走载体可搭载配套作业机械臂和作业末端一次上线完成跨直线杆塔的多档段四分裂线路四根线作业任务，或搭载检测仪器对相应线路进行巡检。经过对此机器人不复杂的重构，还可适应单、双(水平/竖直布置)、六分裂线路。所述带电作业机器人包括行走机构4、辅助机构5和机架2。

如图1和图2所示，所述机箱1通过水平面内的转动关节连接在机架2下端，通过旋转可利用自身重力进行重心调节，所述机架2呈“T”型分布，保证功能同时杆臂数量最少。所述机架2由竖臂13和横臂16组成，竖臂13安装于机箱1的上方，中间部位可布置纵移关节48提供与后期所需作业机械臂的连接，上侧布置一伸缩关节14，所述压紧机构3安装于行走轮轴11下方，用于行走轮6落线后对线路的压紧以及线路与机器人的等电位，所述行走机构4通过旋转关节一15与横臂16连接，所述辅助机构5通过辅助轮支架29连接在竖臂13上部，用于辅助机器人行走、爬坡和越障。

如图1、图3和图5所示，所述压紧机构3分别置于两侧行走机构4下方，用于安全防护和等电位。所述机箱1内放置电池和控制部分，机箱1上带有的旋转关节三31用于带电作业机器人整体重心调节。行走机构4包括行走轮6、行走电机12、行走轮轴11、驱动轴9及连接件组成。所述行走轮6共有四个，两个一组，每组的两个行走轮6之间通过驱动轴9同轴连接，对于每个行走轮6，其外滚轮挡边37直径设计比内滚轮挡边38直径大，以减少行走轮6在过间隔棒时与其上线夹的干涉，对于每组行走轮6都设有一个对应的行走电机12，所述行走电机12嵌入行走轮轴11内部以紧凑空间，行走轮轴11外部与滚动轴承10内圈配合，滚动轴承10外圈则与滚轮毂7配合，滚轮毂7内侧连接驱动盘8，所述驱动轴9与行走电机12采用键配合连接，驱动轴9两端分别同时连接两侧行走轮的驱动盘8以传递转矩，所述行走轮轴11同时作为整个行走机构4的支撑，行走轮轴11一端与行走轮6相连，另一端通过旋转关节一15安装于横臂16两端。

对于行走机构4的一组行走轮6，其外滚轮挡边直径设计比内滚轮挡边直径大，以避免行走轮6在过间隔棒时与其上线夹干涉，两滚轮挡边内夹聚氨酯轮胎，其曲率半径根据导线直径设计。所述行走电机12通过行走轮轴11和一系列连接件嵌装在行走轮6内部用于结构紧凑和电机保护。

所述压紧机构3位于行走轮轴11下方，用于行走轮6落线后对线路的压紧。其压紧和松开的不同状态配合可用于辅助机器人越障。所述压紧轮20由良好导电材料制作，用于导线与机器人等电位。

如图4所示，所述机架2由横臂16和竖臂13组成，所述横臂16两侧分别布置旋转关节一15，上述行走机构4通过旋转关节一15与横臂16连接，通过其提供两侧行走轮轴11在水平面内的旋转自由度以便于上下线和越障的配合，具体为行走轮轴11与旋转关节一15相连，旋转关节一15的固定部分与横臂16固定相连；所述横臂16上布置横移关节，所述横移关节包括横移导轨、横移滑块17和驱动横移滑块17沿着横移导轨运动的丝杠螺母机构，所述横移导轨方向与横臂16平行安装，通过横移滑块17连接伸缩关节14的伸缩端；所述伸缩关节14安装在竖臂13顶部，竖臂13中间布置纵移导轨18，纵移导轨18上安装纵移滑块50以便于后期与所需作业机械臂的连接，竖臂13下方通过一个水平面的旋转关节三31连接机箱1，本发明实施例中，所述丝杠螺母机构，其包括丝杠(图中未画出)、螺母和横移电机32，丝杠两端通过轴承安装在横臂16上，螺母套在丝杠上，且与横移滑块17固定相连，丝杠与横移电机32轴连接或者动力传动相连。

如图5所示，所述压紧机构3包括压紧轮20、压紧轮支架21、夹爪19、齿条24、压紧支架27、压紧齿条24和驱动压紧丝杆23旋转的压紧电机22。两个压紧轮20在压紧状态时分别位于两个行走机构4靠近行走轮轴11一侧的两个行走轮6下方，所述压紧轮20通过轴承安装在压紧轮支架21内，所述压紧轮支架21与夹爪19的一端连接，夹爪19另一端通过销轴安装在压紧支架27上，夹爪19上设有与销轴同轴的部分齿齿轮28，所述压紧丝杆23通过轴承安装在压紧支架27上，所述齿条24为内螺母，套在压紧丝杆23上与之螺纹配合安装，齿条24外部的齿与部分齿齿轮28啮合安装，压紧丝杆23与压紧电机22通过齿轮啮合相连，压紧电机22驱动压紧丝杆23旋转，从而驱动齿条24沿着压紧丝杆23的轴向来回移动，从而通过齿轮啮合带动夹爪19绕着销轴转动，从而实现压紧轮20对行走轮6的压紧和松开功能。

需要指出的是夹爪19的绕销轴转动运动不限于上述结构，也可以通过者齿轮传递直接驱动方式使得夹爪19旋转，从而实现压紧轮20的夹紧和松开。

如图6所示，所述辅助机构5主要由辅助行走轮25、辅助轮支架29和旋转关节二26组成，用于平台对大障碍物的越障及爬大坡度辅助，所述辅助轮支架29为L型支架，其水平短边的固定安装在竖臂13上，所述旋转关节二26安装在辅助轮支架29的竖直长边顶部，所述辅助行走轮25通过辅助轮轴30安装在旋转关节二26的旋转输出端，通过旋转关节二26可以使得辅助行走轮25和辅助轮轴30绕辅助轮支架29的竖直轴线旋转以配合越障。

本发明实施例中，旋转关节一15、旋转关节二26和旋转关节三31均为水平面内的旋转运动副，其结构一样，采用现有技术中成熟的运动关节，比如可以采用舵机，舵机的输出轴为旋转输出端。

本发明实施例中，伸缩关节14可以采用气缸、液压缸、电动推杆、丝杠螺母机构以及齿轮齿条机构中任意一种。

如图12a至图12d所示，通过对轮、轴尺寸数量及重心的调节对机器人进行简单单元模块重构，还可适应单、双(水平/竖直布置)、六分裂线路。图12a为机器人适应单分裂线路示意图，图12b为机器人适应双分裂水平布置线路示意图，图12c为机器人适应双分裂线路竖直布置示意图，图12d为机器人适应六分裂线路示意图。

下面介绍一下本发明行走载体的工作流程：

首先，将带电作业机器人运输到作业处，检查确认机器人正常，准备就绪。然后，利用配套上下线装置将带电作业机器人上线。在其行走过程中将经历上下坡和越障过程。上下坡时以旋转关节三调节机箱1姿态和压紧轮20压紧来适应，越障时根据障碍物和坡度大小可直接滚过或通过关节配合越障。此移动平台能越的最大障碍物为带侧边均压环的直线悬垂，以下将描述详细过程。

当遇小障碍物如四分裂间隔棒34时，前方压紧机构3打开，机器人继续前进，前方的行走轮轴11(下称“前行走轮轴”，对应的称另外一个轮轴为“后行走轮轴”)直接滚过四分裂间隔棒34上线夹，如图14a，此时由于行走轮6的内滚轮挡边直径较小，故不会与间隔棒上线夹干涉，如图14b。当前行走轮轴滚过间隔棒后，压紧机构3压紧。后行走轮轴越间隔棒方式与前行走轮轴一致。

当遇直线杆塔，带电作业机器人靠近直线悬垂35且不碰到均压环36时，准备越障。机器人前行走轮轴11上的压紧机构3松开，伸缩关节14升起以抬起此端行走机构3直至行走轮挡边完全脱离导线；通过旋转关节一15调节抬起的行走机构3与横臂16的夹角，直至与横臂16平行，如图15a；后行走轮轴的两行走轮6和辅助行走轮25继续前进，直到辅助行走轮25运动到障碍物前面，此时通过横臂16上的横移滑块17的移动和后行走轮轴继续驱动使得带电作业机器人继续前行，直到前行走轮轴越过悬垂，此时前行走轮轴回转至与横臂16垂直状态，伸缩关节14缩回，以缓慢将抬起的行走机构3放下使其上的行走轮6落线，对应的压紧机构3压紧，此时前行走轮轴越障完成。然后通过伸缩关节14继续回缩，而使辅助行走轮25上升直至其挡边脱线，通过旋转关节二26将辅助行走轮25转向背离四分裂导线33方向，通过横臂16上的横移关节动作移动使辅助行走轮25向前运动并越过障碍，如图15b；通过旋转关节二26将其转回，再通过伸缩关节14伸长，使得辅助行走轮25相对于行走机构3降低，直至辅助行走轮25落线。最后后行走轮轴处的压紧机构3松开，伸缩关节14继续伸长，以抬起后端行走机构3直至此端行走轮挡边脱线，再通过旋转关节一15调节此行走机构3与横臂16夹角，直至与横臂16平行；前方的行走机构4和辅助行走轮25驱动机器人前进，后行走轮轴越过悬垂，如图15c；然后后行走轮轴回转回与横臂16垂直角度，伸缩关节14回缩，缓慢将抬起的此行走机构3放下使其上行走轮6落线，对应的压紧机构3压紧，完成大尺寸障碍物越障，如图15d。以此方式越障，每个关节的运动都主动控制，且整个越障过程过至少保持三个行走轮6在线上，越障更加安全可靠。

下面介绍一下本发明作业机器人的工作流程：

首先操作地面基站使带电作业机器人按需要进行线上行走(上下坡)或越障以到达作业点附近。

当带电作业机器人到达作业点时开始工作，以四分裂线路引流板螺栓紧固为例，如图11所示，带电作业机器人的作业机械臂39的作业路径规划如下：首先，利用与行走载体横臂上的横移关节和竖臂上的纵移关节48配合，大范围粗调作业机械臂39位置，再调节作业机械臂39的扭转关节47使末端旋转平台45能到达预定角度，当进行下相线耐张线夹引流板螺栓拧紧时，末端旋转平台45停留在下相线路下方，纵移滑块50与下相线路保持一定距离不再滑动，再利用俯仰关节43进行适当地微调；当进行上相耐张线夹螺栓拧紧时，一级横移关节46和二级横移关节44通过配合收起，末端旋转平台45上搭载的作业末端可穿过两线束中间实现上相线的作业，无须旋转出与线路不干涉的位置。而后可调节一级横移关节46、俯仰关节43使作业末端接近待作业的对象，再调节二级横移关节44可以使作业末端进一步接近待作业对象，若是引流板螺栓轴线出现歪斜的情况，可调节末端旋转平台45让作业末端的作业方向与所需的位姿方向大致保持一致，此时便可进行检修作业。该机器人的作业末端通过固螺栓机构41套筒固定住螺栓头，拧螺栓机构42套筒套住螺母并对其提供拧紧力矩，当达到预定拧紧力矩时完成螺栓紧固，当完成一个作业点多项同类任务后，即完成耐张线夹螺栓紧固的任务后，作业机械臂39归位，机器人离开。此作业方式不局限于该项作业任务，面向不同作业任务时可复合对应不同作业末端，通过行走载体、作业机械臂39和作业末端的配合，完成多任务和角度的大范围作业。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了机箱1，机架2，压紧机构3，行走机构4，辅助机构5，行走轮6，滚轮毂7，驱动盘8，驱动轴9，滚动轴承10，行走轮轴11，行走电机12，竖臂13，伸缩关节14，旋转关节一15，横臂16，横移滑块17，纵移导轨18，夹爪19，压紧轮20，压紧轮支架21，压紧电机22，压紧丝杆23，齿条24，辅助行走轮25，旋转关节二26，压紧支架27，部分齿齿轮28，辅助轮支架29，辅助轮轴30，旋转关节三31，横移电机32，四分裂导线33，四分裂间隔棒34，直线悬垂35，均压环36，外滚轮挡边37，内滚轮挡边38，作业机械臂39，U型支架40，固螺栓机构41，拧螺栓机构42，俯仰关节43，二级横移关节44，末端旋转平台45，一级横移关节46，扭转关节47，纵移关节48，纵移滑轨49，纵移滑块50，纵移电机51，纵移齿轮箱52，一级横移电机53，一级横移滑轨54，横移滑台55，连接台56，俯仰电机57，俯仰齿轮箱58，俯仰连杆59，蜗杆电机60，蜗轮61，蜗杆62，涡轮蜗杆箱63，主臂64等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：包括行走载体和作业机构，所述行走载体用于在输电线路上行走和越障，所述作业机构通过纵移关节安装在行走载体上，所述作业机构包括作业机械臂和安在作业机械臂端部的作业末端，所述作业机械臂包括主臂、第一横臂、第二横臂和俯仰连杆，所述主臂一端通过竖直面内旋转的扭转关节安装在纵移关节上，另一端与第一横臂相连，所述第一横臂上设有一级横移关节，所述俯仰连杆一端通过俯仰关节安装在一级横移关节上，另一端与第二横臂相连，所述第二横臂上设有二级横移关节，所述二级横移关节上设有用于安装作业末端的末端旋转平台。

2.如权利要求1所述的一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：所述作业末端包括U型支架、拧螺栓机构和固螺栓机构，所述U型支架安装在末端旋转平台上，所述拧螺栓机构和固螺栓机构通过平移进给关节分别相对的安装在U型支架的两端上。

3.如权利要求1所述的一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：所述主臂为设于行走载体内侧的横臂，所述第一横臂和第二横臂相互平行设置。

4.如权利要求2所述的一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：所述行走载体包括机架、辅助机构和两个行走机构，所述机架包括横臂和竖臂，所述竖臂顶部设有伸缩关节，所述伸缩关节通过横移关节安装在横臂上，所述纵移关节安装在竖臂中部，竖臂下端通过旋转关节三安装有机箱；

横臂和竖臂形成T字型的机架，两个行走机构分别通过水平面内的旋转关节一安装在横臂两端，通过旋转关节一可以调节行走机构与横臂的夹角，所述行走机构包括行走轮、驱动行走轮的行走电机和用于压紧输电线路的压紧机构；

所述辅助机构设于两个行走机构之间，所述辅助机构包括辅助行走轮，所述辅助行走轮通过水平面内的旋转关节二安装在竖臂上。

5.如权利要求4所述的一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：每个行走机构的行走轮有两个，两个行走轮之间通过驱动轴同轴无差速相连，其中内侧行走轮安装于行走轮轴一端，所述行走轮轴另一端连接旋转关节一，所述行走电机嵌装在行走轮轴内，且与驱动轴相连。

6.如权利要求4所述的一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：对于每个行走机构的两个行走轮，行走轮上外滚轮挡边直径大于内滚轮挡边直径。

7.如权利要求4所述的一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：所述压紧机构包括压紧轮、夹爪、压紧支架和旋转运动装置，所述压紧轮安装在夹爪一端，由良好导电材料所制，夹爪另一端通过转动副安装在压紧支架上，所述压紧支架与行走轮轴固定相连，通过旋转运动装置驱动夹爪绕其转动副旋转，从而实现压紧轮的压紧或松开。

8.如权利要求4所述的一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：通过选择不同行走轮数量和设计不同的的轴、臂、杆尺寸，机器人可适应适应单、双、四、六分裂线路行走、越障和作业。

9.如权利要求1所述的一种架空高压输电线路带电作业机器人，其特征在于：所述作业末端与末端旋转平台可拆卸式相连，末端旋转平台上设转接口。

10.一种利用权利要求4至8任意一项所述的一种架空高压输电线路带电作业机器人的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将带电作业机器人上线；

步骤2、带电作业机器人在输电线路上运动至作业点；

步骤3、首先利用竖臂上的纵移关节和横臂上的横移关节大范围调整作业末端位置，使作业末端接近作业点；

步骤4、调节作业机械臂的扭转关节使末端旋转平台能到达预定高度和角度，其间利用两级横移关节和末端旋转平台配合以使作业机构和线路环境不干涉；

步骤5、再利用末端旋转平台配合两级横移关节以使作业点位于作业末端U型支架两端中间；

步骤6、利用竖臂上的纵移关节和作业机械臂的俯仰关节将作业末端送至作业点所需高度和角度后，再利用横臂上的横移关节将整个作业机构进给至作业点；

步骤7、微调作业末端的拧螺栓机构和固螺栓机构的转角和进给关节，套筒套入螺母后开始进行作业。

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