CN109773808A - 一种巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巡检机器人，包括控制箱、主支架、四连杆机构、行走机构和安全机构，所述主支架的中部下侧设有所述控制箱，所述主支架的两端上部设有所述四连杆机构，所述四连杆机构的顶部侧面设有所述行走机构，所述行走机构上设有所述安全机构。该巡检机器人，越障能力强，爬坡角度大，结构稳固，体积小，质量轻、行走时安全性好，控制精度高，实时性好，尤其是方便调整，可以顺利越障，提高越障的效率。

Description

一种巡检机器人

技术领域

本发明涉及巡检设备技术领域，具体涉及一种巡检机器人。

背景技术

由于我国人多地广，许多偏远地区的地理位置复杂，因而长期受到无电的困扰。近年来，随着我国国民经济的发展，许多偏远地区也逐渐实现电力资源的普及，但由于距离遥远，单使用高压输电线传输会大大提高经济投入，所以超高压输电线传输应运而生。移动机器人技术的发展，为架空超高压电力线的巡检提供了新的技术平台，但是基于现实状况，大部分巡检机器人越障能力有限，尤其不能是跨越引流线，或者部分机器人能实现越障功能。

比如专利号为CN201810370199.5的一种重心自动调节的输电线路巡检机器人，通过设置前臂、中臂和后臂这三只手臂，在驱动机构的作用下实现在输电线上的行走；通过伸缩机构实现机体在竖直方向的伸缩动作，即伸开、收缩状态；通过开合机构实现驱动机构开合动作，即打开、闭合的状态；通过横向滑移机构实现箱体在水平方向的平移动作，即左滑、右滑状态；通过夹持机构实现中臂的开合动作，即打开、闭合状态；通过俯仰机构实现前后手臂的摆动，即摆出、收回。由此在遇到障碍物时，三只手臂相配合进行有序的伸开、收缩，打开、闭合以及前后臂的摆出收回和中臂的打开、闭合，箱体的左右滑移动作以实现对障碍物的跨越功能。但是该巡检机器人虽然能实现基本的越障功能，但是该巡检机器人通过夹持机构和开合机构对驱动轮进行调节，使驱动轮可以顺利匹配在电线上，但是在夹持机构和开合机构打开的情况下，存在巡检机器人从输电线上掉落的风险，存在很大的安全隐患。除此之外，该巡检机器人的结构复杂，故控制难，且体积大，为机器人的巡检和运输工作带来了不便，影响巡检的效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种巡检机器人，越障能力强，爬坡角度大，结构稳固，体积小，质量轻、行走时安全性好，控制精度高，实时性好，尤其是方便调整，可以顺利越障，提高越障的效率。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种巡检机器人，包括控制箱、主支架、四连杆机构、行走机构和安全机构，所述主支架的中部下侧设有所述控制箱，所述主支架的两端上部设有所述四连杆机构，所述四连杆机构的顶部侧面设有所述行走机构，所述行走机构上设有所述安全机构。

优选的，所述四连杆机构包括基座连杆、关节电机、升降杆驱动电机和升降支架，所述基座连杆的上部水平设置有升降杆驱动电机，所述基座连杆的下部竖直设置有关节电机，所述关节电机连接主支架，所述升降杆驱动电机连接有主动关节组件，所述主动关节组件连接于所述升降支架的上部，所述基座连杆的下部设有从动关节组件，所述从动关节组件连接于所述升降支架的下部。

优选的，所述主动关节组件包括第一主动关节、第二主动关节和主动关节连杆，所述主动关节连杆的左端连接有第一主动关节，所述第一主动关节的中部套接升降杆驱动电机的输出轴，所述主动关节连杆的右端连接有第二主动关节，所述第二主动关节的中部套接于所述升降支架的上部。

优选的，所述从动关节组件包括第一从动关节、第二从动关节和从动关节连杆，所述从动关节连杆的左端连接有第一从动关节，所述第一从动关节的中部套接于所述基座连杆的下部，所述从动关节连杆的右端连接有第二从动关节，所述第二从动关节的中部套接于所述升降支架的下部。

优选的，所述升降支架呈倒“L”型，所述升降支架包括竖直杆部和水平杆部，所述竖直杆部的顶部侧面连接所述主动关节组件，所述竖直杆部的底部侧面连接所述从动关节组件，所述水平杆部侧部连接所述行走机构。

优选的，所述行走机构包括驱动电机、联轴器、驱动轴和驱动轮，所述驱动电机安装于所述升降支架的下部，所述联轴器、驱动轴和驱动轮均设置有两副，所述驱动电机的两端均设有输出轴，所述联轴器连接所述联轴器，所述联轴器连接所述驱动轴，所述驱动轴连接所述驱动轮。

优选的，所述驱动轴的外部套设有驱动轴外壳。

优选的，所述安全机构包括安全卡座和锁紧装置，所述锁紧装置包括锁紧轮组件、锁紧轮杆、锁紧轮杠杆和锁紧轮电机，所述锁紧轮电机固定安装于所述安全卡座的侧部，所述锁紧轮电机的输出端铰接于锁紧轮杠杆的一端，所述锁紧轮杠杆的另一端连接于所述锁紧轮杆的中部，所述锁紧轮杠杆的中部设有支点杆，所述支点杆固定安装于所述安全卡座上，所述锁紧轮杆的两端设有锁紧轮组件。

优选的，所述安全卡座靠近锁紧轮电机一侧的端部设有安全卡旋转轴，所述安全卡旋转轴连接有安全卡旋转电机，所述安全卡旋转电机的顶部设有安全卡旋转电机座，所述安全卡旋转电机座设置于行走机构上。

优选的，所述锁紧轮组件包括U型锁紧轮轴承架、缩紧轮和缩紧轮轴，所述U型锁紧轮轴承架的下部通过紧固件固定安装于所述锁紧轮杠杆的两端，所述缩紧轮通过缩紧轮轴可旋转地安装于所述U型锁紧轮轴承架的内侧面上。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种巡检机器人，越障能力强，爬坡角度大，结构稳固，体积小，质量轻、行走时安全性好，控制精度高，实时性好，尤其是方便调整，可以顺利越障，提高越障的效率。具体具有以下效果：

1、安全保护性好：通过设置安全机构，其中锁紧轮带有轴承，可随着机器人的移动被动转动。两个锁紧轮通过锁紧轮杆安装在锁紧轮杠杆上，锁紧轮杠杆的支点在安全卡座上，锁紧轮杠杆通过安装在安全卡座上的锁紧轮电机(该锁紧轮电机为现有技术的丝杠电机)转动实现自身的翘起和下落，从而实现锁紧轮的放松和锁紧。安全卡座通过安全卡旋转电机安装在安全卡旋转电机座上，通过安全卡旋转电机的电机轴的转动，实现安全卡座和行走机构的驱动轮的闭合和送开，不同于背景技术的专利的夹持机构和开合机构，由于通过安全机构，可完全锁死驱动轮，至少保证有一个驱动轮完全锁死在输电线上，保证驱动轮不会从输电线上滑落，保证了机器人运行的稳定，提高了整个机构的安全性能。

2、爬行越障能力强：巡检机器人的前后两个升降支架均安装有行走机构，行走机构的驱动轮有大功率驱动电机控制驱动，故其行走能力强，采用前后前后两个升降支架，分别有行走机构，实现四轮驱动，能够跨越输电线上的悬垂线夹、防震锤、引流线等障碍，甚至可以跨越部分直径较小的电线杆，爬坡角度大，越障功能强大。

3、控制简单，精度高：通过设置控制箱，控制箱里面有各种控制单元、电机驱动器等电器元件，是机器人的大脑核心单元，且匹配设置有摄像头和红外探测仪，能够将行走过的线路信息通过无线网桥清晰地传输给地面基站，保证了输电线路巡检工作的质量；还可远程控制，可广泛应用于输电线路的巡检工作。实现了行走、越障时的自动控制，其越障时间短，效率高。

4、调节性能好，通过设置四连杆机构，可实现整个行走机构的升降调节和旋转调节，调节简单灵活，可适应各种输电线上的悬垂线夹、防震锤、引流线、电线杆等障碍。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例1中一种巡检机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例1中四连杆机构的结构示意图；

图3为本发明实施例1中主动关节组件的结构示意图；

图4为本发明实施例1中从动关节组件的结构示意图；

图5为本发明实施例1中行走机构的外部结构示意图；

图6为本发明实施例1中行走机构的内部截面结构示意图；

图7为本发明实施例1中行走机构和四连杆机构相互匹配连接的结构示意图；

图8为本发明实施例1中安全机构的结构示意图；

图9为本发明实施例1中锁紧装置的结构示意图；

图10为本发明实施例1中锁紧轮组件的结构示意图；

图11为本发明实施例1中一种巡检机器人设置在输电线上的结构示意图；

图12为本发明实施例2中丝杠电机驱动的电动升降杆机构的结构示意图；

图13为本发明实施例2中一种巡检机器人设置在输电线上的结构示意图；

图14为本发明中巡检机器人可越障尺寸的结构示意图。

图中：1-控制箱；2-主支架；3-四连杆机构；4-行走机构；5-安全机构；6-基座连杆；7-关节电机；8-升降杆驱动电机；9-升降支架；10-主动关节组件；11-从动关节组件；12-第一主动关节；13-第二主动关节；14-主动关节连杆；15-第一从动关节；16-第二从动关节；17-从动关节连杆；18-竖直杆部；19-水平杆部；20-驱动电机；21-联轴器；22-驱动轴；23-驱动轮；24-驱动轴外壳；25-安全卡座；26-锁紧装置；27-锁紧轮组件；28-锁紧轮杆；29-锁紧轮杠杆；30-锁紧轮电机；31-支点杆；32-安全卡旋转轴；33-安全卡旋转电机；34-安全卡旋转电机座；35-U型锁紧轮轴承架；36-缩紧轮；37-缩紧轮轴；38-紧固件；39-旋转调节电机；40-竖直筒体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1

参看图1，一种巡检机器人，包括控制箱1、主支架2、四连杆机构3、行走机构4和安全机构5，所述主支架2的中部下侧设有所述控制箱1，控制箱1里面有各种控制单元、电机驱动器等电器元件，所述主支架2的两端上部设有所述四连杆机构3，所述四连杆机构3的顶部侧面设有所述行走机构4，所述行走机构4上设有所述安全机构5。具体地，四连杆机构3、行走机构4和安全机构5均设置有两副，形成巡检机器人的前臂部分和后臂部分，前臂部分位于所述主支架2的前部，后臂部分位于所述主支架2的后部，前臂部分和后臂部分的结构相同且均可以实现升降、旋转、行走和安全锁紧。

具体地，在本实施例中，参看图2和图7，所述四连杆机构3包括基座连杆6、关节电机7、升降杆驱动电机8和升降支架9，所述基座连杆6的上部水平设置有升降杆驱动电机8，所述基座连杆6的下部竖直设置有关节电机7，所述关节电机7连接主支架2，所述升降杆驱动电机8连接有主动关节组件10，所述主动关节组件10连接于所述升降支架9的上部，所述基座连杆6的下部设有从动关节组件11，所述从动关节组件11连接于所述升降支架9的下部。四连杆机构3具有带动行走机构4旋转和升降两个功能，当行走机构4需要进行旋转运动时，四连杆机构3在关节电机7的驱动下，可以绕基座连杆6的安装关节部位一定的角度旋转，具体可通过控制箱1的控制单元实现行走机构4的旋转控制。此时升降杆驱动电机8在自锁下保持水平常态，也可在升降杆驱动电机8的驱动下保持升起常态，从而配合其他部位实现机器人的越障。当行走机构4需要进行升降运动时，可通过升降杆驱动电机8带动主动关节组件10做旋转运动，从而使从动关节组件11跟着做旋转运动，这样就可以带动升降支架9进行升降运动，实现行走机构4的竖直升降，从而配合其他部位实现机器人的越障。

具体地，在本实施例中，参看图3，所述主动关节组件10包括第一主动关节12、第二主动关节13和主动关节连杆14，所述主动关节连杆14的左端连接有第一主动关节12，所述第一主动关节12的中部套接升降杆驱动电机8的输出轴，所述主动关节连杆14的右端连接有第二主动关节13，所述第二主动关节13的中部套接于所述升降支架9的上部。

具体地，在本实施例中，参看图4，所述从动关节组件11包括第一从动关节15、第二从动关节16和从动关节连杆17，所述从动关节连杆17的左端连接有第一从动关节15，所述第一从动关节15的中部套接于所述基座连杆6的下部，所述从动关节连杆17的右端连接有第二从动关节16，所述第二从动关节16的中部套接于所述升降支架9的下部。

具体地，在本实施例中，参看图2和图7，所述升降支架9呈倒“L”型，所述升降支架9包括竖直杆部18和水平杆部19，所述竖直杆部18的顶部侧面连接所述主动关节组件10，所述竖直杆部18的底部侧面连接所述从动关节组件11，所述水平杆部19侧部连接所述行走机构4。

具体地，在本实施例中，参看图5、图6和图7，所述行走机构4包括驱动电机20、联轴器21、驱动轴22和驱动轮23，所述驱动电机20安装于所述升降支架9的下部，所述联轴器21、驱动轴22和驱动轮23均设置有两副，所述驱动电机20的两端均设有输出轴，所述联轴器21连接所述联轴器21，所述联轴器21连接所述驱动轴22，所述驱动轴22连接所述驱动轮23。所述驱动轴22的外部套设有驱动轴外壳24。所述驱动电机20的外部套设有驱动电机座，驱动电机座设置于升降支架9的水平杆部19的下部。行走机构4设置有两副，每副行走机构4匹配有一台驱动电机20、两个联轴器21、两根驱动轴22和两个驱动轮23，具体地，当巡检机器人需要再输电线上行走时，通过驱动电机20带动左右两端的电机输出轴同时运动，在联轴器21的作用下，带动驱动轮23在输电线上行走，驱动电机20为大功率的电机控制，是机器人在输电线上行走的主动力来源，控制驱动电机20的转停即可实现巡检机器人的行走和停止。

具体地，在本实施例中，参看图8、图9和图10，所述安全机构5包括安全卡座25和锁紧装置26，所述锁紧装置26包括锁紧轮组件27、锁紧轮杆28、锁紧轮杠杆29和锁紧轮电机30，所述锁紧轮电机30固定安装于所述安全卡座25的侧部，所述锁紧轮电机30的输出端铰接于锁紧轮杠杆29的一端，所述锁紧轮杠杆29的另一端连接于所述锁紧轮杆28的中部，所述锁紧轮杠杆29的中部设有支点杆31，所述支点杆31固定安装于所述安全卡座25上，所述锁紧轮杆28的两端设有锁紧轮组件27。

具体地，在本实施例中，参看图8、图9和图10，所述安全卡座25靠近锁紧轮电机30一侧的端部设有安全卡旋转轴32，所述安全卡旋转轴32连接有安全卡旋转电机33，所述安全卡旋转电机33的顶部设有安全卡旋转电机座34，所述安全卡旋转电机座34设置于行走机构4上。

具体地，在本实施例中，参看图8、图9和图10，所述锁紧轮组件27包括U型锁紧轮轴承架35、缩紧轮36和缩紧轮轴37，所述U型锁紧轮轴承架35的下部通过紧固件38固定安装于所述锁紧轮杠杆29的两端，所述缩紧轮36通过缩紧轮轴37可旋转地安装于所述U型锁紧轮轴承架35的内侧面上。

通过设置安全机构5，其中锁紧轮带有轴承，可随着机器人的移动被动转动。两个锁紧轮通过锁紧轮杆28安装在锁紧轮杠杆29上，锁紧轮杠杆29的支点在安全卡座25上，锁紧轮杠杆29通过安装在安全卡座25上的锁紧轮电机30(该锁紧轮电机30为现有技术的丝杠电机)转动实现自身的翘起和下落，从而实现锁紧轮的放松和锁紧。安全卡座25通过安全卡旋转电机33安装在安全卡旋转电机座34上，通过安全卡旋转电机33的电机轴的转动，实现安全卡座25和行走机构4的驱动轮23的闭合和送开，不同于背景技术的专利的夹持机构和开合机构，由于通过安全机构5，可完全锁死驱动轮23，至少保证有一个驱动轮23完全锁死在输电线上，保证驱动轮23不会从输电线上滑落，保证了机器人运行的稳定，提高了整个机构的安全性能。

本发明的工作原理：

(一).机器人正常行驶状态：

此时，安全装置工作状态，防止机器人侧翻坠落，示意图如图11所示。

(二).机器人的避障状态：

过程1：后面的驱动轮23锁紧

前面的驱动轮23运动停止，后面的驱动轮23通过安全机构5，由锁紧轮驱动电机20动作，下拉锁紧杠杆，使锁紧轮与电线接触，从而与驱动轮23共同作用，卡牢巡检机器人防止打滑。同时由于锁紧轮的特殊结构，同时保持机器人前后方向的倾倒。

过程2：前面的驱动轮23的安全机构5松开

待后面的驱动轮23锁紧后，前面的驱动轮23的安全机构5逆时针旋转90°，使前面的安全机构5松开。

过程3：前面的驱动轮23升起同时旋转90°

前面的驱动轮23通过前面的四连杆机构3上升至一定角度后依靠关节电机7锁紧后，此时四连杆基座关节电机7向外旋转90°。

过程4：后面的驱动轮23的安全机构5松开，同时后面的驱动前轮前进

过程5：后面的驱动轮23锁紧

后面的驱动轮23前进到靠近障碍物后，后面的驱动轮23的安全机构5锁紧。

过程6：前面的驱动轮23回位锁紧

前面的驱动轮23回转90°后，将驱动轮23降落至输电线上，然后安全机构5回转90°后，前面的安全机构5锁紧轮闭合锁紧。

过程7：后面的驱动轮23的四连杆升起

后面的驱动轮23的安全机构5逆时针转动90°，后面的驱动轮23上升至一定高度后，逆时针转动90°。

过程8：前面的驱动轮23前进

前面的驱动轮23的锁紧机构松开，前面的驱动轮23前进至合适位置。

过程9：后面的驱动轮23回归电线上，越障完毕

待前面的驱动轮23行驶到合适位置后，前面的驱动轮23的安全机构5锁紧，防止巡检机器人整体滑动，后面的驱动轮23顺指针旋转90°，之后四连杆机构3降低合适位置使两侧驱动轮23均落在输电线上，然后，后面的驱动轮23的安全机构5顺时针旋转90°，至此，越障完成。待前面的驱动轮23的安全机构5松开后可继续前进。

针对不同的障碍物给出越障尺寸参数。障碍物类型主要包括：防震锤、连接环、间隔器、悬垂线夹、绝缘子和电线杆等。

以上的障碍物以电线杆的尺寸最大，因此，防震锤、连接环、间隔器、悬垂线夹、绝缘子的越障方式可参考电线杆的越障方式。

依据本发明设计的巡检机器人越障工作方式可得出该机器人的越障尺寸区域为S＝L*W

其中L是巡检机器人的越障轮杆间距，W为巡检机器人行走轮之间的间距，据图如下图所示；

障碍物的长度L1≦L，且宽度W1≦W，机器人都能越过去，跟障碍物形状无关，具体可参看图14。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是：具体参看图12和图13，四连杆机构3可以改成丝杠电机驱动的电动升降杆机构也可实现同种功能，其他技术特征与实施例1相同。具体地，丝杠电机驱动的电动升降杆机构包括底部的旋转调节电机39、竖直筒体40和丝杠电机(图中未画出)，所述旋转调节电机39位于所述丝杠电机驱动的电动升降杆机构的底部，作用于实施例1中的关节电机7相同，旋转调节电机39的上部设有竖直筒体40，所述竖直筒体40内设有丝杠电机连接有升降支架9。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种巡检机器人，其特征在于：包括控制箱、主支架、四连杆机构、行走机构和安全机构，所述主支架的中部下侧设有所述控制箱，所述主支架的两端上部设有所述四连杆机构，所述四连杆机构的顶部侧面设有所述行走机构，所述行走机构上设有所述安全机构。

2.根据权利要求1所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述四连杆机构包括基座连杆、关节电机、升降杆驱动电机和升降支架，所述基座连杆的上部水平设置有升降杆驱动电机，所述基座连杆的下部竖直设置有关节电机，所述关节电机连接主支架，所述升降杆驱动电机连接有主动关节组件，所述主动关节组件连接于所述升降支架的上部，所述基座连杆的下部设有从动关节组件，所述从动关节组件连接于所述升降支架的下部。

3.根据权利要求2所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述主动关节组件包括第一主动关节、第二主动关节和主动关节连杆，所述主动关节连杆的左端连接有第一主动关节，所述第一主动关节的中部套接升降杆驱动电机的输出轴，所述主动关节连杆的右端连接有第二主动关节，所述第二主动关节的中部套接于所述升降支架的上部。

4.根据权利要求2所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述从动关节组件包括第一从动关节、第二从动关节和从动关节连杆，所述从动关节连杆的左端连接有第一从动关节，所述第一从动关节的中部套接于所述基座连杆的下部，所述从动关节连杆的右端连接有第二从动关节，所述第二从动关节的中部套接于所述升降支架的下部。

5.根据权利要求2所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述升降支架呈倒“L”型，所述升降支架包括竖直杆部和水平杆部，所述竖直杆部的顶部侧面连接所述主动关节组件，所述竖直杆部的底部侧面连接所述从动关节组件，所述水平杆部侧部连接所述行走机构。

6.根据权利要求1所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述行走机构包括驱动电机、联轴器、驱动轴和驱动轮，所述驱动电机安装于所述升降支架的下部，所述联轴器、驱动轴和驱动轮均设置有两副，所述驱动电机的两端均设有输出轴，所述联轴器连接所述联轴器，所述联轴器连接所述驱动轴，所述驱动轴连接所述驱动轮。

7.根据权利要求6所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述驱动轴的外部套设有驱动轴外壳。

8.根据权利要求1所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述安全机构包括安全卡座和锁紧装置，所述锁紧装置包括锁紧轮组件、锁紧轮杆、锁紧轮杠杆和锁紧轮电机，所述锁紧轮电机固定安装于所述安全卡座的侧部，所述锁紧轮电机的输出端铰接于锁紧轮杠杆的一端，所述锁紧轮杠杆的另一端连接于所述锁紧轮杆的中部，所述锁紧轮杠杆的中部设有支点杆，所述支点杆固定安装于所述安全卡座上，所述锁紧轮杆的两端设有锁紧轮组件。

9.根据权利要求8所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述安全卡座靠近锁紧轮电机一侧的端部设有安全卡旋转轴，所述安全卡旋转轴连接有安全卡旋转电机，所述安全卡旋转电机的顶部设有安全卡旋转电机座，所述安全卡旋转电机座设置于行走机构上。

10.根据权利要求8所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述锁紧轮组件包括U型锁紧轮轴承架、缩紧轮和缩紧轮轴，所述U型锁紧轮轴承架的下部通过紧固件固定安装于所述锁紧轮杠杆的两端，所述缩紧轮通过缩紧轮轴可旋转地安装于所述U型锁紧轮轴承架的内侧面上。