CN109848952A - 一种输电线路二臂巡检机器人 - Google Patents

Abstract

一种输电线路二臂巡检机器人，包括底座，底座上设置有两套夹持行走机构；所述夹持行走机构包括机箱、支撑柱、支撑柱升降机构、夹紧臂和夹紧臂转动机构，支撑柱升降机构和夹紧臂转动机构均安装在机箱上，支撑柱连接在支撑柱升降机构上，夹紧臂连接在夹紧臂转动机构上并与机箱铰接，夹紧臂的上部设置有行走驱动机构；行走驱动机构上安装有上压紧驱动轮，支撑柱上安装有下压紧驱动轮。该机器人采用两套夹持行走机构，驱动轮以同样的转速，保证了整体运行稳定性和越障稳定性，在前进速度上亦有很高的速度性能水平。实现了翻越防振锤和耐张线夹，绕过悬垂线夹和跳线等阻碍，增加了安全系数，避免了高空坠落。

Description

一种输电线路二臂巡检机器人

技术领域

本发明涉及一种用于输电线路巡检的机器人，属于输电线路巡检技术领域。

背景技术

随着对输电线路的安全性和可持续性要求越来越高，线缆巡检工作的重要性尤为突出。在早期巡检工作中，其主要由人工完成各项程序。但在这过程中，存在着人力成本日渐高涨，人工劳作效率低，高空作业人身风险大，强电磁工作环境具有未知影响等因素的出现。

高压线缆巡检机器人的出现越发显得重要。巡检机器人需要有足够的速度在架空线缆上运动，并能翻越防振锤、耐张线夹，绕过悬垂线夹、跳线等阻碍，而且还要具有刹车自锁功能，增加安全系数，避免高空坠落。

目前的输电线路巡检装置主要有以下几种：

1.采用上下两套夹紧轮夹持、其中上方一对作为主驱动轮的方法进行行走越障的工作。不过这一机器人重量太大，超过了100KG，从而在大规模推广应用方面，有很大局限性。

2.自主工作的巡检小车，这种遥控小车采用了模块化设计。具有重量轻，动力大，通信距离远等优点，而且可以在很高的电磁强度下持续工作。但是在满足了上述的功能要求后它也牺牲了自己的越障能力，只能在直线上工作，是其一大不足之处。

3.悬臂型巡检机器人，可以实现沿输电线路长距离爬行，执行多种探测工作。但其悬臂数量太多，而且越障的距离有限，无法越过外形较大的障碍物，因此只能在一定范围内使用。

因此，亟需研发一台具有在架空线路(其上有大于500千伏的高压)良好运行的可以自动翻越阻碍并在线缆上有效率爬升的机器人。

发明内容

本发明针对现有输电线路二臂巡检技术存在的不足，提供一种可以自动翻越阻碍并在线缆上有效率爬升的输电线路二臂巡检机器人。

本发明的输电线路二臂巡检机器人，采用以下技术方案：

该巡检机器人，包括底座，底座上设置有两套夹持行走机构；所述夹持行走机构包括机箱、支撑柱、支撑柱升降机构、夹紧臂和夹紧臂转动机构，支撑柱升降机构和夹紧臂转动机构均安装在机箱上，支撑柱连接在支撑柱升降机构上，夹紧臂连接在夹紧臂转动机构上并与机箱铰接，夹紧臂的上部设置有行走驱动机构；行走驱动机构上安装有上压紧驱动轮，支撑柱上安装有下压紧驱动轮。

所述两套夹持行走机构中的一套连接在伸缩机构上，该伸缩机构支撑板与设置在底座中。这样可使一套夹持行走机构在伸缩机构带动下实现水平伸缩，改变两套夹持行走机构的间距。所述伸缩机构包括电机、减速机构和螺杆，电机与减速机构的输入端连接，螺杆与减速机构的输出端连接。螺杆安装在底座上，螺杆上连接有滑块，滑块上固连接支撑板。一套夹持行走机构设置在支撑板上。电机通过减速机构带动螺杆转动，使滑块左右移动，滑块带动支撑板由底座中伸出或缩回。从而实现了一套夹持行走机构的横向伸缩，以便进行越障操作。

所述两套夹持行走机构相对布置，其上各零部件呈对称状布置，以适合维持平衡。

所述行走驱动机构包括驱动箱、驱动轴和减速传动机构，驱动轴和减速传动机构均安装在驱动箱中，驱动轴与减速传动机构连接，驱动轴伸出驱动箱的一端设置所述上压紧驱动轮。所述减速传动机构为由电机带动的一级直齿轮传动，电机与减速机构的输入端连接，其输出端与驱动轴连接，电机和减速机构设置在驱动箱中。

所述支撑柱上的下压紧驱动轮有两个，与行走驱动机构上的一个上压紧驱动轮形成正三角排列，作为夹紧线缆的装置。

所述夹紧臂转动机构包括蜗轮蜗杆机构和电机，蜗轮安装在夹紧臂上，电机安装在所述机箱上，电机与蜗杆连接。电机带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，再通过蜗轮实现夹紧臂绕铰轴转动。

所述支撑柱升降机构设置在支座中，包括电机、传动换向机构和丝杠，电机安装在支座内，所述传动换向机构为锥齿轮传动机构，电机与传动换向机构的输入端连接，丝杠安装在支座内，丝杠的下端与传动换向机构的输出端连接，丝杠上连接有滑块，滑块上固定连接所述支撑柱。电机通过传动换向机构带动丝杠转动，转动的丝杠带动滑块上下移动，支撑柱随滑块移动，从而实现下压紧驱动轮的升降，以便进行越障操作。

上述机器人对输电线路巡检时，将两套夹持行走机构上的上压紧驱动轮与下压紧轮置于线缆之间，通过夹紧臂转动机构带动夹紧臂向内转动，支撑柱升降机构带动支撑柱向上移动，从而使上压紧驱动轮与下压紧轮夹紧线缆。然后启动行走驱动机构，使上压紧驱动轮转动，带动整个机器人在线缆上行走。在越障时，伸缩机构伸出，使两套夹持行走机构的间距拉大。先通过夹紧臂向外转动且支撑柱向下移动使前面一套夹持行走机构上的上压紧驱动轮和下压紧驱动轮离开线缆，越过障碍物后，再压紧线缆。待前套夹持行走机构抓牢线缆之后，立即按上述过程进行另一套夹持行走机构的越障操作。

本发明采用两套夹持行走机构，驱动轮以同样的转速，在行进时保持两套夹持行走机构相对位置不变的情况下以最高的驱动速度前进。在越障操作时，通过夹紧臂使机器人分离线缆，利用伸缩机构使夹持行走机构伸出，调整两套夹持行走机构的间距。在保证越障稳定性的同时，在前进速度上亦有很高的速度性能水平。

本发明采用可靠的丝杠传动、蜗轮蜗杆传动等自锁驱动机构，形成合理的稳定区间，对于机身的整体稳定性有比较大的保证。具有足够的速度在架空线缆上运动，并能翻越防振锤、耐张线夹，绕过悬垂线夹、跳线等阻碍，而且还具有刹车自锁功能，增加了安全系数，避免了高空坠落。

附图说明

图1是本发明输电线路二臂巡检机器人的总体结构示意图。

图2是本发明中夹持机构的结构示意图。

图3是本发明中驱动箱的内部结构示意图。

图4是本发明中支撑板伸缩机构的示意图。

图5是本发明中夹紧臂转动机构的示意图。

图6是本发明中支撑柱升降机构的示意图。

其中：1.上压紧驱动轮，2.下压紧驱动轮，3.支撑柱，4.机箱，5.支座，6.底座，7.支撑杆，8.连接件，9.夹紧臂，10.轴承座，11.轴承座，12.驱动箱，13.电机，14.减速机构，15.蜗轮蜗杆机构，16.联轴器，17.连接件，19.滑块，20.减速机构，21.丝杆，22.丝杆支持件，23.滑块，24.丝杆，25.联轴器，26.锥齿轮对，27.联轴器，28.电机，29.电机，30.电机，31.驱动轴，32.线缆。

具体实施方式

如图1所示，本发明的输电线路二臂巡检机器人包括底座6，底座6中设置有支撑板伸缩机构，支撑板伸缩机构上带有支撑板7。支撑板7在伸缩机构带动下实现水平伸缩。底座6和支撑板7上分别通过支座5设置一套夹持行走机构。两套夹持行走机构相对布置，其上各零部件呈对称状布置，以适合维持平衡。

夹持行走机构包括机箱4、支撑柱3、支撑柱升降机构、夹紧臂9和夹紧臂转动机构，支撑柱升降机构和夹紧臂转动机构均安装在机箱4上，支撑柱3连接在支撑柱升降机构上，夹紧臂9连接在夹紧臂转动机构上并与机箱4通过铰轴8铰接，夹紧臂9的上部设置有行走驱动机构。

行走驱动机构包括驱动箱12、驱动轴31和减速传动机构14，如图3所示，减速传动机构14为由电机13带动的一级直齿轮传动，电机13与减速机构14的输入端(主动齿轮)连接，其输出端(被动齿轮)与驱动轴31连接，电机13和减速机构14设置在夹紧臂9上部的驱动箱12中。驱动轴31通过轴承座11安装在驱动箱12上，并伸入驱动箱12中，驱动轴31在驱动箱12外部的一端安装有上压紧驱动轮1，上压紧驱动轮1与驱动轴31可采用一体制造。

如图2所示，支撑柱3上连接有两个下压紧驱动轮2，下压紧驱动轮2的两端通过轴承座10安装在支撑柱3的上端。一个上压紧驱动轮1和两个下压紧驱动轮2作为夹紧线缆32的装置，可以形成正三角的稳定形式，参见图2，两个下压紧轮2同时作用，可以有效地夹紧线缆32并保持运行稳定性。通过可张合的夹紧臂9模仿人手的抓取过程。支撑柱3向上托起下压紧驱动轮2，夹紧臂9带动上压紧驱动轮1向内转动，从而使上压紧驱动轮1和两个下压紧驱动轮2压紧在巡检的线缆上。上压紧驱动轮1具有驱动整个机器人前进以及配合两个下压紧驱动轮2夹紧线缆32的作用。

支撑板伸缩机构如图4所示，包括电机30、减速机构20和螺杆21，电机30与减速机构20的输入端连接，螺杆21与减速机构20的输出端连接。螺杆21的两端通过轴承水平安装在底座6上。滑块19通过内螺纹连接在螺杆21上，支撑板7和滑块19通过螺钉紧固连接。减速机构20采用一级直齿轮传动。由电机30通过减速机构20带动螺杆21转动，使滑块19左右移动，滑块19带动支撑板7由底座6中伸出或缩回。从而实现了一套夹持行走机构的横向伸缩，以便进行越障操作。

夹紧臂转动机构如图5所示，包括蜗轮蜗杆机构15、联轴器16和电机29。蜗轮安装在夹紧臂9上，电机29通过连接件17安装在机箱4上，电机29通过联轴器16与蜗杆连接，蜗杆与联轴器16之间设置推力轴承。电机29通过联轴器16带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，再通过蜗轮实现夹紧臂9绕铰轴8的转动。

支撑柱升降机构设置在支座5中，如图6所示，包括电机28、传动换向机构26和丝杠24，电机28水平安装在支座5内，传动换向机构26为锥齿轮传动机构，电机28通过联轴器27与传动换向机构26的输入端(主动锥齿轮)连接，丝杠24通过轴承竖直安装在支座5内，丝杠24的下端通过联轴器25与传动换向机构26的输出端(被动锥齿轮安装轴)连接。丝杠24上通过螺纹连接有滑块23，支撑柱3连接在丝杠24上。电机28通过锥齿轮传动换向机构26带动丝杠24转动，转动的丝杠24带动滑块23上下移动，支撑柱3随滑块23上下移动，从而实现下压紧驱动轮2的升降，以便进行越障操作。

联轴器16、联轴器25和联轴器27选取CH1-25系列联轴器，整体总重较小，外形不大，具有减震功能，能够抵消径向的位置偏差和初始间隙。

上述机器人巡检输电线路的过程如下所述。

将两套夹持行走机构上的上压紧驱动轮1与下压紧轮2置于线缆32之间，参见图1，通过夹紧臂转动机构带动夹紧臂9向内转动，支撑柱升降机构带动支撑柱3向上移动，从而使上压紧驱动轮1与下压紧轮2夹紧线缆32。然后启动行走驱动机构，使上压紧驱动轮1转动，带动整个机器人在线缆上行走。

在越障时，通过底部的支撑板伸缩机构带动支撑板7伸出，使两套夹持行走机构的间距拉大。前面一套夹持行走机构上的夹紧臂9向外转动，支撑柱3向下移动，这样使上压紧驱动轮1和下压紧驱动轮2离开线缆，使该套夹持行走机构上的驱动轮越过障碍物(此时另一套夹持行走机构仍夹持住线缆)，越过障碍物后，再使夹紧臂9向内转动且支撑柱3向上移动，使上压紧驱动轮1和下压紧驱动轮2均压紧线缆。待前套夹持行走机构抓牢线缆之后，立即按上述过程进行另一套夹持行走机构的越障操作。

Claims (9)

1.一种输电线路二臂巡检机器人，包括底座，其特征是：底座上设置有两套夹持行走机构；所述夹持行走机构包括机箱、支撑柱、支撑柱升降机构、夹紧臂和夹紧臂转动机构，支撑柱升降机构和夹紧臂转动机构均安装在机箱上，支撑柱连接在支撑柱升降机构上，夹紧臂连接在夹紧臂转动机构上并与机箱铰接，夹紧臂的上部设置有行走驱动机构；行走驱动机构上安装有上压紧驱动轮，支撑柱上安装有下压紧驱动轮。

2.根据权利要求1所述的输电线路二臂巡检机器人，其特征是：所述两套夹持行走机构中的一套连接在伸缩机构上，该伸缩机构支撑板与设置在底座中。

3.根据权利要求2所述的输电线路二臂巡检机器人，其特征是：所述伸缩机构包括电机、减速机构和螺杆，电机与减速机构的输入端连接，螺杆与减速机构的输出端连接，螺杆安装在底座上，螺杆上连接有滑块，滑块上固连接支撑板。

4.根据权利要求1所述的输电线路二臂巡检机器人，其特征是：所述两套夹持行走机构相对布置，其上各零部件呈对称状布置。

5.根据权利要求1所述的输电线路二臂巡检机器人，其特征是：所述行走驱动机构包括驱动箱、驱动轴和减速传动机构，驱动轴和减速传动机构均安装在驱动箱中，驱动轴与减速传动机构连接，驱动轴伸出驱动箱的一端设置所述上压紧驱动轮。

6.根据权利要求5所述的输电线路二臂巡检机器人，其特征是：所述减速传动机构为由电机带动的一级直齿轮传动，电机与减速机构的输入端连接，其输出端与驱动轴连接，电机和减速机构设置在驱动箱中。

7.根据权利要求1所述的输电线路二臂巡检机器人，其特征是：所述支撑柱上的下压紧驱动轮有两个，与行走驱动机构上的一个上压紧驱动轮形成正三角排列。

8.根据权利要求1所述的输电线路二臂巡检机器人，其特征是：所述夹紧臂转动机构包括蜗轮蜗杆机构和电机，蜗轮安装在夹紧臂上，电机安装在所述机箱上，电机与蜗杆连接。

9.根据权利要求1所述的输电线路二臂巡检机器人，其特征是：所述支撑柱升降机构设置在支座中，包括电机、传动换向机构和丝杠，电机安装在支座内，所述传动换向机构为锥齿轮传动机构，电机与传动换向机构的输入端连接，丝杠安装在支座内，丝杠的下端与传动换向机构的输出端连接，丝杠上连接有滑块，滑块上固定连接所述支撑柱。