CN110854741A - 一种输电线路巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路巡检机器人，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述输电线路巡检机器人包括：主动轮机构(10)、从动轮机构(20)、主控制机构(30)、连接臂(40)和自适应调节机构(50)，从动轮机构(20)含有主动轮(12)，从动轮机构(20)含有两个从动轮(22)，主动轮(12)与两个从动轮(22)能够夹紧地线(60)；自适应调节机构(50)，能够使从动轮机构(20)沿Z轴方向移动。该输电线路巡检机器人设计结构简单，易于维护，解决了巡检人员的不灵活性和人为因素造成的漏检等诸多问题。

Description

一种输电线路巡检机器人

技术领域

本发明涉及一种输电线路巡检机器人。

背景技术

用于输电线路巡检的机器人大致经历了两个发展阶段。早期的巡检机器人没有越障能力，只能在一个档距内运行。这类巡检机器人的代表机型有(日本)佐藤建设工业株式会社于1993年研制的“架空输电导线损伤自动检测机器人”和加拿大魁北克水电研究院的。此外，(泰国)国王科技大学和日本工业大学于2001年合作研制的“自主巡检机器人”也只能在一个档距内运行、不具备越障能力。

国内，中科院自动化研究所的潭民、梁自泽等从2002年开始巡检机器人的研制工作，并从2004年开始发表研究成果。他们研制的巡检机器人采用了“三臂轮”布局形式。武汉水利电力大学的吴功平等人早在1990年代末即开始研制具有自主越障功能的巡检小车，采用了“三臂轮”布局形式，并讨论过两臂轮方案。沈阳自动化所研制的“超高压输电线路巡检机器人”具有两条装有滚轮的手臂，机器人通过绕悬挂臂180°旋转越障。此外，山东科技大学、山东大学、北京航空航天大学、上海大学等多家高校也进行了相关的研究。

输电线路综合作业机器人可以完成多种在架空输电线路上的作业，一般都是由可沿输电线路移动的机器人作业平台携带不同的作业工具完成不同的作业任务，例如巡检、除冰、清障等。其中机器人作业平台是整个作业系统的最重要组成部分，而机器人的越障机构又是机器人作业平台的重要组成部分。不同形式的越障也决定了机器人不同的越障方式和过程。复杂的越障机构使机器人越障过程复杂、结构重量大；而结构简单的越障机构可以简化机器人越障过程，提高机器人工作的稳定性和可靠性，也可以减轻机器人的重量，便于机器人的运输和上下线。

发明内容

为了解决现有的含有越障机构的巡检机器人结构复杂的问题，本发明提供了一种输电线路巡检机器人，该输电线路巡检机器人设计结构简单，易于维护，解决了巡检人员的不灵活性和人为因素造成的漏检等诸多问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种输电线路巡检机器人，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述输电线路巡检机器人包括：

主动轮机构，含有第一驱动电机和主动轮，第一驱动电机能够驱动主动轮转动，主动轮的轴线平行于X轴；

从动轮机构，位于主动轮的下方，从动轮机构含有从动支架和两个从动轮，两个从动轮沿Y轴方向间隔排列，两个从动轮与从动支架的两端一一对应连接，两个从动轮的轴线均平行于X轴，沿Y轴方向，主动轮位于两个从动轮之间，主动轮与两个从动轮能够夹紧地线；

主控制机构，位于从动轮机构的下方，主控制机构能够控制第一驱动电机的运行，并使该输电线路巡检机器人沿地线移动；

连接臂，连接主动轮机构与主控制机构；

自适应调节机构，能够使从动轮机构沿Z轴方向移动。

从动支架含有安装座和安装架，安装架呈长条形结构，安装架的长度方向与Y轴方向相同，两个从动轮与从动支架的安装架的两端一一对应连接，安装架与安装座通过转动轴连接。

安装架能够以转动轴为轴转动，转动轴的轴线平行于X轴，转动轴位于两个从动轮的中间，且转动轴位于主动轮的正下方。

自适应调节机构含有光轴、底座、弹簧和底座移动机构，光轴的轴线与Z轴平行，安装座、底座和弹簧均套设于光轴外，弹簧能够给从动轮机构提供回复力，该底座移动机构能够使底座沿光轴的轴线移动。

光轴与底座之间套设有提升块，提升块能够相对于底座沿Z轴方向移动，弹簧的上端与安装座连接，弹簧的下端与提升块连接，光轴与主控制机构或连接臂连接固定。

该底座移动机构含有依次连接的第二驱动电机、联轴器、丝杠和螺母，第二驱动电机位于主控制机构内，丝杠套设于连接臂内，螺母套设于丝杠和连接臂之间，主控制机构能够控制第二驱动电机使螺母沿丝杠的轴线移动。

连接臂为直立的筒形，连接臂的侧壁内设有纵向滑槽，纵向滑槽连通连接臂的内部和外部，底座通过滑块与螺母连接。

从动轮机构还含有上设有限位转接，限位转接与安装座连接固定，限位转接能够限制安装架的转动角度。

第一驱动电机连接有第一码盘，从动轮连接有第二码盘，连接臂上设有位置传感器，当提升块的下端位于下极限位置时，位置传感器能够向主控制机构发出报警信号。

主控制机构含有外壳、控制单元、电池和摄像头，电池和摄像头均与该控制单元连接。

本发明的有益效果是：该输电线路巡检机器人设计结构简单，易于维护，第一驱动电机驱动主动轮行走，从动轮压紧，使机器人可直接跨越直线塔和耐张塔，解决了以往巡检越障机器人需要靠多个臂交替握线的复杂越障结构方式，加快了越障速度、提搞了工作效率。并且，在越障或者驻留时，机器人弄在巢穴处自动补充电量，实时监测环境和巡检行走条件，机器人主动轮和从动轮接触地线处采用橡胶不磨损地线、杆塔与连接金具等，减少了巡检机器人对输电线路的损伤。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述输电线路巡检机器人的主视图。

图2是本发明所述输电线路巡检机器人的左视图。

图3是本发明所述输电线路巡检机器人的立体示意图。

图4是主动轮机构、连接臂和主控制机构的主视图。

图5是主动轮机构、连接臂和主控制机构的左视图。

图6是从动轮机构的后视图。

图7是从动轮机构的俯视图。

图8是本发明所述输电线路巡检机器人在行走状态的示意图。

图9是本发明所述输电线路巡检机器人在越障状态的示意图。

图10是图1中自适应调节机构部位的放大示意图。

图11是图3中从动轮机构部位的放大示意图。

图12是图1中沿A-A方向的剖视图。

10、主动轮机构；20、从动轮机构；30、主控制机构；40、连接臂；50、自适应调节机构；60、地线；70、障碍物；

11、第一驱动电机；12、主动轮；13、第一码盘；

21、从动支架；22、从动轮；23、安装座；24、安装架；25、转动轴；26、限位转接；27、第二码盘；

31、外壳；32、电池；33、摄像头；

41、传感器；42、纵向滑槽；43、螺钉；

51、光轴；52、底座；53、弹簧；54、滑块；55、提升块；56、纵向滑道；57、第二驱动电机；58、联轴器；59、丝杠；510、螺母。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种输电线路巡检机器人，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述输电线路巡检机器人包括：

主动轮机构10，含有第一驱动电机11和主动轮12，第一驱动电机11能够驱动主动轮12以主动轮12的轴线为轴转动，主动轮12的轴线平行于X轴；

从动轮机构20，位于主动轮12的下方，从动轮机构20含有从动支架21和两个从动轮22，两个从动轮22沿Y轴方向间隔排列，两个从动轮22与从动支架21的两端一一对应连接，两个从动轮22的轴线均平行于X轴，从动轮22能够以从动轮22的轴线为轴转动，沿Y轴方向，主动轮12位于两个从动轮22之间，主动轮12与两个从动轮22能够夹紧地线60，地线60的轴线平行于Y轴；

主控制机构30，位于从动轮机构20的下方，主控制机构30能够控制第一驱动电机11的运行，并使该输电线路巡检机器人沿地线60移动；

连接臂40，连接主动轮机构10与主控制机构30；

自适应调节机构50，能够使从动轮机构20沿Z轴方向移动，如图1至图3所示。

在本实施例中，从动支架21含有安装座23和安装架24，安装架24呈长条形结构，安装架24的长度方向与Y轴方向相同，两个从动轮22与安装架24沿Y轴方向的两端一一对应连接，安装架24与安装座23通过转动轴25连接，安装座23位于连接臂40和安装架24之间，连接臂40为直立的筒状结构，连接臂40的上端与第一驱动电机11的壳体连接固定。

在本实施例中，安装架24能够以转动轴25为轴转动，转动轴25的轴线平行于X轴，转动轴25位于两个从动轮22的中间，且转动轴25位于主动轮12的正下方。转动轴25到两个从动轮22的距离相同，主动轮12的外周面和从动轮22的外周面均设有用于夹持或夹紧地线60的凹槽，如图4至图7所示。

在本实施例中，自适应调节机构50含有光轴51、底座52、弹簧53和底座移动机构，光轴51的轴线与Z轴平行，光轴51的轴线与连接臂40的轴线平行，安装座23、底座52和弹簧53均套设于光轴51外，安装座23能够沿光轴51的轴线方向移动，弹簧53能够给从动轮机构20提供沿Z轴方向的回复力，如图1至图3所示，该底座移动机构能够使底座52沿光轴51的轴线移动。

在本实施例中，光轴51与底座52之间套设有提升块55，提升块55为筒形结构，提升块55与底座52螺纹连接，提升块55能够相对于底座52沿Z轴方向移动，弹簧53的上端与安装座23抵接，弹簧53的下端与提升块55抵接，光轴51与主控制机构30或连接臂40连接固定，优选光轴51的下端与连接臂40的下端连接固定。弹簧53的下端与提升块55之间可以设置压力传感器，该压力传感器与主控制机构30的控制单元连接。

在本实施例中，该底座移动机构含有依次连接的第二驱动电机57、联轴器58、丝杠59和螺母510，第二驱动电机57位于主控制机构30的外壳31内，丝杠59套设于连接臂40内，丝杠59的轴线与连接臂40的轴线重合，螺母510套设于丝杠59和连接臂40之间，螺母510的外表面与连接臂40的内表面相匹配，主控制机构30能够控制第二驱动电机57的运行从而使螺母510沿丝杠59的轴线移动，如图1和图12所示。

在本实施例中，光轴51的外表面设有纵向滑道56，安装座23的内表面设有条形凸棱，该条形凸棱与纵向滑道56匹配插接，从而防止安装座23绕光轴51转动。连接臂40的侧壁内设有纵向滑槽42，纵向滑槽42连通连接臂40的内部和外部，底座52通过滑块54与螺母510连接固定，当第二驱动电机57驱动丝杠59自转时，螺母510和底座52均能够沿光轴51的轴线方向同步移动。

具体的，底座52呈凹字形结构，底座52含有底壁和两个侧壁，提升块55套设于光轴51与底座52的底壁之间，提升块55与底座52的底壁螺纹连接，提升块55为圆筒形，提升块55的下端低于底座52的底壁，弹簧53位于底座52的两个侧壁之间，底座52的两个侧壁通过螺栓与滑块54连接固定，滑块54通过螺钉43与螺母510连接固定，螺钉43穿过纵向滑槽42，当需要调节底座52的位置固定时，第二驱动电机57驱动丝杠59旋转，螺母510和底座52均能够沿光轴51的轴线方向同步移动，如图10和图11所示，旋拧提升块55可以调节弹簧53的长度和应力大小。

在本实施例中，从动轮机构20还含有上设有限位转接26，限位转接26与安装座23连接固定，限位转接26呈短圆柱形，安装架24位于两个限位转接26之间，当安装架24的转动角度超过设定值时，限位转接26能够阻挡安装架24的转动，即限位转接26能够将安装架24以转动轴25为的转动角度限制在一定的范围内。

在本实施例中，第一驱动电机11连接有第一码盘13，从动轮22连接有第二码盘27，第一码盘13外电机自带码盘，其作用是精确控制电机位置。第二码盘27是外配码盘，其作用是测量机器人行走距离。连接臂40上设有位置传感器41，位置传感器41位于连接臂40的下部。当提升块55的下端位于下极限位置时，位置传感器41能够向主控制机构30发出报警信号，防止提升块55超过机械限定位置。

在本实施例中，主控制机构30含有外壳31、控制单元、电池32和摄像头33，第一驱动电机11、第二驱动电机57、第一码盘13、第二码盘27、位置传感器41、电池32和摄像头33均与该控制单元连接。高清的摄像头33安装在云台上，可以360°旋转观察输电线路走廊，完成巡检工作。电池32为可充电电池，供机器人巡检使用。当机器人返回驻留巢穴时，通过太阳能电池或者在线取能装置，对电池32进行充电。外壳31内还包含对机器人的控制电路板等主控部件。

另外，主动轮12的外周面和从动轮22的外周面均设有用于夹持或夹紧地线60的凹槽，该凹槽具有自动定心功能，该凹槽的宽度应大于地线60和障碍物70的直径。从动轮22主要提供给主动轮12正压力增大摩擦力，以保证机器人能够压紧地线，不被脱出地线；从动轮22采用滚动轴承设计和接触地线部分是非金属材料，能够更好的保护地线表层，减小了机器人在行走过程中对地线的摩擦，从动轮部件沿转动轴25在受到外力时具有自适应能力，保证机器人本体，连接臂40与大地垂直，从轮部件在爬坡时，第一驱动电机11少做功，弹簧53主要起到到作用是在机器人正常行走时遇到线路自身的凸起和高点，此时控制只需要按预设好的压力值进行调节提升块55，弹簧53会起到自动压紧复位，确保机器人人不会被障碍物挡住过不去，限位转接26是机器人在转弯时，限定从动轮转角角度，提高安全性，第二码盘27是计算机器人行走距离和精确定位，位置传感器41能够防止提升块55超过机械限定位置，从动轮机构20、弹簧53、提升块55都安装在光轴51上，具有定位，抗弯等。

连接臂40是连接主控制机构30和主动轮机构10的连接部件，连接臂40与主动轮机构10的连接为硬连接，连接臂40与主控制机构30也同样是硬链接连接，平衡主要靠转动轴25，从动轮机构20能使机器人在行驶过程中，可以自适应重心以保持机器人本体在地线上的平衡状态。

下面介绍本发明所述输电线路巡检机器人的工作过程。

1、在地线上行走

提升块55使从动轮22向上移动，主动轮12和从动轮22夹紧地线60。主控制机构30控制第一驱动电机11运行，主动轮12自转从而使该输电线路巡检机器人沿地线60移动行走，并进行巡检任务，如图8所示。

2、越障

当该输电线路巡检机器人在遇到线径变大(障碍物70)时，从动轮机构20沿Z轴方向向下移动设定的距离，此时机器人会将压力值实时反馈给程序，由程序自动判断压紧松开状态，以顺利的通过障碍物70，如图9所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种输电线路巡检机器人，其特征在于，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述输电线路巡检机器人包括：

主动轮机构(10)，含有第一驱动电机(11)和主动轮(12)，第一驱动电机(11)能够驱动主动轮(12)转动，主动轮(12)的轴线平行于X轴；

从动轮机构(20)，位于主动轮(12)的下方，从动轮机构(20)含有从动支架(21)和两个从动轮(22)，两个从动轮(22)沿Y轴方向间隔排列，两个从动轮(22)与从动支架(21)的两端一一对应连接，两个从动轮(22)的轴线均平行于X轴，沿Y轴方向，主动轮(12)位于两个从动轮(22)之间，主动轮(12)与两个从动轮(22)能够夹紧地线(60)；

主控制机构(30)，位于从动轮机构(20)的下方，主控制机构(30)能够控制第一驱动电机(11)的运行，并使该输电线路巡检机器人沿地线(60)移动；

连接臂(40)，连接主动轮机构(10)与主控制机构(30)；

自适应调节机构(50)，能够使从动轮机构(20)沿Z轴方向移动。

2.根据权利要求1所述的输电线路巡检机器人，其特征在于，从动支架(21)含有安装座(23)和安装架(24)，安装架(24)呈长条形结构，安装架(24)的长度方向与Y轴方向相同，两个从动轮(22)与从动支架(21)的安装架(24)的两端一一对应连接，安装架(24)与安装座(23)通过转动轴(25)连接。

3.根据权利要求2所述的输电线路巡检机器人，其特征在于，安装架(24)能够以转动轴(25)为轴转动，转动轴(25)的轴线平行于X轴，转动轴(25)位于两个从动轮(22)的中间，且转动轴(25)位于主动轮(12)的正下方。

4.根据权利要求2所述的输电线路巡检机器人，其特征在于，自适应调节机构(50)含有光轴(51)、底座(52)、弹簧(53)和底座移动机构，光轴(51)的轴线与Z轴平行，安装座(23)、底座(52)和弹簧(53)均套设于光轴(51)外，弹簧(53)能够给从动轮机构(20)提供回复力，该底座移动机构能够使底座(52)沿光轴(51)的轴线移动。

5.根据权利要求4所述的输电线路巡检机器人，其特征在于，光轴(51)与底座(52)之间套设有提升块(55)，提升块(55)能够相对于底座(52)沿Z轴方向移动，弹簧(53)的上端与安装座(23)连接，弹簧(53)的下端与提升块(55)连接，光轴(51)与主控制机构(30)或连接臂(40)连接固定。

6.根据权利要求4所述的输电线路巡检机器人，其特征在于，该底座移动机构含有依次连接的第二驱动电机(57)、联轴器(58)、丝杠(59)和螺母(510)，第二驱动电机(57)位于主控制机构(30)内，丝杠(59)套设于连接臂(40)内，螺母(510)套设于丝杠(59)和连接臂(40)之间，主控制机构(30)能够控制第二驱动电机(57)使螺母(510)沿丝杠(59)的轴线移动。

7.根据权利要求6所述的输电线路巡检机器人，其特征在于，连接臂(40)为直立的筒形，连接臂(40)的侧壁内设有纵向滑槽(42)，纵向滑槽(42)连通连接臂(40)的内部和外部，底座(52)通过滑块(54)与螺母(510)连接。

8.根据权利要求4所述的输电线路巡检机器人，其特征在于，从动轮机构(20)还含有上设有限位转接(26)，限位转接(26)与安装座(23)连接固定，限位转接(26)能够限制安装架(24)的转动角度。

9.根据权利要求5所述的输电线路巡检机器人，其特征在于，第一驱动电机(11)连接有第一码盘(13)，从动轮(22)连接有第二码盘(27)，连接臂(40)上设有位置传感器(41)，当提升块(55)的下端位于下极限位置时，位置传感器(41)能够向主控制机构(30)发出报警信号。

10.根据权利要求1所述的输电线路巡检机器人，其特征在于，主控制机构(30)含有外壳(31)、控制单元、电池(32)和摄像头(33)，电池(32)和摄像头(33)均与该控制单元连接。

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