CN111015690B - 一种高压输电线路救援机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压输电线路救援机器人及使用方法，它包括支撑架，所述支撑架上安装有多组机械臂，所述机械臂包括机械臂上部、机械臂中部和机械臂下部，所述机械臂上部上安装有用于驱动整个机器人行走的行走机构，所述机械臂上部的侧面安装有用于和行走机构相配合的夹紧机构，所述机械臂上部前端侧壁上安装有用于夹紧输电线的刹车机构，多组所述机械臂距并列安装在支撑架之间，并通过机械臂下部与支撑架之间的齿轮和齿条相配合而实现机械臂的左右移动。

Description

一种高压输电线路救援机器人及使用方法

技术领域

本发明涉及输电线缆检修设备领域，具体涉及一种高压输电线路救援机器人及方法。

背景技术

目前，高压输电线路的日常维护主要通过人力上线巡检方式完成，当作业人员在线上巡检时，由于突发状况（如身体突感不适、天气变化）而发生高空坠落，若没有自救能力，而其他的救援方式（如高空救援车辆、直升机方式）由于环境、气候原因也难以接近作业人员时，就需要一种可跨越障碍物而自动靠近作业人员的救援机器人进行援救。现有的可跨越障碍物的机器人可分为探测线路故障的巡线机器人、清除线路积冰的除冰机器人和救援作业的救援机器人，其缺点是：一是驱动关节较多，能耗大且控制复杂，需要配备很多电池，增加了机器人本身的重量；二是这些机器人本身的负重能力都比较小，无法承担起载人救援的任务。

发明内容

本发明的主要目的是解决上述背景技术存在的不足，设计一种高压输电线路救援机器人及使用方法，将救援机器人设计成三机械臂悬挂双滚轮式结构，且在两边行走轮的下方各配一个夹紧轮，以防止脱线，这样当其中一个臂在越障时仍有两臂在线上，对救援机器人而言不仅安全性更高，而且重心比较稳，抗风偏能力也较强，同时救援机器人采用脱线从旁边绕开的方式来跨越障碍物。当救援机器人到达跌落地点后使用电动葫芦将检修人员救起，并且为了防止检修人员被救起后暂无行动能力，在救援机器人的下方装一个能供检修人员乘坐的吊篮。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种高压输电线路救援机器人，它包括支撑架，所述支撑架上安装有多组机械臂，所述机械臂包括机械臂上部、机械臂中部和机械臂下部，所述机械臂上部上安装有用于驱动整个机器人行走的行走机构，所述机械臂上部的侧面安装有用于和行走机构相配合的夹紧机构，所述机械臂上部前端侧壁上安装有用于夹紧输电线的刹车机构，多组所述机械臂并列安装在支撑架之间，并通过机械臂下部与支撑架之间的第一齿轮和第一齿条相配合而实现机械臂的左右移动。

所述机械臂包括丝杆电机、联轴器、丝杆螺母、导向轴、丝杆、第一齿轮和齿轮电机，所述机械臂通过机械臂中部的轴孔与支撑架形成滑动连接；所述丝杆电机与丝杆通过联轴器固定连接，所述丝杆电机固定安装在机械臂上部上；所述丝杆螺母固定安装在机械臂中部上；所述机械臂上部左右两端各安装有导向轴，所述导向轴与安装在机械臂中部两侧的导向套构成滑动配合，所述机械臂下部固定安装在机械臂中部的底端，所述机械臂下部内装有第一齿轮，并与支撑架上的第一齿条形成齿轮齿条传动，所述第一齿轮的主轴与齿轮电机的主轴通过联轴器相连。

所述夹紧机构包括夹紧轮、夹紧轮轴、连杆、滑轨、齿轮轴、第二齿轮和第二齿条，所述夹紧机构采用连杆机构，并依靠机械臂上部的升降来实现夹紧轮对导线的夹紧与松开，所述夹紧轮轴通过滑轨与机械臂上部连接在一起，使夹紧轮只能上下移动；所述第二齿轮通过齿轮轴与机械臂中部相连，并通过连杆与夹紧轮轴相连，第二齿条一端与机械臂上部固定连接，并与第二齿轮啮合。

所述行走机构包括链轮、锁紧螺母、行走轮电机、联轴器、链条、行走轮轴和行走轮，所述行走轮电机通过行走轮轴带动行走轮在导线上行走，所述行走机构采用双轮驱动，主动轮通过链轮链条带动从动轮行走，所述行走轮采用可拆卸形式，并用锁紧螺母来固定行走轮，以防止行走轮脱离行走轮轴。

所述行走轮设计为“V”字仿形结构，所述行走轮将导线紧紧包覆，并与夹紧轮相互配合下，将导线约束在结构中；所述行走轮的“V”字形内表面附着一层聚氨酯橡胶材料。

所述刹车机构包括夹具、橡胶、第一连杆手柄、第二连杆手柄、弹簧、刹车线、棘轮和线圈；所述刹车机构的上半部分安装到机械臂上部的侧面，并使橡胶和行走轮在同一条线上并让导线置于橡胶中间；所述刹车机构的下半部分安装到支撑架上，所述棘轮上有多个沟槽，将其和线圈一起安装到轴上，通过逐级推动第一连杆手柄 和第二连杆手柄 来实现刹车线的拉紧与放松。

所述支撑架包括第二横梁、承力轴、方形管、电动葫芦、第一横梁和第一齿条，支撑架的外形由方形管拼装而成，在支撑架的中间部位安装有平行布置的承力轴，所述第一齿条与机械臂下部的第一齿轮配合使机械臂沿承力轴的轴线方向自由移动，所述支撑架的底部安装有电动葫芦。

所述支撑架的底部安装有吊篮，所述吊篮包括吊环、铝合金圆管和栏栅门，所述吊篮整体是由铝合金圆管制成，并采用可拆卸结构，所述栏栅门采用向内开启的方式安装在吊篮的底部。

所述高压输电线路救援机器人的使用方法，它包括以下步骤：

第1步，当险情发生后，将救援机器人本体和吊篮快速运送到离作业人员跌落点最近的杆塔处；

第2步，将救援机器人本体和吊篮组装到一起，并启动丝杆电机，使机械臂上部上升一段距离，由于联动作用此时行走轮与夹紧轮会分开；

第3步，使用吊装装置将救援机器人吊装到高压输电线上，当行走轮挂到线上后，启动丝杆电机，将导线夹紧于行走轮和夹紧轮之间；

第4步，启动行走轮电机让救援机器人向着跌落的作业人员处移动，当遇到障碍物时，按照已规划好的越障动作进行越障，下坡时，可以使用刹车机构控制救援机器人行走速度；

第5步，到达跌落点后，停车并刹车，防止救援过程中救援机器人晃动；

第6步，打开栏栅门并通过栏栅门，将电动葫芦中的救援绳挂在跌落作业人员身上，若跌落的作业人员意识清醒，可以自己将救援绳挂到自己身上，若跌落的作业人员意识不清醒，随行的救援人员可以把一个电动葫芦的救援绳系在自己身上，带着另一个电动葫芦上的救援绳去救助跌落的作业人员；

第7步，将作业人员从栏栅门中拉进吊篮里并关上栏栅门；

第8步，救援机器人原路返回到杆塔处，并将作业人员安全送到地面。

本发明有如下有益效果：

救援机器人具有负重能力，可用于高压输电线路作业人员线上意外事故救援工作。针对高压输电线路环境复杂，救援机器人的分离式设计便于运输，从而节省了救援时间。设计的救援机器人行走轮便于拆卸，可适用于不同的线径。刹车机构设计成分级刹，便于控制救援机器人的行走速度，救援时可起到固定作用，防止救援机器人晃动影响救援。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是救援机器人整体结构示意图。

图2是机械臂结构剖视图。

图3是夹紧机构结构示意图。

图4是行走机构结构示意图。

图5是刹车机构结构示意图。

图6是支撑架结构示意图。

图7是吊篮结构示意图。

图中：1刹车机构，2行走机构，3夹紧机构，4机械臂，5支撑架，6吊篮，7机械臂上部，8机械臂中部，9机械臂下部，10丝杆电机，11联轴器，12丝杆螺母，13导向轴，14丝杆，15轴孔，16齿轮，17齿轮电机，18夹紧轮，19夹紧轮轴，20连杆，21滑轨，22齿轮轴，23齿轮，24齿条，25链轮，26锁紧螺母，27行走轮电机，28联轴器，29链条，30行走轮轴，31行走轮，32夹具，33橡胶，34第一连杆手柄，35第二连杆手柄，36弹簧，37刹车线，38棘轮，39线圈，40第二横梁，41承力轴，42方形管，43电动葫芦，44第一横梁，45齿条，46吊环，47铝合金圆管，48栏栅门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1所示，一种高压输电线路救援机器人，其由刹车机构1，行走机构2，夹紧机构3，机械臂4，支撑架5和吊篮6组成。其中，机械臂4由机械臂上部7、机械臂中部8和机械臂下部9三部分组成；夹紧机构3安装在机械臂上部7的侧面，可随着机械臂上部7上升和下降，以实现对导线的夹紧和放松；行走机构2安装在机械臂上部7上，带动整个机器人在导线上行驶；刹车机构1安装在机械臂上部7的侧面。三组机械臂4并列安装在支撑架5上，并通过机械臂下部9和支撑架5之间的第二齿轮16和第一齿条45实现机械臂4的左右移动。吊篮6是供人员停留的地方。

如图2所示，机械臂剖视图，其由丝杆电机10、联轴器11、丝杆螺母12、导向轴13、丝杆14、第二齿轮16、齿轮电机17组成。机械臂4通过机械臂中部8的轴孔15与支撑架5形成可滑动连接。丝杆电机10与丝杆14的一端使用联轴器11固定连接，并安装在机械臂上部7上，丝杆螺母12固定安装在机械臂中部8上，丝杆电机10通过驱动丝杆14转动使机械臂上部7能沿着丝杆14方向上下移动，其中机械臂上部7左右两端各安装了一个导向轴13，防止机械臂上部7受弯矩太大而使丝杆14弯曲变形。机械臂下部9与机械臂中部8使用螺栓连接，其中机械臂下部9内装有一个第二齿轮16，并与支撑架5上的第一齿条45形成齿轮齿条传动，齿轮电机17通过驱动第二齿轮16使机械臂4能沿着第一齿条45方向左右移动。

如图3所示，夹紧机构结构示意图，其由夹紧轮18、夹紧轮轴19、连杆20、滑轨21、齿轮轴22、第二齿轮23、第二齿条24组成。夹紧机构3是一种连杆机构，其依靠机械臂上部7的升降来实现夹紧轮18对导线的夹紧与松开。夹紧轮轴19通过滑轨21与机械臂上部7连接在一起，使夹紧轮18只能上下移动。第二齿轮23通过齿轮轴22与机械臂中部8相连，并通过连杆20与夹紧轮轴19相连，第二齿条24一端与机械臂上部7固定连接，并与第二齿轮23啮合。夹紧轮18安装在夹紧轮轴19上，可在夹紧轮轴19上自由转动，从而减小导线在某些情况下与夹紧轮18触碰所带来的阻力。

如图4所示，行走机构结构示意图，其由链轮25、锁紧螺母26、行走轮电机27、联轴器28、链条29、行走轮轴30、行走轮31组成。行走轮电机27通过行走轮轴30带动行走轮31在导线上行走，其中为了增大行走轮31与导线之间的接触面积，行走机构2采用双轮驱动。主动轮通过链轮链条带动从动轮行走，为了适应不同的导线直径，行走轮31设计成多类型可拆卸形式，并用锁紧螺母26来固定行走轮31，防止行走轮31脱离行走轮轴30。行走机构2设计的关键在于行走轮31的设计，根据导线特点将行走轮31设计为“V”字仿形结构，行走轮31能将导线紧紧包覆，并与夹紧轮18相互配合下，将导线约束在结构中，使得救援机器人在行驶过程中具有更高的安全性。此外，将行走轮31“V”字形内表面附着一层聚氨酯橡胶材料，这样就能增大行走轮31与导线之间的摩擦力，从而防止救援机器人行走过程中打滑现象的发生。

如图5所示，刹车机构结构示意图，其由夹具32、橡胶33、第一连杆手柄 34、第二连杆手柄 35、弹簧36、刹车线37、棘轮38、线圈39组成。刹车机构1的上半部分安装到机械臂上部7的侧面，使橡胶33和行走轮31在同一天线上并让导线置于橡胶33中间；刹车机构1的下半部分安装到支撑架5上，便于救援人员使用，棘轮38上有多个沟槽，将其和线圈39一起安装到轴上，通过逐级推动第一连杆手柄 34和第二连杆手柄 35来实现刹车线37的拉紧与放松。

如图6所示，支撑架结构示意图，其由第二横梁 40、承力轴41、方形管42、电动葫芦43、第一横梁 44、第一齿条45组成。支撑架5的外形由方形管42拼装而成。与机械臂4相连的两承力轴41除了起到导向作用外还能防止机械臂4本身及导线给予它的倾覆力矩。第一齿条45与机械臂下部9的第二齿轮16配合使机械臂4能沿承力轴41的轴线方向自由移动。电动葫芦43主要作用是将跌落人员拉起，其是可拆卸模式，方便运输，使用时将其固定在第一横梁 44上。第二横梁 40为挂载梁，救援机器人吊装上塔时起重设备将挂钩固定在第二横梁40上。

如图7所示，吊篮结构示意图，其由吊环46、铝合金圆管47、栏栅门48组成。吊篮6整体是由铝合金圆管47制成，其结构主要特点是可拆卸形式，易于与机器人本体分离，方便运输，在救援时通过吊环46将吊篮6固定于支撑架5的底部。吊篮6的底部装有一个能向内开合的栏栅门48，通过这个门可直接将跌落人员救回吊篮6里，这样既可以方便救援也能有效地避免跌落人员在进入吊篮6时攀爬所带来的二次伤害。

实施例2：

所述高压输电线路救援机器人的使用方法，它包括以下步骤：

第1步，当险情发生后，将救援机器人本体和吊篮6快速运送到离作业人员跌落点最近的杆塔处；

第2步，将救援机器人本体和吊篮6组装到一起，并启动丝杆电机10，使机械臂上部8上升一段距离，由于联动作用此时行走轮31与夹紧轮18会分开；

第3步，使用吊装装置将救援机器人吊装到高压输电线上，当行走轮31挂到线上后，启动丝杆电机10，将导线夹紧于行走轮31和夹紧轮18之间；

第4步，启动行走轮电机27让救援机器人向着跌落的作业人员处移动，当遇到障碍物时，按照已规划好的越障动作进行越障，下坡时，可以使用刹车机构1控制救援机器人行走速度；

第5步，到达跌落点后，停车并刹车，防止救援过程中救援机器人晃动；

第6步，打开栏栅门48并通过栏栅门48，将电动葫芦43中的救援绳挂在跌落作业人员身上，若跌落的作业人员意识清醒，可以自己将救援绳挂到自己身上，若跌落的作业人员意识不清醒，随行的救援人员可以把一个电动葫芦的救援绳系在自己身上，带着另一个电动葫芦上的救援绳去救助跌落的作业人员；

第7步，将作业人员从栏栅门48中拉进吊篮里并关上栏栅门48；

第8步，救援机器人原路返回到杆塔处，并将作业人员安全送到地面。

本发明的工作原理：

机械臂4的工作原理为：启动丝杆电机10，机械臂上部7就会随着丝杆14而上下移动。

夹紧机构3的工作原理为：当机械臂上部7上下移动时，第二齿条24也上下移动，由于齿轮齿条啮合作用，第二齿轮23的转动通过连杆20的带动使夹紧轮沿着滑轨21下上移动，从而实现夹紧轮18的夹紧与放松。

刹车机构1的工作原理为：通过对刹车线37的拉紧与放松来带动夹具32的夹紧与放松，来控制橡胶33与导线之间摩擦力的大小，以实现刹车效果。刹车机构1的控制装置运用棘轮38可实现分级刹，往右多次扳动第一连杆手柄 34可逐渐增大橡胶33与导线之间的摩擦力，同时往上多次扳动第二连杆手柄 35可逐渐减小橡胶33与导线之间的摩擦力。

Claims (8)

1.一种高压输电线路救援机器人，其特征在于：它包括支撑架（5），所述支撑架（5）上安装有多组机械臂（4），所述机械臂（4）包括机械臂上部（7）、机械臂中部（8）和机械臂下部（9），所述机械臂上部（7）上安装有用于驱动整个机器人行走的行走机构（2），所述机械臂上部（7）的侧面安装有用于和行走机构（2）相配合的夹紧机构（3），所述机械臂上部（7）前端侧壁上安装有用于夹紧输电线的刹车机构（1），多组所述机械臂（4）并列安装在支撑架（5）之间，并通过机械臂下部（9）与支撑架（5）之间的第一齿轮（16）和第一齿条（45）相配合而实现机械臂（4）的左右移动；

所述机械臂（4）包括丝杆电机（10）、联轴器（11）、丝杆螺母（12）、导向轴（13）、丝杆（14）、第一齿轮（16）和齿轮电机（17），所述机械臂（4）通过机械臂中部（8）的轴孔（15）与支撑架（5）形成滑动连接；所述丝杆电机（10）与丝杆（14）通过联轴器（11）固定连接，所述丝杆电机（10）固定安装在机械臂上部（7）上；所述丝杆螺母（12）固定安装在机械臂中部（8）上；所述机械臂上部（7）左右两端各安装有导向轴（13），所述导向轴（13）与安装在机械臂中部（8）两侧的导向套构成滑动配合，所述机械臂下部（9）固定安装在机械臂中部（8）的底端，所述机械臂下部（9）内装有第一齿轮（16），并与支撑架（5）上的第一齿条（45）形成齿轮齿条传动，所述第一齿轮（16）的主轴与齿轮电机（17）的主轴通过联轴器相连。

2.根据权利要求1所述一种高压输电线路救援机器人，其特征在于：所述夹紧机构（3）包括夹紧轮（18）、夹紧轮轴（19）、连杆（20）、滑轨（21）、齿轮轴（22）、第二齿轮（23）和第二齿条（24），所述夹紧机构（3）采用连杆机构，并依靠机械臂上部（7）的升降来实现夹紧轮（18）对导线的夹紧与松开，所述夹紧轮轴（19）通过滑轨（21）与机械臂上部（7）连接在一起，使夹紧轮（18）只能上下移动；所述第二齿轮（23）通过齿轮轴（22）与机械臂中部（8）相连，并通过连杆（20）与夹紧轮轴（19）相连，第二齿条（24）一端与机械臂上部（7）固定连接，并与第二齿轮（23）啮合。

3.根据权利要求1所述一种高压输电线路救援机器人，其特征在于：所述行走机构（2）包括链轮（25）、锁紧螺母（26）、行走轮电机（27）、联轴器（28）、链条（29）、行走轮轴（30）和行走轮（31），所述行走轮电机（27）通过行走轮轴（30）带动行走轮（31）在导线上行走，所述行走机构（2）采用双轮驱动，主动轮通过链轮链条带动从动轮行走，所述行走轮（31）采用可拆卸形式，并用锁紧螺母（26）来固定行走轮（31），以防止行走轮（31）脱离行走轮轴（30）。

4.根据权利要求3所述一种高压输电线路救援机器人，其特征在于：所述行走轮（31）设计为“V”字仿形结构，所述行走轮（31）将导线紧紧包覆，并与夹紧轮（18）相互配合下，将导线约束在结构中；所述行走轮（31）的“V”字形内表面附着一层聚氨酯橡胶材料。

5.根据权利要求1所述一种高压输电线路救援机器人，其特征在于：所述刹车机构（1）包括夹具（32）、橡胶（33）、第一连杆手柄（34）、第二连杆手柄（35）、弹簧（36）、刹车线（37）、棘轮（38）和线圈（39）；所述刹车机构（1）的上半部分安装到机械臂上部（7）的侧面，并使橡胶（33）和行走轮（31）在同一条线上并让导线置于橡胶（33）中间；所述刹车机构（1）的下半部分安装到支撑架（5）上，所述棘轮（38）上有多个沟槽，将其和线圈（39）一起安装到轴上，通过逐级推动第一连杆手柄 （34）和第二连杆手柄 （35）来实现刹车线（37）的拉紧与放松。

6.根据权利要求1所述一种高压输电线路救援机器人，其特征在于：所述支撑架（5）包括第二横梁（40）、承力轴（41）、方形管（42）、电动葫芦（43）、第一横梁（44）和第一齿条（45），支撑架（5）的外形由方形管（42）拼装而成，在支撑架（5）的中间部位安装有平行布置的承力轴（41），所述第一齿条（45）与机械臂下部（9）的第一齿轮（16）配合使机械臂（4）沿承力轴（41）的轴线方向自由移动，所述支撑架（5）的底部安装有电动葫芦（43）。

7.根据权利要求1所述一种高压输电线路救援机器人，其特征在于：所述支撑架（5）的底部安装有吊篮（6），所述吊篮（6）包括吊环（46）、铝合金圆管（47）和栏栅门（48），所述吊篮（6）整体是由铝合金圆管（47）制成，并采用可拆卸结构，所述栏栅门（48）采用向内开启的方式安装在吊篮（6）的底部。

8.权利要求1-7任意一项所述高压输电线路救援机器人的使用方法，其特征在于，它包括以下步骤：

第1步，当险情发生后，将救援机器人本体和吊篮（6）快速运送到离作业人员跌落点最近的杆塔处；

第2步，将救援机器人本体和吊篮（6）组装到一起，并启动丝杆电机（10），使机械臂上部（8）上升一段距离，由于联动作用此时行走轮（31）与夹紧轮（18）会分开；

第3步，使用吊装装置将救援机器人吊装到高压输电线上，当行走轮（31）挂到线上后，启动丝杆电机（10），将导线夹紧于行走轮（31）和夹紧轮（18）之间；

第4步，启动行走轮电机（27）让救援机器人向着跌落的作业人员处移动，当遇到障碍物时，按照已规划好的越障动作进行越障，下坡时，可以使用刹车机构（1）控制救援机器人行走速度；

第5步，到达跌落点后，停车并刹车，防止救援过程中救援机器人晃动；

第6步，打开栏栅门（48）并通过栏栅门（48），将电动葫芦（43）中的救援绳挂在跌落作业人员身上，若跌落的作业人员意识清醒，可以自己将救援绳挂到自己身上，若跌落的作业人员意识不清醒，随行的救援人员可以把一个电动葫芦的救援绳系在自己身上，带着另一个电动葫芦上的救援绳去救助跌落的作业人员；

第7步，将作业人员从栏栅门（48）中拉进吊篮里并关上栏栅门（48）；

第8步，救援机器人原路返回到杆塔处，并将作业人员安全送到地面。

Images