CN111037607A - 一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，包括机体和防脱轨装置，机体内部为整个机器人的控制部分，包括惯性测量单元IMU模块和控制电路等，惯性测量单元IMU模块用于机器人的脱轨检测，其俯仰角和垂直面的垂直方向上的波动作为机器人是否脱轨的依据，机体上共设置了前后两个防脱轨装置，防脱轨装置可简化机器人的上线安装过程，并根据惯性测量单元IMU模块的信号反馈调节机器人的工作状态，实现机器人的自我调整与恢复。本发明的有益效果在于：本发明可适用于不同间距的四分裂导线，具有较高的稳定性与实用性。

Description

一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构

技术领域

本发明涉及高压线巡检机器人领域，特别是涉及一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构。

背景技术

碳纤维复合导线是一种重量轻、抗拉强度大、导电率高、耐腐蚀性能强的节能型增容导线，在我国许多地区得到了应用。但是，由于导线跨度长、风力大以及其他一些不可控因素的影响，难免会导致导线老化甚至断裂事故的发生，给人民群众的日常生活造成了极大的影响。因此，为了保证电网正常有序的运行，对导线进行日常检查显得十分重要。而分裂导线作为一种导线架设方式，其在超高压输电线网中的应用也越来越多。所以，对分裂导线的线路进行检测也尤为重要。

传统的碳纤维复合导线的检测主要存在于导线的出厂检测工序中，仅仅是对导线产品质量的定义，无法预测导线的使用情况和老化程度。目前大多数的导线线路检测主要以人工巡检方式为主，这种方法效率低、成本高且较危险，而且很难对高空带电导线内部的损伤进行检测。因此，如果能够远程控制机器人检测导线的损伤情况，将大大提高工作效率和经济收益。

近年来有一种高压线巡检机器人可以实现对已挂线运行的导线进行检测，且能利用X射线无损探伤的方式实现对碳纤维复合芯导线内部碳纤维芯棒的检测，但对于四分裂导线来说，现有的高压线巡检机器人体积大、质量高，在上线时，由于高空工作不便，机器人的驱动轮很难与四分裂导线对齐，给工作人员造成了很大的麻烦，而且机器人对不同间距的四分裂导线的适应性低，除此之外，高压线巡检机器人在经过导线上的障碍时，还具有脱轨风险，甚至可能导致机器人从导线上掉落。因此，亟需一种有效手段，用于实时反馈高压线巡检机器人的运行状态，减小机器人的脱轨风险，并能够在机器人脱轨时，实现机器人的自我调整与恢复，保证机器人巡检任务安全有序的进行。

发明内容

针对导线探伤机器人在高空带电作业下的安全稳定、自适应性强及效率性高等应用要求，本发明提出了一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，有效提高了机器人高空带电作业检测导线时的安全性及实用性，为实现此目的，本发明所述的四分裂导线检测机器人包括机体和防脱轨装置，所述机体内部为整个机器人的控制组件，包括惯性测量单元IMU模块、控制电路等，所述机体两端设置有两个活动臂，所述活动臂末端分别设置有可旋转的成像板，所述机体下面设置有两个固定的成像板和四个可以调节相对位置的驱动轮。所述成像板主要用于接收待测导线的X射线图像，所述驱动轮主要用于机器人在导线上的正常行驶与支持机器人适应不同间距的四分裂导线。

进一步的，为使机器人能适应不同间距的四分裂导线，所述驱动轮在上线前需要根据四分裂导线的间距，来调整并行两个驱动轮之间的距离。

进一步的，为方便机器人的上线安装以及减少机器人所占用的空间，所述活动臂在机器人上线安装前处于收紧状态。

进一步的，为使机器人能在导线上安全稳定的工作，减少机器人在经过导线上的防震锤时产生的颠簸和其他高空不可控因素导致的驱动轮脱轨及机器人侧歪现象，所述机体前后共设置了两个防脱轨装置，所述防脱轨装置包括步进电机、直线导轨、滑块、啮合机构、防脱轨主板、螺栓和辅助板，主要用于辅助机器人的上线安装过程，减少驱动轮脱轨风险以及脱轨发生时的机器人自我调整。

进一步的，为使机器人能够稳定的携带防脱轨装置，所述防脱轨装置的步进电机和直线导轨与机体刚性连接。

进一步的，为减少机器人控制组件与防脱轨装置的耦合，所述防脱轨装置通过防脱轨主板安装在直线导轨的滑块上。

进一步的，为使防脱轨装置能够灵活的工作，所述防脱轨装置通过啮合机构与防脱轨主板相连接，并利用步进电机来控制装置的升降、复位等工作任务。

进一步的，为减小机器人的整体重量，提高辅助板在受力时的安全性，所述防脱轨装置的防脱轨主板将与滑块连接的平行部分上端掏空，下端与辅助板直接接触，将辅助板受到的支撑力分化到整个防脱轨装置。

进一步的，为使机器人在不同间距的四分裂导线上工作时都能够有效减少脱轨风险，所述防脱轨装置能够根据驱动轮的位置来调整防脱轨装置辅助板间的间距，并通过螺栓来固定相对位置。

进一步的，为使机器人上线安装时能够有效降低操作人员的施工难度，减少高空作业时因驱动轮太小而引起的不必要麻烦，所述防脱轨装置的辅助板设置为倒V形。

进一步的，为使机器人能够自我检测工作状态并做出相应的调整，所述机体内部的惯性测量单元IMU模块会根据机器人的运行状态来判断驱动轮是否出轨，当机器人接收到出轨信号时，所述防脱轨装置会在防脱轨装置步进电机的驱动下，通过导线的支撑作用，缓缓将机体抬起一定程度，使驱动轮顺着防脱轨装置辅助板的倒V形槽重新回到四分裂导线上。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

机器人的驱动轮和防脱轨装置的辅助板能够根据四分裂导线的间距来调整位置，提高了机器人的自适应性和实用性；在机器人上设置防脱轨装置，有效降低了机器人的上线安装难度和驱动轮的脱轨风险，并且能够保证机器人在脱轨后能够自我调整，自我恢复，提高了高空作业的安全性。

附图说明

图1 为本发明正常工作状态的总体结构示意图；

图2 为本发明部分结构示意图；

图3 为本发明防脱轨装置的结构示意图；

图4 为本发明工作流程图；

图5 为本发明利用防脱轨装置的上线过程示意图；

图6 为本发明经过防震锤时可能产生的脱轨现象示意图；

图7 为本发明利用防脱轨装置自动矫正状态的过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1和图2所示，四分裂碳纤维导线检测机器人包括机体102和防脱轨装置103。所述机体102内部为整个机器人的控制组件，包括惯性测量单元IMU模块、控制电路等，所述惯性测量单元IMU模块用于检测机器人的运行状态，所述机体上设置了前后两个防脱轨装置103以方便机器人的上线安装和脱轨后的自我调整，所述机体两侧装有两个活动臂104，所述活动臂末端装有可旋转的成像板，机体102下面安装了四个沿导线101方向运行的驱动轮，每个驱动轮都可由松紧螺栓205来固定位置，驱动轮201与驱动轮202以及驱动轮203与驱动轮204之间的间距可由活动底板206改变，使得机器人能在不同间距的四分裂导线上工作。

如图3所示，防脱轨装置103包括步进电机301，直线导轨302，滑块303，啮合机构304，防脱轨主板305，螺栓306和辅助板307。步进电机301和直线导轨302安装在机体102上，所述防脱轨主板通过滑块303安装在直线导轨302上，具有一个自由度，所述步进电机可通过啮合机构304控制防脱轨主板的上下运动，所述辅助板307可以左右移动，并通过螺栓306来固定位置，使得机器人能适应不同间距的四分裂导线。

在本实施例中，为使机器人能够稳定的携带防脱轨装置，防脱轨装置的步进电机和直线导轨与机体刚性连接；防脱轨装置通过防脱轨主板安装在直线导轨的滑块上；防脱轨装置通过啮合机构与防脱轨主板相连接，并利用步进电机来控制装置的升降、复位等工作任务；为减小机器人的整体重量，提高辅助板在受力时的安全性，防脱轨装置的防脱轨主板将与滑块连接的平行部分上端掏空，下端与辅助板直接接触，将辅助板受到的支撑力分化到整个防脱轨装置。

本发明的脱轨检测与脱轨后的自我调整流程如图4所示，只有当机器人的驱动轮脱轨后，才会触发机器人的自我调整过程。使用本发明时，先利用步进电机301将防脱轨装置103缓缓上升一定距离，使得技术人员能透过防脱轨装置辅助板307观察到驱动轮，接着根据实际四分裂导线之间的间距，调整活动底板206的位置，使得四个驱动轮刚好能够对准导线，然后拧紧松紧螺栓205，固定驱动轮，接着滑动防脱轨装置辅助板307，使其凹槽正对驱动轮中心，然后拧紧螺栓306，固定辅助板，并利用步进电机301将防脱轨装置103缓缓下降，使得辅助板307凹槽与驱动轮凹槽平行或盖住驱动轮，此时机器人能够满足四分裂导线的间距要求，上线前的准备工作完成。

在机器人正式上线之前，先将活动臂104置于收紧状态，然后将机器人吊装到输电线电塔上，如图5所示，由于高空工作不方便，且驱动轮太小难以正确安装，可先将机器人近身端的辅助板307倒V形槽搭在四分裂导线上，然后将机器人顺着辅助板倒V形槽滑到正确的位置，以解决机器人太重施工不便的问题。最后检查机器人是否已到期望位置，控制步进电机301，将防脱轨装置103缓缓上升，使机器人的驱动轮全部挂到四分裂导线上，即完成整个四分裂碳纤维导线检测机器人的上线安装。

当机器人在无障碍的导线上正常匀速运行时，能够完成导线的损伤探测等任务。但由于高空不可控因素较多，如图6所示，四分裂导线上可能存在着防震锤601，且防震锤相对导线具有一个突起。当机器人的前驱动轮经过防震锤时，机器人与四分裂导线间会产生一个倾角，从而有几率发生图6-c的驱动轮脱轨风险。当机器人脱轨时，驱动轮与导线之间的摩擦力变大，机器人运动缓慢甚至完全不能行驶，在此过程中，机体102内部的惯性测量单元IMU模块会一直检测其俯仰角和垂直面的垂直方向上的波动。当驱动轮脱轨时，机器人倾斜较严重，惯性测量单元IMU模块检测到的波动较大，会超出机器人控制端设定的波动阈值，因此机器人可以根据该波动是否超出阈值来判断是否脱轨。即使机器人驱动轮脱轨了，在防脱轨装置103的辅助板307的支撑下，机器人并不会发生侧翻。此时机体102内部的惯性测量单元IMU模块将此信号结果反馈给机器人的控制端，从而通知控制端进行自我调整。

当控制端接收到驱动轮脱轨信号时，机器人将不能正常行驶，如图7所示，类似于机器人的上线安装过程，此时需要控制步进电机301，将防脱轨装置103缓缓下降，在辅助板307的支撑下，四分裂导线将全部滑到辅助板的倒V形槽里，然后将防脱轨装置103缓缓上升，即可恢复到四分裂碳纤维导线检测机器人的正常工作状态。

以上所述仅是本发明的一种较佳实施方案，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，其特征在于：包括机体和防脱轨装置，所述机体内部设有控制组件，所述控制组件包括惯性测量单元IMU模块、控制电路等，所述机体两端设置有两个活动臂，所述活动臂末端分别设置有可旋转的成像板，所述机体底部设置有两个固定的成像板和四个可调节的驱动轮。

2.根据权利要求1所述的一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，其特征在于：所述机体前后共设置了两个防脱轨装置，所述防脱轨装置包括步进电机、直线导轨、滑块、啮合机构、防脱轨主板、螺栓和辅助板。

3.根据权利要求1所述的一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，其特征在于：所述防脱轨装置的辅助板设置为倒V形。

4.根据权利要求1所述的一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，其特征在于：所述防脱轨装置的步进电机和直线导轨与机体刚性连接。

5.根据权利要求1所述的一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，其特征在于：所述防脱轨装置安装在直线导轨的滑块上。

6.根据权利要求1所述的一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，其特征在于：所述防脱轨装置通过啮合机构与防脱轨主板相连接，并利用步进电机来控制装置的升降、复位等工作任务。

7.根据权利要求1所述的一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，其特征在于：所述防脱轨装置的防脱轨主板将与滑块连接的平行部分上端掏空，下端与辅助板直接接触。

8.根据权利要求1所述的一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，其特征在于：所述防脱轨装置能够根据驱动轮的位置来调整防脱轨装置辅助板间的间距，并通过螺栓来固定相对位置。

9.根据权利要求1所述的一种四分裂导线检测机器人脱轨检测及防脱轨机构，其特征在于：所述机体内部的惯性测量单元IMU模块根据机器人的运行状态来判断驱动轮是否出轨，当机器人接收到出轨信号时，所述防脱轨装置会在防脱轨装置步进电机的驱动下，通过导线的支撑作用，缓缓将机体抬起一定程度，使驱动轮顺着防脱轨装置辅助板的倒V形槽重新回到四分裂导线上。

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