CN111113448A - 一种导轨式巡线机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导轨式巡线机器人，属于电线巡检机器人技术领域。一种导轨式巡线机器人，包括：支架、第一连接臂和第二连接臂；支架上设有丝杆、导轨以及丝杆电机；丝杆包括右旋螺纹段和左旋螺纹段；第一连接臂的长度小于第二连接臂的长度，第一连接臂和第二连接臂均包括依次连接的爪部、竖直支撑杆、水平旋转组件、安装部件、竖直旋转组件以及滑动部件；第一连接臂和第二连接臂的滑动部件均与导轨滑动连接并且分别与右旋螺纹段和左旋螺纹段相配合。本发明通过支架上的导轨，可以使爪部脱离电线并绕开各种障碍，导轨的轴线与电线的轴线在水平方向上的距离不会发生变化，从而导向准确，各爪部的移动方式简单，降低越障操作难度。

Description

一种导轨式巡线机器人

技术领域

本发明涉及电线巡检机器人技术领域，具体涉及一种导轨式巡线机器人。

背景技术

超高压输电线路担负着我国电力传输的重任,它的安全可靠运行直接关系到一个国家经济的稳定发展。目前,采用高压和超高压架空电力线路是长距离输配电力的主要方式,电力线路是电力系统的重要组成部分。线路由于长期暴露在自然环境中,不仅要承受正常机械载荷和电力负荷的内部压力,还要经受污秽、雷击、强风、滑坡、沉陷及鸟害等外界侵害。上述因素会对电力线造成比较大的损害，所以电力线需要经常进行巡检，如有电力线损伤必须要进行及时更换。目前，现有电线巡检机器人只能实现跨越小型障碍，不能跨越较大型障碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导轨式巡线机器人，以解决现有电线巡检机器人只能跨越小型障碍，不能跨越大型障碍的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种导轨式巡线机器人，包括：支架，以及均竖直设置的第一连接臂和第二连接臂；

支架上设有丝杆、导轨以及丝杆电机；丝杆呈斜置状并且与导轨平行设置，丝杆包括右旋螺纹段和左旋螺纹段，丝杆与丝杆电机连接；

第一连接臂的长度小于第二连接臂的长度，第一连接臂和第二连接臂均包括依次连接的爪部、竖直支撑杆、水平旋转组件、安装部件、竖直旋转组件以及滑动部件；第一连接臂和第二连接臂的滑动部件均与导轨滑动连接并且第一连接臂和第二连接臂的滑动部件分别与右旋螺纹段和左旋螺纹段相配合。

本发明的导轨式巡线机器人通过支架上的导轨进行移动，可以使爪部脱离电线并绕开各种障碍，通过导轨的导向实现跨越障碍，导轨的轴线与电线的轴线在水平方向上的距离不会发生变化，从而导向准确，各爪部的移动方式简单，降低越障操作难度，能跨越各种大小的障碍。

导轨式巡线机器人的越障过程：第一连接臂中的爪部为位置在前的爪部，第二连接臂中的爪部为位置在后的爪部。位置在前的爪部与电线松开，位置在后的爪部与电线抱紧，丝杆电机工作时，由于支架上设有右旋螺纹段和左旋螺纹段，支架相对于位置在后的爪部前移，并且位置在前的爪部相对于支架前移，由于支架呈斜置状态，位置在前爪部相对于支架向斜上方移动，从而离开电线，在各水平旋转件和竖直旋转组件的带动下，位置在前爪部从障碍的下方进行越障，在越障过程中，导轨的轴线与电线的轴线在水平方向上的距离不会发生变化，使得位置在前的爪部的移动方式简单，降低越障操作难度，从而实现位置在前的爪部的越障，位置在后的爪部的越障过程与位置在前的爪部的越障过程一致。

进一步地，上述水平旋转组件均包括相互连接的水平转动盘和水平转动电机，水平转动盘与所述安装部件转动连接，水平转动盘还与竖直支撑杆的底端连接。

本发明的水平转动电机可以通过相应的水平转动盘和竖直支撑杆带动相应的爪部进行旋转，使爪部绕开电线，便于爪部向下运动。

进一步地，上述竖直旋转组件包括相互连接的竖直旋转轴和竖直旋转电机，所述竖直旋转轴与所述安装部件和滑动部件连接。

本发明的竖直旋转轴可以带动支架以及待越障的爪部向下旋转，使待越障的爪部移动到障碍的下方，便于从障碍的下方进行越障。

进一步地，上述竖直支撑杆的顶端通过调姿组件与爪部连接；调姿组件包括相互连接的调姿旋转轴和调姿电机；调姿旋转轴与爪部和竖直支撑杆的顶端连接。

本发明的调资组件可以保证爪部保持在竖直位置，便于越障后与电线抱紧。

进一步地，上述爪部包括支架、支撑组件以及紧固组件；支撑组件包括与支架连接的支撑轮，支撑轮沿周向设有支撑槽；紧固组件包括滑动组件、转动组件、紧固轮安装架以及至少一个紧固轮；滑动组件与支架连接；转动组件分别与滑动组件和紧固轮安装架连接；紧固轮与紧固轮安装架转动连接并且紧固轮的轴线与支撑轮的轴线平行，紧固轮沿周向设有紧固槽，紧固槽与支撑槽相对设置。

本发明支撑轮上的支撑槽用于放置电线，紧固轮在滑动组件和转动组件的带动下可以与电线接触，紧固槽挤压电线使电线与支撑轮能够紧密配合，实现抱紧操作，由于滑动组件对紧固轮具有提升作用，紧固轮的提升可以增加电线与支撑轮和紧固轮之间的作用力，从而可以满足电线粗线变化，同时，由于支撑槽和紧固槽的限位作用，使各爪部与电线之间的连接可靠。

转动组件可以带动紧固轮和紧固轮安装架旋转，并使紧固轮位于支撑轮的下方，滑动组件可以将紧固轮进行抬升，使紧固轮与电线接触，进而实现电线与紧固轮和支撑轮之间的抱紧操作。

由于滑动组件反向工作能够使紧固轮与电线分离，转动组件反向工作可以使紧固轮远离支撑轮，从而可以解除紧固轮对电线下方的约束，进而可以使各爪部能够通过竖直旋转组件进行抬升，实现脱线功能，进而实现越障功能。

进一步地，上述支撑组件还包括弹簧悬挂，支撑轮通过弹簧悬挂与支架连接。

本发明的滑动组件在工作时，会抬升紧固轮，紧固轮通过电线挤压支撑轮，支撑轮收到的力会作用在弹簧悬挂上，通过滑动组件的抬升力以及弹簧悬挂的反作用力，可以使支撑轮和紧固轮与电线之间具有更大的作用力，支撑轮和紧固轮与电线配时能够提供足够夹紧力，有利于机器人攀爬大仰角电线。

进一步地，上述支撑轮连接有支撑轮电机，支撑轮电机安装在弹簧悬挂上。

本发明的支撑轮电机用于驱动支撑轮在电线上的行走，完成正常行走功能。

进一步地，上述支撑组件还包括刹车部件，刹车部件与紧固轮位于支撑轮相对应的两侧，刹车部件的一端与支架连接，刹车部件的另一端位于支撑槽内并与支撑槽的槽壁间隔设置。

机器人在行进完成时，滑动部件带动紧固轮和支撑轮继续提升，此时弹簧悬挂进一步被压缩，支撑轮提升后，会与刹车部件接触并贴近，通过支撑槽与刹车部件之间的摩擦力使支撑轮不能转动，实现抱死功能。

进一步地，上述滑动组件包括丝杠电机、丝杠以及滑动安装架；丝杠电机设置在支架上；丝杠分别与丝杠电机和滑动安装架连接；滑动安装架与支架滑动连接。

本发明的滑动组件通过丝杠电机带动丝杠转动实现转动组件、紧固轮、支撑轮等部件的提升，丝杠在运动时具有运动平稳、性能稳定，紧固轮与支撑轮能够实现平稳接触。

进一步地，上述转动组件包括舵机和连杆机构；舵机与滑动安装架连接，连杆机构分别与舵机和紧固轮安装架连接；紧固轮安装架上设有连接杆，连接杆与滑动安装架转动连接。

本发明采用舵机作为转动组件的作动部件，只需要转动一个小角度即可使紧固轮完全与电线脱离，同时也只需要转动一个小角度即可产生较大的夹紧力。滑动组件不但通过转动组件与紧固轮安装架连接，还通过连接杆与紧固轮安装架连接，两个转动连接点可以通过杠杆原理对紧固轮安装架进行支撑和转向。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的导轨式巡线机器人通过支架上的导轨进行移动，可以使爪部脱离电线并绕开各种障碍，通过导轨的导向实现跨越障碍，导轨的轴线与电线的轴线在水平方向上的距离不会发生变化，从而导向准确，各爪部的移动方式简单，降低越障操作难度，能跨越各种大小的障碍。

(2)本发明各爪部中支撑轮上的支撑槽用于放置电线，紧固轮在滑动组件和转动组件的带动下可以与电线接触，紧固槽挤压电线使电线与支撑轮能够紧密配合，实现抱紧操作，由于滑动组件对紧固轮具有提升作用，紧固轮的提升可以增加电线与支撑轮和紧固轮之间的作用力，从而可以满足电线粗线变化，同时，由于支撑槽和紧固槽的限位作用，使各爪部与电线之间的连接可靠。

附图说明

图1为本发明的导轨式巡线机器人的结构示意图；

图2为本发明的丝杆的结构示意图；

图3为本发明的第一连接臂除去爪部的结构示意图；

图4为本发明的爪部的立体结构示意图；

图5为本发明的爪部的又一立体结构示意图；

图6为本发明的紧固组件的结构示意图。

图中：10-支架；20-支撑组件；21-支撑轮；22-支撑槽；23-弹簧悬挂；24-刹车部件；30-紧固组件；31-滑动组件；32-转动组件；33-紧固轮安装架；34-紧固轮；35-紧固槽；36-连接杆；50-支架；51-丝杆；52-导轨；53-丝杆电机；54-右旋螺纹段；55-左旋螺纹段；60-第一连接臂；61-竖直支撑杆；62-水平旋转组件；63-安装部件；64-竖直旋转组件；65-滑动部件；66-丝杆套；70-第二连接臂；80-调姿组件；81-调姿旋转轴；82-调姿电机；100-爪部；311-丝杠电机；312-丝杠；313-滑动安装架；321-舵机；322-连杆机构；621-水平转动盘；622-水平转动电机；641-竖直旋转电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

请参照图1，一种导轨式巡线机器人，包括：支架50、第一连接臂60以及第二连接臂70。支架50斜置状态。第一连接臂60和第二连接臂70均竖直设置，第一连接臂60和第二连接臂70的顶端齐平，底端分别与支架50连接，第一连接臂60的长度小于第二连接臂70的长度，使得第一连接臂60和第二连接臂70对应斜置的支架50。

请参照图1和图2，支架50上设有丝杆51、导轨52以及丝杆电机53。丝杆51的两端分别与支架50的两端连接，并且丝杆51的延伸方向与支架50的整体延伸方向一致，即丝杆51与支架50的倾斜程度一致，丝杆51包括右旋螺纹段54和左旋螺纹段55，右旋螺纹段54和左旋螺纹段55分别与所述第一连接臂60和第二连接臂70的底端连接。导轨52与丝杆51平行，导轨52与第一连接臂60和第二连接臂70滑动连接。丝杆电机53与丝杆51连接，在丝杆电机53的带动下，第一连接臂60和第二连接臂70相对与支架50可以向相反方向运动。

请参照图3，第一连接臂60包括依次连接的爪部100、竖直支撑杆61、水平旋转组件62，安装部件63、竖直旋转组件64以及滑动部件65。

竖直支撑杆61的顶端通过调姿组件80与爪部100连接，竖直支撑杆61的底端与水平旋转组件62连接。调姿组件80包括相互连接的调姿旋转轴81和调姿电机82。调姿旋转轴81与爪部100和竖直支撑杆61的顶端连接，在调姿电机82的带动下，可以保证爪部100处于竖直位置，便于越障后与电线抱紧。

水平旋转组件62包括相互连接的水平转动盘621和水平转动电机622，水平转动盘621与安装部件63转动连接并且水平转动盘621与竖直支撑杆61的底端连接。水平转动电机622固定在安装部件63上，通过水平转动电机622带动，竖直支撑杆61和爪部100均可以绕水平转动盘621的轴线进行旋转。

竖直旋转组件64包括相互连接的竖直旋转轴(未示出)和竖直旋转电机641。竖直旋转轴连接安装部件63和滑动部件65。竖直旋转电机641固定在滑动部件65上，通过竖直旋转电机641的带动，安装部件63、水平旋转组件62、竖直支撑杆61以及爪部100均可以绕竖直旋转轴进行旋转。

滑动部件65设有滑槽(未示出)，滑槽与导轨52相配合。滑动部件65还设有丝杆套66，丝杆套66与丝杆51相配合。

第二连接臂70的结构和第一连接臂60的结构一致。第二连接臂70与第一连接臂60的区别在于，第二连接臂70中的竖直支撑杆61的长度大于第一连接臂60中的竖直支撑杆61的长度；第二连接臂70的丝杆套66和第一连接臂60的丝杆套66分别与左旋螺纹段55和右旋螺纹段54相配合。

请参照图4和图5，爪部100，包括：支架10、支撑组件20以及紧固组件30，支撑组件20设置在支架10内，紧固组件30设置在支架10的一侧。支架10还与竖直支撑杆61的顶端连接，并且竖直支撑杆61和紧固组件30分别位于支架10相对应的两侧，使爪部100在旋转时，爪部100与电线可以在竖直方向上错位，电线不会干涉爪部100在竖直方向上的移动。

支撑组件20包括支撑轮21、弹簧悬挂23以及刹车部件24。支撑轮21的周向设有支撑槽22，用于对电线进行限位。支撑轮21上设有支撑轮电机(未示出)，支撑轮电机安装在弹簧悬挂23上，并且支撑轮电机的电机轴与支撑轮21连接，支撑轮21受力时，通过支撑轮电机的连接作用，可以使弹簧悬挂23中的弹簧被压缩。弹簧悬挂23安装在支架10上，从而使支撑轮21悬吊在支架10上。刹车部件24的一端与支架10固定连接，另一端位于支撑槽22中并且与支撑槽22的槽壁均具有间隙。在本实施例中，支撑槽22为截面呈梯形的环槽。

请参照图6，紧固组件30包括滑动组件31、转动组件32、紧固轮安装架33以及至少一个紧固轮34。滑动组件31安装在支架10上。转动组件32分别与滑动组件31和紧固轮安装架33连接。紧固轮34安装在紧固轮安装架33上。

滑动组件31包括丝杠电机311、丝杠312以及滑动安装架313。丝杠电机311安装在支架10上。丝杠312竖直设置，其分别与丝杠电机311的电机轴和滑动安装架313连接。滑动安装架313通过滑块与支架10连接。通过丝杠电机311的带动，滑动安装架313在支架10上沿丝杠312的延伸方向进行滑动。

转动组件32包括舵机321和连杆机构322。舵机321安装在滑动安装架313上，连杆机构322的一端与舵机321连接，连杆机构322的另一端与紧固轮安装架33连接。在舵机321的带动下，连杆机构322可以带动紧固轮安装架33转动，从而带动紧固轮34靠近支撑轮21或远离支撑轮21。在本实施例中，连杆机构322设有凸起，连杆机构322转动到呈直线位置时，凸起会阻止连杆机构322继续转动，利用连杆机构322的机械自锁使舵机321在夹紧时不需要提供任何力矩，夹紧力全部由滑动组件31提供，不仅可以实现支撑轮21与紧固轮34之间的的快速开合又可以提供较大的夹紧力。

紧固轮安装架33上设有连接杆36。连接杆36的一端与紧固轮安装架33连接，连接杆36的另一端与滑动安装架313转动连接。滑动组件31不但通过转动组件32与紧固轮安装架33连接，还通过连接杆36与紧固轮安装架33连接，两个转动连接点可以通过杠杆原理对紧固轮安装架33进行支撑和转向。

紧固轮34与紧固轮安装架33转动连接，紧固轮34的周向设有紧固槽35，紧固轮34的轴线与支撑轮21的轴线平行，并且紧固槽35与支撑槽22相对设置，紧固轮34与刹车部件24位于支撑轮21相对应的两侧。紧固轮34可以在转动组件32的带动下转动至支撑轮21的下方并且使紧固槽35与支撑槽22相对，紧固轮34还可以在滑动组件31的带动下靠近支撑轮21或者远离支撑轮21。紧固轮34在滑动组件31的作用下，与支撑轮21一起抱紧电线。在本实施例中，紧固轮34的数量为3,3个紧固轮34可以使电线呈弯曲状态置于支撑槽22中，增加电线与支撑槽22的槽壁之间的摩擦力；紧固槽35为截面呈梯形的环槽。在本发明的其它实施例中，紧固轮34的数量还可以是1、2、4等。

爪部100与电线抱紧过程：转动组件32可以带动紧固轮34和紧固轮安装架33旋转，并使紧固轮34位于支撑轮21的下方，滑动组件31可以将紧固轮34进行抬升，使紧固轮34与电线接触，滑动组件31继续抬升紧固轮34，使电线与紧固槽35和支撑槽22贴紧，实现电线与紧固轮34和支撑轮21之间的抱紧操作。

爪部100的抱死过程：爪部100与电线抱紧后，滑动组件31继续工作，带动支撑轮21继续向上移动，直到与刹车部件24接触，从而可以通过刹车部件24与支撑槽22的槽壁之间的摩擦力实现抱死功能。

爪部100与电线松开过程：滑动组件31反向工作使紧固轮34与电线分离，然后转动组件32反向工作使紧固轮34远离支撑轮21，解除紧固轮34对电线下方的约束，实现爪部100与电线松开，进而可以使爪部100能够通过竖直旋转组件进行抬升，实现脱线功能，进而实现越障功能。

以下所称“第一爪部”为第一连接臂60上的爪部100，“第二爪部”为第二连接臂70上的爪部100。通过导轨式巡线机器人在行走时，第一爪部在前，第二爪部在后的顺序说明导轨式巡线机器人的行走和越障过程。

导轨式巡线机器人的正常行走过程：第一爪部和第二爪部分别与电线抱紧，通过第一爪部和第二爪部中的支撑轮电机转动，带动第一爪部和第二爪部在电线上正常行走。

导轨式巡线机器人碾压越过小型障碍：第一爪部与电线松开，第二爪部与电线保持抱紧状态，通过第一爪部和第二爪部中的支撑轮电机转动，带动第一爪部碾压越过小型障碍。第一爪部碾压越过小型障碍后，与电线抱紧，第二爪部与电线松开，通过第一爪部和第二爪部中的支撑轮电机转动，带动第二爪部碾压越过小型障碍，从而实现机器人通过碾压越过小型障碍。

导轨式巡线机器人绕开小型障碍或大型障碍进行越障过程：第一爪部与电线松开，第二爪部与电线保持抱紧状态。丝杆电机53转动，带动第一爪部向前进方向的斜上方移动，使第一爪部与电线分开。第一连接臂60上的水平转动电机622转动，带动第一爪部旋转，使第一爪部与电线在竖直方向上错开。第二连接臂70上的竖直旋转电机转动，带动支架10和第一连接臂60转动，使第一爪部位于电线的下方。丝杆电机53再次转动，带动第一爪部向前进方向运动，直到越过障碍。第二连接臂70上的竖直旋转电机再次转动，带动支架10和第一连接臂60转动，使第一爪部位于电线的上方。第一连接臂60上的水平转动电机622再次转动，带动第一爪部旋转，使第一爪部与电线在竖直方向上对准，最后丝杆电机53转动，使第一爪部与电线接触，并使第一爪部与电线抱紧，实现第一爪部的越障。第二爪部与第一爪部的越障过程一致。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导轨式巡线机器人，其特征在于，包括：支架(50)，以及均竖直设置的第一连接臂(60)和第二连接臂(70)；

所述支架(50)上设有丝杆(51)、导轨(52)以及丝杆电机(53)；所述丝杆(51)呈斜置状并且与所述导轨(52)平行设置，所述丝杆(51)包括右旋螺纹段(54)和左旋螺纹段(55)，所述丝杆(51)与所述丝杆电机(53)连接；

所述第一连接臂(60)的长度小于所述第二连接臂(70)的长度，所述第一连接臂(60)和第二连接臂(70)均包括依次连接的爪部(100)、竖直支撑杆(61)、水平旋转组件(62)、安装部件(63)、竖直旋转组件(64)以及滑动部件(65)；所述第一连接臂(60)和第二连接臂(70)的滑动部件(65)均与所述导轨(52)滑动连接并且所述第一连接臂(60)和第二连接臂(70)的滑动部件(65)分别与所述右旋螺纹段(54)和左旋螺纹段(55)相配合。

2.根据权利要求1所述的导轨式巡线机器人，其特征在于，所述水平旋转组件(62)均包括相互连接的水平转动盘(621)和水平转动电机(622)，所述水平转动盘(621)与所述安装部件(63)转动连接，所述水平转动盘(621)还与所述竖直支撑杆(61)的底端连接。

3.根据权利要求2所述的导轨式巡线机器人，其特征在于，所述竖直旋转组件(64)包括相互连接的竖直旋转轴和竖直旋转电机(641)，所述竖直旋转轴与所述安装部件(63)和滑动部件(65)连接。

4.根据权利要求3所述的导轨式巡线机器人，其特征在于，所述竖直支撑杆(61)的顶端通过调姿组件(80)与所述爪部(100)连接；所述调姿组件(80)包括相互连接的调姿旋转轴(81)和调姿电机(82)；所述调姿旋转轴(81)与所述爪部(100)和竖直支撑杆(61)的顶端连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的导轨式巡线机器人，其特征在于，所述爪部(100)包括支架(10)、支撑组件(20)以及紧固组件(30)；所述支撑组件(20)包括与所述支架(10)连接的支撑轮(21)，所述支撑轮(21)沿周向设有支撑槽(22)；所述紧固组件(30)包括滑动组件(31)、转动组件(32)、紧固轮安装架(33)以及至少一个紧固轮(34)；所述滑动组件(31)与所述支架(10)连接；所述转动组件(32)分别与所述滑动组件(31)和紧固轮安装架(33)连接；所述紧固轮(34)与所述紧固轮安装架(33)转动连接并且所述紧固轮(34)的轴线与所述支撑轮(21)的轴线平行，所述紧固轮(34)沿周向设有紧固槽(35)，所述紧固槽(35)与所述支撑槽(22)相对设置。

6.根据权利要求5所述的导轨式巡线机器人，其特征在于，所述支撑组件(20)还包括弹簧悬挂(23)，所述支撑轮(21)通过弹簧悬挂(23)与所述支架(10)连接。

7.根据权利要求6所述的导轨式巡线机器人，其特征在于，所述支撑轮(21)连接有支撑轮电机，所述支撑轮电机安装在所述弹簧悬挂(23)上。

8.根据权利要求7所述的导轨式巡线机器人，其特征在于，所述支撑组件(20)还包括刹车部件(24)，所述刹车部件(24)与所述紧固轮(34)位于所述支撑轮(21)相对应的两侧，所述刹车部件(24)的一端与所述支架(10)连接，所述刹车部件(24)的另一端位于所述支撑槽(22)内并与所述支撑槽(22)的槽壁间隔设置。

9.根据权利要求5所述的导轨式巡线机器人，其特征在于，所述滑动组件(31)包括丝杠电机(311)、丝杠(312)以及滑动安装架(313)；所述丝杠电机(311)设置在所述支架(10)上；所述丝杠(312)分别与所述丝杠电机(311)和滑动安装架(313)连接；所述滑动安装架(313)与所述支架(10)滑动连接。

10.根据权利要求9所述的导轨式巡线机器人，其特征在于，所述转动组件(32)包括舵机(321)和连杆机构(322)；所述舵机(321)与所述滑动安装架(313)连接，所述连杆机构(322)分别与所述舵机(321)和紧固轮安装架(33)连接；所述紧固轮安装架(33)上设有连接杆(36)，所述连接杆(36)与所述滑动安装架(313)转动连接。

Images