CN111555179B - 一种输电线多角度智能喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

一种输电线多角度智能喷涂机器人，其特征在于：本发明采用了驱动装置来带动主动滚轮转动，进而实现了喷涂机器人沿着输电线缆实现前后方向上的自主移动，同时采用了两组压紧轮机构来实现对输电线缆的压紧，避免了行走过程中打滑，并能通过测速装置的速度反馈信号来调节行走速度，前刷装置和后刷装置均采用了钢丝刷盘，分别从上下左右四个方向沿铝线绞丝方向对输电线的表面及铝丝缝隙做扫刷清洁，为后续的喷涂作业提供了清洁的环境，另外本发明通过测距仪和激光雷达来感知线塔、绝缘子等障碍物的距离，能有效避免碰撞，即使发生碰撞也具有碰撞缓冲功能，本发明智能化程度高，能耗小，作业面积大，能够进行远程遥控操作。

Description

一种输电线多角度智能喷涂机器人

技术领域

本发明涉及一种喷涂机器人，尤其涉及一种输电线多角度智能喷涂机器人，属于电力设备维护技术领域。

背景技术

输电线路覆冰是影响电力系统正常运行的重要因素之一，在寒冷的区域或寒冷的天气，高压输电线路会附有大量的冰块和积雪，会导致架空的输电线质量增大，当输电线承载的质量超过一定程度时，就会导致输电线断裂、塔杆倒塌、绝缘子损坏等情况的发生，造成大面积停电。目前的将解决的方案主要有两种，一种是增强输电线路的设计强度，另外一种是进行除冰，目前的除冰主要还是比较原始的人工除冰方法，也有热力融冰技术、过电流融冰技术、短路融冰技术，人工除冰方法技术对于大范围除冰效果不佳，所受局限性比较大，热力融冰技术、过电流融冰技术以及短路融冰技术的能耗较大，对电力系统的稳定会有不利影响，而且不适合用于超高压输电线路的融冰。采用智能机器人就能很好的解决以上难题，能耗小，作业面积大，能够进行远程遥控操作，能够达到很好的使用效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有的输电线路除冰难度较大，人工喷涂防覆冰和机械式除冰的效果不佳，需要投入大量的人力，所受局限性比较大的缺陷和不足，现提供一种结构合理，智能化程度高，能耗小，作业面积大，能够进行远程遥控操作，达到了最佳的除冰效果的一种输电线多角度智能喷涂机器人。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种输电线多角度智能喷涂机器人，包括机架，所述机架的下端底部一侧安装有电池仓，机架的下端底部另一侧安装有高压气罐，机架的正面底部安装有电气控制仓，机架的背面设置有驱动装置，机架的前端部安装有前立板组件，机架的后端部安装有后立板，机架的正面且位于前立板组件与后立板之间的区域设置有穿过输电线缆的工作区域，在机架上靠近前立板组件的位置安装有与输电线缆相对应的主动滚轮，主动滚轮的轮轴与驱动装置相连接，驱动装置的正下方通过机架安装有前摆杆转轴，前摆杆转轴上通过前摆杆安装有前压紧轮，前压紧轮与主动滚轮对应设置并且输电线缆压紧在前压紧轮的轮槽与主动滚轮的轮槽之间，在机架上靠近后立板的位置安装有后摆杆转轴，后摆杆转轴上通过后摆杆安装有后压紧轮，后压紧轮的轮槽压在输电线缆上，机架上靠近前压紧轮的一侧对应于输电线缆安装有前刷装置，前刷装置与后压紧轮之间的位置安装有一对后刷装置，后刷装置位于输电线缆的上下两侧，后立板的线缆槽孔外端固定安装有滑动导轨，滑动导轨上安装有滑块，滑块通过转接板安装有活动铰座，活动铰座上固定有定位轮架，定位轮架上安装有定位滚轮，定位轮架的外端固定有上喷涂室，上喷涂室通过弹簧活页与下喷涂室相连接，上喷涂室和下喷涂室的内部沿着输电线缆的外圆周分别对称设置有多个不同角度的喷嘴。

进一步地，所述驱动装置包括步进电机、电机链轮、从动链轮以及链条，步进电机安装在机架上，步进电机的输出轴上安装有电机链轮，主动滚轮的轮轴上同轴固定有从动链轮，电机链轮和从动链轮上安装有起传动作用的链条。

进一步地，所述前摆杆和后摆杆上分别连接有摆杆驱动件，摆杆驱动件安装在机架上，摆杆驱动件为微型气缸结构或电动推杆结构。

进一步地，所述前立板组件包括前立板安装座、过线缆缺口、防撞板、导杆以及压缩弹簧，前立板安装座固定在机架的前端侧壁上，前立板安装座的四角上分别安装有导杆，导杆上穿有防撞板，导杆上套有压缩弹簧，前立板安装座和防撞板上分别开设有供输电线缆穿过的过线缆缺口。

进一步地，所述上喷涂室靠近定位轮架一侧的上方开有两个45度角的安装孔，下喷涂室靠近定位轮架一侧的下方开有两个45度角的安装孔，四个安装孔呈十字设置，且对称分布，四个安装孔内焊接有喷杆管套，喷杆管套内开设有螺纹孔，喷杆管套上的螺纹孔内安装有喷杆，喷杆的前端安装有喷嘴，喷杆的后端通过管路与高压气罐相连通。

进一步地，所述上喷涂室上靠近上喷涂室与下喷涂室之间的开合处安装有拉锁上部，下喷涂室上对应于拉锁上部安装有拉锁下部。

进一步地，所述机架上靠近输电线缆的位置安装有测速装置，测速装置包括安装座、测速滚轮以及编码器，安装座固定在机架上，安装座上安装有测速滚轮，测速滚轮的轮缘与输电线缆的外表面相贴合，测速滚轮与编码器相连接。

进一步地，所述机架的前端分别安装有测距仪、激光雷达以及摄像头。

进一步地，所述电池仓和高压气罐的底部分别安装有一对脚轮。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用了驱动装置来带动主动滚轮转动，进而实现了喷涂机器人沿着输电线缆实现前后方向上的自主移动，同时采用了两组压紧轮机构来实现对输电线缆的压紧，避免了行走过程中打滑，并能通过测速装置的速度反馈信号来调节行走速度。

、本发明安装了前刷装置和后刷装置，前刷装置和后刷装置均采用了钢丝刷盘，分别从上下左右四个方向沿铝线绞丝方向对输电线的表面及铝丝缝隙做扫刷清洁，为后续的喷涂作业提供了清洁的环境。

、本发明采用了由各种传感器、测距仪、激光雷达以及前立板组件共同构成了安全保护系统，通过测距仪和激光雷达来感知线塔、绝缘子等障碍物的距离，能有效避免碰撞，即使发生碰撞也具有碰撞缓冲功能。

、本发明结构合理，喷涂室由定位轮确定喷涂室上的喷嘴与输电线缆之间距离的恒定，并在喷涂室内安装有多个不同角度的喷头保证了防结冰涂料无死角均匀喷涂，达到了最佳的除冰效果，智能化程度高，能耗小，作业面积大，能够进行远程遥控操作，有效解决了一直以来存在的输电线路覆冰技术难题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的正面示意图。

图3是本发明的侧面示意图。

图4是本发明驱动装置的结构示意图。

图5是图4的背面结构示意图。

图6是本发明摆杆驱动装置的结构示意图。

图7是本发明前立板组件的结构示意图。

图8是本发明喷涂室的结构示意图。

图9是本发明前刷装置的结构示意图。

图10是本发明后刷装置的结构示意图。

图11是本发明喷涂室内喷嘴的分布位置示意图。

图中：机架1，电池仓2，电气控制仓3，高压气罐4，输电线缆5，主动滚轮6，驱动装置7，前压紧轮8，前摆杆转轴9，前摆杆10，后压紧轮11，后摆杆转轴12，后摆杆13，摆杆驱动件14，前刷装置15，后刷装置16，定位轮架17，定位滚轮18，喷杆19，喷杆管套20，测速装置21，前立板组件22，后立板23，上喷涂室24，下喷涂室25，弹簧活页26，拉锁上部27，拉锁下部28，喷嘴29，测距仪30，激光雷达31，摄像头32，前立板安装座33，过线缆缺口34，防撞板35，导杆36，压缩弹簧37，脚轮38，滑动导轨39，滑块40，转接板41，活动铰座42。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图11，本发明的一种输电线多角度智能喷涂机器人，包括机架1，其特征在于：所述机架1的下端底部一侧安装有电池仓2，机架1的下端底部另一侧安装有高压气罐4，机架1的正面底部安装有电气控制仓3，机架1的背面设置有驱动装置7，机架1的前端部安装有前立板组件22，机架1的后端部安装有后立板23，机架1的正面且位于前立板组件22与后立板23之间的区域设置有穿过输电线缆5的工作区域，在机架上靠近前立板组件22的位置安装有与输电线缆5相对应的主动滚轮6，主动滚轮6的轮轴与驱动装置7相连接，驱动装置7的正下方通过机架1安装有前摆杆转轴9，前摆杆转轴9上通过前摆杆10安装有前压紧轮8，前压紧轮8与主动滚轮6对应设置并且输电线缆5压紧在前压紧轮8的轮槽与主动滚轮6的轮槽之间，在机架上靠近后立板23的位置安装有后摆杆转轴12，后摆杆转轴12上通过后摆杆13安装有后压紧轮11，后压紧轮11的轮槽压在输电线缆5上，机架1上靠近前压紧轮8的一侧对应于输电线缆5安装有前刷装置15，前刷装置15与后压紧轮11之间的位置安装有一对后刷装置16，后刷装置16位于输电线缆5的上下两侧，后立板23的线缆槽孔外端固定安装有滑动导轨39，滑动导轨39上安装有滑块40，滑块40通过转接板41安装有活动铰座42，活动铰座42上固定有定位轮架17，定位轮架17上安装有定位滚轮18，定位轮架17的外端固定有上喷涂室24，上喷涂室24通过弹簧活页26与下喷涂室25相连接，上喷涂室24和下喷涂室25的内部沿着输电线缆5的外圆周分别对称设置有多个不同角度的喷嘴29。

所述驱动装置7包括步进电机、电机链轮、从动链轮以及链条，步进电机安装在机架1上，步进电机的输出轴上安装有电机链轮，主动滚轮6的轮轴上同轴固定有从动链轮，电机链轮和从动链轮上安装有起传动作用的链条。

所述前摆杆10和后摆杆13上分别连接有摆杆驱动件14，摆杆驱动件14安装在机架1上，摆杆驱动件14为微型气缸结构或电动推杆结构。

所述前立板组件22包括前立板安装座33、过线缆缺口34、防撞板35、导杆36以及压缩弹簧37，前立板安装座33固定在机架1的前端侧壁上，前立板安装座33的四角上分别安装有导杆36，导杆36上穿有防撞板35，导杆36上套有压缩弹簧37，前立板安装座33和防撞板35上分别开设有供输电线缆5穿过的过线缆缺口34。

所述上喷涂室24靠近定位轮架17一侧的上方开有两个19度角的安装孔，下喷涂室25靠近定位轮架17一侧的下方开有两个45度角的安装孔，四个安装孔呈十字设置，且对称分布，四个安装孔内焊接有喷杆管套20，喷杆管套20内开设有螺纹孔，喷杆管套20上的螺纹孔内安装有喷杆19，喷杆19的前端安装有喷嘴29，喷杆19的后端通过管路与高压气罐4相连通。

所述上喷涂室24上靠近上喷涂室24与下喷涂室25之间的开合处安装有拉锁上部27，下喷涂室25上对应于拉锁上部27安装有拉锁下部28。

所述机架1上靠近输电线缆5的位置安装有测速装置21，测速装置21包括安装座、测速滚轮以及编码器，安装座固定在机架1上，安装座上安装有测速滚轮，测速滚轮的轮缘与输电线缆5的外表面相贴合，测速滚轮与编码器相连接。

所述机架1的前端分别安装有测距仪30、激光雷达31以及摄像头32。

所述电池仓2和高压气罐4的底部分别安装有一对脚轮38。

参见图1至图4，本发明将机架1或整体立板作为各组件和装置的安装载体，在机架1的下端底部一侧安装有电池仓2，电池仓2内设置有为整机提供能源的蓄电池，机架1的下端底部另一侧安装有高压气罐4，才用这种布置方式即考虑了整机的配重问题，也兼顾了功能分区。高压气罐4采用了多级调压的方式，通过调压阀台控制各部分的输入压力，根据不同的需要进行多路不同的气压输出，以较小体积的高压气罐就实现了多路气压控制。采用压缩空气对涂料施压替代高压泵，实现轻量化、大压力、低能耗、易控制的喷涂方案，解决了原电动机或内燃机驱动方式的重量大、压力小、能耗高、难控制的技术难题；阀门输出压力的另一部分用来控制压紧轮机构和清扫机构对导线的压力以及其他气动件的动力，以达到一气多用的功能。

机架1的前端部安装有前立板组件22，前立板组件22不仅能够起到穿入输电线缆5的作用，而且还能起到防撞缓冲的作用，避免由于操作失误或控制失效所造成的与输电线铁塔发生直接碰撞。前立板组件22包括前立板安装座33、过线缆缺口34、防撞板35、导杆36以及压缩弹簧37，前立板安装座33固定在机架1的前端侧壁上，前立板安装座33和防撞板35上分别开设有供输电线缆5穿过的过线缆缺口34，前立板安装座33的四角上分别安装有导杆36，导杆36上穿有防撞板35，导杆36上套有压缩弹簧37，当发生碰撞时，防撞板35会将压缩弹簧37压缩，吸收撞击力，实现缓冲。机架1的后端部安装有后立板23，后立板23与前立板安装座33一样也开设有过线缆缺口。

在机架1上靠近前端的位置安装有主动滚轮6，主动滚轮6的轮槽与输电线缆5相对应，并且主动滚轮6的底部轮槽从输电线缆5的正上方压在输电线缆5上，主动滚轮6的轮轴与驱动装置7相连接，主动滚轮6由驱动装置7带动，并驱动整机沿着输电线缆5实现前后方向上的自主移动。驱动装置7安装在机架1的背面，驱动装置7包括步进电机、电机链轮、从动链轮以及链条，步进电机安装在机架1上，步进电机的输出轴上安装有电机链轮，主动滚轮6的轮轴上同轴固定有从动链轮，电机链轮和从动链轮上安装有起传动作用的链条。

悬挂在输电铁塔之间的线缆并不是出于平直状态，中间低，两端高，存在一定的坡度，为了避免主动滚轮6在沿着输电线缆5行走时打滑，本发明采用了前后两组压轮机构来实现压紧，并且压轮机构与输电线缆5之间的压力能够根据倾角和行走速度进行自动调节。为实现自动调节压紧力，设机器自重G，传感器测定倾角θ，设定行走线速度，

主动滚轮6的正下方通过机架1安装有前摆杆转轴9，前摆杆转轴9上通过前摆杆10安装有前压紧轮8，前压紧轮8与主动滚轮6相对设置，并且输电线缆5压紧在前压紧轮8的轮槽与主动滚轮6的轮槽之间。前摆杆10的中部连接有摆杆驱动件14，摆杆驱动件14安装在机架1上，摆杆驱动件14能够带动前摆杆10进行一定角度的摆动，进而使得前压紧轮8施加不同的压紧力给输电线缆5及主动滚轮6。同时，在机架上靠近后立板23的位置安装有后摆杆转轴12，后摆杆转轴12上通过后摆杆13安装有后压紧轮11，后压紧轮11的轮槽压在输电线缆5上，后摆杆13上连接有摆杆驱动件14，摆杆驱动件14安装在机架1上，后压紧轮11能够根据需要从下向上施加不同的压紧力给输电线缆5。摆杆驱动件14为微型气缸结构或电动推杆结构，摆杆驱动件14与电气控制仓3相连接。

机架1上靠近前压紧轮8的一侧对应于输电线缆5安装有前刷装置15，前刷装置15与后压紧轮11之间的位置安装有一对后刷装置16，后刷装置16位于输电线缆5的上下两侧，前刷装置15与后刷装置16对输电线缆5的清刷角度不同，前刷装置15和后刷装置16均采用了钢丝刷盘，分别从上下左右四个方向沿铝线绞丝方向对输电线的表面及铝丝缝隙做扫刷清洁。

后立板23的线缆槽孔外端固定安装有滑动导轨39，滑动导轨39上安装有滑块40，滑块40通过转接板41安装有活动铰座42，活动铰座42上固定有定位轮架17，定位轮架17上安装有定位滚轮18，通过定位滚轮18确定喷涂室内的喷嘴29与输电线缆之间的距离恒定。定位轮架17的外端固定有上喷涂室24，上喷涂室24通过弹簧活页26与下喷涂室25相连接，上喷涂室24和下喷涂室25闭合后所构成的内部区域为喷涂室，下喷涂室25能够弹簧活页26实现向上旋转打开，便于将输电线缆5置于喷涂室内，并且输电线缆5贯穿于整个喷涂室。上喷涂室24靠近定位轮架17一侧的上方开有两个45度角的安装孔，下喷涂室25靠近定位轮架17一侧的下方开有两个45度角的安装孔，四个安装孔呈十字设置，且对称分布。四个安装孔内焊接有喷杆管套20，喷杆管套20内开设有螺纹孔，喷杆管套20上的螺纹孔内安装有喷杆19，喷杆19的前端安装有喷嘴29，喷杆19的后端通过管路与高压气罐4相连通。喷嘴29能够将防止线缆结冰的涂料进行雾化后均匀喷涂在输电线缆5的外表面，多个不同角度的喷嘴29保证了无死角均匀喷涂。

机架1上靠近输电线缆5的位置安装有测速装置21，测速装置21包括安装座、测速滚轮以及编码器，安装座固定在机架1上，安装座上安装有测速滚轮，测速滚轮的轮缘与输电线缆5的外表面相贴合，测速滚轮与编码器相连接，测速滚轮在喷涂机器人行走过程中就能够同步转动，进而实现准确测速。并将速度信号反馈给控制器，由控制器来控制驱动装置7以合适的速度来驱动喷涂机器人。如果测速装置21所得到的速度与系统速度不一致，则进行压力控制。通过控制前压紧轮8和后压紧轮11的压紧力来调节速度。

机架1的前端分别安装有测距仪30、激光雷达31以及摄像头32，机架1上还安装有各种传感器。各种传感器、测距仪30、激光雷达31以及前立板组件22共同构成了安全保护系统，通过测距仪30和激光雷达31来感知线塔、绝缘子等障碍物的距离，以多传感器融合方式决策。各种传感器参数通过雷达传送到地面遥控操作系统，地面遥控操作系统用于显示机器人姿态、速度、行走压紧力、喷涂压力、障碍距离等状态数据，通过触控面板、输入参数进行人机交互；液晶显示器用于显示机器人传回的视频图像。当喷涂机器人接近障碍时，通过激光雷达31和传感器同时探知物体距离时，在一定范围内进行减速，然后进行速度控制，直到停止，安全性能好。

Claims (9)

1.一种输电线多角度智能喷涂机器人，包括机架（1），其特征在于：所述机架（1）的下端底部一侧安装有电池仓（2），机架（1）的下端底部另一侧安装有高压气罐（4），机架（1）的正面底部安装有电气控制仓（3），机架（1）的背面设置有驱动装置（7），机架（1）的前端部安装有前立板组件（22），机架（1）的后端部安装有后立板（23），机架（1）的正面且位于前立板组件（22）与后立板（23）之间的区域设置有穿过输电线缆（5）的工作区域，在机架上靠近前立板组件（22）的位置安装有与输电线缆（5）相对应的主动滚轮（6），主动滚轮（6）的轮轴与驱动装置（7）相连接，驱动装置（7）的正下方通过机架（1）安装有前摆杆转轴（9），前摆杆转轴（9）上通过前摆杆（10）安装有前压紧轮（8），前压紧轮（8）与主动滚轮（6）对应设置并且输电线缆（5）压紧在前压紧轮（8）的轮槽与主动滚轮（6）的轮槽之间，在机架上靠近后立板（23）的位置安装有后摆杆转轴（12），后摆杆转轴（12）上通过后摆杆（13）安装有后压紧轮（11），后压紧轮（11）的轮槽压在输电线缆（5）上，机架（1）上靠近前压紧轮（8）的一侧对应于输电线缆（5）安装有前刷装置（15），前刷装置（15）与后压紧轮（11）之间的位置安装有一对后刷装置（16），后刷装置（16）位于输电线缆（5）的上下两侧，后立板（23）的线缆槽孔外端固定安装有滑动导轨（39），滑动导轨（39）上安装有滑块（40），滑块（40）通过转接板（41）安装有活动铰座（42），活动铰座（42）上固定有定位轮架（17），定位轮架（17）上安装有定位滚轮（18），定位轮架（17）的外端固定有上喷涂室（24），上喷涂室（24）通过弹簧活页（26）与下喷涂室（25）相连接，上喷涂室（24）和下喷涂室（25）的内部沿着输电线缆（5）的外圆周分别对称设置有多个不同角度的喷嘴（29）。

2.根据权利要求1所述的一种输电线多角度智能喷涂机器人，其特征在于：所述驱动装置（7）包括步进电机、电机链轮、从动链轮以及链条，步进电机安装在机架（1）上，步进电机的输出轴上安装有电机链轮，主动滚轮（6）的轮轴上同轴固定有从动链轮，电机链轮和从动链轮上安装有起传动作用的链条。

3.根据权利要求1所述的一种输电线多角度智能喷涂机器人，其特征在于：所述前摆杆（10）和后摆杆（13）上分别连接有摆杆驱动件（14），摆杆驱动件（14）安装在机架（1）上，摆杆驱动件（14）为微型气缸结构或电动推杆结构。

4.根据权利要求1所述的一种输电线多角度智能喷涂机器人，其特征在于：所述前立板组件（22）包括前立板安装座（33）、过线缆缺口（34）、防撞板（35）、导杆（36）以及压缩弹簧（37），前立板安装座（33）固定在机架（1）的前端侧壁上，前立板安装座（33）的四角上分别安装有导杆（36），导杆（36）上穿有防撞板（35），导杆（36）上套有压缩弹簧（37），前立板安装座（33）和防撞板（35）上分别开设有供输电线缆（5）穿过的过线缆缺口（34）。

5.根据权利要求1所述的一种输电线多角度智能喷涂机器人，其特征在于：所述上喷涂室（24）靠近定位轮架（17）一侧的上方开有两个45度角的安装孔，下喷涂室（25）靠近定位轮架（17）一侧的下方开有两个45度角的安装孔，四个安装孔呈十字设置，且对称分布，四个安装孔内焊接有喷杆管套（20），喷杆管套（20）内开设有螺纹孔，喷杆管套（20）上的螺纹孔内安装有喷杆（19），喷杆（19）的前端安装有喷嘴（29），喷杆（19）的后端通过管路与高压气罐（4）相连通。

6.根据权利要求1所述的一种输电线多角度智能喷涂机器人，其特征在于：所述上喷涂室（24）上靠近上喷涂室（24）与下喷涂室（25）之间的开合处安装有拉锁上部（27），下喷涂室（25）上对应于拉锁上部（27）安装有拉锁下部（28）。

7.根据权利要求1所述的一种输电线多角度智能喷涂机器人，其特征在于：所述机架（1）上靠近输电线缆（5）的位置安装有测速装置（21），测速装置（21）包括安装座、测速滚轮以及编码器，安装座固定在机架（1）上，安装座上安装有测速滚轮，测速滚轮的轮缘与输电线缆（5）的外表面相贴合，测速滚轮与编码器相连接。

8.根据权利要求1所述的一种输电线多角度智能喷涂机器人，其特征在于：所述机架（1）的前端分别安装有测距仪（30）、激光雷达（31）以及摄像头（32）。

9.根据权利要求1所述的一种输电线多角度智能喷涂机器人，其特征在于：所述电池仓（2）和高压气罐（4）的底部分别安装有一对脚轮（38）。

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