CN111591933A - 输电线路沿防坠轨道爬塔机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路沿防坠轨道爬塔机器人及方法，机器人包括上提装置、下推装置和铰接机构；上提装置包括浮动架、伸缩缸和上提桁架，上提桁架卡合于防坠轨道上、顶部与伸缩缸铰接，伸缩缸的另一端与浮动架相连，浮动架与铰接机构铰接；下推装置包括滑动座、伸缩缸和下推桁架，滑动座和下推桁架均卡于防坠轨道上能够沿轨长方向滑动，伸缩缸的一端与下推桁架的顶部铰接、另一端与滑动座相连，滑动座与铰接机构相连。机器人安装于防坠轨道上将作业人员运送至指定位置，降低劳动强度；上提装置与下推装置铰接，使两者能够相对摆动从而能攀爬一定弯曲度的防坠轨道，上提装置的浮动架使机器人能够俯仰从而能攀爬一定俯仰角度的防坠轨道。

Description

输电线路沿防坠轨道爬塔机器人及方法

技术领域

本发明属于输电线路爬塔技术领域，特别是涉及一种输电线路沿防坠轨道爬塔机器人及方法。

背景技术

输电线路主要由导线、绝缘子、杆塔、避雷线和接地装置组成。杆塔主要起到支撑作用，输电线路杆塔按材料分为铁塔和砼塔，铁塔在输电线路上的使用占比高达80％以上，特别是500kV及以上线路目前占到100％。

在线路运维检修中，触电与高空坠落是危害人身安全的两大主要因素。随着电网建设的迅速发展，铁塔的呼高越来越高，特高压线路的平均呼高达到70米以上，上塔作业时爬塔需耗费大量的体力和时间，使作业人员体力越来越难以满足作业需求，如何节省爬塔耗费的体力以及保证爬塔安全成为了作业过程中至关重要的环节。

铁塔一般分为角钢塔和钢管塔两种，传统的登高方式，靠在角钢两侧设计脚钉或在钢管塔装设爬梯上手攀爬，易发生高空坠落，危及作业人员生命安全。机器人载人上塔，就必须找寻到不同铁塔的特征，提高机器人作业效率，角钢塔由主材、斜材、横材、连接螺栓、联板组成。不同的角钢塔其结构难以找到共同的特征来适用机器人的运动规划，创新难度极大。而一部分铁塔上，特别是高呼高的铁塔上装设有防坠轨道，此类型的铁塔可为机器人设计研究提供了另一种选择攀爬方式，可有效提高机器人的效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种能够将作业人员运送至塔上的输电线路沿防坠轨道爬塔机器人及方法。

本发明提供的这种输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，它包括上提装置、下推装置和铰接机构；上提装置包括浮动架、伸缩缸和上提桁架，上提桁架卡合于防坠轨道上、顶部与伸缩缸铰接，伸缩缸的另一端与浮动架相连，浮动架与铰接机构铰接；下推装置包括滑动座、伸缩缸和下推桁架，滑动座和下推桁架均卡于防坠轨道上能够沿轨长方向滑动，伸缩缸的一端与下推桁架的顶部铰接、另一端与滑动座相连，滑动座与铰接机构相连。

所述浮动架包括拉簧扣、摆动架和浮动臂；拉簧扣包括底板和立臂，拉簧扣以其底板连接于所述上提桁架上；摆动架包括横杆，横杆中部设有轴孔和铰接座，横杆两端设有关于轴孔对称布置的耳座，摆动架通过轴孔与铰接机构装配；浮动臂内设阶梯套，阶梯套内设电磁铁用作刹车扣，浮动臂的一端铰接于铰接座内、另一端与拉簧扣接触止退，浮动臂与拉簧扣之间设有拉簧。

所述上提桁架为U型架，包括端板和侧板，端板下设匹配于所述防坠轨道的底槽，侧板顶部设有安装口，安装口内设连接轴。

所述伸缩缸包括缸体和活塞杆，缸体外设中耳板；伸缩缸成对布置、分设于所述浮动臂两侧、缸体铰接于耳座内、活塞杆连接于上提桁架安装口内；两伸缩缸之间设有稳定扣。

所述稳定扣为门型扣，其顶板中部设有连接孔，两侧板下设匹配于所述伸缩缸的卡槽；稳定扣两端分别与伸缩缸卡接、中部通过连接孔与所述浮动臂装配。

所述滑动座包括支撑座和防坠座；支撑座包括主座、压轨轮和卡轨轮，主座包括匹配于所述防坠轨道的滑槽，压轨轮连接于主座上，卡轨轮成对布置、分设于主座两侧；防坠座包括座主体、防坠棘轮和导向轮，座主体包括匹配于所述防坠轨道的滑槽，防坠棘轮一端通过伸缩缸与主座相连、另一端铰接于座主体上能够绕铰接轴转动与轨道抱死，导向轮分设于座主体两侧；支撑座和防坠座通过十字型联轴器相连。

所述主座呈工字型，包括上翼缘、下翼缘和连接两翼缘的一对腹板；两腹板之间为所述滑槽；上翼缘一端设有安装座、另一端设有压轨轮座，上翼缘与下翼缘设有长圆孔用以安装卡轨轮座，主座通过安装座与所述铰接机构装配，压轨轮座为中空的矩形座，其两对侧壁上均设有开口槽，压轨轮通过轮轴安装于同对开口槽内高度可调，卡轨轮座包括C型座、螺栓、螺母和弹簧，卡轨轮装配于卡轨轮座内、轮轴伸至长圆孔内，螺栓的一端与C型座固接另一端穿过腹板通过螺母锁紧，弹簧套于螺栓外、位于C型座与腹板之间，转动螺母即可调节卡轨轮相对位置。

所述下推桁架为U型架，包括端板和侧板，端板下设匹配于所述防坠轨道的底槽，侧板顶部设有安装口，安装口内设连接轴以与所述伸缩缸相连，伸缩缸的另一端连接于安装座内，下推桁架的下部与所述主座之间设有弹簧。

所述铰接机构包括底座、转轴和轴盖，底座包括定位套，转轴套于定位套上通过轴盖锁紧，铰接机构的一端通过底座与所述下推装置相连，上提装置铰接于转轴外。

本发明还提供了一种输电线路沿防坠轨道爬塔方法，本方法运用上述的机器人为工具进行，包括如下步骤：

1)作业人员到达现场，检查防坠轨道安装状况，确定是否满足机器人作业；

2)将一对上述机器人安装在防坠轨道上，并对机器人进行调试、确认；

3)将作业人员的后背保护绳和升降绳分别固定在两个机器人上；

4)机器人爬行到指定位置并锁定；

5)分别对机器人进行冲击试验，合格后，将升降机、载人仓安装在升降绳上；

6)将载人吊仓的轨道轮安装在防坠轨道上，启动升降机，使载人吊仓受力；

7)作业人员将防坠保险绳系好并冲击合格后，进入载人吊仓；

8)启动升降机进行爬塔作业；

9)作业任务完成后，最后一个下塔人员，将机器人刹车复位并下塔；

10)操作机器人使之与防坠轨道解除锁定；

11)作业人员通过升降绳与防坠绳将机器人拉至地面。

本发明在投入使用后通过机器人将作业人员运输至塔上，爬塔时，机器人安装于防坠轨道上，使作业人员在爬塔过程中无需耗费大量的体力和时间，降低劳动强度，提高作业效率；另一方面通过上提装置和下推装置协同作业将即可完成沿防坠轨道的攀爬，由于上提装置与下推装置通过铰接机构铰接，使两者能够相对摆动从而能够攀爬具有一定弯曲度的防坠轨道，并通过上提装置中的浮动架使机器人能够完成俯仰从而能够攀爬具有一定俯仰角度的防坠轨道，提高适应性。又能为登塔人员全程提供后备保护，起到防止高空坠落的作用。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例中机器人的立体示意图。

图2为本优选实施例中上提装置的立体放大示意图。(伸缩缸和拉簧未画出)

图3为图2的横剖示意图。

图4为本优选实施例中下推装置的立体放大示意图。

图5为图4的横剖示意图。

图6为本优选实施例中主座的立体放大示意图。

图7为本优选实施例中座主体的立体放大示意图。

图8为本优选实施例中铰接机构的爆炸放大示意图。

图9为下推桁架作用下推爬塔时的运动状态示意图。

图10为上提桁架作用上提爬塔时的运动状态示意图。

图11为本优选实施爬塔过程示意图。

图示序号：

1—上提装置，

11—浮动架、111—摆动架、112—浮动臂、113—拉簧扣、114—拉簧，

12—上提桁架、121—短板、122—侧板，

13—伸缩缸，14—稳定扣；

2—下推装置，

21—支撑座、211—主座、212—压轨轮、213—卡轨轮、214—安装座、215—压轨轮座、216—卡轨轮座、217—面滑轮,

22—防坠座、221—座主体、222—防坠棘轮、223—导向轮、224—加压气缸,

23—十字型联轴器，24—下推桁架；

3—铰接机构，

31—底座、311—定位槽、312—定位套、313—卡凸,

32—转轴,33—轴盖；

4—电磁铁；5—防坠轨道；

a—横杆，b—轴孔，c—铰接座，d—耳座，e—阶梯套，f—耳板，g—底板，h—立臂，i—上翼缘，j—下翼缘，k—腹板。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，它包括上提装置1、下推装置2和铰接机构3；上提装置与下推装置通过铰接结构相连，从而实现上提装置与下推装置的相对摆动，从而使本机器人能够适用于攀爬具有一定弯曲度的防坠轨道。

如图2、图3所示，上提装置1包括浮动架11、上提桁架12和伸缩缸13。

浮动架11包括摆动架111、浮动臂112、拉簧扣113和拉簧114。

摆动架111包括横杆a，横杆中部设有轴孔b和铰接座c，横杆两端设有关于轴孔对称布置的耳座d。

浮动臂112为Z型臂，由底部的水平段、中部的倾斜段和顶部的水平段构成，底部水平段上设阶梯套e，阶梯套与倾斜段之间设有加强筋，底部水平段上位于加强筋两侧分设挂孔，阶梯套内嵌装电磁铁4用作刹车扣，底部水平段外设中耳板f，顶部水平端外设凹槽。

拉簧扣113包括底板g和一对对称设置于底板上的立臂h，底部上设腰圆孔用以与上提桁架装配，立臂的顶部设有通孔用以安装拉簧，立臂上设多个减重孔。

浮动架装配时，浮动臂的一端通过中耳板插入摆动架中部的铰接座内通过销轴铰接、另一端通孔凹槽抵住拉簧扣的立臂，并在浮动臂的挂孔与立臂顶部的通孔之间安装拉簧，浮动架装配完成后，通过拉簧扣的底部与上提桁架12装配，通过摆动架中部的轴孔与铰接机构3装配。

上提桁架12为U型架，包括端板121和侧板122，端板下设匹配于防坠轨道5的底槽，侧板顶部设有安装口，安装口内设连接轴用以装配伸缩缸13。伸缩缸13选用电动推杆，它包括缸体和活塞杆，缸体外设中耳板。装配时，将伸缩缸成对布置、分设于浮动臂两侧、缸体外的中耳板插入耳座内通过销轴铰接、活塞杆连接于上提桁架的安装口内，并在两伸缩缸之间增设稳定扣14以提高整体性。稳定扣14为门型扣，其顶板中部设有连接孔，两侧板下设匹配于伸缩缸的卡槽；稳定扣两端分别与伸缩缸卡接、中部通过连接孔与浮动臂装配。

如图4、图5所示，下推装置2包括滑动座、下推桁架24和伸缩缸13。滑动座包括支撑座21、防坠座22和十字型联轴器23，支撑座21和防坠座22通过十字型联轴器23相连。

支撑座21包括主座211、压轨轮212和卡轨轮213。

如图6所示，主座211呈工字型，包括上翼缘i、下翼缘j和连接两翼缘的一对腹板k；两腹板之间形成匹配于防坠轨道的滑槽；上翼缘的一端设有安装座214、安装座内设面滑轮217、另一端设有压轨轮座215，上翼缘与下翼缘设有长圆孔用以安装卡轨轮座216。压轨轮座215为中空的矩形座，其两对侧壁上均设有开口槽，压轨轮通过轮轴安装于同对开口槽内实现高度可调，以调节与防坠轨道表面的压紧程度，调节摩擦力。卡轨轮座216包括C型座、螺栓、螺母和弹簧，卡轨轮装配于卡轨轮座内、轮轴伸至长圆孔内，螺栓的一端与C型座固接另一端穿过腹板通过螺母锁紧，弹簧套于螺栓外、位于C型座与腹板之间，转动螺母即可调节卡轨轮相对位置从而调节与防坠轨道侧面的压紧力。

防坠座22包括座主体221、防坠棘轮222和导向轮223。

如图7所示，座主体221为工字型座，包括封闭顶板、底板和侧板；封闭顶板为工字型板，其中部设有通槽作为防坠槽，防坠槽两侧分设一对耳板，其端板设有安装孔；底板为型板，一对底板以其开口向外相对布置，两底板之间留有间距为匹配于防坠轨道的滑槽口；侧板的两端外凸。装配时，导向轮装配于侧板凸出段内，将防坠棘轮插入防坠槽内铰接于两耳板之间，使防坠棘轮能够绕铰接轴转动与防坠轨道抱死。防坠棘轮的另一端通过加压气缸224装配于电源上。通过加压气缸的伸缩控制防坠棘轮与防坠轨道之间的压紧程度，调节锁死摩擦力。

下推桁架24为U型架，包括端板和侧板，端板下设匹配于所述防坠轨道的底槽，侧板顶部设有安装口，安装口内设连接轴以与伸缩缸相连，伸缩缸的另一端连接于安装座内，下推桁架的下部与主座之间通过弹簧相连。

如图8所示，铰接机构3包括底座31、转轴32和轴盖33。其中底座31为L型座，包括水平段和竖直段，水平段一端设有一对圆孔用以与主座相连，另一端的上表面设有定位槽311，定位槽内同轴设有定位套312，定位套轴向中心设有内螺纹孔，水平段的下表面设有一对卡凸313用以压紧面滑轮217的轮轴。竖直段上设通孔用以与主座的安装座装配。转轴32为阶梯空心轴，其大径段的外径匹配于定位槽的内径，小径段的外径匹配于定位套的外径。轴盖33包括顶盖和匹配于定位套内螺纹孔的螺杆。装配时，将转轴置于定位槽内、套于定位套外，然后将轴盖盖于转轴上，螺杆拧入内螺纹孔内锁紧。上提装置以其摆动架中部的轴孔套于与铰接机构的轴套外，下推装置通过安装座与铰接机构的底部相连。

装配完成后即可投入使用，向上推动机器人时，如图9所示，本机器人安装在防坠轨道上后爬塔时，各伸缩缸伸出时，使下推桁架的顶部受向下的推力，而下推桁架在底部弹簧的作用下，使下推桁架绕其高度方向中心转动倾倒，导致下推桁架与防坠轨道卡死，形成一个固定点，通过伸缩缸伸出推动机器人其它各部向上运动。向上拉动机器人时，如图10所示，当伸出至行程极限后回缩时，上提桁架上部受伸缩缸的作用受向下的拉力，向下倾倒与防坠轨道卡死，形成固定点，使机器人其它各部随伸缩缸的回收上提。实现沿防坠轨道攀爬铁塔。当机器人到达指定位置后，控制加压气缸伸出，带动防坠棘轮锁住防坠轨道。下塔时，控制电磁铁通电与防坠轨道吸合，伸缩缸至自然状态，此时上提桁架以及下推桁架与防坠轨道平行，失去对防坠轨道的卡死作用。在电磁刹车扣的作用下，与防坠轨道产生一个摩擦力，防止爬塔机器人向下自由坠落。即可通过底面作业人员通过拉动升降绳实现向下的滑动。又能为登塔人员全程提供后备保护，起到防止高空坠落的作用。

运用本机器人爬塔时具体步骤如下：

步骤一、作业人员到达现场，检查防坠轨道安装状况，确定是否满足机器人作业；

步骤二、将一对上述机器人安装在防坠轨道上，并对机器人进行调试、确认；

步骤三、将作业人员的后背保护绳和升降绳分别固定在两个机器人上；

步骤四、控制机器人爬行到指定位置并通过电磁铁与防坠轨道吸合锁定；

步骤五、分别对机器人进行冲击试验，合格后，将升降机、载人仓安装在升降绳上；

步骤六、将载人吊仓的轨道轮安装在防坠轨道上，启动升降机，使载人吊仓受力；

步骤七、作业人员将防坠保险绳系好并冲击合格后，进入载人吊仓，如图11所示；

步骤八、启动升降机进行爬塔作业；

步骤九、作业任务完成后，最后一个下塔人员，将机器人刹车复位并下塔；

步骤十、操作机器人使之与防坠轨道解除锁定；

步骤十一、作业人员通过升降绳与防坠绳将机器人拉至地面。

通过本发明的投入使用，无需登塔作业人员消耗体力即可实现爬塔，使作业人员在爬塔过程中无需耗费大量的体力和时间，降低劳动强度，提高作业效率；另一方面通过上提装置和下推装置协同作业将即可完成沿防坠轨道的攀爬，由于上提装置与下推装置通过铰接机构铰接，使两者能够相对摆动从而能够攀爬具有一定弯曲度的防坠轨道，并通过上提装置中的浮动架使机器人能够完成俯仰从而能够攀爬具有一定俯仰角度的防坠轨道，提高适应性。又能为登塔人员全程提供后备保护，起到防止高空坠落的作用。

Claims (10)

1.一种输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，其特征在于：它包括上提装置、下推装置和铰接机构；

上提装置包括浮动架、伸缩缸和上提桁架，上提桁架卡合于防坠轨道上、顶部与伸缩缸铰接，伸缩缸的另一端与浮动架相连，浮动架与铰接机构铰接；

下推装置包括滑动座、伸缩缸和下推桁架，滑动座和下推桁架均卡于防坠轨道上能够沿轨长方向滑动，伸缩缸的一端与下推桁架的顶部铰接、另一端与滑动座相连，滑动座与铰接机构相连。

2.如权利要求1所述的输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，其特征在于：所述浮动架包括拉簧扣、摆动架和浮动臂；

拉簧扣包括底板和立臂，拉簧扣以其底板连接于所述上提桁架上；

摆动架包括横杆，横杆中部设有轴孔和铰接座，横杆两端设有关于轴孔对称布置的耳座，摆动架通过轴孔与铰接机构装配；

浮动臂内设阶梯套，阶梯套内设电磁铁用作刹车扣，浮动臂的一端铰接于铰接座内、另一端与拉簧扣接触止退，浮动臂与拉簧扣之间设有拉簧。

3.如权利要求2所述的输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，其特征在于：所述上提桁架为U型架，包括端板和侧板，端板下设匹配于所述防坠轨道的底槽，侧板顶部设有安装口，安装口内设连接轴。

4.如权利要求3所述的输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，其特征在于：所述伸缩缸包括缸体和活塞杆，缸体外设中耳板；伸缩缸成对布置、分设于所述浮动臂两侧、缸体铰接于耳座内、活塞杆连接于上提桁架安装口内；两伸缩缸之间设有稳定扣。

5.如权利要求4所述的输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，其特征在于：所述稳定扣为门型扣，其顶板中部设有连接孔，两侧板下设匹配于所述伸缩缸的卡槽；稳定扣两端分别与伸缩缸卡接、中部通过连接孔与所述浮动臂装配。

6.如权利要求1所述的输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，其特征在于：所述滑动座包括支撑座和防坠座；

支撑座包括主座、压轨轮和卡轨轮，主座包括匹配于所述防坠轨道的滑槽，压轨轮连接于主座上，卡轨轮成对布置、分设于主座两侧；

防坠座包括座主体、防坠棘轮和导向轮，座主体包括匹配于所述防坠轨道的滑槽，防坠棘轮一端通过伸缩缸与主座相连、另一端铰接于座主体上能够绕铰接轴转动与轨道抱死，导向轮分设于座主体两侧；

支撑座和防坠座通过十字型联轴器相连。

7.如权利要求6所述的输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，其特征在于：所述主座呈工字型，包括上翼缘、下翼缘和连接两翼缘的一对腹板；两腹板之间为所述滑槽；

上翼缘一端设有安装座、另一端设有压轨轮座，上翼缘与下翼缘设有长圆孔用以安装卡轨轮座，主座通过安装座与所述铰接机构装配，

压轨轮座为中空的矩形座，其两对侧壁上均设有开口槽，压轨轮通过轮轴安装于同对开口槽内高度可调，

卡轨轮座包括C型座、螺栓、螺母和弹簧，卡轨轮装配于卡轨轮座内、轮轴伸至长圆孔内，螺栓的一端与C型座固接另一端穿过腹板通过螺母锁紧，弹簧套于螺栓外、位于C型座与腹板之间，转动螺母即可调节卡轨轮相对位置。

8.如权利要求7所述的输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，其特征在于：所述下推桁架为U型架，包括端板和侧板，端板下设匹配于所述防坠轨道的底槽，侧板顶部设有安装口，安装口内设连接轴以与所述伸缩缸相连，伸缩缸的另一端连接于安装座内，下推桁架的下部与所述主座之间设有弹簧。

9.如权利要求1所述的输电线路沿防坠轨道爬塔机器人，其特征在于：所述铰接机构包括底座、转轴和轴盖，底座包括定位套，转轴套于定位套上通过轴盖锁紧，铰接机构的一端通过底座与所述下推装置相连，上提装置铰接于转轴外。

10.一种输电线路沿防坠轨道爬塔方法，其特征在于，本方法运用权利要求1—9中任一项所述的机器人为工具进行，包括如下步骤：

1)作业人员到达现场，检查防坠轨道安装状况，确定是否满足机器人作业；

2)将一对上述机器人安装在防坠轨道上，并对机器人进行调试、确认；

3)将作业人员的后背保护绳和升降绳分别固定在两个机器人上；

4)机器人爬行到指定位置并锁定；

5)分别对机器人进行冲击试验，合格后，将升降机、载人仓安装在升降绳上；

6)将载人吊仓的轨道轮安装在防坠轨道上，启动升降机，使载人吊仓受力；

7)作业人员将防坠保险绳系好并冲击合格后，进入载人吊仓；

8)启动升降机进行爬塔作业；

9)作业任务完成后，最后一个下塔人员，将机器人刹车复位并下塔；

10)操作机器人使之与防坠轨道解除锁定；

11)作业人员通过升降绳与防坠绳将机器人拉至地面。

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