CN111900662B - 一种树障清理机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种树障清理机器人，包括机架、以及设置在机架上的行走机构、卷扬机构、切除机构、以及供电控制机构；所述供电控制机构分别与行走机构、卷扬机构、切除机构电性连接；每个所述切除机构包括设置在机架上的底架、可翻转地设置在底架上的摆架、用于驱动摆架翻转摆动的翻转驱动装置、设置在摆架上安装座、固定设置在安装座上的电锯、以及用于驱动安装座和电锯转动的转动驱动装置。本树障清理机器人中的切除机构可以根据实际树障的生长方向进行卧式切除模式和立式切除模式的切换，确保线缆下方水平方向上的树障和竖直方向上的树障都能清理干净，大大提高清理效果和扩大清理范围。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统维护领域，特别涉及一种树障清理机器人。
背景技术
随着电力系统规模的扩大和电压等级的提升，输电线路的安全、可靠、经济运行变得越发重要，树障修剪是提高预防树障事故最有效的手段之一。由于人工修剪存在漏剪、少剪、作业耗时长、劳动强度大、人员存在触电风险等问题，为了提高树障清理效率，目前采用树障清理机器人实现树障的自动智能清理。
现有公告号为CN110867773A的发明专利公开了一种用于高压线行树障带电清除的装置，该装置中的切割装置包括安装座、固定安装在安装座上的电锯以及驱动电锯在水平方向上转动的旋转电机，由于电锯与安装座固定连接，电锯始终在切割过程中向下倾斜设置，使得电锯切割范围有限，而且由于电锯处于平放状态，对于一些水平生长的树枝的修剪效果较差；另外，该装置不能修剪一些超高树障，往往需要人工采用高枝剪进行补剪，而高枝剪在使用过程中存在以下不足：1.高枝剪不绝缘，对于高压带电设施保护去内的不满足安全距离的树木就不能修剪，限制了使用的范围；2.普通高枝剪的剪刀头方向单一，对于水平树枝修剪效果好，而对于竖直的树枝修剪效果较差，操作费时且容易折断刀头；3.普通高枝剪由于使用了滑轮组省力装置，在修剪的过程中，容易出现刀头卡死的问题，导致不能继续操作；4.普通高枝剪刀头固定，只能修剪比较细的树枝。可见，高枝剪在使用过程中存在较多不足，使得高枝剪在使用中受到了极大的限制，影响工作效率。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种树障清理机器人，旨在能够对线缆附近水平生长和竖直生长的树障进行有效切除，扩大树障清理范围、提高树障清理效果。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种树障清理机器人包括机架、以及设置在机架上的行走机构、卷扬机构、切除机构、以及供电控制机构；所述供电控制机构分别与行走机构、卷扬机构、切除机构电性连接；所述切除机构设置有两组，两组切除机构分别设置在行走机构的左右两侧；每个所述切除机构包括设置在机架上的底架、可翻转地设置在底架上的摆架、用于驱动摆架翻转摆动的翻转驱动装置、设置在摆架上安装座、固定设置在安装座上的电锯、以及用于驱动安装座和电锯转动的转动驱动装置。
所述支座包括底板、两个相对设置在底板上的承接座，所述安装座设置在两个承接座之间，每个承接座通过连接轴与安装座连接。
所述摆动驱动装置为第一电动推杆，所述电锯具有导板，所述第一电动推杆的推杆端部与导板的底部铰接；所述第一电动推杆的壳体端部与底板铰接。
所述转动驱动装置包括固定设置在摆架上的旋转电机，设置在摆架上的轴承座、以及设置在轴承座中的转轴，所述转轴的一端与旋转电机的输出端传动连接；所述转轴的另一端通过轴套与底板固定连接。
所述底板的底部设有若干根向下延伸的凸柱，所述摆架上设置有支撑板、设置在支撑板上的限位块，所述限位块用于阻止凸柱继续转动。
所述翻转驱动装置为第二电动推杆，所述第二电动推杆的推杆端部与摆架铰接；所述第二电动推杆的壳体端部与底架铰接。
所述机架包括上机架和下机架，所述上机架和下机架之间绝缘连接；所述供电控制机构包括上电控箱和下电控箱，所述上电控箱与行走机构、卷扬机构电性连接，所述下电控箱与切除机构电性连接；所述上电控箱、行走机构和卷扬机构设置在上机架，所述下电控箱设置在下机架，两个所述切除机构分别设置在下机架的左右两侧。
所述行走机构包括走线轮、行走支架、行走电机和摆动气缸；所述行走电机设置行走支架上，所述走线轮设置在行走支架的上端一侧且与行走电机的输出端连接；所述行走支架的下端与上机架铰接，所述行走支架的上端另一侧与摆动气缸的输出端连接，所述摆动气缸的下端与上机架铰接。
所述卷扬机构包括两个对称设置在上机架顶部的悬吊轮、以及对应每个悬吊轮设置的卷扬电机；所述卷扬电机用于驱动对应的所述悬吊轮转动，所述悬吊轮用于卷绕收放一吊带，所述吊带用于悬挂机架在线缆上。
有益效果：
本发明提供的树障清理机器人代替人工使用高枝剪进行树障清理，较好地清理不同高度和方位的树障，树障清理机器人可在线缆带电的情况下正常工作，避免了线缆停电造成的经济损失和居民供电的可靠性；从而解决了传统人工修剪效率低、作业风险高(如触电风险)的问题。与现有的树障清理机器人相比，本发明提供的树障清理机器人通过在线缆的左右两侧分别设置一个切除机构，每个切除机构负责线缆一侧附近的树障清理，更好地将整条线缆附近的树障清理干净，减少漏剪、少剪的情况发生；并且，切除机构可以根据实际树障的生长方向进行卧式切除模式和立式切除模式的切换，确保线缆下方水平方向上的树障和竖直方向上的树障都能清理干净，大大提高清理效果和扩大清理范围，更好地消除高空树枝触碰线缆带来的安全隐患。
附图说明
图1为本发明提供的树障清理机器人的立体图。
图2为本发明提供的树障清理机器人中，切除机构在立式切除模式中的结构示意图。
图3为本发明提供的树障清理机器人中，切除机构在卧式切除模式中的结构示意图一。
图4为本发明提供的树障清理机器人中，切除机构在卧式切除模式中的结构示意图二。
图5为本发明提供的树障清理机器人中，行走机构和卷扬机构的立体图。
主要元件符号说明：100-机架、110-上机架、120-下机架、400-切除机构、410-底架、420-摆架、430-翻转驱动装置、440-安装座、450-电锯、451-导板、460-转动驱动装置、470-支座、471-底板、472-承接座、473-连接轴、452-限位条、461-旋转电机、462-轴承座、463-转轴、481-凸柱、482-支撑板、483-限位块、490-摆动驱动装置、300-行走机构、310-走线轮、320-行走支架、330-行走电机、340-摆动气缸、500-卷扬机构、510-悬吊轮、520-卷扬电机、600-挂线架。
具体实施方式
本发明提供一种树障清理机器人，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
请参阅图1-图5，本发明提供一种树障清理机器人，包括机架100、以及设置在机架100上的行走机构300、卷扬机构500、切除机构400、以及供电控制机构；所述供电控制机构分别与行走机构300、卷扬机构500、切除机构400电性连接；所述切除机构400设置有两组，两组切除机构400分别对称地设置在行走机构300的左右两侧；每个所述切除机构400包括设置在机架上的底架410、可翻转地设置在底架410上的摆架420、用于驱动摆架420翻转摆动的翻转驱动装置430、设置在摆架420上安装座440、固定设置在安装座440上的电锯450、以及用于驱动安装座440和电锯450转动的转动驱动装置460。此处，摆架420通过铰接座411与底架410连接，电锯450可拆卸地安装在安装座440上，电锯450为现有技术，可从市场上购置，此处不再赘述其工作原理。
在实际应用中，本发明提供的树障清理机器人代替人工使用高枝剪进行树障清理，较好地清理不同高度和方位的树障，树障清理机器人可在线缆带电的情况下正常工作，避免了线缆停电造成的经济损失和居民供电的可靠性；从而解决了传统人工修剪效率低、作业风险高(如触电风险)的问题。
工作时，本树障清理机器人通构500收放吊带(图中未画出)以实现在线缆700上的升降，当抬升至线缆处时，通过行走机构300沿线缆700行走。在行走过程中，电锯450清理线缆附近的树障。与现有的切除机构400相比，本实用新型提供的切除机构400具有两种切除模式，分别为卧式切除模式和立式切除模式；见图3和图4所示，卧式切除模式：摆架420处于水平状态(摆架420与底架410平行)，使得电锯450也处于平放状态，树障清理机器人在行走过程中，使得电锯450横向移动，电锯450轻松地锯断竖向生长的树枝，并且旋转电机461可以控制安装座440上的电锯450转动，可清理位于不同方位的树障，清理范围广。见图2所示，立式切除模式：翻转驱动装置430驱动摆架420翻转摆动，使摆架420垂直于底架410；使得电锯450处于立起状态，树障清理机器人在行走过程中，使得电锯450横向移动，电锯450轻松地锯断横向生长的树枝，并且旋转电机461可以控制安装座440上的电锯450转动，可清理位于不同高度的树障；而且由于电锯立起后，摆架抬高电锯，对于一些超高的树枝也能起到较佳的修剪效果，无需人工另外采用高枝剪进行修剪。
与现有的树障清理机器人相比，本树障清理机器人通过在线缆的左右两侧分别设置一个切除机构400，每个切除机构400负责线缆一侧附近的树障清理，更好地将整条线缆附近的树障清理干净，减少漏剪、少剪的情况发生；并且，切除机构400可以根据实际树障的生长方向进行两种模式的切换，确保线缆下方水平方向上的树障和竖直方向上的树障都能清理干净，大大提高清理效果和扩大清理范围，更好地消除高空树枝触碰线缆带来的安全隐患。
具体的，所述安装座440通过支座470与转动驱动装置460连接，所述安装座440可相对支座470摆动，所述支座470上设有用于驱动安装座440和电锯450摆动的摆动驱动装置490。电锯450在修剪树障时，摆动驱动装置490驱动电锯450绕安装座440与支座470连接处摆动，增加修剪范围。
通过这样设置，在卧式切除模式中，电锯450的导板451的延伸端不再固定低于整个树障清理机器人，还可以根据现场的树障生产情况及时调整电机的摆动角度，切除的一些高于安装座440的树障；当电锯450的导板451摆动到与水平面平行时，电锯450达到最大的横向修剪长度；需要说明的是，一般情况下，如图4所示，电锯450的导板451的延伸端低于整个树障清理机器人，清理范围往下延伸，避免行进过程中修剪程度不足的树障与树障清理机器人的底部发生碰撞，影响树障清理机器人的正常工作。
在立式切除模式中，电锯450的导板451的延伸端不仅可以朝上设置，摆动驱动装置490能够驱动电锯450的延伸端翻转朝下，使得电锯450能够清理一定高度范围内的树障，修剪范围非常广，更好地确保在竖直方向上的树障清理干净。当然，摆动驱动装置490可以将电锯450的导板451置平，使得电锯450当前高度下进行水平修剪，进一步增大修剪范围。
具体的，见图3所示，所述支座470包括底板471、两个相对设置在底板471上的承接座472，所述安装座440设置在两个承接座472之间，每个承接座472通过连接轴473与安装座440连接。通过这样设置，安装座440相对支座470摆动顺畅、连接可靠。
进一步的，所述摆动驱动装置490为第一电动推杆，所述电锯450具有导板451，所述第一电动推杆的推杆端部与导板451的底部铰接；所述第一电动推杆的壳体端部与底板471铰接。第一电动推杆通过电能驱动，可以精准驱动电锯450摆动至合适的位置。
进一步的，由于清理树障时，电锯450与树木枝条接触时，树木枝条摆动，电锯450难以保持与树木枝条的持续接触，不利于清理。在某些实施方式中，所述导板451上等间距地设置有若干限位条452，所述限位条452横向设置且与导板451垂直。通过上述设置，将树木枝条的摆动幅度限制在两条限位条452之间，增加电锯450与树木枝条之间的有效接触，提高清理效率。
优选的，所述限位条452的两端为尖头，便于将树木枝条导向两限位条452之间。
具体的，所述转动驱动装置460包括固定设置在摆架420上的旋转电机461，设置在摆架420上的轴承座462、以及设置在轴承座462中的转轴463，所述转轴463的一端与旋转电机461的输出端传动连接；所述转轴463的另一端通过轴套与底板471固定连接。旋转电机461控制安装座440上的电锯450转动，可清理一定工作范围内的树障。另外，所述轴承座462和转轴463起到支撑支座470、安装座440以及电锯450的作用，使得安装座440有足够的空间摆动，不会与摆架420发生干涉。
具体的，见图2和图3所示，所述底板471的底部设有若干根向下延伸的凸柱481，所述摆架420上设置有支撑板482、设置在支撑板482上的限位块483，所述限位块483用于阻止凸柱481继续转动。在本实施例中，凸柱481设置有两根，两根凸柱481和限位块483的配合限制电锯450转动范围在0°～180°之间，以免电锯450转幅过大，与其他部件发生干涉。优选的，所述支撑板482设置有接近开关484，所述接近开关484用于检测电锯450的摆动范围，使用户更好地确定电锯450的位置。
优选地，所述翻转驱动装置430位第二电动推杆，所述第二电动推杆的推杆端部与摆架420铰接；所述第二电动推杆的壳体端部与底架410铰接。第二电动推杆通过电能驱动，可以精准驱动摆架420翻转至垂直于底架410的位置。
作为一种实施方式，见图2所示，所述摆架420包括第一支梁421、与第一支梁平行设置的第二支梁422，以及连接第一支梁421和第二支梁422的第一连接梁423，所述第一支梁421、第一连接梁423、第二支梁422依次连接使摆架420形成Z字型；所述第二支梁422与底架410铰接，所述第二支梁422上设有与其相互垂直的第二连接梁424，所述翻转驱动装置430的输出端与第二连接梁424铰接。通过这样设置，摆架420结构合理，整体重量轻，可以较好地被卷扬机构500升降。此处，底架410和摆架420的采用铝型材制成，结构强度好，进一步减轻整体重量。
具体地，在本实施方式中，所述机架100包括上机架110和下机架120，所述上机架110和下机架120之间绝缘连接；所述供电控制机构包括上电控箱(图中未画出)和下电控箱610，所述上电控箱与行走机构300、卷扬机构500电性连接，所述下电控箱610与切除机构400电性连接；所述上电控箱、行走机构300和卷扬机构500设置在上机架110，所述下电控箱设置在下机架120，两个所述切除机构400分别设置在下机架120的左右两侧。通过将上机架110与下机架120绝缘隔离，另外行走机构300和卷扬机构500与切除机构400分开供电，避免与线缆有接触的行走机构300和卷扬机构500由于表面带电而影响切除机构400的正常工作，保证切除机构400的正常工作。
具体地，在本实施方式中，上机架110和下机架120均设置有固定座140，所述固定座140上下对应，两两之间通过绝缘柱130连接，所述绝缘柱由绝缘材料制成。为了提高机架的结构强度和平稳性，所述绝缘柱130设置有三根，其中一根绝缘柱130竖直设置，位于线缆的正下方，另外两根绝缘柱倾斜对称设置形成三角架状，同时确保了上机架110上的卷扬机构500和行走机构300与切除机构400之间的安全距离达到0.7m以上。在上机架110与下机架120之间的连接方式不局限于上述连接方式，可通过其他绝缘材料或连接件连接。
需要说明的是，所述上电控箱和下电控箱610内均设置有控制板和蓄电池，其中，所述控制板可采用PLC或单片机控制，单片机的型号优选为SIM32系列。
在某些实施方式中，所述行走机构300包括走线轮310、行走支架320、行走电机330和摆动气缸340；所述行走电机330设置行走支架320上，所述走线轮310设置在行走支架320的上端一侧且与行走电机330的输出端连接；所述行走支架320的下端与上机架110铰接，所述行走支架320的上端另一侧与摆动气缸340的输出端连接，所述摆动气缸340的下端与上机架110铰接。通过上述设置，行走机构300在正常情况下处于打开状态，当卷扬机构500抬升至行走机构300高于线缆的位置时，通过摆动气缸340工作控制行走支架320往内侧摆动，使走线轮310处在线缆的正上方，最后卷扬机构500控制装置下降，走线轮310落在线缆上，即可实现装置在线缆上的行走。
作为一种优选，在实际应用中，为装置提供足够的驱动力或保持装置平衡，所述行走机构300可设置多个；在本实施方式中，在上机架110的前侧和后侧分别设置有一个行走机构300。
优选的，所述卷扬机构500包括两个对称设置在上机架110顶部的悬吊轮510、以及对应每个悬吊轮510设置的卷扬电机520；所述卷扬电机520用于驱动对应的所述悬吊轮510转动，所述悬吊轮510用于卷绕收放一吊带，所述吊带(图中未画出)用于悬挂机架100在线缆700上。在所述两个悬吊轮510上分别卷绕了吊带的两端，具体地，所述吊带可以采用较为坚韧的材料制成，例如编织带，并根据称重要求可以选择相应强度的吊带使用。先将吊带预先卷绕到其中一个悬吊轮510上，然后将吊带的自由端牵引出来，使用一定的辅助工作，例如无人机或弹射器，将吊带从线缆的上方绕过，并落地进入另一个悬吊轮510内进行卷绕，直至两侧悬吊轮510可以安全地对吊带进行卷绕操作。另外，还可以在吊带上套装挂线架800，使挂线架800挂在线缆上，避免吊带与线缆直接接触发生滑动磨损，延长吊带的使用寿命。优选的，为了提高卷扬过程中设备升降的稳定性，所述卷扬机构设置有两组。
优选的，所述上机架110上设置有相应的稳定传感器、例如陀螺仪、重力传感器等，通过向控制系统的信号反馈，以及控制系统实时做出调整，分别控制两个悬吊轮510的转动方向和速率，以实现减少所述树障清理机器人的摆动，实现其稳态平衡。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种树障清理机器人，包括机架、以及设置在机架上的行走机构、卷扬机构、切除机构、以及供电控制机构；所述供电控制机构分别与行走机构、卷扬机构、切除机构电性连接；其特征在于，所述切除机构设置有两组，两组切除机构分别设置在行走机构的左右两侧；每个所述切除机构包括设置在机架上的底架、可翻转地设置在底架上的摆架、用于驱动摆架翻转摆动的翻转驱动装置、设置在摆架上安装座、固定设置在安装座上的电锯、以及用于驱动安装座和电锯转动的转动驱动装置；所述安装座通过支座与转动驱动装置连接，所述安装座可相对支座摆动，所述支座上设有用于驱动安装座和电锯摆动的摆动驱动装置；所述摆架包括第一支梁、与第一支梁平行设置的第二支梁，以及连接第一支梁和第二支梁的第一连接梁，所述第一支梁、第一连接梁、第二支梁依次连接使摆架形成Z字型；所述第二支梁与底架铰接，所述第二支梁上设有与其相互垂直的第二连接梁，所述翻转驱动装置的输出端与第二连接梁铰接；所述机架包括上机架和下机架，上机架和下机架均设置有固定座，所述固定座上下对应，两两之间通过绝缘柱连接，所述绝缘柱设置有三根，其中一根绝缘柱竖直设置，位于线缆的正下方，另外两根绝缘柱倾斜对称设置形成三角架状。
2.根据权利要求1所述的树障清理机器人，其特征在于，所述支座包括底板、两个相对设置在底板上的承接座，所述安装座设置在两个承接座之间，每个承接座通过连接轴与安装座连接。
3.根据权利要求2所述的树障清理机器人，其特征在于，所述摆动驱动装置为第一电动推杆，所述电锯具有导板，所述第一电动推杆的推杆端部与导板的底部铰接；所述第一电动推杆的壳体端部与底板铰接。
4.根据权利要求2所述的树障清理机器人，其特征在于，所述转动驱动装置包括固定设置在摆架上的旋转电机，设置在摆架上的轴承座、以及设置在轴承座中的转轴，所述转轴的一端与旋转电机的输出端传动连接；所述转轴的另一端通过轴套与底板固定连接。
5.根据权利要求2所述的树障清理机器人，其特征在于，所述底板的底部设有若干根向下延伸的凸柱，所述摆架上设置有支撑板、设置在支撑板上的限位块，所述限位块用于阻止凸柱继续转动。
6.根据权利要求1所述的树障清理机器人，其特征在于，所述翻转驱动装置为第二电动推杆，所述第二电动推杆的推杆端部与摆架铰接；所述第二电动推杆的壳体端部与底架铰接。
7.根据权利要求1所述的树障清理机器人，其特征在于，所述机架包括上机架和下机架，所述上机架和下机架之间绝缘连接；所述供电控制机构包括上电控箱和下电控箱，所述上电控箱与行走机构、卷扬机构电性连接，所述下电控箱与切除机构电性连接；所述上电控箱、行走机构和卷扬机构设置在上机架，所述下电控箱设置在下机架，两个所述切除机构分别设置在下机架的左右两侧。
8.根据权利要求7所述的树障清理机器人，其特征在于，所述行走机构包括走线轮、行走支架、行走电机和摆动气缸；所述行走电机设置行走支架上，所述走线轮设置在行走支架的上端一侧且与行走电机的输出端连接；所述行走支架的下端与上机架铰接，所述行走支架的上端另一侧与摆动气缸的输出端连接，所述摆动气缸的下端与上机架铰接。
9.根据权利要求7所述的树障清理机器人，其特征在于，所述卷扬机构包括两个对称设置在上机架顶部的悬吊轮、以及对应每个悬吊轮设置的卷扬电机；所述卷扬电机用于驱动对应的所述悬吊轮转动，所述悬吊轮用于卷绕收放一吊带，所述吊带用于悬挂机架在线缆上。
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