CN112736762A - 一种线缆巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线缆巡检机器人，涉及输配电维护技术领域。所述机器人包括的动力单元设置有驱动轮，用于驱动机器人运动，包括的检测单元用以检测被测线缆性质、状态；还包括平衡单元和用于安装外接设备的模块安装单元，平衡单元一端与机身安装连接，另一端与模块安装单元连接，所述平衡单元用以保持安装单元水平稳定，所述平衡单元与机身之间可相对移动，所述机身设置有力传感器用以监测平衡单元及模块安装单元对机身施加的力的大小与方向；所述控制单元与所述动力单元、平衡单元、模块安装单元、检测单元信号连接，用于收集动力单元、平衡单元、模块安装单元和检测单元的数据，对动力单元、平衡单元、模块安装单元和检测单元发出控制指令。

Description

一种线缆巡检机器人

技术领域

本发明属于输配电维护技术领域，具体涉及一种线缆巡检机器人。

背景技术

输电线路的任何故障都可能严重影响生活生产。因此，在输配电维护技术领域，相比于修复已损坏线路，预防性维护摆在更加突出的地位。多年以来，高压电线的检查维护多采取人工检查为代表的传统手段。这种手段效率低、危险性高。而且人工检修只能在线路断电的情况下进行工作，这大大限制了检修作业的范围。

近年来,随着对用机器人替代或协助人工完成输电线路巡检需求的增长,输电线路巡检机器人的研究成为国内外机器人领域的研究热点之一。使用机器人进行预防性维护，电网无需中断电力传输，可以全年进行检查。

发明内容

现有技术中，高压输电线路检查自动化的工作经常受到线路中存在的障碍物如电缆间隔棒、吊杆夹的阻碍，巡检机器人的越障性是其关键性能。但是目前的巡检机器人功能单一，可拓展性差。因此，在输配电维护技术领域中，亟需一种能够安装拓展模块，同时兼具良好越障性的巡检机器人。

为此，本发明提供了一种线缆巡检机器人用以下技术要点来解决问题：

一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述机器人包括包括机身、动力单元、检测单元和控制单元，所述动力单元设置有驱动轮，用于驱动机器人运动，所述检测单元用以检测被测线缆性质、状态；所述巡检机器人还包括平衡单元和用于安装外接设备的模块安装单元，所述平衡单元一端与机身安装连接，另一端与模块安装单元连接，所述平衡单元用以保持安装单元水平稳定，所述平衡单元与机身之间可相对移动，所述机身设置有力传感器用以监测平衡单元及模块安装单元对机身施加的力的大小与方向；所述控制单元与所述动力单元、平衡单元、模块安装单元、检测单元信号连接，用于收集动力单元、平衡单元、模块安装单元和检测单元的数据，对动力单元、平衡单元、模块安装单元和检测单元发出控制指令。

如上所述，本发明提供了一种线缆巡检机器人，该线缆巡检机器人设置有模块安装单元用于安装外接设备，以拓展该线缆巡检机器人的功能来适应不同的应用场景。外接设备安装在模块安装单元上，模块安装单元通过平衡单元与线缆巡检机器人机身连接。由于输电塔之间的线缆，尤其是大跨度的高大输电塔之间的线缆，距离长，线缆作为摆线弧度大，线缆巡检机器人在线缆上运动时其机身角度会不断变化。又由于风力、雨水等外界因素的作用，巡检机器人也会随同线缆一起运动摇摆。若对安装在机身上的外接设备不做处理，外接设备与机器人本体之间可能会存在接触不良、外接设备内部损坏丢失数据等情况。因此，将外接设备和机身之间通过平衡单元的设置使得外接设备在最大程度内保持水平稳定，利于外接设备与机器人本体之间的安装可靠性。其次，外接设备、模块安装单元、平衡单元都拥有一定的自重，三个单元通过平衡单元与机身可移动连接，使三者化身为机器人的外接配重。机器人在越障或上下电缆过程中，通过平衡单元的移动来产生额外的加速度或改变质心位置，可以提升该线缆巡检机器人在工作过程中的动力学性能。力传感器的设置，能够检测平衡单元及模块安装单元对机身施加的力的大小与方向，使得他们的状态能够被控制单元及时掌握，利于控制单元及时调整其位置以改善整机的动力学性能。

更进一步的技术方案为：

所述动力单元包括前驱动机构、中驱动机构、后驱动机构，所述前驱动机构安装在机身的最前端，所述后驱动机构安装在机身的最后端，所述中驱动机构与机身连接安装，安装位置位于前驱动机构与后驱动机构之间。在该技术特征中，具体提到了动力单元的主要结构组成，即包括前驱动机构、中驱动机构和后驱动机构三个驱动机构，三个驱动机构通过改变相互之间的位置关系以及本身的结构尺寸，改变巡检机器人的运动路径。相比于传统的只有两个驱动机构的线缆巡检机器人，该巡检机器人采用的三个驱动机构能够提升该机器人运动过程中的稳定性。

所述驱动机构主体为机械臂，所述机械臂由支撑杆和可相对支撑杆滑动的伸缩杆装配而成，所述支撑杆与伸缩杆之间的连接形式为齿轮齿条配合，所述机械臂上设置有机械臂电动机，用以驱动支撑杆的滑动；所述支撑杆的一端用以安装伸缩杆、另一端用于与机身连接安装，所述伸缩杆的一端用于与支撑杆连接安装、另一端用于安装驱动轮，所述支撑杆与伸缩杆之间设置有第一锁紧装置，所述驱动轮的材料是聚氨酯，所述驱动轮设置有驱动其运动的轮毂电机。在该技术特征中，具体说明了单个驱动机构的结构组成，即主体为通过齿轮齿条配合连接的支撑杆和伸缩杆组成的机械臂。该机械臂的长度可通过机械臂电动机驱动支撑杆移动来进行改变。第一锁紧装置的设置使支撑杆和伸缩杆之间位置能够保持固定，成为刚性的整体。聚氨酯材料具有强度、硬度高等优点。

所述机械臂与所述机身之间通过直流电机转动连接，所述直流电机设置有角位移传感器及第二锁紧装置。在该技术特征中，直流电机配合设置的角位移传感器能够精确调整驱动机构相对于机身的角度。配合驱动机构所包含的可相对支撑杆滑动的伸缩杆，设置在伸缩杆端部的驱动轮能够在可调区间内运动至任何位置。第二锁紧装置的设置有效避免直流电机调整角度后发生失效。

为使检测单元贴近线缆使得其检测效果更加优良，设置为，所述检测单元包括相机，所述相机通过相机安装座安装在伸缩杆的顶端。

所述平衡单元与机身通过导轨滑块装置与机身滑动连接，所述机身上设置有转动电机及滚珠丝杆螺母用于驱动滑块运动，所述导轨滑块装置还设置有第三锁紧装置。该技术特征具体限定了平衡单元机身之间产生滑动效果的承担组成结构。滚珠丝杠螺母作为滑块的驱动机构，具有高精度、可逆性和高效率的特点，能够精确控制滑块在机身上的相对位置。

所述平衡单元还包括用于安装模块安装单元的云台本体和用于连接云台本体与滑块的云台基座。

所述云台本体包括偏航轴电机、偏航轴轴臂、横滚轴电机、横滚轴轴臂、俯仰轴电机、俯仰轴轴臂；所述偏航轴电机一端与云台基座安装连接，另一端安装偏航轴轴臂，所述偏航轴轴臂延伸方向与偏航轴电机旋转轴垂直；所述偏航轴轴臂为L型轴臂，一端与偏航轴电机安装，另一端与横滚轴电机安装；所述横滚轴轴臂为门型轴臂，所述横滚轴臂中点与横滚轴电机连接安装，所述横滚轴臂两末端安装有俯仰轴电机，所述两俯仰轴电机之间设置有用于安装模块安装单元的俯仰轴轴臂。在该技术特征中，具体说明了云台本体的构成，偏航轴电机、横滚轴电机、俯仰轴电机三个电机之间的各自旋转轴两两垂直，使得安装在俯仰轴轴臂上的模块安装单元能够相对于云台基座拥有三个旋转自由度，三个电机配合三个轴臂，能够最大程度地维持模块安装单元的稳定、水平。

所述模块安装单元设置有信号接口。信号接口的设置使得外界安装设备能够与控制单元信息交换。

所述控制单元包括重力传感器、加速度传感器、陀螺仪、卫星定位系统和电源，所述控制单元与机身固定连接。重力传感器、加速度传感器、陀螺仪的设置使得控制单元能实时准确获得机器人的动力学信息，控制单元与机身固定连接使得控制单元对机身动力学信息的获取更加精准。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明结构科学合理，使用安全方便。本发明提供的一种线缆巡检机器人，包括前、中、后三个主体为机械臂的驱动机构，支撑杆和伸缩杆的设置使机械臂的长度可调，配合用于旋转机械臂的直流电机，安装在支撑杆末端的驱动轮可以调整至多个位置来改变机身的运动姿态。机身上还滑动设置有平衡单元，平衡单元末端设置有模块安装单元可以安装外接模块拓展该巡检机器人的功能和应用场景。外界模块连同安装、连接外接模块的模块安装单元和平衡单元作为配重，在机身上滑动运动可以配合驱动机构实现机器人的姿态调整以实现越障、上下线等操作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的整体布局示意图；

图2为本发明的云台示意图；

图3为本发明的跨越直线跳线步骤一示意图；

图4为本发明的跨越直线跳线步骤二示意图；

图5为本发明的跨越直线跳线步骤三示意图；

图6为本发明的跨越直线跳线步骤四示意图；

图中：1、机身；2、动力单元；21、驱动轮；22、前驱动机构；23、中驱动机构；24、后驱动机构；25、机械臂；26、支撑杆；27、伸缩杆；28、直流电机；3、检测单元；31、相机；32、相机安装座；4、平衡单元；41、滑块；42、云台基座；43、云台本体；431、偏航轴电机；432、偏航轴轴臂；433、横滚轴电机；434、横滚轴轴臂；435、俯仰轴电机；436、俯仰轴轴臂；5、模块安装单元；6、控制单元；7、线缆；8、外接模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述机器人包括包括机身1、动力单元2、检测单元3和控制单元6，所述动力单元2设置有驱动轮21，用于驱动机器人运动，所述检测单元3用以检测被测线缆7性质、状态；所述巡检机器人还包括平衡单元4和用于安装外接设备的模块安装单元5，所述平衡单元4一端与机身1安装连接，另一端与模块安装单元5连接，所述平衡单元4用以保持安装单元水平稳定，所述平衡单元4与机身1之间可相对移动，所述机身1设置有力传感器用以监测平衡单元4及模块安装单元5对机身1施加的力的大小与方向；所述控制单元6与所述动力单元2、平衡单元4、模块安装单元5、检测单元3信号连接，用于收集动力单元2、平衡单元4、模块安装单元5和检测单元3的数据，对动力单元2、平衡单元4、模块安装单元5和检测单元3发出控制指令。

如上所述，本发明提供了一种线缆巡检机器人，该线缆巡检机器人设置有模块安装单元5用于安装外接设备，以拓展该线缆巡检机器人的功能来适应不同的应用场景。外接设备安装在模块安装单元5上，模块安装单元5通过平衡单元4与线缆巡检机器人机身1连接。由于输电塔之间的线缆7，尤其是大跨度的高大输电塔之间的线缆7，距离长，线缆7作为摆线弧度大，线缆巡检机器人在线缆7上运动时其机身1角度会不断变化。又由于风力、雨水等外界因素的作用，巡检机器人也会随同线缆7一起运动摇摆。若对安装在机身1上的外接设备不做处理，外接设备与机器人本体之间可能会存在接触不良、外接设备内部损坏丢失数据等情况。因此，将外接设备和机身1之间通过平衡单元4的设置使得外接设备在最大程度内保持水平稳定，利于外接设备与机器人本体之间的安装可靠性。其次，外接设备、模块安装单元5、平衡单元4都拥有一定的自重，三个单元通过平衡单元4与机身1可移动连接，使三者化身为机器人的外接配重。机器人在越障或上下电缆过程中，通过平衡单元4的移动来产生额外的加速度或改变质心位置，可以提升该线缆巡检机器人在工作过程中的动力学性能。力传感器的设置，能够检测平衡单元4及模块安装单元5对机身1施加的力的大小与方向，使得他们的状态能够被控制单元6及时掌握，利于控制单元6及时调整其位置以改善整机的动力学性能。

实施例2：

如附图2所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：

所述动力单元2包括前驱动机构22、中驱动机构23、后驱动机构24，所述前驱动机构22安装在机身1的最前端，所述后驱动机构24安装在机身1的最后端，所述中驱动机构23与机身1连接安装，安装位置位于前驱动机构22与后驱动机构24之间。在该技术特征中，具体提到了动力单元2的主要结构组成，即包括前驱动机构22、中驱动机构23和后驱动机构24三个驱动机构，三个驱动机构通过改变相互之间的位置关系以及本身的结构尺寸，改变巡检机器人的运动路径。相比于传统的只有两个驱动机构的线缆7巡检机器人，该巡检机器人采用的三个驱动机构能够提升该机器人运动过程中的稳定性。

所述驱动机构主体为机械臂25，所述机械臂25由支撑杆和可相对支撑杆滑动的伸缩杆装配而成，所述支撑杆与伸缩杆之间的连接形式为齿轮齿条配合，所述机械臂25上设置有机械臂25电动机，用以驱动支撑杆的滑动；所述支撑杆的一端用以安装伸缩杆、另一端用于与机身1连接安装，所述伸缩杆的一端用于与支撑杆连接安装、另一端用于安装驱动轮21，所述支撑杆与伸缩杆之间设置有第一锁紧装置，所述驱动轮21的材料是聚氨酯，所述驱动轮21设置有驱动其运动的轮毂电机。在该技术特征中，具体说明了单个驱动机构的结构组成，即主体为通过齿轮齿条配合连接的支撑杆和伸缩杆组成的机械臂25。该机械臂25的长度可通过机械臂25电动机驱动支撑杆移动来进行改变。第一锁紧装置的设置使支撑杆和伸缩杆之间位置能够保持固定，成为刚性的整体。聚氨酯材料具有强度、硬度高等优点。

所述机械臂25与所述机身1之间通过直流电机28转动连接，所述直流电机28设置有角位移传感器及第二锁紧装置。在该技术特征中，直流电机28配合设置的角位移传感器能够精确调整驱动机构相对于机身1的角度。配合驱动机构所包含的可相对支撑杆滑动的伸缩杆，设置在伸缩杆端部的驱动轮21能够在可调区间内运动至任何位置。第二锁紧装置的设置有效避免直流电机28调整角度后发生失效。

为使检测单元3贴近线缆7使得其检测效果更加优良，设置为，所述检测单元3包括相机31，所述相机31通过相机安装座32安装在伸缩杆的顶端。

所述平衡单元4与机身1通过导轨滑块41装置与机身1滑动连接，所述机身1上设置有转动电机及滚珠丝杆螺母用于驱动滑块41运动，所述导轨滑块41装置还设置有第三锁紧装置。该技术特征具体限定了平衡单元4机身1之间产生滑动效果的承担组成结构。滚珠丝杠螺母作为滑块41的驱动机构，具有高精度、可逆性和高效率的特点，能够精确控制滑块41在机身1上的相对位置。

所述平衡单元4还包括用于安装模块安装单元5的云台本体43和用于连接云台本体43与滑块41的云台基座42。

所述云台本体43包括偏航轴电机431、偏航轴轴臂432、横滚轴电机433、横滚轴轴臂434、俯仰轴电机435、俯仰轴轴臂436；所述偏航轴电机431一端与云台基座42安装连接，另一端安装偏航轴轴臂432，所述偏航轴轴臂432延伸方向与偏航轴电机431旋转轴垂直；所述偏航轴轴臂432为L型轴臂，一端与偏航轴电机431安装，另一端与横滚轴电机433安装；所述横滚轴轴臂434为门型轴臂，所述横滚轴臂中点与横滚轴电机433连接安装，所述横滚轴臂两末端安装有俯仰轴电机435，所述两俯仰轴电机435之间设置有用于安装模块安装单元5的俯仰轴轴臂436。在该技术特征中，具体说明了云台本体43的构成，偏航轴电机431、横滚轴电机433、俯仰轴电机435三个电机之间的各自旋转轴两两垂直，使得安装在俯仰轴轴臂436上的模块安装单元5能够相对于云台基座42拥有三个旋转自由度，三个电机配合三个轴臂，能够最大程度地维持模块安装单元5的稳定、水平。

所述模块安装单元5设置有信号接口。信号接口的设置使得外界安装设备能够与控制单元6信息交换。

所述控制单元6包括重力传感器、加速度传感器、陀螺仪、卫星定位系统和电源，所述控制单元6与机身1固定连接。重力传感器、加速度传感器、陀螺仪的设置使得控制单元6能实时准确获得机器人的动力学信息，控制单元6与机身1固定连接使得控制单元6对机身1动力学信息的获取更加精准。

实施例3：

如附图3-6所示的本机器人跨越直线跳线步骤1-4的示意。在步骤中，“前”、“中”、“后”是以行驶方向来确定，行驶方向为前方，与行驶方向相反的为后方。

步骤一，在行进至发现需要跨越的障碍后，中驱动机构23与后驱动机构24调整机械臂25长度，使前驱动机构22的驱动轮21脱离线缆7，滑块41带动平衡机构向机身1后方移动以平衡前驱动机构22腾空后所产生的力矩，前驱动机构22调整位置，中驱动机构23和后驱动机构24向前行进带动前驱动机构22跨越障碍以靠近新目标线缆7段。

步骤二，前驱动机构22上的驱动轮21搭接到绕过障碍的新目标线缆7段，中驱动机构23脱离线缆7，前驱动机构22与后驱动机构24驱动机器人向前移动，直至中驱动机构23跨越障碍。

步骤三，后驱动机构24腾空，滑块41驱动至机身1前端以平衡后驱动机构24腾空后产生的力矩。前驱动机构22和中驱动机构23向前行驶以带动后驱动机构24跨过障碍。

步骤四，后驱动机构24绕过障碍，三个驱动机构的驱动轮21全部进入新目标线缆7端，整个机器人完成越障即直线跳线操作。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述机器人包括包括机身、动力单元(2)、检测单元(3)和控制单元(6)，所述动力单元(2)设置有驱动轮(21)，用于驱动机器人运动，所述检测单元(3)用以检测被测线缆(7)性质、状态；

所述巡检机器人还包括平衡单元(4)和用于安装外接设备的模块安装单元(5)，所述平衡单元(4)一端与机身安装连接，另一端与模块安装单元(5)连接，所述平衡单元(4)用以保持安装单元水平稳定，所述平衡单元(4)与机身之间可相对移动，所述机身设置有力传感器用以监测平衡单元(4)及模块安装单元(5)对机身施加的力的大小与方向；

所述控制单元(6)与所述动力单元(2)、平衡单元(4)、模块安装单元(5)、检测单元(3)信号连接，用于收集动力单元(2)、平衡单元(4)、模块安装单元(5)和检测单元(3)的数据，对动力单元(2)、平衡单元(4)、模块安装单元(5)和检测单元(3)发出控制指令。

2.根据权利要求1所述的一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述动力单元(2)包括前驱动机构(22)、中驱动机构(23)、后驱动机构(24)，所述前驱动机构(22)安装在机身的最前端，所述后驱动机构(24)安装在机身的最后端，所述中驱动机构(23)与机身连接安装，安装位置位于前驱动机构(22)与后驱动机构(24)之间。

3.根据权利要求2所述的一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述驱动机构主体为机械臂(25)，所述机械臂(25)由支撑杆(26)和可相对支撑杆(26)滑动的伸缩杆(27)装配而成，所述支撑杆(26)与伸缩杆(27)之间的连接形式为齿轮齿条配合，所述机械臂(25)上设置有机械臂(25)电动机，用以驱动支撑杆(26)的滑动；

所述支撑杆(26)的一端用以安装伸缩杆(27)、另一端用于与机身连接安装，所述伸缩杆(27)的一端用于与支撑杆(26)连接安装、另一端用于安装驱动轮(21)，所述支撑杆(26)与伸缩杆(27)之间设置有第一锁紧装置，所述驱动轮(21)的材料是聚氨酯，所述驱动轮(21)设置有驱动其运动的轮毂电机。

4.根据权利要求3所述的一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述机械臂(25)与所述机身之间通过直流电机(28)转动连接，所述直流电机(28)设置有角位移传感器及第二锁紧装置。

5.根据权利要求3述的一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述检测单元(3)包括相机(31)，所述相机(31)通过相机安装座(32)安装在伸缩杆(27)的顶端。

6.根据权利要求1所述的一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述平衡单元(4)与机身通过导轨滑块(41)装置与机身滑动连接，所述机身上设置有转动电机及滚珠丝杆螺母用于驱动滑块(41)运动，所述导轨滑块(41)装置还设置有第三锁紧装置。

7.根据权利要求6所述的一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述平衡单元(4)还包括用于安装模块安装单元(5)的云台本体(43)和用于连接云台本体(43)与滑块(41)的云台基座(42)。

8.根据权利要求7所述的一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述云台本体(43)包括偏航轴电机(431)、偏航轴轴臂(432)、横滚轴电机(433)、横滚轴轴臂(434)、俯仰轴电机(435)、俯仰轴轴臂(436)；

所述偏航轴电机(431)一端与云台基座(42)安装连接，另一端安装偏航轴轴臂(432)，所述偏航轴轴臂(432)延伸方向与偏航轴电机(431)旋转轴垂直；

所述偏航轴轴臂(432)为L型轴臂，一端与偏航轴电机(431)安装，另一端与横滚轴电机(433)安装；

所述横滚轴轴臂(434)为门型轴臂，所述横滚轴臂中点与横滚轴电机(433)连接安装，所述横滚轴臂两末端安装有俯仰轴电机(435)，所述两俯仰轴电机(435)之间设置有用于安装模块安装单元(5)的俯仰轴轴臂(436)。

9.根据权利要求1所述的一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述模块安装单元(5)设置有信号接口。

10.根据权利要求1所述的一种线缆巡检机器人，其特征在于，所述控制单元(6)包括重力传感器、加速度传感器、陀螺仪、卫星定位系统和电源，所述控制单元(6)与机身固定连接。

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