CN112787265A - 一种输电线路带电x射线检测与清扫一体越障机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，包括安装架和可拆卸固定连接在所述安装架下方用于接收控制信号并控制机器人动作的控制机箱，所述安装架上还设置有用于输电线缺陷检测的X射线检测单元和带动机器人沿输电线移动的行走单元，所述行走单元包括沿所述安装架长度方向对称安装的两个行走滑轮组件，以及与安装架伸缩连接并沿输电线向外延伸与所述行走滑轮组件在同一轴线上用于转动夹持输电线的支撑滑轮组件。本发明能够多层次深度线路巡检，与传统巡检机器人相比，可进行可见光检测，对于可能存在异常部位可直接进行X射线检测，探查输电线路及金具内部状态，防止可见光或红外线巡检局限性造成的安全隐患。

Description

一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及输电线路带电作业机器人，具体涉及一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人。

背景技术

架空高压输电线路是电力系统的主动脉，高压传输电缆、杆塔密布于各个角落，其运行状态直接决定电力系统的安全和效益。随着科技进步及工农业的现代化发展，人民生活水平不断提高，用电量大幅上升，对电网供电安全性、可靠性提出了越来越高的要求。为保证输电线路的正常运行，需要定期或不定期对线路做检测、维护工作，如带电巡检、异物清除、断股修复等等。目前这些工作的主要是由人工在地电位或等电位带电作业，但是受到带电作业距离的限制，作业人员的操作范围也受到很大的制约，尤其是带电作业位置处于档段中间不靠近杆塔位置时，作业难度更是成倍增加。

近年来出现了一些可进行线路巡检或清除异物、积雪、更换防震锤的等的特种带电作业机器人。巡检手段大多局限于可见光、红外线成像，对于导线、线路金具内部情况如内部裂痕、断股、连接不良等情况无法获知，为线路的安全运行埋下了隐患。同时目前可跨越障碍的带电作业机器人在越障时有一侧挂臂离开线路，此时由于重心与支点偏离将造成机器人本体悬挂歪斜不易控制，越障时易发生掉落事故。

因此开发一种X射线检测辅助的巡检、清扫一体可安全越障的带电作业机器人可提高巡检有效性、提高检测效率，减少停电次数，将具有显著的经济效益和社会价值。

发明内容

为了解决现有输电线路清扫、检测存在的高空作业危险性大，通过现有的机器人进行作业时存在障碍跨越困难的问题，本申请提供一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，用于替代现有的输电线路的巡检、清扫作业，为输电线路带电巡检和检测带来便利，避免因输电线路故障导致的异常停电，避免因停电导致的巨大经济损失。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，包括安装架和可拆卸固定连接在所述安装架下方用于接收控制信号并控制机器人动作的控制机箱，所述安装架上还设置有用于输电线缺陷检测的X射线检测单元和带动机器人沿输电线移动的行走单元，所述行走单元包括沿所述安装架长度方向对称安装的两个行走滑轮组件，以及与安装架伸缩连接并沿输电线向外延伸与所述行走滑轮组件在同一轴线上用于转动夹持输电线的支撑滑轮组件。

作为优先结构设计，所述行走滑轮组件具体采用下述结构设置：所述安装架上固定连接的第一安装臂，所述第一安装臂上端头的安装有所述行走滑轮组件，所述行走滑轮组件包括作为支撑主体的壳体，以及安装在壳体上的驱动滑轮，所述驱动滑轮与第三驱动器驱动连接。

为了进一步的提升行走滑轮组件的稳定性，避免在行走过程中因输电线上存在异物，如积雪等导致行走失衡或者倾斜、掉落问题，优选地，所述壳体下部还设置有抱线夹，所述抱线夹通过设置在壳体上的伺服电机驱动偏转。

进一步地，所述安装架的两端还固定连接有第三安装臂，所述第三安装臂上端头固定连接有水平设置的水平伸缩臂，所述水平伸缩臂驱动连接有用于驱动并控制水平伸缩臂伸缩或长短的第一驱动器，所述水平伸缩臂的自由端固定连接有竖直伸缩臂，所述竖直伸缩臂驱动连接有用于驱动并控制竖直伸缩臂伸长或缩短的第二驱动器，所述竖直伸缩臂的自由端连接有所述支撑滑轮组件。

为了提升越障能力和便捷性，优选地，所述支撑滑轮组件包括与所述竖直伸缩臂固定连接的钳体，对称设置且一端与所述钳体铰接的两根半钳，任一根所述半钳内侧均固定安装有第一支撑滑轮，所述钳体上还滑动连接有用于驱动所述半钳开闭的伸缩机构，所述伸缩机构的下端头还安装有第二支撑滑轮。

所述伸缩机构包括夹持并固定所述第二支撑滑轮的伸缩杆，所述伸缩杆上对称设置有两片分别与两侧的所述半钳铰接的连杆；所述伸缩杆上端头安装有用于驱动伸缩杆上下移动的第四驱动器。

为了便于在行走过程中清障，优选地，所述半钳的内侧壁对称安装有用于喷射气流的喷气嘴，所述喷气嘴通过软管与设置在控制机箱内的增压装置连通。

所述钳体上分别安装有与控制机箱通信连接用于采集输电线路实际影响的俯视相机和前视相机。

为了提升X射线检测单元的工作稳定性，优选地，所述X射线检测单元包括对称设置在所述安装架的长度方向两侧并通过第二安装臂与安装架固定连接的底座和探测板，所述底座上安装有与所述探测板相对安装的射线机，所述底座上还设置有覆盖所述射线机的屏蔽罩。

有益效果：

(1)多层次深度线路巡检，与传统单一的可见光或红外线巡检相比，该机器人可进行可见光检测，对于可能存在异常部位可直接进行X射线检测，探查输电线路及金具内部状态，防止可见光或红外线巡检局限性造成的安全隐患；

(2)高稳定性：与传统可越障机器人相比，本发明机器人支点更多稳定性更高。与传统爬行越障、错臂越障方式相比更安全。

(3)功能集成度高，与传统单一功能的带电作业机器人相比，本发明高度集成了巡检机器人、检测机器人、清扫机器人的功能，实用性更强。

(4)高经济性：线路巡检、清扫机器人代替电网作业人员进行带电作业，保证人员和线路安全。无需对线路进行停电，避免因停电造成的经济损失，具有较高的经济性。

(5)本发明设有X射线检测单元，在普通可见光或红外线探测到存在异常的情况下，控制机箱将X射线检测功能开启，进一步对异常部位进行可视化射线检测，深度分析缺陷原因及时报警。

(6)本发明设有前后两个水平伸缩臂和竖直伸缩臂，并设有带有支撑滑轮组件，用于实现在清除异物的同时增大了机器人在线路上的支撑跨距，提高稳定性。实现仿生爬行越障，与传统越障方式相比稳定性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构轴测图；

图2是图1的另一视觉轴测图；

图3是图2的俯视图；

图4是支撑滑轮组件轴测图；

图5是水平伸缩臂和竖直伸缩臂均处于收缩状态的主视图；

图6是图5中其中一侧水平伸缩臂处于伸长状态主视图；

图7是竖直伸缩臂均处于伸长状态轴测图。

图中：1-控制机箱；2-安装架；21-第三安装臂；22-水平伸缩臂；23-竖直伸缩臂；24-第一驱动器；25-第二驱动器；3-第一安装臂；4-行走滑轮组件；41-壳体；42-驱动滑轮；43-抱线夹；44-第三驱动器；5-第二安装臂；6-探测板；7-底座；8-屏蔽罩；9-射线机；10-支撑滑轮组件；101-半钳；102-第一支撑滑轮；103-第二支撑滑轮；104-喷气嘴；105-连杆；106-俯视相机；107-前视相机；108-第四驱动器；109-钳体。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，包括安装架2和可拆卸固定连接在所述安装架2下方用于接收控制信号并控制机器人动作的控制机箱1，所述安装架2上还设置有用于输电线缺陷检测的X射线检测单元和带动机器人沿输电线移动的行走单元，所述行走单元包括沿所述安装架2长度方向对称安装的两个行走滑轮组件4，以及与安装架2伸缩连接并沿输电线向外延伸与所述行走滑轮组件4在同一轴线上用于转动夹持输电线的支撑滑轮组件10。

工作及结构原理阐述：

结合说明书附图1-图2、图6和图7所示，位于中间的两个行走滑轮组件4与需要检测和巡检的输电线接触，通过行走滑轮组件4的驱动与输电线之间产生摩擦力实现整个机器人沿输电线的行走。涉及行走滑轮组件4的驱动控制由设置在作为机器人主体框架结构的安装架2下方的控制机箱1完成。控制机箱1是整个机器人工作指令的接收和发送的控制主机，控制机箱1可以通过有线或者无线的方式，通过现有的控制技术实现，本实施例相较于现有技术的改进点只涉及到结构部分，对于电器控制部分可以采用现有的控制系统。优选采用现有的PLC逻辑控制模块和无线通讯模块实现，这样能具有针对性和适应性。当然，亦可以通过现有的单片机实现，涉及控制系统默认现有任一可实现方案均可，且不是本实施例的改进点范畴，在此不做详述。如图1所述的支撑滑轮组件10结构，在机器人沿输电线行走过程中，支撑滑轮组件10除了能够提升更好的稳定性外，通过转动夹持在输电线周围形成的包裹结构能够去除附着在输电线上的异物。在现实中，输电线安装在高空，主要的异物呈现以冰雪为主。一般在出现积雪的时候是清理的最佳时期。由于积雪在静止的输电线上停留主要通过附着力和静摩擦力保持，当支撑滑轮组件10经过时，通过破坏积雪的平衡，能够使得积雪迅速的从输电线上掉落，达到清理异物的效果。

当需要进行跨越障碍时，如输电线上的耐张线夹等障碍物，首先通过张开靠近障碍物的支撑滑轮组件10，再控制支撑滑轮组件10向障碍物一侧延伸，进行水平伸缩动作，直到支撑滑轮组件10完全跨越障碍物之后再夹持在输电线上；其次，控制支撑滑轮组件10在竖直方向伸长，使得两侧的之臣光华轮组件10将整个机器人相较于输电线路举升，以扩大行走滑轮组件4与障碍物之间的空隙，以达到行走滑轮组4避开障碍物的目的。在跨越障碍物时，由于行走滑轮组件4已经完全脱离输电线，因此，在整个跨越障碍过程中，机器人的行走不能再依赖于行走滑轮组件4实现。其越障原理如下：

通过支撑滑轮组件10自身的夹持和伸缩结构功能实现靠近障碍物一侧的支撑滑轮组件10先跨过障碍物并夹持于障碍物另一侧的输电线。支撑滑轮组件10跨过障碍物的动作顺序是：松开输电线，并在竖直方向进行收缩，然后在水平方向进行伸长，使得支撑滑轮组件10跨过障碍物；最后再在竖直方向伸长并夹持在输电线路上。此时的状态是障碍物处于两个支撑滑轮组件10之间。最后，同时抱紧并在竖直方向伸长两侧支撑滑轮组件10，使得整个机器人相对于输电线上升，远离障碍物一侧的支撑滑轮组件10向靠近障碍物的一侧伸长，同时靠近障碍物一侧的支撑滑轮组件10缩短，使得整个机器人的中心向障碍物一侧运动以跨过障碍物，最后在竖直方向缩短支撑滑轮组件10，使得行走滑轮组件4与输电线接触支撑回复由行走滑轮组件4进行驱动行径的状态。值得说明的是，如果单次的跨越不足以达到完全跨过障碍物的目的，亦可以分为多次进行，但需要注意的是每一次移动完成后，在行走滑轮组件4与输电线接触之前，应避免行走滑轮组件4与障碍物接触，以避免机器人的不稳定。

实施例2：

在实施例1的结构和原理基础上，作为优先结构设计，所述行走滑轮组件4具体采用下述结构设置：如图1和图2所示，所述安装架2上固定连接的第一安装臂3，所述第一安装臂3上端头的安装有所述行走滑轮组件4，所述行走滑轮组件4包括作为支撑主体的壳体41，以及安装在壳体41上的驱动滑轮42，所述驱动滑轮42与第三驱动器44驱动连接。

第一安装臂3与安装架2固定连接，形成一体的固定框架结构，通过安装在第一安装臂3自由端端头上的壳体41滑动连接的驱动滑轮42与输电线形成扣合滚动连接，以使得整个机器人的重量通过两个驱动滑轮42承担，当第三驱动器44驱动驱动滑轮42转动后，驱动滑轮42就在输电线上滚动，以使得机器人在输电线上移动。所述第三驱动器44可采用现有的伺服电机或者步进电机实现，通过控制机箱1提供驱动信号，驱动部分属于非常现有的成熟技术，亦非本实施例之改进所在，在此不做详述。

实施例3：

为了进一步的提升行走滑轮组件4的稳定性，避免在行走过程中因输电线上存在异物，如积雪等导致行走失衡或者倾斜、掉落问题，优选地，所述壳体41下部还设置有抱线夹43，所述抱线夹43通过设置在壳体41上的伺服电机驱动偏转。如图1所示，抱线夹43采用弧形结构，一端为自由端，另一端与壳体41铰接并通过私服电机驱动实现偏转，以实现抱线夹43的张开释放或者关闭抱紧状态的切换。

实施例4：

作为本申请的优选实施例，本实施例在上述任一实施例的基础上，进一步结合说明书附图1-图7所示，所述安装架2的两端还固定连接有第三安装臂21，所述第三安装臂21上端头固定连接有水平设置的水平伸缩臂22，所述水平伸缩臂22驱动连接有用于驱动并控制水平伸缩臂22伸缩或长短的第一驱动器24，所述水平伸缩臂22的自由端固定连接有竖直伸缩臂23，所述竖直伸缩臂23驱动连接有用于驱动并控制竖直伸缩臂23伸长或缩短的第二驱动器25，所述竖直伸缩臂23的自由端连接有所述支撑滑轮组件10。

当需要在竖直方向上进行上下升降时，具体通过第二驱动器25驱动竖直伸缩臂23伸长或者缩短实现。同时，第一驱动器24以相同的原理驱动水平伸缩臂22的伸长或者缩短实现机器人在水平方向上的左右移动。所述第一驱动器24和第二驱动器25在本实施例中采用伺服电机实现，驱动方式采用现有的丝杆与螺纹套管结构实现，这种驱动结构能够保持极高的精度，使得整个机器人的协同性更高。

为了提升越障能力和便捷性，优选地，所述支撑滑轮组件10包括与所述竖直伸缩臂23固定连接的钳体109，对称设置且一端与所述钳体109铰接的两根半钳101，任一根所述半钳101内侧均固定安装有第一支撑滑轮102，所述钳体109上还滑动连接有用于驱动所述半钳101开闭的伸缩机构，所述伸缩机构的下端头还安装有第二支撑滑轮103。

所述伸缩机构包括夹持并固定所述第二支撑滑轮103的伸缩杆，所述伸缩杆上对称设置有两片分别与两侧的所述半钳101铰接的连杆105；所述伸缩杆上端头安装有用于驱动伸缩杆上下移动的第四驱动器108。

支撑滑轮组件10的张开和夹持状态实现的原理如下：

第四驱动器108驱动伸缩杆上下移动，即在使用状态时的竖直方向移动。由于两侧的半钳101通过连杆105铰接，当伸缩杆下移时，在连杆105的作用下，两侧半钳101就成张开状态，伸缩杆下移距离越大，半钳101张开程度越大；反之当第四驱动器108反转，伸缩杆上移，两侧半钳101就呈闭合夹持状态，上移距离越大两侧半钳101夹持越紧，直到达到夹持间隙设计最小值。值得说明的是，夹持越紧，对于积雪的清理效果越好。

为了便于在行走过程中清障，本实施例中，所述半钳101的内侧壁对称安装有用于喷射气流的喷气嘴104，所述喷气嘴104通过软管与设置在控制机箱1内的增压装置连通。在实际使用需要的前提下可以通过喷气嘴104喷出气流吹除输电线上的积雪或者薄冰。当然，设置喷气嘴104进行除雪除冰只是起到辅助作用，主要用于当输电线于驱动滑轮42之间不能通过摩擦力有效移动时，则需要进行除雪除冰操作，以避免打滑，不能正常巡检。

所述钳体109上分别安装有与控制机箱1通信连接用于采集输电线路实际影响的俯视相机106和前视相机107。设置可视化系统的俯视相机106和前视相机107可以根据实际情况目视操作，例如开启喷气除雪除冰等。

为了提升X射线检测单元的工作稳定性，本实施例中，所述X射线检测单元包括对称设置在所述安装架2的长度方向两侧并通过第二安装臂5与安装架2固定连接的底座7和探测板6，所述底座7上安装有与所述探测板6相对安装的射线机9，所述底座7上还设置有覆盖所述射线机9的屏蔽罩8。当需要对某一部位进行探测时，通过向控制机箱1发送对应的拍摄指令，开启射线机9进行拍摄，通过探测板6收集影响并存储，后续通过有线或者无线网络发送到控制终端。所述控制终端是与控制机箱1建立通信连接的移动智能设备。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，包括安装架(2)和可拆卸固定连接在所述安装架(2)下方用于接收控制信号并控制机器人动作的控制机箱(1)，其特征在于：所述安装架(2)上还设置有用于输电线缺陷检测的X射线检测单元和带动机器人沿输电线移动的行走单元，所述行走单元包括沿所述安装架(2)长度方向对称安装的两个行走滑轮组件(4)，以及与安装架(2)伸缩连接并沿输电线向外延伸与所述行走滑轮组件(4)在同一轴线上用于转动夹持输电线的支撑滑轮组件(10)。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，其特征在于：所述安装架(2)上固定连接的第一安装臂(3)，所述第一安装臂(3)上端头的安装有所述行走滑轮组件(4)，所述行走滑轮组件(4)包括作为支撑主体的壳体(41)，以及安装在壳体(41)上的驱动滑轮(42)，所述驱动滑轮(42)与第三驱动器(44)驱动连接。

3.根据权利要求2所述的一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，其特征在于：所述壳体(41)下部还设置有抱线夹(43)，所述抱线夹(43)通过设置在壳体(41)上的伺服电机驱动偏转。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，其特征在于：所述安装架(2)的两端还固定连接有第三安装臂(21)，所述第三安装臂(21)上端头固定连接有水平设置的水平伸缩臂(22)，所述水平伸缩臂(22)驱动连接有用于驱动并控制水平伸缩臂(22)伸缩或长短的第一驱动器(24)，所述水平伸缩臂(22)的自由端固定连接有竖直伸缩臂(23)，所述竖直伸缩臂(23)驱动连接有用于驱动并控制竖直伸缩臂(23)伸长或缩短的第二驱动器(25)，所述竖直伸缩臂(23)的自由端连接有所述支撑滑轮组件(10)。

5.根据权利要求4所述的一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，其特征在于：所述支撑滑轮组件(10)包括与所述竖直伸缩臂(23)固定连接的钳体(109)，对称设置且一端与所述钳体(109)铰接的两根半钳(101)，任一根所述半钳(101)内侧均固定安装有第一支撑滑轮(102)，所述钳体(109)上还滑动连接有用于驱动所述半钳(101)开闭的伸缩机构，所述伸缩机构的下端头还安装有第二支撑滑轮(103)。

6.根据权利要求5所述的一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，其特征在于：所述伸缩机构包括夹持并固定所述第二支撑滑轮(103)的伸缩杆，所述伸缩杆上对称设置有两片分别与两侧的所述半钳(101)铰接的连杆(105)；所述伸缩杆上端头安装有用于驱动伸缩杆上下移动的第四驱动器(108)。

7.根据权利要求6所述的一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，其特征在于：所述半钳(101)的内侧壁对称安装有用于喷射气流的喷气嘴(104)，所述喷气嘴(104)通过软管与设置在控制机箱(1)内的增压装置连通。

8.根据权利要求6所述的一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，其特征在于：所述钳体(109)上分别安装有与控制机箱(1)通信连接用于采集输电线路实际影响的俯视相机(106)和前视相机(107)。

9.根据权利要求1所述的一种输电线路带电X射线检测与清扫一体越障机器人，其特征在于：所述X射线检测单元包括对称设置在所述安装架(2)的长度方向两侧并通过第二安装臂(5)与安装架(2)固定连接的底座(7)和探测板(6)，所述底座(7)上安装有与所述探测板(6)相对安装的射线机(9)，所述底座(7)上还设置有覆盖所述射线机(9)的屏蔽罩(8)。

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