CN113300267B - 一种高越障性能的配电线路巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，包括：工作台、转盘、导向轮、导向轮支架、两个折叠连杆、两个行走轮、两个行走轮架、驱动电机、通信单元、控制器和电池，所述折叠连杆包括两组折叠杆、螺杆、螺母滑块、折叠连杆架、连接块和伺服电机，所述折叠杆包括四根短杆和若干根长连杆，若干根长杆分为两组，两组长杆数量相同，每组的长杆首尾转动连接，每组中相同次序的长杆中部转动连接，两组所述长杆首尾连接后形成四个自由端，四根所述短杆的一端分别与一个自由端转动连接，本发明的实质性效果是：可以代替巡检人员进行对配电线路的巡检操作，并在配电线路上行走遇到转弯和掉头时能够做出动作来保持自身平衡。

Description

一种高越障性能的配电线路巡检机器人

技术领域

本发明涉及配电线路巡检领域，具体涉及一种高越障性能的配电线路巡检机器人。

背景技术

随着我国国民经济的发展，电网建设不断加快，配电线路的规模越来越大，分布范围也极广。配电线路对日常供电质量产生一定的影响。一旦配电线路无法进行稳定的运行，很容易对供电质量产生不利影响，同时也容易对供电企业造成不可估量的损失。对此，国家对配电线路运行提出更高要求，进一步强化配电线路运行的安全性与稳定性。传统的巡检方式存在诸多隐患，无法客观、真实地掌握巡检人员巡检的到位及检查情况，漏检情况严重。

中国专利，公开号CN108390312A，公开日2018年08月10日，公开了一种架空配电线路巡检机器人作业方法，包括以下 步骤：用户利用地面远程控制主机通过无线模块向机器人本体主机发送开机控制命令；巡检机器人启动自主巡检程序，驱动电机上电，并驱动巡检机器人在架空配电线路上行走；所述巡检机器人上安装的避障传感器投入运行，所述避障传感器实时采集架空配电线路图像，并将架空配电线路图像传输给所述机器人本体主机进行存储，所述机器人本体主机将存储的架空配电线路图像通过无线模块传输给所述地面远程控制主机；所述机器人本体主机根据障碍物的类型产生机器人各关节的运动序列与运动参数，并向机器人各关节的驱动器发送运动控制命令，所述机器人各关节根据相应的运动控制命令实施越障。该发明可以使巡检机器人能够有效跨越实际架空配电线路中的障碍物，可实现巡检机器人高效、可靠的运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：需要一种可以代替巡检人员的机器人对配电线路进行巡检，并且在巡检机器人换向后转动巡检设备同步换向。

一种伸缩型配电线路巡检机器人，其特征在于，包括：工作台、转盘、导向轮、导向轮支架、两个折叠连杆、两个行走轮、两个行走轮架、驱动电机、通信单元、控制器和电池，

所述转盘镶嵌在工作台内且与工作台转动连接，所述导向轮支架与所述转盘同心转动连接，所述导向轮转动安装在导向轮支架上，所述驱动电机固定安装在导向轮支架上，所述驱动电机与导向轮连接，所述行走轮转动安装在行走轮架上，所述折叠连杆两端安装有铰链柱，所述铰链柱与工作台转动连接，所述折叠连杆的另一端通过铰链柱与行走轮架连接，所述折叠连杆包括两组折叠杆、螺杆、螺母滑块、折叠连杆架、连接块和伺服电机，所述折叠杆包括四根短杆和若干根长连杆，若干根长杆分为两组，两组长杆数量相同，每组的长杆首尾转动连接，每组中相同次序的长杆中部转动连接，两组所述长杆首尾连接后形成四个自由端，四根所述短杆的一端分别与一个自由端转动连接，两根所述短杆的另一端与折叠连杆架转动连接，另两根所述短杆的另一端与连接块转动连接，所述螺母滑块与每组中的第一根长杆中部转动连接，所述螺母滑块与螺杆螺纹连接，所述折叠连杆架与伺服电机固定连接，所述连接块与折叠连杆一端的铰链柱固定连接，所述伺服电机与折叠连杆另一端的铰链柱固定连接，所述通信单元和控制器均安装在工作台上，所述转盘上设有巡检设备架，所述巡检设备架上安装有若干个巡检设备，若干个所述巡检设备、伺服电机以及驱动电机均与控制器连接，所述电池安装在工作台上，所述电池为其余设备供电。

该配电线路机器人可以在配电线路上行走，代替巡检人员完成对配电线路的巡检任务。在配电线路巡检机器人接收到工作指令时，控制器控制驱动电机工作，带动导向轮沿配电线路向前移动，后侧的两个行走轮也随折叠连杆带动向前移动。在线路巡检机器人向前移动的同时，巡检设备进行规定的巡检任务工作，并将收集到的配电线路信息通过通信单元传送给控制中心。巡检机器人在配电线路行走过程中遇到转弯时，巡检机器人会发生倾斜，通过折叠连杆的长度调整，可以使巡检机器人保持平衡。巡检机器人在需要进行掉头时也可通过折叠连杆的长度调整来完成。可折叠的连杆增加了该配电线路巡检机器人在线路上行走时的稳定性。

作为优选，还包括转向机构，所述转向机构包括转向电机、转向主动齿轮和转向从动齿轮，所述转向电机安装在所述转盘上，所述转向主动齿轮与转向电机连接，所述转向从动齿轮与所述导向轮支架固定连接，所述转向主动齿轮与所述转向从动齿轮啮合。

当巡检机器人在前进过程中遇到线路转弯时，转向电机收到工作指令，带动转向主动齿轮转动，与转向主动齿轮相啮合的转向从动齿轮随之转动，进一步的，导向轮齿轮架带动导向轮进行相应转动，完成转弯操作。在转弯时，折叠连杆也做出相应的动作以提升巡检机器人在配电线路上行走的稳定性。

作为优选，导向轮包括内轮、越障轮和限制轮，所述内轮两个端面分别与两个越障轮相连，两个所述越障轮分别与两个所述限制轮相连，所述越障轮的外径大于内轮，所述限制轮的外径大于越障轮，所述限制轮远离内轮的一侧外径大于另一侧，所述内轮、越障轮和限制轮通过导向轮螺杆固定连接。

导向轮由内轮、越障轮和限制轮组成。导向轮的内轮、越障轮和限制轮具有不同的结构，分别用于不同的工作内容，提高导向轮的导向稳定性，进而提高巡检机器人的行走稳定性。

作为优选，内轮侧面内凹。

内轮侧面内凹与配电线路形状匹配，使内轮在配电线路上运动更稳定。

作为优选，内轮侧面设有点状凸起。

点状凸起用于增加内轮与配电线路接触面的摩擦力。

作为优选，越障轮表面分布有用于越障的凸条，所述凸条横截面呈齿形。

锯齿形状的轮面使越障轮在通过障碍时增加抓握力。

作为优选，限制轮的轮面上加工有若干个镂空。

限制轮的作用是在当配电线路巡检机器人在通过较大的障碍时，限制导向轮滑出配电线路。

作为优选，还包括转向锁，所述转向锁包括转向锁架、套筒、锁舌、弹簧、弹簧连接架、电子开关K1和直流电源VCC，所述转向锁架与工作台固定连接，所述套筒与转向锁架固定连接，所述锁舌滑动安装在套筒内，所述套筒内设有弹簧连接架，所述弹簧安装在所述锁舌和所述弹簧连接架之间且两端分别与所述锁舌及所述弹簧连接架固定连接，所述弹簧两端分别与电子开关K1及直流电源VCC串联连接，所述电子开关K1与控制器连接，所述转盘以及导向轮支架上均加工有与所述锁舌匹配的孔。

转向锁用于对工作台上转盘的固定或导向轮支架的固定。当电子开关K1打开时，锁舌抵住下部导向轮架，使工作台与导向轮架固定连接。当电子开关K1闭合线路通电时，弹簧缩紧使锁舌抵住上端转盘，使工作台与转盘固定连接。

作为优选，巡检设备包括摄像头、红外热成像仪与GPS定位仪，所述摄像头、红外热成像仪与GPS定位仪均与控制器连接。

巡检设备用于采集配电线路的状态信号。其中，摄像头用于观察机器人周围环境，红外热成像仪用于查找配电线路故障点，GPS定位仪用于确定机器人当前所在的地理位置。

本发明的实质性效果是：本发明可以代替巡检人员进行对配电线路的巡检操作，并在配电线路上行走遇到转弯和掉头时能够做出动作来保持自身平衡。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为实施例一的导向轮安装示意图。

图3为实施例一的导向轮结构示意图。

图4为实施例一的转盘结构示意图。

图5为实施例一的转向锁结构示意图。

图6为实施例一折叠连杆结构示意图。

图7为实施例一折叠连杆爆炸示意图。

图中，1、工作台，2、转盘，3、转向电机，4、电池，5、巡检设备架，6、导向轮架，7、导向轮，8、驱动电机，9、伺服电机，10、折叠连杆，11、行走轮架，12、行走轮，13、转向从动齿轮，14、转向主动齿轮，15、转向锁架，16、套筒，17、锁舌，18、弹簧，19、弹簧连接架，20、折叠连杆架，21、短杆，22、长杆，23、连接块，24、螺杆，25、螺母滑块，26、铰链柱，27、内轮，28、越障轮，29、限制轮。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例一：

一种高越障性能的配电线路巡检机器人，包括：工作台1、转盘2、导向轮7、导向轮7支架、两个折叠连杆10、两个行走轮12、两个行走轮架11、驱动电机8、通信单元、控制器和电池4，转盘2镶嵌在工作台1内且与工作台1转动连接，导向轮7支架与转盘2同心转动连接，导向轮7转动安装在导向轮7支架上，驱动电机8固定安装在导向轮7支架上，驱动电机8与导向轮7连接，行走轮12转动安装在行走轮架11上，折叠连杆10两端安装有铰链柱26，铰链柱26与工作台1转动连接，折叠连杆10的另一端通过铰链柱26与行走轮架11连接。

折叠连杆10包括两组折叠杆、螺杆24、螺母滑块25、折叠连杆架20、连接块23和伺服电机9。折叠杆包括四根短杆21和若干根长杆22，若干根长杆22分为两组，两组长杆22数量相同。每组的长杆22首尾转动连接，每组中相同次序的长杆22中部转动连接。两组长杆22首尾连接后形成四个自由端，四根短杆21的一端分别与一个自由端转动连接。两根短杆21的另一端与折叠连杆架20转动连接，另两根短杆21的另一端与连接块23转动连接。螺母滑块25与每组中的第一根长杆22中部转动连接，螺母滑块25与螺杆24螺纹连接。折叠连杆架20与伺服电机9固定连接，连接块23与折叠连杆10一端的铰链柱26固定连接，伺服电机9与折叠连杆10另一端的铰链柱26固定连接。巡检机器人在配电线路行走过程中遇到转弯时，巡检机器人会发生倾斜，通过折叠连杆10的长度调整，可以使巡检机器人保持平衡。当需要减小折叠连杆10的长度时，伺服电机9工作，控制螺杆24使螺母滑块25运动，折叠杆收缩，折叠连杆10长度减小。巡检机器人在需要进行掉头时也可通过折叠连杆10的长度调整来完成。

通信单元和控制器均安装在工作台1上，转盘2上设有巡检设备架5，巡检设备架5上安装有若干个巡检设备，若干个巡检设备、伺服电机9以及驱动电机8均与控制器连接，电池4安装在工作台1上，电池4为其余设备供电。

本实施例所描述的配电线路巡检机器人还包括转向机构。转向机构包括转向电机3、转向主动齿轮14和转向从动齿轮13，转向电机3安装在转盘2上，转向主动齿轮14与转向电机3连接，转向从动齿轮13与导向轮7支架固定连接，转向主动齿轮14与转向从动齿轮13啮合。在巡检机器人在配电线路上行走需要进行转向时，控制器下发指令给转向电机3，转向电机3做出相应动作带动转向主动齿轮14和转向从动齿轮13运动，相应的，导向轮7支架随之运动，以调整导向轮7及巡检机器人的前进方向。

其中，导向轮7包括内轮27、越障轮28和限制轮29。内轮2的两个端面分别与两个越障轮28相连，两个越障轮28分别与两个限制轮29相连。越障轮28的外径大于内轮27，限制轮29的外径大于越障轮28，限制轮29远离内轮27的一侧外径大于另一侧。内轮27、越障轮28和限制轮29通过导向轮7螺杆24固定连接。内轮27侧面内凹且侧面设有点状凸起。越障轮28表面分布有用于越障的凸条，凸条的横截面呈齿形。限制轮29的轮面上加工有若干个镂空。

该配电线路巡检机器人还包括转向锁。该转向锁包括转向锁架15、套筒16、锁舌17、弹簧18、弹簧连接架19、电子开关K1和直流电源VCC。转向锁架15与工作台1固定连接，套筒16与转向锁架15固定连接，锁舌17滑动安装在套筒16内，套筒16内设有弹簧连接架19，弹簧18安装在锁舌17和弹簧连接架19之间且两端分别与锁舌17及弹簧连接架19固定连接。弹簧18两端分别与电子开关K1及直流电源VCC串联连接，电子开关K1与控制器连接。转盘2以及导向轮7支架上均加工有与锁舌17匹配的孔。转向锁用于对工作台1上转盘2的固定或导向轮7支架的固定。当电子开关K1打开时，锁舌17抵住下部导向轮架6，使工作台1与导向轮架6固定连接。当电子开关K1闭合线路通电时，弹簧18缩紧使锁舌17抵住上端转盘2，使工作台1与转盘2固定连接。当巡检机器人完成掉头动作时，需要将巡检设备架5同时转换方向。通过对转盘2的旋转实现。在转盘2旋转至规定位置后，闭合电子开关K1，转向锁的锁舌17上抵住转盘2，使转盘2不再旋转，巡检设备架5上的巡检设备便可以继续正常工作。

其中，巡检设备包括摄像头、红外热成像仪与GPS定位仪，摄像头、红外热成像仪与GPS定位仪均与控制器连接。在线路巡检机器人沿配电线路向前行走的同时，摄像头和红外热成像仪以及GPS定位开始工作。摄像头观察机器人周围环境，红外热成像仪查找故障点，GPS定位确定巡检机器人当前所在的地理位置。摄像头和红外热成像仪形成的图像信号经由存储器发送到控制中心。远方或本地的工作人员及可通过接受装置收到机器人现场发送的图像等信息。传输的信息把包括，机器人电池4电压、电流、电机的工作状态以及GPS收到的卫星信号强度等，这些信号同时与采集到的图像信号一起传输并显示。

机器人在配电线路上开始工作前，先通电自检，自检完成后进入待命状态。当控制器收到工作指令时，向发送电机正转的信号，导向轮7正转，导向轮7沿配电线路向前移动，巡检机器人可以正常整体向前行走。

当伸缩型配电线路巡检机器人遇到配电线路有弧度需要进行转弯时，导向轮7支架受控制器控制，导向轮7向左或向右偏转，并且两个行走轮12的转速同时改变。如巡检机器人需要向右偏转时，由于转弯时内圈半径小、外圈半径大，为了防止右侧的行走轮12与配电线路脱落，因此需要相应减小右侧的折叠连杆10的长度。伺服电机9工作带动螺杆24转动，折叠连杆10收缩，长度减短。

当巡检机器人收到掉头的指令时，伺服电机9工作带动螺杆24转动，折叠连杆10收缩，长度减短。同时，驱动电机8倒转，带动导向轮7后退，行驶的速度与折叠连杆10收起速度同步。当导向轮7与两个行走轮12行驶呈直线状态时，伺服电机9工作带动螺杆24转动，使折叠连杆10开始向外伸展，当折叠连杆10展开到规定长度时即完成掉头动作。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，包括：工作台、转盘、导向轮、导向轮支架、两个折叠连杆、两个行走轮、两个行走轮架、驱动电机、通信单元、控制器和电池，

所述转盘镶嵌在工作台内且与工作台转动连接，所述导向轮支架与所述转盘同心转动连接，所述导向轮转动安装在导向轮支架上，所述驱动电机固定安装在导向轮支架上，所述驱动电机与导向轮连接，所述行走轮转动安装在行走轮架上，

所述折叠连杆两端安装有铰链柱，所述铰链柱与工作台转动连接，所述折叠连杆的另一端通过铰链柱与行走轮架连接，

所述折叠连杆包括两组折叠杆、螺杆、螺母滑块、折叠连杆架、连接块和伺服电机，所述折叠杆包括四根短杆和若干根长杆，若干根长杆分为两组，两组长杆数量相同，每组的长杆首尾转动连接，每组中相同次序的长杆中部转动连接，两组所述长杆首尾连接后形成四个自由端，四根所述短杆的一端分别与一个自由端转动连接，两根所述短杆的另一端与折叠连杆架转动连接，另两根所述短杆的另一端与连接块转动连接，所述螺母滑块与每组中的第一根长杆中部转动连接，所述螺母滑块与螺杆螺纹连接，所述折叠连杆架与伺服电机固定连接，所述连接块与折叠连杆一端的铰链柱固定连接，所述伺服电机与折叠连杆另一端的铰链柱固定连接，

所述通信单元和控制器均安装在工作台上，所述转盘上设有巡检设备架，所述巡检设备架上安装有若干个巡检设备，若干个所述巡检设备、伺服电机以及驱动电机均与控制器连接，所述电池安装在工作台上，所述电池为巡检设备、伺服电机、驱动电机和控制器供电。

2.根据权利要求1所述的一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，还包括转向机构，所述转向机构包括转向电机、转向主动齿轮和转向从动齿轮，所述转向电机安装在所述转盘上，所述转向主动齿轮与转向电机连接，所述转向从动齿轮与所述导向轮支架固定连接，所述转向主动齿轮与所述转向从动齿轮啮合。

3.根据权利要求1或2所述的一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，所述导向轮包括内轮、越障轮和限制轮，所述内轮两个端面分别与两个越障轮相连，两个所述越障轮分别与两个所述限制轮相连，所述越障轮的外径大于内轮，所述限制轮的外径大于越障轮，所述限制轮远离内轮的一侧外径大于另一侧，所述内轮、越障轮和限制轮通过导向轮螺杆固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，所述内轮侧面内凹。

5.根据权利要求4所述的一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，所述内轮侧面设有点状凸起。

6.根据权利要求4或5所述的一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，所述越障轮表面分布有用于越障的凸条，所述凸条横截面呈齿形。

7.根据权利要求4或5所述的一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，所述限制轮的轮面上加工有若干个镂空。

8.根据权利要求3所述的一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，还包括转向锁，所述转向锁包括转向锁架、套筒、锁舌、弹簧、弹簧连接架、电子开关K1和直流电源VCC，

所述转向锁架与工作台固定连接，所述套筒与转向锁架固定连接，所述锁舌滑动安装在套筒内，所述套筒内设有弹簧连接架，所述弹簧安装在所述锁舌和所述弹簧连接架之间且两端分别与所述锁舌及所述弹簧连接架固定连接，所述弹簧两端分别与电子开关K1及直流电源VCC串联连接，所述电子开关K1与控制器连接，所述转盘以及导向轮支架上均加工有与所述锁舌匹配的孔。

9.根据权利要求8所述的一种高越障性能的配电线路巡检机器人，其特征在于，所述巡检设备包括摄像头、红外热成像仪与GPS定位仪，所述摄像头、红外热成像仪与GPS定位仪均与控制器连接。

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