CN113460316A - 一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，包括飞行平台、牵引机构、线上作业装置；飞行平台带有可倾转旋翼和云台摄像头；牵引机构一端安装在飞行平台下方，另一端连接线上作业装置；线上作业装置包括线上作业机体、工具接口、刀具转动架和半环形刀片；工具接口位于线上作业装置两侧，可连接多种清理工具；刀具转动架有两个，位于线上作业装置前面，分别连接两个半环形刀片。本发明采用飞行平台拉动线上作业装置的被动爬线式结构，适合对多种架空线缆漂浮物进行快速清理，作业效率高，环境适应性好，安全性系数高，解决了现有技术中存在的清理效率不高和安全风险大等问题。

Description

一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人

技术领域

本发明涉及一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，属于架空线缆漂浮物清理装置技术领域。

背景技术

风筝、气球等高空漂浮物缠绕在架空线路上是输电线路通道存在的一种安全隐患，容易引起线路之间的短接、增加线路负担，进而威胁到输电线路的运行安全。为此，各级电力部门每年都要投入大量的人力、物力与财力对辖区内的架空线缆进行清理整治。目前的线缆漂浮物清理主要通过人工清理，安全性差、作业效率低且有一定的局限性；而采用无人机携带喷火装置对漂浮物进行燃烧清除的方式因极易引起线路损坏甚至因燃烧物坠落引发火灾而未得到大力推广。

因此，亟需研制一种可对架空线缆进行自动清理的飞行机器人，其搭载的清除装置应具备安全可靠、容易实施等特点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，可对多种架空线缆漂浮物进行快速清理，满足架空线缆上有效清理漂浮物的需求。

本发明采取的技术方案为：一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，包括飞行平台、牵引机构、线上作业装置；飞行平台带有可倾转旋翼和云台摄像头；牵引机构一端安装在飞行平台下方，另一端连接线上作业装置；线上作业装置包括线上作业机体、工具接口、刀具转动架和半环形刀片；工具接口位于线上作业装置的线上作业机体两侧，可连接多种不同的清理工具；刀具转动架有两个，位于线上作业装置的线上作业机体前面，分别连接两个半环形刀片。

优选的，上述线上作业机体前端设置有观测摄像头、两侧下部设置有配重、上端面设置有装置接口、内部上方安装有被动滚轮和电动卡扣、内部下方安装有导向杆。

优选的，上述牵引机构由绳索收放箱和绳索组成，绳索收放箱可通过控制绳索收放调整飞行平台与线上作业装置之间的距离，同时也将飞行平台与高压强磁环境进行了隔离。

优选的，上述牵引机构由两个万向节和电动伸缩杆组成，两个万向节分别安装在电动伸缩杆两端，电动伸缩杆分别通过万向节连接飞行平台和线上作业装置，电动伸缩杆通过内置电机控制杆长，进而调整飞行平台与线上作业装置之间的距离，同时也将飞行平台与高压强磁环境进行了隔离。

优选的，上述装置接口为连接牵引机构中万向节的万向节接口，万向节接口是安装在线上作业装置上面的转动轴，其内设角度传感器，测量牵引机构与线上作业装置的相对偏转角度。

优选的，上述装置接口为连接牵引机构中绳索的绳索接口，绳索接口有三处，呈正三角形分布于线上作业装置上面，与绳索下端连接，以便于飞行平台将其平稳落入线缆上。

优选的，上述观测摄像头有m（m≥1）个，安装在线上作业装置的线上作业机体前面，可实时观测作业情况。

优选的，上述配重位于线上作业装置的线上作业机体下方，呈对称分布，与线上作业装置的线上作业机体形成“n”字形，配重由蓄电池、控制箱组成，其作用是将线上作业装置重心调节至线缆下方，防止线上作业装置侧翻，保证清理作业时的稳定性。

优选的，上述线上作业装置整体重心位于线缆下方，有利于线上作业装置保持平稳，防止侧翻，保证清理作业时的稳定性。

优选的，上述被动滚轮有两个，位于“n”字形线上作业装置内部上方呈前后分布，其中滚轮呈“凹”字形，被动滚轮表面由防滑材质制成，作业时线缆嵌入两“凹”字形被动滚轮中。

优选的，上述电动卡扣位于“n”字形线上作业装置内部上方的两被动滚轮之间，由控制器控制其开合，作业时，线缆落入被动滚轮后，启动电动卡扣将线缆锁入其中，起保护作用。

优选的，上述导向杆位于“n”字形线上作业装置内部，固连在配重和电动卡扣之间，呈“八”字形，用于线缆导向，以便线上作业装置下落时顺利骑在线缆上。

优选的，上述刀具转动架有两个，均为可控制角度的铰链结构，对称连接在线上作业装置前面；半环形刀片有两个，分别安装在刀具转动架的铰链上，两半环形刀片可通过刀具转动架的铰链转动使两半环形刀片闭合成圆环，将线缆环抱。

优选的，上述两半环形刀片可更换为相同形状的发热电阻丝，用于清理塑料薄膜、风筝线等遇热易融障碍物。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

1）飞行平台带有可倾转旋翼和云台摄像头，便于调整飞行状态，观测摄像头用以观测清理作业进程；

2）牵引机构连接飞行平台和线上作业装置，调整飞行平台和线上作业装置的距离，同时也将飞行平台与高压强磁环境进行了隔离；

3）工具接口位于线上作业装置两侧，可根据需求连接多种清理工具，用于辅助清理漂浮物；

4）配重由蓄电池、控制箱组成，其作用是将线上作业装置重心调节至线缆下方，防止线上作业装置侧翻，保证清理作业时的稳定性；

5）作业时，飞行平台将线上作业装置降落骑至线缆上，电动卡扣锁住线缆，半环形刀片闭合将线缆环抱，飞行平台通过牵引机构拉动线上作业装置爬线前进，两半环形刀片切割沿途漂浮物，达到清理效果，也可安装多种清理工具辅助清理，保障线缆清理工作全程安全、高效；

6）作业完成时，转动半环形刀片至线缆两侧，打开电动卡扣，收起牵引机构将线上作业装置拉离线缆，实现安全、可靠的撤离。

附图说明

图1为被动爬线式架空线缆清理空中机器人绳索牵引作业状态结构示意图；

图2为被动爬线式架空线缆清理空中机器人绳索牵引初始状态结构示意图；

图3为被动爬线式架空线缆清理空中机器人刚性牵引作业状态结构示意图；

图4为刚性牵引机构示意图；

图5为线上作业装置三维示意图；

图6为线上作业装置仰视三维示意图；

图7为线上作业装置仰视图；

图8为线上作业装置正视图；

图9为线上作业装置侧视图；

图10为电动卡扣结构示意图。

图中，1—飞行平台，2—牵引机构，3—线上作业装置，4—线缆，5—漂浮物；

101—可倾转旋翼，102—云台摄像头；

2011—绳索收放箱，2012—绳索；

2021—万向节，2022—电动伸缩杆；

301—装置接口，302—工具接口，303—刀具转动架，304—配重，305—观测摄像头，306—半环形刀片，307—被动滚轮，308—电动卡扣，309—导向杆；

3011—万向节接口，3012—绳索接口；

3081—门字架，3082—电动旋转杆，3083—电动锁销，3084—电磁力矩电机，3085—凹槽。

具体实施方式

下面，结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1、图2和图5～图10所示，一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，包括飞行平台1、牵引机构2、线上作业装置3；飞行平台1带有可倾转旋翼101和云台摄像头102；牵引机构2一端安装在飞行平台1下方，另一端连接线上作业装置3；线上作业装置3由线上作业机体、装置接口301、工具接口302、刀具转动架303、配重304、观测摄像头305、半环形刀片306、被动滚轮307、电动卡扣308和导向杆309组成；工具接口302位于线上作业装置3的线上作业机体两侧，可连接多种清理工具；刀具转动架303有两个，位于线上作业装置3的线上作业机体前面，分别连接两个半环形刀片306。

牵引机构2由绳索收放箱2011和绳索2012组成，绳索收放箱2011可通过控制绳索2012收放调整飞行平台1与线上作业装置3之间的距离，同时也将飞行平台1与高压强磁环境进行了隔离。

装置接口301为连接牵引机构2中绳索2012的绳索接口3012，绳索接口3012有三处，呈正三角形分布于线上作业装置3的线上作业机体上面，与绳索2012下端连接，以便于飞行平台1将其平稳落入线缆4上。

优选的，观测摄像头305有m（m≥1）个，安装在线上作业装置3的线上作业机体前面，可实时观测作业情况。

优选的，配重304位于线上作业装置3的线上作业机体下方，呈对称分布，与线上作业装置3上面形成“n”字形，配重304由蓄电池、控制箱组成，其作用是将线上作业装置3重心调节至线缆4下方，防止线上作业装置3侧翻，保证清理作业时的稳定性。

优选的，线上作业装置3整体重心位于线缆4下方，有利于线上作业装置3保持平稳，防止侧翻，保证清理作业时的稳定性。

优选的，被动滚轮307有两个，位于“n”字形线上作业装置3的线上作业机体内部上方呈前后分布，其中滚轮呈“凹”字形，被动滚轮307表面由防滑材质制成，作业时线缆4嵌入两“凹”字形被动滚轮307中。

优选的，电动卡扣308位于“n”字形线上作业装置3的线上作业机体内部上方的两被动滚轮307之间，由控制器控制其开合，作业时，线缆4落入被动滚轮307后，启动电动卡扣308将线缆4锁入其中，起保护作用。

优选的，导向杆309位于“n”字形线上作业装置3的线上作业机体内部，固连在配重304和电动卡扣308之间，呈“八”字形，用于线缆4导向，以便线上作业装置3下落时顺利骑在线缆4上。

优选的，刀具转动架303有两个，均为可控制角度的铰链结构，对称连接在线上作业装置3的线上作业机体前面；半环形刀片306有两个，分别安装在刀具转动架303的铰链上，两半环形刀片306可通过刀具转动架303的铰链转动使两半环形刀片306闭合成圆环，将线缆4环抱。

优选的，两半环形刀片306可更换为相同形状的发热电阻丝，用于清理塑料薄膜、风筝线等遇热易融障碍物。

在本实施案例中飞行平台1带有可倾转旋翼101和云台摄像头102，便于调整飞行状态，观测摄像头305用以观测清理作业进程；牵引机构2连接飞行平台1和线上作业装置3，调整飞行平台1和线上作业装置3的距离，同时也将飞行平台1与高压强磁环境进行了隔离；工具接口302位于线上作业装置3两侧，可根据需求连接多种清理工具，用于辅助清理漂浮物5；配重304由蓄电池、控制箱组成，其作用是将线上作业装置3重心调节至线缆4下方，防止线上作业装置3侧翻，保证清理作业时的稳定性；作业时，飞行平台1将线上作业装置3降落骑至线缆4上，电动卡扣308锁住线缆4，半环形刀片306闭合将线缆4环抱，飞行平台1通过牵引机构2拉动线上作业装置3爬线前进，两半环形刀片306切割沿途漂浮物5，达到清理效果，也可安装多种清理工具辅助清理，保障线缆清理工作全程安全、高效；作业完成时，转动半环形刀片306至线缆4两侧，打开电动卡扣308，收起牵引机构2将线上作业装置3拉离线缆4，实现安全、可靠的撤离。

优选的，上述电动卡扣308包括固定连接在线上作业装置底部的门字架3081、电动旋转杆3082和电动锁销3083，电动旋转杆3082旋转连接在门字架3081一自由端且电动旋转杆3082的电磁力矩电机3084安装在门字架3081上，门字架3081另一自由端设置凹槽3085，电动旋转杆3082旋转后嵌入凹槽3085内，凹槽3085一侧设置有电动锁销3083，电动锁销3083伸出后能够限制电动旋转杆3082掉落。不使用时，电动旋转杆自由状态，门字架下端开口，使用时，当线缆进入门字架后，驱动电动旋转杆旋转90度，将其卡入凹槽内，并驱动电动锁销锁紧。当电缆需要脱离门字架时，打开电动锁销，并旋转电动旋转杆，打开门字架下端开口。电动锁销采用电磁铁锁，电磁铁锁的锁杆伸出后卡住电动旋转杆，电动旋转杆一端通过电磁力矩电机驱动其旋转。

实施例2：如图3和图4～图9所示，一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，包括飞行平台1、牵引机构2、线上作业装置3；飞行平台1带有可倾转旋翼101和云台摄像头102；牵引机构2一端安装在飞行平台1下方，另一端连接线上作业装置3；线上作业装置3由线上作业机体、装置接口301、工具接口302、刀具转动架303、配重304、观测摄像头305、半环形刀片306、被动滚轮307、电动卡扣308和导向杆309组成；工具接口302位于线上作业装置3的线上作业机体两侧，可连接多种清理工具；刀具转动架303有两个，位于线上作业装置3的线上作业机体前面，分别连接两个半环形刀片306。

牵引机构2由两个万向节2021和电动伸缩杆2022组成，两个万向节2021分别安装在电动伸缩杆2022两端，电动伸缩杆2022分别通过万向节2021连接飞行平台1和线上作业装置3，电动伸缩杆2022通过内置电机控制杆长，进而调整飞行平台1与线上作业装置3之间的距离，同时也将飞行平台1与高压强磁环境进行了隔离。

装置接口301为连接牵引机构2中万向节2021的万向节接口3011，万向节接口3011是安装在线上作业装置3的线上作业机体上面的转动轴，其内设角度传感器，测量牵引机构2与线上作业装置3的相对偏转角度。

作业时，飞行平台1将线上作业装置3降落骑至线缆4上，电动卡扣308锁住线缆4，半环形刀片306闭合将线缆4环抱，飞行平台1通过牵引机构2拉动线上作业装置3爬线前进，两半环形刀片306切割沿途漂浮物5，达到清理效果，也可安装多种清理工具辅助清理，保障线缆清理工作全程安全、高效；

作业完成时，转动半环形刀片306至线缆4两侧，打开电动卡扣308，收起牵引机构2将线上作业装置3拉离线缆4，实现安全、可靠的撤离。

优选的，上述电动卡扣308包括固定连接在线上作业装置底部的门字架3081、电动旋转杆3082和电动锁销3083，电动旋转杆3082旋转连接在门字架3081一自由端且电动旋转杆3082的电磁力矩电机3084安装在门字架3081上，门字架3081另一自由端设置凹槽3085，电动旋转杆3082旋转后嵌入凹槽3085内，凹槽3085一侧设置有电动锁销3083，电动锁销3083伸出后能够限制电动旋转杆3082掉落。不使用时，电动旋转杆自由状态，门字架下端开口，使用时，当线缆进入门字架后，驱动电动旋转杆旋转90度，将其卡入凹槽内，并驱动电动锁销锁紧。当电缆需要脱离门字架时，打开电动锁销，并旋转电动旋转杆，打开门字架下端开口。电动锁销采用电磁铁锁，电磁铁锁的锁杆伸出后卡住电动旋转杆，电动旋转杆一端通过电磁力矩电机驱动其旋转。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式实例，本发明的保护范围并不局限于此。熟悉该技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易找到变化或替换方式，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。为此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：包括飞行平台（1）、牵引机构（2）、线上作业装置（3）；所述飞行平台（1）带有可倾转旋翼（101）和云台摄像头（102）；所述牵引机构（2）一端安装在飞行平台（1）下方，另一端连接线上作业装置（3）；所述线上作业装置（3）包括线上作业机体、工具接口（302）、刀具转动架（303）和半环形刀片（306），所述工具接口（302）位于线上作业装置（3）的线上作业机体两侧，用于可拆卸地连接不同种类的清理工具；所述刀具转动架（303）有两个，位于线上作业装置（3）的线上作业机体前端，分别连接两个半环形刀片（306）。

2.根据权利要求1所述的一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：所述牵引机构（2）包括固定连接在飞行平台（1）底部的绳索收放箱（2011）和与绳索收放箱（2011）相连接的绳索（2012），绳索（2012）下端连接到线上作业装置（3）上端面。

3.根据权利要求1所述的一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：所述牵引机构（2）包括两个万向节（2021）和电动伸缩杆（2022），所述电动伸缩杆（2022）两端分别通过两个万向节（2021）连接到飞行平台（1）底部和线上作业装置（3）上端面，所述电动伸缩杆（2022）通过内置电机驱动其伸缩。

4.根据权利要求1或3所述的一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：所述线上作业装置（3）还包括装置接口（301），所述装置接口（301）为连接牵引机构（2）中万向节（2021）的万向节接口（3011），所述万向节接口（3011）是安装在线上作业装置（3）上面的转动轴，其内设角度传感器，角度传感器用于测量牵引机构（2）与线上作业装置（3）的相对偏转角度。

5.根据权利要求1或2所述的一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：所述线上作业装置（3）还包括装置接口（301），所述装置接口（301）为连接牵引机构（2）中绳索（2012）的绳索接口（3012），所述绳索接口（3012）有三个，呈正三角形分布于线上作业装置（3）上面，与绳索（2012）下端的三根分支绳连接。

6.根据权利要求1所述的一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：所述线上作业装置（3）前端面安装至少一个观测摄像头（305）。

7.根据权利要求1所述的一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：所述线上作业装置（3）下方两侧布置有呈对称分布的两个配重（304），两个配重（304）与线上作业装置（3）截面呈“n”字形，所述配重（304）包括控制箱和内置在控制箱内的蓄电池。

8.根据权利要求1或7所述的一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：所述线上作业装置（3）内部上方前后布置有两个被动滚轮（307），被动滚轮（307）的柱面呈“凹”字形，线上作业装置（3）内部上方安装有电动卡扣（308），电动卡扣（308）位于两被动滚轮（307）之间。

9.根据权利要求7所述的一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：所述两个配重（304）之间固定连接有呈“八”字形的两根导向杆（309），两根导向杆（309）固定连接在电动卡扣（308）上。

10.根据权利要求1所述的一种被动爬线式架空线缆清理空中机器人，其特征在于：所述两个刀具转动架（303）均为可控制角度的铰链结构，对称连接在线上作业装置（3）前端面；所述两个半环形刀片（306）分别安装在刀具转动架（303）的铰链上，两半环形刀片（306）能够通过刀具转动架（303）的铰链转动使两半环形刀片（306）闭合成圆环。

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