CN113964721A - 一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人。在研究传统的吊臂式高压线巡线机器人结构和工作原理的基础上，改进吊臂式高压线巡线机器人的运动模块，采用精密齿轮和转轴传动，使机器人具有左前、右前、左后和右后四个轮子，每个轮子连接一只手臂。左前手臂和右后手臂的相位相同，右前手臂和左后手臂的相位相同，形成位置的互补。改进吊臂式高压线巡线机器人的夹爪机构，使其夹爪能适应于单股线、耐张线夹、并沟线夹等多种情况，并且在夹爪内部填充柔性材料，增加非水平情况下机器人与高压线线之间的接触面积，增大夹爪与高压线之间的摩擦力，防止机器人沿高压线下滑。以上改进均使得吊臂式高压线巡线机器人具有更好的姿态平衡性。

Description

一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人

技术领域：

本发明涉及高压线巡线机器人技术领域，尤其涉及一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人。

背景技术：

输电线路是经济发展的基石，从电厂到用户的过程中，电力都要经历升压变电站、高压输电线路、降压变电站、低压配电线路四重阶段，运送电力的整条输变电系统多数时候都暴露在露天野外，长期输电线路会受到侵蚀、破损甚至断裂。为了保证输电线路的安全、可靠运行，电网运行部门需要定期对输电线路系统进行巡检、维修维护以确保消除故障或故障隐患。

目前的两种巡线检测方式是人工巡线和非人工巡线。国家电网供电公司的巡检大部分采用传统的人工巡检方式，即人工登塔、沿线行走，借助望远镜、照相机或摄像机等对线路隐患进行巡查。工程师会在高温、高压、强电磁的环境下工作，巡检效率不高；为了更好保障电网的运行安全，提高输电线路巡检效率和准确性，利用高压输电线路巡线机器人，可在高压输电线路上运行，可以极大节省人力物力，提高巡线效率。

在上述背景下，有人开展了高压线巡线机器人的理论和技术研究，在单股高压线上运行时，主要存在轮式巡线机器人和吊臂式巡线机器人两种类型。

轮式高压线巡线机器人可在无障碍的直线段顺利运行，姿态的平衡性较好。但轮式高压线巡线机器人不易越过防震锤、耐张线夹、并沟线夹等障碍，且越障时其姿态的平衡性不易控制。

吊臂式高压巡线机器人以步行跨越的方式向前运行。相对于电机驱动的轮式机器人接触在高压线上滚动运行，吊臂式高压线巡线机器人运行速度较慢，但是吊臂式机器人运行时其手臂以一定的高度和距离完成跨越动作，因此其越障性能较好。传统的吊臂式高压线巡线机器人具有两只手臂，当一只手臂向前运行时，另一只手臂悬挂在高压线上，因此其姿态容易朝着一侧倾斜，存在从高压线上脱落的风险。传统的吊臂式高压线巡线机器人，其夹爪机构通常被设计为直径较大的圆弧形金属装置。由于高压线上的单股线、并沟线夹和耐张线夹的直径都不相同，因此传统的吊臂式高压线巡线机器人夹爪机构的直径不能与单股线、并沟线夹和耐张线夹的直径相吻合，这也使得机器人姿态的平衡性得不到保证。另一方面，由于夹爪机构的材料是金属，在非水平的高压线上运行时，在重力的作用下机器人可能会沿着高压线下滑，因此传统的吊臂式高压线巡线机器人通常只在比较水平的高压线上运行工作。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，具有良好的越障性能，并且具有很高的姿态平衡性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，包括：载体以及设于所述载体上的动力单元、为所述动力单元提供动能的蓄电模块；

运动模块，由所述动力单元驱动，用于悬吊在高压线上行进；

存储模块，设于所述载体上，所述存储模块包括图像采集单元以及存储单元。

作为优选，进一步地，所述动力单元为减速电机，与所述蓄电模块电性连接，为所述运动模块提供动能；

作为优选，进一步地，所述运动模块包括，由所述减速电机驱动的主动轮、与所述主动轮啮合的直径完全相同的左前轮和左后轮，右前轮和所述左前轮通过轮轴连接同步转动，右后轮与所述左后轮通过轮轴连接同步转动；

所述运动模块还包括机器人的四只手臂，分别为左前臂、右前臂、左后臂、右后臂，所述四只手臂分别连接在左前轮、右前轮、左后轮、右后轮之上，各手臂与其对应的轮子之间的运动模式为三连杆运动模式。

作为优选，进一步地，所述左前臂和右前臂的相位不同，左前臂和右前臂的相位设计为相差180度；所述左后臂和右后臂的相位不同，左后臂和右后臂的相位设计为相差180度。

作为优选，进一步地，所述左前臂的相位和右后臂的相位相同，右前臂的相位和左后臂的相位相同，确保左前臂和右后臂，或者右前臂和左后臂能够同时悬挂在高压线上，形成位置的互补，以使机器人的姿态平衡。

作为优选，进一步地，所述左前臂、左后臂、右前臂和右后臂的前端各自设置有夹爪，所述夹爪的截面为多边形结构。

作为优选，进一步地，各所述夹爪的内部充满柔性材料以增大夹爪与高压线之间的摩擦系数；所述柔性材料或为聚乙烯醇，厚度为9毫米。

作为优选，进一步地，所述蓄电模块能将高压线的磁场转换为电能并存储，为所述运动模块提供动能。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明提供的一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人。在研究传统的吊臂式高压线巡线机器人工作原理的基础上，改进其运动模块，使其具有四只手臂，其中左前手臂和右后手臂，右前手臂和左后手臂形成位置的互补。改进其夹爪机构，使其夹爪能适应于单股线、耐张线夹、并沟线夹等多种情况，并且在夹爪内部填充柔性材料，增加非水平情况下机器人与高压线的接触面积，增大夹爪与高压线之间的摩擦力，防止机器人沿着高压线下滑。以上改进均使得机器人具有更好的姿态平衡性。

附图说明：

图1为本发明中同侧前后轮传动示意图；

图2为本发明的运动模块中左右轮传动示意图；

图3为本发明的机器人的四臂工作原理；

图4为本发明的机器人的夹爪形状示意图；

图5为本发明的机器人的夹爪内部柔性材料示意图；

图6为轮子、手臂及夹爪的连接示意图；

图7、图8为本发明机器人的不同轴侧视图。

图中标号：1左前轮，2右前轮，3左后轮，4右后轮，5夹爪，6主动轮，7左前臂,8右前臂,9左后臂,10右后臂，11载体，12限位螺杆。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人。在研究传统的吊臂式高压线巡线机器人结构和工作原理的基础上，改进吊臂式高压线巡线机器人的运动模块，采用精密齿轮和转轴传动，使机器人具有左前轮1、右前轮2、左后轮3和右后轮4四个轮子，每个轮子连接一只手臂。左前臂和右后臂的相位相同，右前臂和左后臂的相位相同，形成位置的互补。改进吊臂式高压线巡线机器人的夹爪机构，使其夹爪5能适应于单股线、耐张线夹、并沟线夹等多种情况，并且在夹爪内部填充柔性材料，增加非水平情况下机器人与高压线线之间的接触面积，增大夹爪与高压线之间的摩擦力，防止机器人沿高压线下滑。以上改进均使得吊臂式高压线巡线机器人具有更好的姿态平衡性。

图1为机器人同侧的前轮和后轮传动图。主动轮6的中心与从动轮(左前轮1和左后轮3)中心之间的连线和法线成30度夹角。主动轮与从动轮之间通过精密的齿轮进行啮合，图中中间轮是主动轮6，由大扭矩的减速电机所驱动。前轮和后轮的直径必须完全相同。通过齿轮把中间轮的动力传递到机器人的前轮和后轮，通过选用精密的齿轮，保证前轮和后轮的运动具有同步性。优选的，图1中前轮和后轮的齿数可以大于中间轮，由此进一步降低前轮和后轮运行的速度，提高扭矩。

图2为机器人左轮和右轮的传动图。通过齿轮传动，中间轮的动力传递到左前轮和右前轮。通过轮轴，右前轮2和左前轮1连接，右后轮4和左后轮3连接，因此右前轮和左前轮同步运动，右后轮和左后轮同步运动。优选的，图2中轮轴与轮子的连接处应选用精密轴承机构，使连接具有稳定性。

图3为机器人四只手臂的运动原理。机器人的四只手臂分别是左前臂7、右前臂8、左后臂9、右后臂10，它们分别连接在左前轮、右前轮、左后轮、右后轮之上。图中A代表轮子的几何中心，B代表轮子上的支柱，C代表外壳上的支柱。以水平向右为基准，以AB矢量与基准之间形成的角度作为手臂相位，图(a)、(b)、(c)、(d)分别表示相位为0度，90度，180度，270度。左前臂和右前臂的相位不同，左后臂和右后臂的相位不同，优选的，左前臂和右前臂的相位可设计为相差180度，左后臂和右后臂的相位可设计为相差180度，确保机器人巡线向前运行。左前臂的相位和右后臂的相位相同，右前臂的相位和左后臂的相位相同，由此左前臂和右后臂，或者右前臂和左后臂能够同时悬挂在高压线上，形成位置的互补，确保机器人能稳定悬挂在高压线上，减少机器人脱落高压线的风险。

图4是机器人夹爪的结构示意图。夹爪5的特征在于包括：夹爪截面是多边形结构，以适应机器人运行过程中经过的单股线、耐张线夹、并沟线夹等多种情况。优选的，夹爪形状设计为多边形，可以分别与28mm的单股线，32mm的并沟线夹，42mm的耐张线夹相吻合。

图5是机器人夹爪内部柔性材料的示意图。长方体形状显示夹爪内部材料的厚度。其夹爪内部充满柔性材料，以增大机器人夹爪与高压线之间的摩擦系数；另外，当机器人在非水平的高压线上运行时，该柔性材料还可以进一步增加机器人的夹爪与高压线之间的接触面积，增大摩擦力，避免机器人因为重力而沿着高压线下滑。优选的，该柔性材料可选择聚乙烯醇材料，其厚度为9mm。

图6所示，主动轮6的轮轴装配在载体上，主动轮6啮合驱动左前轮1和左后轮3，左前轮1和右前轮2设于同轴的两端同步转动，左后轮3和右后轮4也设于同轴的两端同步转动，左前臂7,右前臂8,左后臂9,右后臂10分别装配在左前轮1、右前轮2、左后轮3和右后轮4上，以左前轮为例，左前臂7的下端铰接在左前轮1的端面上，夹爪装配在左前臂的上端，载体11上设有限位螺杆12，并在左前臂7本体上沿其长度方向设有通槽，所述限位螺杆12插入在通槽中对左前臂7的摆动起限位作用，通槽对左前臂7的摆动起导向作用，其余手臂与其对应的轮子的装配方式相同，但是如前所述，四个手臂的相位不同。

其中，载体可视为机器人的本体，蓄电模块置于载体上，其能将高压线的磁场转换为电能并存储，为减速电机提供电能，所述存储模块也设于载体上，包括机器人的运行学、动力学信息存储器和图像信息存储器，至于机器人对被检修高压线的图像采集、传输和存储等为现有技术，无需赘述。此外，各手臂如何装配在对应的轮子上，以及轮子、传动系统如果装配在载体上，属于机械学的常识，无需具体描述和以图示意。

最后应说明的是所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (8)

1.一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，其特征在于，包括：载体以及设于所述载体上的动力单元、为所述动力单元提供动能的蓄电模块；

运动模块，由所述动力单元驱动，用于悬吊在高压线上行进；

存储模块，设于所述载体上，所述存储模块包括图像采集单元以及存储单元。

2.根据权利要求1所述的一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，其特征在于，所述动力单元为减速电机，与所述蓄电模块电性连接，为所述运动模块提供动能。

3.根据权利要求2所述的一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，其特征在于，所述运动模块包括，由所述减速电机驱动的主动轮、与所述主动轮啮合的直径完全相同的左前轮和左后轮，右前轮和所述左前轮通过轮轴连接同步转动，右后轮与所述左后轮通过轮轴连接同步转动；

所述运动模块还包括机器人的四只手臂，分别为左前臂、右前臂、左后臂、右后臂，所述四只手臂分别连接在左前轮、右前轮、左后轮、右后轮之上，各手臂与其对应的轮子之间的运动模式为三连杆运动模式。

4.根据权利要求3所述的一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，其特征在于，所述左前臂和右前臂的相位不同，左前臂和右前臂的相位设计为相差180度；所述左后臂和右后臂的相位不同，左后臂和右后臂的相位设计为相差180度。

5.根据权利要求3或4所述的一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，其特征在于，所述左前臂的相位和右后臂的相位相同，右前臂的相位和左后臂的相位相同，确保左前臂和右后臂，或者右前臂和左后臂能够同时悬挂在高压线上，形成位置的互补，以使机器人的姿态平衡。

6.根据权利要求5所述的一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，其特征在于，所述左前臂、左后臂、右前臂和右后臂的前端各自设置有夹爪，所述夹爪的截面为多边形结构。

7.根据权利要求6所述的一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，其特征在于，各所述夹爪的内部充满柔性材料以增大夹爪与高压线之间的摩擦系数；所述柔性材料或为聚乙烯醇，厚度为9毫米。

8.根据权利要求1或2所述的一种姿态平衡的吊臂式高压线巡线机器人，其特征在于，所述蓄电模块能将高压线的磁场转换为电能并存储，为所述运动模块提供动能。

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