CN114188880A - 一种农配网线路异物清理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网维护技术领域，具体涉及一种农配网线路异物清理机器人。其包括：攀爬装置，以移动到目标异物附近；机械臂，沿预先规划路径动作并对目标异物进行清除；目标异物捕获装置，用于确定需要进行清除的目标异物；目标异物测距装置，用于对目标异物进行定位，确定目标异物所在的位置；传感器，用于获取机器人当前的状态信号；机载控制器，为攀爬装置及机械臂规划路径并控制攀爬装置及机械臂的动作。该机器人可带电作业机，通过目标异物捕获装置和目标异物测距装置可对目标异物进行识别与定位，提高了作业效率和作业质量，有助于降低基层员工劳动强度和危险性，提高农配网作业的自动化程度。

Description

一种农配网线路异物清理机器人

技术领域

本发明涉及配电网维护技术领域，具体涉及一种农配网线路异物清理机器人。

背景技术

对于农配网导线，通常要求导线与导线之间保留有固定的安全间距，线路通道要清理干净，以保障架空输配电线路安全运行。例如挂在线路上的风筝、塑料广告布等，或是延伸到线路附近的树枝等，如果导线发生破损，这些物体的存在容易造成线与线之间短路，变电站开关跳闸。

目前，清除线路上的异物目前主要依靠停电后人工上线摘除，人工作业程序复杂，劳动强度大，安全可靠性低。

发明内容

为克服上述问题或部分解决上述问题，本发明的目的在于提供一种农配网线路异物清理机器人，以帮助降低基层员工劳动强度和危险性，提高作业效率和作业质量。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明实施例提供一种农配网线路异物清理机器人，包括攀爬装置，上述攀爬装置沿预先规划路径攀爬，以移动到目标异物附近；机械臂，上述机械臂与上述攀爬装置连接，沿预先规划路径动作并对上述目标异物进行清除；目标异物捕获装置，上述目标异物捕获装置与上述攀爬装置连接，用于确定需要进行清除的目标异物；目标异物测距装置，用于对上述目标异物进行定位，确定目标异物所在的位置；传感器，上述传感器用于获取机器人当前的状态信号，上述状态信息包括但不限于机械臂关节转动角度；机载控制器，上述机载控制器依据上述目标异物捕获装置、上述目标异物测距装置及传感器传回的数据，为上述攀爬装置及上述机械臂规划路径并控制攀爬装置及机械臂的动作；上述机载控制器通过CAN总线与上述攀爬装置及机械臂的驱动机构连接；上述机载控制器与基站控制系统无线连接。

在本发明一些实施例中，上述攀爬装置包括：第一夹持机构和第二夹持机构，上述第一夹持机构和第二夹持机构用于夹持电线杆；伸缩推拉机构，上述伸缩推拉机构用于推动或拉动上述第一夹持机构及上述第二夹持机构沿上述电线杆移动；第一固定板和第二固定板，上述第一固定板与第二固定板相互平行，且分别连接在上述伸缩推拉机构的两端；上述第一固定板远离上述第二固定板的一侧与上述机械臂连接；上述第一夹持机构与第二夹持机构分别与上述第一固定板和第二固定板连接，第一夹持机构与第二夹持机构位于伸缩推拉机构的同侧，且夹持方向相互平行；上述第一固定板或第二固定板上安装有蓄电池，用于为上述第一夹持机构、第二夹持机构及伸缩推拉机构供电。

在本发明一些实施例中，目标异物捕获装置包括与视频服务器连接的高清摄像机，上述高清摄像机连接于上述第一固定板上远离上述第二固定板的一侧。

在本发明一些实施例中，上述机械臂包括：固定座，上述固定座固定连接于上述第一固定板上，用于支撑第一臂和第二臂；第一臂，上述第一臂与上述固定座连接，用于支撑第二臂；第二臂，上述第二臂与上述第一臂连接，用于支撑清理机构；清理机构，上述清理机构与上述第二臂的末端连接，用于清除上述目标异物；第一伸缩机构，上述第一伸缩机构连接于上述固定座与上述第一臂之间，用于调整上述第一臂的高度；第二伸缩机构，上述第二伸缩机构连接于上述第一臂与上述第二臂之间，用于调整上述第二臂的角度。

在本发明一些实施例中，上述清理机构为抓手，上述抓手包括：多个夹片，通过控制多个夹片的开合抓取目标异物；连杆机构，上述连杆机构设于多个夹片中间，用于控制多个夹片的开合；上述第二臂内置伸缩杆，上述伸缩杆的伸缩端与上述连杆机构连接。

在本发明一些实施例中，上述连杆机构包括：主杆，上述主杆的一端与上述伸缩杆的伸缩端连接，另一端通过支杆与上述夹片连接；支杆，上述支杆的一端上述主杆转动连接，另一端与上述夹片转动连接。

在本发明一些实施例中，上述清理机构为锯盘，上述第二臂内置转动电机，上述转动电机的出力轴与上述锯盘的中部连接。

在本发明一些实施例中，上述传感器包括用于检测上述第二臂的转动角度的角度传感器。

在本发明一些实施例中，上述目标异物测距装置包括雷达测距装置，上述雷达测距装置靠近上述机械臂末端设置并与上述机械臂连接。

在本发明一些实施例中，上述传感器包括：加速度传感器，上述加速度传感器用于检测机器人本身存在下滑趋势时的加速度，并将检测结果传输至上述机载控制器；压力传感器，上述压力传感器用于检测上述攀爬装置作用在杆柱表面时的压力，并将检测结果传输至上述机载控制器。

本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：

本发明实施例提供一种农配网线路异物清理机器人，包括：攀爬装置，沿预先规划路径攀爬，以移动到目标异物附近；机械臂，与上述攀爬装置连接，沿预先规划路径动作并对上述目标异物进行清除；目标异物捕获装置，与上述攀爬装置连接，用于确定需要进行清除的目标异物；目标异物测距装置，用于对上述目标异物进行定位，确定目标异物所在的位置；传感器，用于获取机器人当前的状态信号，上述状态信息包括但不限于机械臂关节转动角度；机载控制器，依据上述目标异物捕获装置、上述目标异物测距装置及传感器传回的数据，为上述攀爬装置及上述机械臂规划路径并控制攀爬装置及机械臂的动作；上述机载控制器通过CAN总线与上述攀爬装置及机械臂的驱动机构连接；上述机载控制器与基站控制系统无线连接。该机器人可带电作业机，通过目标异物捕获装置和目标异物测距装置可对目标异物进行识别与定位，提高了作业效率和作业质量，有助于降低基层员工劳动强度和危险性，提高农配网作业的自动化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明一实施例中攀爬装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中机器人的结构示意图；

图3为本发明另一实施例中机器人的结构示意图；

图4为本发明一实施例中清理机构的结构示意图。

图标：1-攀爬装置；11-第一夹持机构；111-夹具；112-固定框；113-伸缩件；12-第二夹持机构；13-伸缩推拉机构；14-第一固定板；15-第二固定板；16-蓄电池；2-机械臂；21-固定座；22-第一臂；23-第二臂；24-清理机构；25-第一伸缩机构；26-第二伸缩机构；3-高清摄像机；4-雷达测距装置；5-角度传感器。

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。

需要说明的是，在本发明的描述中，出现的术语“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。

实施例1

请参照图1，在本发明实施例提供一种农配网线路异物清理机器人，包括：

攀爬装置1，沿预先规划路径攀爬，以移动到目标异物附近；

示例性的，该攀爬装置1如图1所示，上述攀爬装置1包括：用于夹持杆柱(如电线杆)的第一夹持机构11和第二夹持机构12，在第一夹持机构11和第二夹持机构12之间连接有伸缩推拉机构13，用于推动或拉动上述第一夹持机构11及上述第二夹持机构12沿电线杆移动，其中第一夹持机构11与第二夹持机构12分别与上述第一固定板14和第二固定板15连接，第一夹持机构11与第二夹持机构12位于伸缩推拉机构13的同侧，且夹持方向相互平行。进一步的，在伸缩推拉机构13的顶部和底部还分别连接有第一固定板14和第二固定板15，上述第一固定板14与第二固定板15相互平行；上述第一固定板14远离上述第二固定板15的一侧与机械臂2连接。另外，在上述第一固定板14或第二固定板15上安装有蓄电池16(图1中为第二固定板15的顶部)，用于为上述第一夹持机构11、第二夹持机构12及伸缩推拉机构13供电。

本实施例中，第一夹持机构11与第二夹持机构12的结构类似，以第一夹持机构11为例，具体的，第一夹持机构11包括夹具111和夹具111固定框112，夹具111固定框112与第一固定板14的侧壁连接，夹具111包括两柄相互铰接的夹体，在两根夹体的柄端之间连接有伸缩件113，通过伸缩件113控制两根夹柄之间的距离进而控制夹持端的开合程度，该伸缩件113与机载控制器连接。

具体的，伸缩推拉机构13为电动或气动伸缩杆。默认伸缩推拉机构13为最短状态，则攀爬装置1的运动过程为：第一夹持机构11与第二夹持机构12一上一下夹持在杆柱体上，然后放松第一夹持机构11的夹紧状态，第二夹持机构12保持夹紧状态，令伸缩推拉机构13伸长，推动第一夹持机构11向上运动，伸长到最大长度后令第一夹持机构11的夹紧杆柱，然后第二夹持机构12放松，再缩短伸缩推拉机构13，向上拉动第二夹持机构12，如此便完成一次上升操作，后续重复上述操作便可继续上升，下降时原理相同，在此不作赘述。

机器人还包括机械臂2，机械臂2与上述攀爬装置1连接，沿预先规划路径动作并对上述目标异物进行清除；

示例性的，本实施例中机械臂2包括：固定座21，结合攀爬装置1的结构，固定连接于上述第一固定板14上，用于支撑第一臂22和第二臂23；第一臂22与上述固定座21连接，用于支撑第二臂23；第二臂23与上述第一臂22连接，用于支撑清理机构24；清理机构24与上述第二臂23的末端连接，用于清除上述目标异物。除此之外还包括第一伸缩机构25和第二伸缩机构26，第一伸缩机构25连接于上述固定座21与上述第一臂22之间，用于调整上述第一臂22的高度，第二伸缩机构26连接于上述第一臂22与上述第二臂23之间，用于调整上述第二臂23的角度。

示例性的，清理机构24可以为抓手用于抓取垃圾，也可以为链锯或锯盘用来切割树枝。以锯盘为例(如图2所示)，若第二臂23的末端连接有锯盘，则须由第二臂23提供转动轴，带动锯盘转动即可。示例性的，可在第二臂23内设置转动电机，令转动电机的出力轴与上述锯盘的中部连接。

机器人还包括目标异物捕获装置，与上述攀爬装置1连接，用于确定需要进行清除的目标异物；

示例性的，目标异物捕获装置可以为高清摄像机3，其连接于上述第一固定板14上远离上述第二固定板15的一侧(可绕机械臂2的设置多个)，可360度转动(摄像机的转动机构与机载控制器连接)。高清摄像机3负责图像采集，并通过机载控制器传输至基站控制系统，由视屏服务器正对获取的图像进行对比分析，判断图像中是否存在目标异物需要进行清理，若存在，则控制高清摄像机3锁定目标异物。

机器人还包括目标异物测距装置，用于对上述目标异物进行定位，确定目标异物所在的位置；

示例性的，目标异物测距装置可以为雷达测距装置4，上述雷达测距靠近上述机械臂2末端设置并与上述机械臂2连接。当高清摄像机3锁定目标异物后，再由雷达测距装置4对目标异物及周围的障碍物进行测距，结合高清摄像机3获取的图像规划路径，靠近目标异物。同时，在机械臂2工作过程中，雷达测距装置4持续检测距离并向机载控制器反馈，以提高机械臂2移动路径的精确性。

机器人还包括传感器，用于获取机器人当前的状态信号，上述状态信息包括但不限于机械臂2关节转动角度；

示例性的，传感器包括角度传感器5，用于检测上述第二臂23的转动角度。示例性的可将其连接在第一臂22与第二臂23的连接关节(如图3所示)，检测二臂的转动角度并将数据传送回机载控制器，结合高清摄像机3采集的图像对第二伸缩机构26的伸缩长度进行调整，进而修正第二臂23的转动角度。

机载控制器，依据上述目标异物捕获装置、上述目标异物测距装置及传感器传回的数据，为上述攀爬装置1及上述机械臂2规划路径并控制攀爬装置1及机械臂2的动作；上述机载控制器通过CAN总线与上述攀爬装置1及机械臂2的驱动机构连接；上述机载控制器与基站控制系统无线连接。

机载控制器属于机器人自身结构的重要组成部分，它通过对机器人的攀爬装置1、机械臂2关节、传感器以及其他模块进行控制，实现对机器人的直接控制。示例性的，机载控制系统可通过无线网络、交换机以及无线网桥等设备与地面基站控制系统进行连接，建立通信，将高清摄像机3采集的高清图像、机器人的状态信息以及传感器监测到的数据等通过无线网络传回地面，而地面基站控制系统根据机载控制系统传送回的数据对机器人的运行状态进行监控，如果需要对机器人的动作进行调整，地面工作人员可通过地面基站控制系统对机器人发出一系列指令，机载控制器接收这些指令后，由中央控制器对这些指令进行解析，并对机器人的各个关节和模块进行控制，实现对机器人运行姿态、动作的调整，再将调整后的信息反馈回地面。

另外，由于机器人需要攀爬到高处，因此应尽可能的减小机器人本身的质量，因此本实施例选用的电机驱动器(本实施例中用到的各种伸缩装置中的电机)应自带有CAN总线通讯功能。如此只需一个CAN总线网关，就可使用基于RS232的指令转换成CAN协议指令来同时控制多个电机驱动器，而不需要再利用继电器对每个电机进行独立控制。

实施例2

请参照图3和图4，基于实施例1，若清理机构24为抓手，具体的，抓手包括：多个夹片，通过控制多个夹片的开合抓取目标异物；连杆机构，设于多个夹片中间，用于控制多个夹片的开合；上述第二臂23内置伸缩杆，上述伸缩杆的伸缩端与上述连杆机构连接。其中连杆机构包括主杆和支杆，主杆的一端与上述伸缩杆的伸缩端连接，另一端通过支杆与上述夹片连接；支杆的一端上述主杆转动连接，另一端与上述夹片转动连接(如图4所示)。通过推拉支杆即可实现多个夹片的开合，原理可参考(非折叠)雨伞。

实施例3

进一步的，传感器还包括加速度传感器和压力传感器，其中，加速度传感器用于检测机器人本身存在下滑趋势时的加速度，并将检测结果传输至上述机载控制器，若加速度传感器检测到有方向竖直向下的加速度则表明当前机器人与杆柱体之间的摩擦力小于重力，机器人整体存在下滑趋势。压力传感器，则可检测上述攀爬装置1作用在杆柱表面时的压力，由于机器人与杆柱体之间的摩擦力除接触面的光滑度外，最大的影响因素即为攀爬装置1作用在杆柱表面上的压力，即第一夹持机构11与第二夹持机构12的夹持力。加速度传感器与压力传感器在本实施例中的应用可用于实现机器人的防滑，保证机器人本身的安全。

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)

1.一种农配网线路异物清理机器人，其特征在于，包括：

攀爬装置，所述攀爬装置沿预先规划路径攀爬，以移动到目标异物附近；

机械臂，所述机械臂与所述攀爬装置连接，沿预先规划路径动作并对所述目标异物进行清除；

目标异物捕获装置，所述目标异物捕获装置与所述攀爬装置连接，用于确定需要进行清除的目标异物；

目标异物测距装置，用于对所述目标异物进行定位，确定目标异物所在的位置；

传感器，所述传感器用于获取机器人当前的状态信号，所述状态信息包括但不限于机械臂关节转动角度；

机载控制器，所述机载控制器依据所述目标异物捕获装置、所述目标异物测距装置及传感器传回的数据，为所述攀爬装置及所述机械臂规划路径并控制攀爬装置及机械臂的动作；所述机载控制器通过CAN总线与所述攀爬装置及机械臂的驱动机构连接；所述机载控制器与基站控制系统无线连接。

2.根据权利要求1所述的农配网线路异物清理机器人，其特征在于，所述攀爬装置包括：

第一夹持机构和第二夹持机构，所述第一夹持机构和第二夹持机构用于夹持电线杆；

伸缩推拉机构，所述伸缩推拉机构用于推动或拉动所述第一夹持机构及所述第二夹持机构沿所述电线杆移动；

第一固定板和第二固定板，所述第一固定板与第二固定板相互平行，且分别连接在所述伸缩推拉机构的两端；所述第一固定板远离所述第二固定板的一侧与所述机械臂连接；

所述第一夹持机构与第二夹持机构分别与所述第一固定板和第二固定板连接，第一夹持机构与第二夹持机构位于伸缩推拉机构的同侧，且夹持方向相互平行；

所述第一固定板或第二固定板上安装有蓄电池，用于为所述第一夹持机构、第二夹持机构及伸缩推拉机构供电。

3.根据权利要求2所述的农配网线路异物清理机器人，其特征在于，目标异物捕获装置包括与视频服务器连接的高清摄像机，所述高清摄像机连接于所述第一固定板上远离所述第二固定板的一侧。

4.根据权利要求2所述的农配网线路异物清理机器人，其特征在于，所述机械臂包括：

固定座，所述固定座固定连接于所述第一固定板上，用于支撑第一臂和第二臂；

第一臂，所述第一臂与所述固定座连接，用于支撑第二臂；

第二臂，所述第二臂与所述第一臂连接，用于支撑清理机构；

清理机构，所述清理机构与所述第二臂的末端连接，用于清除所述目标异物；

第一伸缩机构，所述第一伸缩机构连接于所述固定座与所述第一臂之间，用于调整所述第一臂的高度；

第二伸缩机构，所述第二伸缩机构连接于所述第一臂与所述第二臂之间，用于调整所述第二臂的角度。

5.根据权利要求4所述的农配网线路异物清理机器人，其特征在于，所述清理机构为抓手，所述抓手包括：

多个夹片，通过控制多个夹片的开合抓取目标异物；

连杆机构，所述连杆机构设于多个夹片中间，用于控制多个夹片的开合；

所述第二臂内置伸缩杆，所述伸缩杆的伸缩端与所述连杆机构连接。

6.根据权利要求5所述的农配网线路异物清理机器人，其特征在于，所述连杆机构包括：

主杆，所述主杆的一端与所述伸缩杆的伸缩端连接，另一端通过支杆与所述夹片连接；

支杆，所述支杆的一端所述主杆转动连接，另一端与所述夹片转动连接。

7.根据权利要求4所述的农配网线路异物清理机器人，其特征在于，所述清理机构为锯盘，所述第二臂内置转动电机，所述转动电机的出力轴与所述锯盘的中部连接。

8.根据权利要求4所述的农配网线路异物清理机器人，其特征在于，所述传感器包括用于检测所述第二臂的转动角度的角度传感器。

9.根据权利要求1所述的农配网线路异物清理机器人，其特征在于，所述目标异物测距装置包括雷达测距装置，所述雷达测距装置靠近所述机械臂末端设置并与所述机械臂连接。

10.根据权利要求1所述的农配网线路异物清理机器人，其特征在于，所述传感器包括：

加速度传感器，所述加速度传感器用于检测机器人本身存在下滑趋势时的加速度，并将检测结果传输至所述机载控制器；

压力传感器，所述压力传感器用于检测所述攀爬装置作用在杆柱表面时的压力，并将检测结果传输至所述机载控制器。

Images