CN114498442A - 一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道及方法，其中越障辅助轨道包括安装于输电线路杆塔的轨道支架和设于轨道支架的轨道主体，所述轨道主体设于越障位置的外侧且延伸方向与输电线路延伸方向一致，所述轨道主体包括中间的中间段、两端的边缘段以及连接边缘段与中间段的过渡段，所述中间段距离输电线路地线的距离大于边缘段距离输电线路地线的距离。本发明可以使仅具有跨越小型障碍物功能的输电线路沿地线巡检机器人高效、安全地跨越长度超过机器人本体长度的障碍物。

Description

一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道及方法

技术领域

本发明属于电力巡检技术领域，尤其涉及沿地线巡检机器人越障技术。

背景技术

在电力行业，最主要的长距离输送电方式是架空输电线路，输电线路的稳定安全就直接影响着整个供电系统的稳定安全，是国家基础设施和社会发展的“动脉”，起着至关重要的作用。因此，对输电线路进行定期的巡视检查是十分必要的。目前主要的巡检方式为人工巡检与无人机巡检。人工巡检目前主要靠肉眼或者望远镜等辅助装备去观察线路的缺损，损耗大、效率低。无人机巡检是靠无人机的摄像头来观察线路的情况，操控难、准确性不高。因此输电线路沿地线巡线机器人在架空线路巡检应用上有着广阔的前景。

目前国内外已有一些不同类型的输电线路巡检机器人，它们可以快速沿着输电线路通过输电塔，有一定的越障能力。但面临大转角线路或需要跨越转角塔时，目前的输电线路巡检机器人基本没有安全、可靠的越障方式，为提高电力巡检的效率和智能化程度，解决该问题势在必行。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题就是提供一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道及方法，方便巡检机器人可靠、快速地通过大转角或转角塔障碍。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，提供一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道，用于沿地线巡检机器人的越障，沿地线巡检机器人包括沿X轴依次设置的第一臂式机构、第二臂式机构、第三臂式机构和用于驱动第二臂式机构沿X轴移动的X轴移动伺服电机，所述第一臂式机构、第二臂式机构、第三臂式机构均包括行进机构、旋转机构、升降机构以及Y轴移动伺服电机，越障辅助轨道包括安装于输电线路杆塔的轨道支架和设于轨道支架的轨道主体，所述轨道主体设于越障位置的外侧且延伸方向与输电线路延伸方向一致，所述轨道主体包括中间的中间段、两端的边缘段以及连接边缘段与中间段的过渡段，所述中间段距离输电线路地线的距离大于边缘段距离输电线路地线的距离。

优选的，所述轨道主体对应中间段、两个边缘段以及两个过渡段共设置五节钢轨，每节钢轨均为直线型钢轨且每两节钢轨之间的连接处采用圆弧倒角，并焊接接合。

优选的，所述钢轨的上侧设有圆柱形轨道，所述圆柱形轨道的半径与所在输电线路地线的半径一致。

优选的，所述轨道支架由若干方口管焊接组成，包括中间的L型部件、上部的两根水平延伸的水平杆、下部的竖向延伸的若干竖向杆，所述水平杆与越障辅助轨道所在输电线路杆塔的顶部支架使用扣件和螺栓进行连接，所述L型部件设有三角支架，三角支架放置于输电线路杆塔的突出支架上方，并使用扣件和螺栓进行连接。

优选的，所述钢轨与竖向杆通过轨道连接件连接，所述轨道连接件包括与钢轨连接的轨道连接支架以及将竖向杆与轨道连接支架固定的螺栓。

优选的，每节钢轨至少有一处与所述轨道支架通过轨道连接件连接。

另外一方面，提供一种沿地线巡检机器人越障方法，沿地线巡检机器人包括沿X轴依次设置的第一臂式机构、第二臂式机构、第三臂式机构和用于驱动第二臂式机构沿X轴移动的X轴移动伺服电机，所述第一臂式机构、第二臂式机构、第三臂式机构均包括行进机构、旋转机构、升降机构以及Y轴移动伺服电机，所述行进机构包括行走轮和驱动行走轮行进的行进电机，所述旋转机构包括驱动行进机构旋转的旋转电机，所述升降机构包括驱动行进机构升降的升降电机，通过Y轴移动伺服电机实现每个臂式机构沿Y轴移动，沿地线巡检机器人使用所述的一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道进行越障，包括如下步骤：

A：准备越障，巡检机器人行进到越障辅助轨道，则切换为越障模式，其中，第一臂式机构驱动升降电机使自身高过第二臂式机构和第三臂式机构，并驱动Y轴移动伺服电机使第一臂式机构向远离地线方向移动，通过驱动第一臂式机构、第二臂式机构和第三臂式机构的旋转电机，使第一臂式机构在越障辅助轨道外侧，第二臂式机构和第三臂式机构在越障辅助轨道内侧，并通过驱动X轴移动伺服电机，改变第二臂式机构所处位置，平衡机器人重心；

B：第一臂式机构触碰到越障辅助轨道，巡检机器人在切换至越障模式后，依靠驱动第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机前进，直到第一臂式机构的行程开关被越障辅助轨道触碰到，此时，第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机停止转动；

C：第一臂式机构上越障辅助轨道，第一臂式机构通过旋转电机驱动行走轮调整角度，使其正对越障辅助轨道，然后驱动升降电机和Y轴移动伺服电机，使第一臂式机构下降，落至越障辅助轨道上；

D：第二臂式机构脱离地线，待第一臂式机构成功上越障辅助轨道后，第二臂式机构首先通过驱动升降电机和Y轴移动伺服电机，向上向远离地线的方向移动，然后同步驱动第一臂式机构、第二臂式机构和第三臂式机构的升降电机，其中第一臂式机构和第三臂式机构的升降电机上升，第二臂式机构的升降电机下降，使第二臂式机构驱动旋转电机旋转180°至越障辅助轨道外侧，最后通过驱动升降电机和Y轴移动伺服电机向上向远离地线方向移动；

E-G：第二臂式机构执行上轨动作；

H：第三臂式机构脱离地线；

I-J：第三臂式机构上轨动作；

K：第一臂式机构脱离越障辅助轨道，第一臂式机构驱动升降电机，使其高于第二臂式机构和第三臂式机构，并驱动Y轴移动伺服电机，向远离越障辅助轨道方向移动，同时驱动X轴移动伺服电机平衡机器人重心，巡检机器人通过驱动第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机在整个越障辅助轨道上行驶；

L：第一臂式机构回到地线，待巡检机器人向前移动至第二臂式机构靠近越障辅助轨道出口处时，第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机停止，第一臂式机构通过旋转电机调整角度并正对地线，再驱动升降电机使自身下降，落至地线；

M-N：第二臂式机构执行脱离越障辅助轨道和回地线动作；

O-P：第三臂式机构执行脱离越障辅助轨道和回地线动作；

Q：越障完成。

本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：

可以使仅具有跨越小型障碍物功能的输电线路沿地线巡检机器人高效、安全地跨越长度超过机器人本体长度的障碍物。

带有圆弧倒角的直线型钢轨使沿地线巡检机器人在跨越障碍动作更为简洁，减少越障的电能消耗。L型部件的设计增强了轨道的稳定性和刚性。

本发明采用的具体技术方案及其带来的有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图中予以详细的揭露。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明与输电线路杆塔连接的示意图；

图3是本发明中钢轨与L型支架连接的示意图；

图4是与本发明配套使用的沿地线巡检机器人示意图；

图中：1-轨道主体，100-输电线路，2-轨道支架，200-输电线路杆塔，21-槽钢连接件，22-轨道连接件，221-轨道连接支架，222-高强度螺栓及六角螺帽，23-三角支架，3-第一臂式机构，31-第一臂式机构行进电机，32-第一臂式机构旋转电机，33-第一臂式机构升降电机，34-第一臂式机构Y轴移动伺服电机，4-第二臂式机构，5-第三臂式机构，6-X轴移动伺服电机。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

参阅图1至图3所示，本发明提供了一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道，包括安装于输电线路杆塔200的轨道支架2和设于轨道支架的轨道主体1，所述轨道主体设于越障位置的外侧且延伸方向与输电线路100延伸方向一致。

其中，所述轨道主体包括中间的中间段、两端的边缘段以及连接边缘段与中间段的过渡段，所述中间段距离输电线路地线的距离大于边缘段距离输电线路地线的距离。具体的，所述轨道主体对应中间段、两个边缘段以及两个过渡段共设置五节钢轨，每节钢轨均为直线型钢轨且每两节钢轨之间的连接处采用圆弧倒角，并焊接接合，从而形成中间隆起并避开障碍的越障辅助轨道结构。所述钢轨的上侧设有圆柱形轨道，所述圆柱形轨道的半径与所在输电线路地线的半径一致，从而与巡检机器人行进轮形成配合。

本实施例中，所述轨道支架2由若干方口管焊接组成，包括中间的L型部件、上部的两根水平延伸的水平杆、下部的竖向延伸的若干竖向杆，所述水平杆与越障辅助轨道所在输电线路杆塔的顶部支架使用扣件和螺栓进行连接，所述L型部件设有三角支架23，三角支架放置于输电线路杆塔的突出支架上方，并使用扣件和螺栓进行连接。扣件可以采用槽钢连接件21。

进一步的，所述钢轨与竖向杆通过轨道连接件22连接。如图3所示，所述轨道连接件22包括与钢轨连接的轨道连接支架221以及将竖向杆与轨道连接支架固定的高强度螺栓及六角螺帽222。并且，每节钢轨至少有一处与所述轨道支架通过轨道连接件连接。

如图4所示，与所述越障辅助轨道配套的沿地线巡检机器人，包括第一臂式机构3，第二臂式机构4，第三臂式机构5和X轴移动伺服电机6。三个臂式机构除了沿Y轴移动伺服电机的行程不同外，其余机构均相同，均包括行进机构、旋转机构、升降机构以及Y轴移动伺服电机，所述行进机构包括行走轮和驱动行走轮行进的行进电机，所述旋转机构包括驱动行进机构旋转的旋转电机，所述升降机构包括驱动行进机构升降的升降电机，通过Y轴移动伺服电机实现每个臂式机构沿Y轴移动。行进机构、旋转机构、升降机构具体结构均可以参考现有技术。以第一臂式机构3为例，其包括第一臂式机构行进电机31，第一臂式机构旋转电机32，第一臂式机构升降电机33，第一臂式机构Y轴移动伺服电机34。X轴移动伺服电机6仅一个，用于使第二臂式机构4完成沿X轴的伺服平移。

本发明的使用方法，主要包括以下步骤：

A：准备越障。巡检机器人由数据库获知下个障碍物为越障辅助轨道，则切换为相应的越障模式，具体为：第一臂式机构3驱动升降电机使自身高过第二臂式机构4和第三臂式机构5，并驱动Y轴移动伺服电机将第一臂式机构向远离地线方向移动。通过驱动第一臂式机构、第二臂式机构和第三臂式机构的旋转电机，使第一臂式机构3在越障辅助轨道外侧，第二臂式机构4和第三臂式机构5在越障辅助轨道内侧。通过驱动X轴移动伺服电机6，改变第二臂式机构所处位置，平衡机器人重心。

B：第一臂式机构3触碰到越障辅助轨道。整个巡检机器人在切换至相应越障模式后，依靠驱动第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机前进，直到第一臂式机构3的行程开关被辅助轨道触碰到。此时，第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机停止转动。

C：第一臂式机构3上越障辅助轨道。第一臂式机构依靠旋转电机和内置旋转编码器的配合，使其正对越障辅助轨道，然后驱动升降电机和Y轴移动伺服电机，使第一臂式机构下降，落至轨道上。

D：第二臂式机构4脱离地线。待第一臂式机构3成功上轨道后，第二臂式机构4首先通过驱动升降电机和Y轴移动伺服电机，向上向远离地线的方向移动，然后同步驱动第一臂式机构、第二臂式机构和第三臂式机构的升降电机，第一臂式机构和第三臂式机构的升降电机上升，第二臂式机构的升降电机下降，使第二臂式机构4可以驱动旋转电机旋转180°至越障辅助轨道外侧，最后通过驱动升降电机和Y轴移动伺服电机向上向远离地线方向移动。

E-G：第二臂式机构4上轨动作。整个过程与B-C类似。

H：第三臂式机构5脱离地线。整个过程与D类似。

I-J：第三臂式机构5上轨动作。整个过程与B-C类似。

K：第一臂式机构3脱离越障辅助轨道。第一臂式机构3驱动升降电机，使其高于第二臂式机构4和第三臂式机构5，并驱动Y轴移动伺服电机，向远离轨道方向移动，同时驱动X轴移动伺服电机6平衡机体重心，由于轨道连接处为圆弧倒角，巡检机器人通过驱动第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机在整个越障辅助轨道上行驶。

L：第一臂式机构3回到地线。待巡检机器人向前移动至第二臂式机构4靠近越障辅助轨道出口处时，第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机停止，第一臂式机构3依靠旋转电机和内置旋转编码器调整角度使其自身正对地线，再驱动升降电机使自身下降，落至地线。

M-N：第二臂式机构4回地线动作。整个过程类似K-L。

O-P：第三臂式机构5回底线动作。整个过程类似K-L。

Q：越障完成。

综上所述，在巡检机器人依靠越障辅助轨道跨越大型障碍物时，独特的机械连接结构在保证与杆塔连接的可靠性之余，通过圆形倒角和直线型钢轨的配合减少了巡检机器人轨上运行的动作复杂度。与地线保持平行的设计，减少了巡检机器人上轨、离轨的复杂度，提高了巡检机器人越障的安全性。区别于现有的越障辅助配件，本发明的越障辅助轨道没有配备电机，安装简单，充分地利用了巡检机器人原有的越障功能，拓宽了其可越障范围。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (7)

1.一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道，用于沿地线巡检机器人的越障，沿地线巡检机器人包括沿X轴依次设置的第一臂式机构、第二臂式机构、第三臂式机构和用于驱动第二臂式机构沿X轴移动的X轴移动伺服电机，所述第一臂式机构、第二臂式机构、第三臂式机构均包括行进机构、旋转机构、升降机构以及Y轴移动伺服电机，其特征在于，越障辅助轨道包括安装于输电线路杆塔的轨道支架和设于轨道支架的轨道主体，所述轨道主体设于越障位置的外侧且延伸方向与输电线路延伸方向一致，所述轨道主体包括中间的中间段、两端的边缘段以及连接边缘段与中间段的过渡段，所述中间段距离输电线路地线的距离大于边缘段距离输电线路地线的距离。

2.根据权利要求1所述的一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道，其特征在于，所述轨道主体对应中间段、两个边缘段以及两个过渡段共设置五节钢轨，每节钢轨均为直线型钢轨且每两节钢轨之间的连接处采用圆弧倒角，并焊接接合。

3.根据权利要求2所述的一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道，其特征在于，所述钢轨的上侧设有圆柱形轨道，所述圆柱形轨道的半径与所在输电线路地线的半径一致。

4.根据权利要求1所述的一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道，其特征在于，所述轨道支架由若干方口管焊接组成，包括中间的L型部件、上部的两根水平延伸的水平杆、下部的竖向延伸的若干竖向杆，所述水平杆与越障辅助轨道所在输电线路杆塔的顶部支架使用扣件和螺栓进行连接，所述L型部件设有三角支架，三角支架放置于输电线路杆塔的突出支架上方，并使用扣件和螺栓进行连接。

5.根据权利要求4所述的一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道，其特征在于，所述钢轨与竖向杆通过轨道连接件连接，所述轨道连接件包括与钢轨连接的轨道连接支架以及将竖向杆与轨道连接支架固定的螺栓。

6.根据权利要求5所述的一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道，其特征在于，每节钢轨至少有一处与所述轨道支架通过轨道连接件连接。

7.一种沿地线巡检机器人越障方法，沿地线巡检机器人包括沿X轴依次设置的第一臂式机构、第二臂式机构、第三臂式机构和用于驱动第二臂式机构沿X轴移动的X轴移动伺服电机，所述第一臂式机构、第二臂式机构、第三臂式机构均包括行进机构、旋转机构、升降机构以及Y轴移动伺服电机，所述行进机构包括行走轮和驱动行走轮行进的行进电机，所述旋转机构包括驱动行进机构旋转的旋转电机，所述升降机构包括驱动行进机构升降的升降电机，通过Y轴移动伺服电机实现每个臂式机构沿Y轴移动，其特征在于，沿地线巡检机器人使用权利要求1所述的一种沿地线巡检机器人越障辅助轨道进行越障，包括如下步骤：

A：准备越障，巡检机器人行进到越障辅助轨道，则切换为越障模式，其中，第一臂式机构驱动升降电机使自身高过第二臂式机构和第三臂式机构，并驱动Y轴移动伺服电机使第一臂式机构向远离地线方向移动，通过驱动第一臂式机构、第二臂式机构和第三臂式机构的旋转电机，使第一臂式机构在越障辅助轨道外侧，第二臂式机构和第三臂式机构在越障辅助轨道内侧，并通过驱动X轴移动伺服电机，改变第二臂式机构所处位置，平衡机器人重心；

B：第一臂式机构触碰到越障辅助轨道，巡检机器人在切换至越障模式后，依靠驱动第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机前进，直到第一臂式机构的行程开关被越障辅助轨道触碰到，此时，第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机停止转动；

C：第一臂式机构上越障辅助轨道，第一臂式机构通过旋转电机驱动行走轮调整角度，使其正对越障辅助轨道，然后驱动升降电机和Y轴移动伺服电机，使第一臂式机构下降，落至越障辅助轨道上；

D：第二臂式机构脱离地线，待第一臂式机构成功上越障辅助轨道后，第二臂式机构首先通过驱动升降电机和Y轴移动伺服电机，向上向远离地线的方向移动，然后同步驱动第一臂式机构、第二臂式机构和第三臂式机构的升降电机，其中第一臂式机构和第三臂式机构的升降电机上升，第二臂式机构的升降电机下降，使第二臂式机构驱动旋转电机旋转180°至越障辅助轨道外侧，最后通过驱动升降电机和Y轴移动伺服电机向上向远离地线方向移动；

E-G：第二臂式机构执行上轨动作；

H：第三臂式机构脱离地线；

I-J：第三臂式机构上轨动作；

K：第一臂式机构脱离越障辅助轨道，第一臂式机构驱动升降电机，使其高于第二臂式机构和第三臂式机构，并驱动Y轴移动伺服电机，向远离越障辅助轨道方向移动，同时驱动X轴移动伺服电机平衡机器人重心，巡检机器人通过驱动第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机在整个越障辅助轨道上行驶；

L：第一臂式机构回到地线，待巡检机器人向前移动至第二臂式机构靠近越障辅助轨道出口处时，第二臂式机构和第三臂式机构的行进电机停止，第一臂式机构通过旋转电机调整角度并正对地线，再驱动升降电机使自身下降，落至地线；

M-N：第二臂式机构执行脱离越障辅助轨道和回地线动作；

O-P：第三臂式机构执行脱离越障辅助轨道和回地线动作；

Q：越障完成。

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