CN114640063B - 一种架空输电线路机器人导线修补装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输电线路设备技术领域，具体地涉及一种架空输电线路机器人的自动开合的被动递进缠绕式架空输电线路机器人导线修补装置，包括支撑部、旋转部、开合部和单丝进给部；所述旋转部通过轴承套与支撑部铰接；所述开合部通过销轴与旋转部铰接，并能够相对于旋转部打开和闭合，闭合时开合部与旋转部通过卡扣机构进行固定；所述单丝进给部固定在旋转部的外侧面；当旋转部和开合部相对打开时，用于挂线或脱线，当旋转部和开合部相对完全闭合时，用于单丝缠绕补给，完成单丝螺旋修补；本发明解决了导线进出修补装置及单丝紧密缠绕的难题，提高了导线修补装置的适应能力及自动化水平，提高了线路作业机器人进行导线修补的效率。

Description

一种架空输电线路机器人导线修补装置及方法

技术领域

本发明涉及输电线路设备技术领域，具体地涉及一种架空输电线路机器人导线修补装置及方法。

背景技术

架空输电线路的安全运行直接关系到电网整体运行的安全，架空线路直接暴露于外界环境中，不仅要承受正常运行时的机械负载和电力负荷，还受到自然环境和人为因素的影响，因此，架空线路容易受到损伤，严重时可能引起断股甚至断线事故，它不仅影响了线路的安全运行，同时还严重影响广大人民群众生命和财产安全，增加了输电网络负担，加强电力设施的保护工作势在必行。

在线路维护工作中，局部断股的架空线路经有效修补后可以继续投入使用，目前，常用的修补方式是工作人员爬塔后沿着架空线路行走到导线断股处，利用预绞丝、铝单丝等材料人工缠绕破损处，智能化程度低、危险性大、劳动强度大、作业效率低。目前，研制自动化程度较高的导线修补装置的较少，中国专利CN202020271615.9公开了一种输电导线缠绕修补工具，其结构主要包括：包括底座、移动平台、驱动装置、支撑装置和绕线装置；首先，进行修补作业时，利用修补工具两端的定位夹具夹住导线破损处的两端，而在现场应用过程中，导线的破损较大、长度较长，其专利公开的底座和丝杠等在设计过程中就要相应的增加尺寸，定位夹具的跨度就非常大，从而其体积、重量难以控制，无法利用机器人机械臂的有限负荷下进行作业；其次，“利用一个驱动装置带动绕线装置动作的同时，完成绕线装置上的绕线器带动修补线沿着修补导线轴向完成进给功能”，在工作过程中，利用一个电机既要驱动修补线绕导线缠绕又要控制轴向的行进速度，控制难度较大，容易造成缠绕后的修补线间隙较大，排布不紧密，导线修补效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种架空输电线路机器人的自动开合的被动递进缠绕式架空输电线路机器人导线修补装置及方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种架空输电线路机器人导线修补装置，包括支撑部、旋转部、开合部和单丝进给部；所述支撑部用于整体固定；所述旋转部通过轴承套与支撑部铰接，能够在支撑部中心位置自由转动；所述开合部通过销轴与旋转部铰接，并能够相对于旋转部打开和闭合，闭合时开合部与旋转部通过卡扣机构进行固定，保证闭合后的开合部和旋转部在旋转过程中不会分离；所述单丝进给部固定在旋转部的外侧面，用于缠绕单丝；通过支撑部将整个架空输电线路机器人导线修补装置安装在线路作业机器人机械臂的末端，当旋转部和开合部相对打开时，用于挂线或脱线，当旋转部和开合部相对完全闭合时，用于单丝缠绕补给，完成单丝螺旋修补。

进一步的，所述支撑部包括驱动机构、框架、轴承套和钩连机构；驱动机构设置在框架下部，用于带动旋转部和开合部旋转；所述框架中间设有开口型轴承孔；所述框架和轴承套均为开口型，所述开口用于导线进出；所述轴承套端面与框架固定连接，轴承套外圈与框架的轴承孔过盈配合，且两者开口处重合；所述钩连机构设置在框架上部，用于勾住开合部。

进一步的，所述驱动机构包括电机和小齿轮；所述电机固定设置在框架下部，所述小齿轮与电机连接，为整个装置提供动力。

进一步的，所述钩连机构包括钩指、销钉和扭簧一；所述框架顶部设有U型滑槽；所述钩指尾部与框架上方的内侧铰接；所述钩指前部通过销钉与框架顶部的U型槽连接；所述框架外侧设置有扭簧一，所述扭簧一末端与销钉固定连接；所述钩指在销钉和扭簧一的作用下在U型槽内进行一定幅度的圆弧运动但不脱出U型槽。

进一步的，所述框架和轴承套的开口尺寸大于架空导线的直径，便于导线进出。

进一步的，所述框架底部设置有安装孔，可与线路作业机器人的作业臂连接，进整体固定。

进一步的，所述旋转部包括主动半套、主动半齿轮和法兰；所述主动半套、主动半齿轮和法兰均为中空开口型，且开口处重合；所述主动半套通过法兰与轴承套旋转铰接；主动半套外圆一侧固定设置有能够与小齿轮啮合的主动半齿轮；当旋转部整体转到一定角度时，主动半齿轮与小齿轮啮合，当两者处于半脱齿状态时，旋转部开口与支撑部的开口重合，便于导线的进出。

进一步的，所述开合部的尾部与旋转部铰接；所述开合部包括被动半套和能够与小齿轮啮合的被动半齿轮；所述被动半齿轮和主动半齿轮由一个完整的齿轮分割而成，所述被动半齿轮固定在被动半套外圆一侧，与主动半齿轮左右错位排布有间隙。

进一步的，所述主动半套和被动半套的内径R为：导线直径<R<导线直径+2mm。

进一步的，所述主动半套中心孔设有沟槽，沟槽宽度大于单丝直径。

进一步的，所述主动半齿轮和被动半齿轮的厚度之和等于小齿轮厚度，使两者均能与小齿轮啮合。

进一步的，所述卡扣机构包括钩钉、被动勾爪和扭簧二；所述钩钉固定设置在主动半套开口下方；所述被动勾爪铰接在被动半套的侧面，铰接处设置有扭簧二，所述被动勾爪与钩钉、钩指配合使用。

进一步的，所述单丝进给部包括滚轮、导向轮和中心轴；所述滚轮固定在主动半套外侧，可绕中心轴转动；所述导向轮设置在主动半套上，滚轮上均匀缠绕有单丝，单丝一端绕过导向轮预埋在主动半套的沟槽内，并延伸至框架的外侧，缠绕的单丝长度大于等于导线破损处长度。

本发明能够安装在线路作业机器人机械臂的末端，实现断股导线的自动修补；本发明具有自动开合功能，实现对导线的抓紧及松开，采用被动递进式的缠绕方式将铝制单丝紧密的缠绕在导线破损处，利用一个电机可同时实现绕导线圆周旋转及沿导线轴向的直线运动。

本发明还提供了另一种技术方案：

一种架空输电线路机器人导线修补方法，采用本发明所述的架空输电线路机器人导线修补装置，包括以下步骤：

S1、挂线：支撑部的电机驱动旋转部和开合部整体逆时针转动，转动过程中，支撑部的钩连机构上的钩指将支撑部上的被动勾爪捕获，从而打开开合部，进行挂线；

S2、闭合：电机驱动旋转部和开合部整体顺时针转动，钩指和被动勾爪逐渐脱离，在钩连机构上的扭簧一的作用下，钩指前端顶住被动勾爪的上弧面滑动，从而压着开合部逐渐闭合；

S3、修补：旋转部的主动半套和开合部的被动半套闭合将导线包裹在内，同时，主动半齿轮和被动半齿轮闭合形成完整的齿轮，在电机和小齿轮的带动下实现连续旋转；单丝在其与导线交界处弯曲变形，逐步围绕导线缠绕，完成单丝螺旋修补；

S4、脱线：电机驱动旋转部和开合部整体逆时针转动，转动过程中，钩指将支撑部上的被动勾爪捕获，打开开合部，进行脱线。

进一步的，在步骤S3中，所述旋转部和开合部完全闭合后，被动勾爪在卡扣机构上的扭簧二的作用下，使被动勾爪的下钩部卡住主动半套上的钩钉，保证旋转部和开合部在旋转过程中不会分离。

进一步的，在步骤S3中，在单丝围绕导线缠绕过程中，由于闭合后的中心孔直径比修补后的导线直径小，在单丝螺旋排列作用力下，迫使修补装置沿导线轴向方向往单丝的直线段运行，同时拉动单丝进给部滚轮上的单丝进行缠绕补给，逐渐完成单丝螺旋修补。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提出了一种适于架空输电线路机器人的自动开合的被动递进缠绕式导线修补技术，研制了可搭载于线路机器人作业臂末端的导线修补装置，通过支撑部、旋转部、开合部和单丝进给部间的配合，解决了导线进出修补装置及单丝紧密缠绕的难题，提高了导线修补装置的适应能力及自动化水平，提高了线路作业机器人进行导线修补的效率；

(2)本发明设计自动开合装置，提出了半齿轮的半联动技术，能够在单电机运行状态下，实现导线修补装置的打开和闭合，保证待修补导线顺利的进出修补装置；

(3)本发明设计单丝进给装置，提出了单丝被动递进缠绕式修补技术，利用单丝和导线间的摩擦力及螺旋排列产生的轴向力，在修补装置旋转力的作用下，实现了单丝被动弯曲变形和单丝沿导线轴向方向被动移动，完成了导线螺旋修补，有效降低了导线修补装置的机械结构，减轻了线路作业机器人作业臂的负载。

附图说明

图1为本发明架空输电线路机器人导线修补装置结构原理示意图；

图2为本发明架空输电线路机器人导线修补装置另一个角度的结构原理示意图；

图3为本发明支撑部结构原理示意图；

图4为本发明旋转部结构原理示意图；

图5为本发明开合部结构原理示意图。

图中，1.支撑部，2.旋转部，3.开合部，4.单丝进给部，5.电机，6.框架，7.小齿轮，8.轴承套，9.钩指，10.销钉，11.扭簧一，12.主动半套，13.主动半齿轮，14.法兰，15.被动半套，16.被动半齿轮，17.被动勾爪，18.扭簧二，19.滚轮，20.导向轮，21.中心轴，22.单丝。

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，下面结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

如图1和3所示，本实施例涉及的一种架空输电线路机器人导线修补装置，包括支撑部1、旋转部2、开合部3和单丝进给部4；所述支撑部1用于整体固定；所述旋转部2通过轴承套8与支撑部1铰接，能够在支撑部1中心位置自由转动；所述开合部3通过销轴与旋转部2铰接，并能够相对于旋转部2打开和闭合，闭合时开合部3与旋转部2通过卡扣机构进行固定，保证闭合后的开合部3与旋转部2在旋转过程中不会分离；所述单丝进给部4固定在旋转部3的外侧面，用于缠绕并给进单丝。通过支撑部1将整个架空输电线路机器人导线修补装置安装在线路作业机器人机械臂的末端，当旋转部2和开合部3相对打开时，用于挂线或脱线，当旋转部2和开合部3相对完全闭合时，用于单丝22缠绕补给，完成单丝22螺旋修补。

如图1和3所示，所述支撑部1包括电机5、小齿轮7、框架6、轴承套8和钩连机构；所述电机5固定设置在框架6下部，所述小齿轮7与电机5连接，小齿轮7带动旋转部2和开合部3旋转；所述框架6中间设有开口型轴承孔；所述框架6和轴承套8均为开口型，所述开口用于导线进出；所述轴承套8端面与框架6固定连接，轴承套8外圈与框架6的轴承孔过盈配合，且两者开口处重合；所述钩连机构设置在框架6上部，用于勾住开合部3。

所述钩连机构包括钩指9、销钉10和扭簧一11；所述框架6顶部设有U型滑槽；所述钩指9尾部与框架6上方的内侧铰接；所述钩指9前部通过销钉10与框架6顶部的U型槽连接；所述框架6外侧设置有扭簧一11，所述扭簧一11末端与销钉10固定连接；所述钩指9在销钉10和扭簧一11的作用下在U型槽内进行一定幅度的圆弧运动但不脱出U型槽。

所述框架6和轴承套8的开口尺寸大于架空导线的直径，便于导线进出。

所述框架6底部设置有安装孔，可与线路作业机器人的作业臂连接，进整体固定。

如图1-4所示，所述旋转部2包括主动半套12、主动半齿轮13和法兰14；所述主动半套12、主动半齿轮13和法兰14均为中空开口型，且开口处重合；所述主动半套12通过法兰14与轴承套8旋转铰接；主动半套12外圆一侧固定设置有能够与小齿轮7啮合的主动半齿轮13；当旋转部2整体转到一定角度时，主动半齿轮13与小齿轮7啮合，当两者处于半脱齿状态时，旋转部2开口与支撑部1的开口重合，便于导线的进出。

如图1、2、4所示，所述开合部3的尾部与旋转部2铰接；所述开合部3包括被动半套15和能够与小齿轮7啮合的被动半齿轮16；所述被动半齿轮16和主动半齿轮13由一个完整的齿轮分割而成，所述被动半齿轮16固定在被动半套15外圆一侧，与主动半齿轮13左右错位排布有间隙。

如图4和5所示，所述主动半套12和被动半套15的内径R为：导线直径<R<导线直径+2mm；所述主动半套12中心孔设有沟槽，沟槽宽度大于单丝直径；所述主动半齿轮13和被动半齿轮16的厚度之和等于小齿轮7厚度，使两者均能与小齿轮7啮合。

如图2、4和5所示，所述卡扣机构包括钩钉23、被动勾爪17和扭簧二18；所述钩钉23固定设置在主动半套12开口下方；所述被动勾爪17铰接在被动半套15的侧面，铰接处设置有扭簧二18，所述被动勾爪17与钩钉23、钩指9配合使用。

如图1所示，所述单丝进给部4包括滚轮19、导向轮20和中心轴21；所述滚轮19固定在主动半套12外侧，可绕中心轴21转动；所述导向轮20设置在主动半套12上，滚轮18上均匀缠绕有单丝22，单丝22一端绕过导向轮20预埋在主动半套12的沟槽内，并延伸至框架6的外侧，缠绕的单丝22长度大于等于导线破损处长度。

当开合部3需要打开时，电机5正传，旋转部2和开合部3整体逆时针转动，图1所示，被动勾爪17到达钩指9位置时，钩指9将其捕获，此时电机5继续运行，在被动作用下，开合部3整体逐步的打开，主动半齿轮13转到开口且只有一个齿与小齿轮7啮合时，两者处于半联动状态，电机5无法继续驱动中间整体转动，这样就可以实现修补装置的挂线或脱线。

当开合部3需要闭合时，电机5反转，旋转部2和开合部3整体顺时针转动，图1所示，钩指9和被动勾爪17逐渐脱离，在扭簧一11的作用下钩指9前端顶住被动勾爪17的上弧面滑动，从而压着开合部3逐渐闭合。

当旋转部2和开合部3完全闭合后，被动勾爪17在扭簧二18的作用下，使被动勾爪17的下钩部卡住主动半套12上的钩钉23，保证两部分在旋转过程中不会分离，主动半套12和被动半套15闭合将导线包裹在内，同时，主动半齿轮13和被动半齿轮16也闭合，在电机5和小齿轮7的带动下实现连续旋转。

在修补装置处于闭合状态时，支撑部1与作业臂相连，处于静止状态，电机5带动整体转动，由于闭合后的中心圆孔的直径与导线直径接近以及单丝直线段产生自然下垂，法兰14、单丝22和导线的交界处会产生摩擦力，从而阻止单丝22的直线段围绕导线进行圆周转动，单丝22在交界处弯曲变形，逐步围绕导线缠绕；在缠绕的过程中，由于闭合后的中心孔直径比修补后的导线直径小，在单丝螺旋排列作用力下，迫使修补装置沿导线轴向方向往单丝22的直线段运行，同时拉动滚轮19上的单丝进行缠绕补给，逐渐完成单丝螺旋修补。

实施例2：

本实施例涉及的一种架空输电线路机器人导线修补方法，采用实施例1所述架空输电线路机器人导线修补装置来实现，包括以下步骤：

S1、挂线：电机5驱动旋转部2和开合部3整体逆时针转动，转动过程中，钩连机构上的钩指9将支撑部1上的被动勾爪17捕获，从而打开开合部3，进行挂线；

S2、闭合：电机5驱动旋转部2和开合部3整体顺时针转动，钩指9和被动勾爪17逐渐脱离，在钩连机构上的扭簧一11的作用下，钩指9前端顶住被动勾爪17的上弧面滑动，从而压着开合部3逐渐闭合；

S3、修补：旋转部2的主动半套12和开合部3的被动半套15闭合将导线包裹在内，同时，主动半齿轮13和被动半齿轮16闭合形成完整的齿轮，在电机5和小齿轮7的带动下实现连续旋转；单丝22在其与导线交界处弯曲变形，逐步围绕导线缠绕，完成单丝螺旋修补；

S4、脱线：电机5驱动旋转部2和开合部3整体逆时针转动，转动过程中，钩指9将支撑部1上的被动勾爪17捕获，打开开合部3，进行脱线。

本实施例在步骤S3中，所述旋转部2和开合部3完全闭合后，被动勾爪17在卡扣机构上的扭簧二18的作用下，使被动勾爪17的下钩部卡住主动半套12上的钩钉23，保证旋转部2和开合部3在旋转过程中不会分离。

本实施例在步骤S3中，在单丝22围绕导线缠绕过程中，由于闭合后的中心孔直径比修补后的导线直径小，在单丝螺旋排列作用力下，迫使修补装置沿导线轴向方向往单丝22的直线段运行，同时拉动滚轮19上的单丝进行缠绕补给，逐渐完成单丝螺旋修补。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (11)

1.一种架空输电线路机器人导线修补装置，其特征在于：包括支撑部、旋转部、开合部和单丝进给部；所述支撑部用于整体固定；所述旋转部通过轴承套与支撑部铰接，能够在支撑部中心位置自由转动；所述开合部通过销轴与旋转部铰接，并能够相对于旋转部打开和闭合，闭合时开合部与旋转部通过卡扣机构进行固定；所述单丝进给部固定在旋转部的外侧面，用于缠绕并给进单丝；

所述支撑部包括驱动机构、框架、轴承套和钩连机构；驱动机构设置在框架下部，用于带动旋转部和开合部旋转；所述框架中间设有开口型轴承孔；所述框架和轴承套均为开口型，所述开口用于导线进出；所述轴承套端面与框架固定连接，轴承套外圈与框架的轴承孔过盈配合，且两者开口处重合；所述钩连机构设置在框架上部，用于勾住开合部；

所述驱动机构包括电机和小齿轮；所述电机固定设置在框架下部，所述小齿轮与电机连接，驱动机构为整个装置提供动力；

所述钩连机构包括钩指、销钉和扭簧一；所述框架顶部设有U型滑槽；所述钩指尾部与框架上方的内侧铰接；所述钩指前部通过销钉与框架顶部的U型槽连接；所述框架外侧设置有扭簧一，所述扭簧一末端与销钉固定连接；

所述旋转部包括主动半套、主动半齿轮和法兰；所述主动半套、主动半齿轮和法兰均为中空开口型，且开口处重合；所述主动半套通过法兰与轴承套旋转铰接；主动半套外圆一侧固定设置有能够与小齿轮啮合的主动半齿轮；

所述单丝进给部包括滚轮、导向轮和中心轴；所述滚轮固定在主动半套外侧，可绕中心轴转动；所述导向轮设置在主动半套上，滚轮上均匀缠绕有单丝，单丝一端绕过导向轮预埋在主动半套的沟槽内，并延伸至框架的外侧。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路机器人导线修补装置，其特征在于：所述框架和轴承套的开口尺寸大于架空导线的直径。

3.根据权利要求1或2所述的架空输电线路机器人导线修补装置，其特征在于：所述框架底部设置有安装孔。

4.根据权利要求1所述的架空输电线路机器人导线修补装置，其特征在于：所述开合部的尾部与旋转部铰接；所述开合部包括被动半套和能够与小齿轮啮合的被动半齿轮；所述被动半齿轮和主动半齿轮由一个完整的齿轮分割而成，所述被动半齿轮固定在被动半套外圆一侧，与主动半齿轮左右错位排布有间隙。

5.根据权利要求4所述的架空输电线路机器人导线修补装置，其特征在于：所述主动半套和被动半套的内径R为：导线直径<R<导线直径+2mm。

6.根据权利要求1或4或5所述的架空输电线路机器人导线修补装置，其特征在于：所述主动半套中心孔设有沟槽，沟槽宽度大于单丝直径。

7.根据权利要求4或5所述的架空输电线路机器人导线修补装置，其特征在于：所述主动半齿轮和被动半齿轮的厚度之和等于小齿轮厚度。

8.根据权利要求4或5所述的架空输电线路机器人导线修补装置，其特征在于：所述卡扣机构包括钩钉、被动勾爪和扭簧二；所述钩钉固定设置在主动半套开口下方；所述被动勾爪铰接在被动半套的侧面，铰接处设置有扭簧二，所述被动勾爪与钩钉、钩指配合使用。

9.一种架空输电线路机器人导线修补方法，采用如权利要求1、2、4、5任一项所述的架空输电线路机器人导线修补装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1、挂线：支撑部的电机驱动旋转部和开合部整体逆时针转动，转动过程中，支撑部的钩连机构上的钩指将支撑部上的被动勾爪捕获，从而打开开合部，进行挂线；

S2、闭合：电机驱动旋转部和开合部整体顺时针转动，钩指和被动勾爪逐渐脱离，在钩连机构上的扭簧一的作用下，钩指前端顶住被动勾爪的上弧面滑动，从而压着开合部逐渐闭合；

S3、修补：旋转部的主动半套和开合部的被动半套闭合将导线包裹在内，同时，主动半齿轮和被动半齿轮闭合形成完整的齿轮，在电机和小齿轮的带动下实现连续旋转；单丝在其与导线交界处弯曲变形，逐步围绕导线缠绕，完成单丝螺旋修补；

S4、脱线：电机驱动旋转部和开合部整体逆时针转动，转动过程中，钩指将支撑部上的被动勾爪捕获，打开开合部，进行脱线。

10.根据权利要求9所述的架空输电线路机器人导线修补方法，其特征在于：在步骤S3中，所述旋转部和开合部完全闭合后，被动勾爪在卡扣机构上的扭簧二的作用下，使被动勾爪的下钩部卡住主动半套上的钩钉，保证旋转部和开合部在旋转过程中不会分离。

11.根据权利要求10所述的架空输电线路机器人导线修补方法，其特征在于：在步骤S3中，在单丝围绕导线缠绕过程中，由于闭合后的中心孔直径比修补后的导线直径小，在单丝螺旋排列作用力下，迫使修补装置沿导线轴向方向往单丝的直线段运行，同时拉动单丝进给部滚轮上的单丝进行缠绕补给，逐渐完成单丝螺旋修补。