CN114954711A - 线塔攀爬机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开线塔攀爬机器人，主体内部设有锂电池和控制单元，主体左右两侧各安装有十个可自由转动的支撑轮，两个履带可自由转动并分别安装于左右两侧支撑轮的外围，四个摆动板前端与主体上端转动连接，四个摆动板的后端分别通过一个电缸与主体下端连接，四个摆动板前端均安装有一个电机，每个电机均通过一个减速器与一个齿轮连接；四个攀爬臂均对应安装于一个摆动板上侧并构成移动副，四个电机可实现对应攀爬臂的前后移动和定位；四个勾板均对应安装于一个攀爬臂的上端并构成转动副，每个勾板与对应攀爬臂上端之间均安装有一个弹簧杆，托板固定安装于主体外侧托板上端还设置有摄像头；支腿固定安装于主体下端并可为攀爬机器人提供辅助支撑。

Description

线塔攀爬机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及线塔攀爬机器人。
背景技术
采用高压和超高压架空电力线路进行电力输送是远距离输送电力的主要方式，高压和超高压输电线路是电力系统的动脉，高压输电线路的安全运行直接关系到供电的稳定性和可靠性。线塔是支撑高压和超高压线路远离地面的主要装置，线塔是采用角钢通过螺栓连接而成的桁架结构，一般由四根主角钢组成正方形断面或矩形断面，主角钢之间通过角钢材料制成的水平材或斜材连接，斜材与主角钢采用螺栓直接连接或外加节点板连接。而输电线长期显露在野外，分布地点多，并且绝大部分远离城镇，所处地形复杂，自然环境恶劣，因受到持续的机械张力、风吹日晒、材料老化等的影响，经常会出现断股、磨损、腐蚀、螺丝松动等问题。因自然原因或人为破坏造成的微小损坏或缺陷，都可能扩大，最终导致严重的事故，因此对电力输电设备的日常巡检与维护是有效保障输电设备安全可靠输送的基础工作。
目前国内高压输电线路的检修、维护基本上都是采用人工攀爬线塔的方式，维修设备则由人力搬运至线塔顶端，由于高压线塔大多设置在荒郊野外，维修器材又十分笨重，这不仅消耗检修人员的大量体力，降低工作效率，也极不安全。随着高压和特高压输电线路的持续建设，线路检修维护的工作量越来越大，电力部门迫切需要一种能够代替人工完成危险且繁重高空搬运作业的攀爬机器人，以减轻工作人员的劳动强度，并提高检修维护工作的效率。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种线塔攀爬机器人，能够将维修器材通过线塔搬运至高压线上，代替人工完成危险且繁重的高空搬运作业。
本发明采取的技术方案为：线塔攀爬机器人，其特征在于：主体内部设有锂电池和控制单元，主体上端设有四个连接耳下端设有四个转轴，主体左右两侧各安装有十个可自由转动的支撑轮，一号履带为橡胶材质并安装于左侧十个支撑轮的外围，二号履带的结构与材质与一号履带相同并安装于右侧支撑轮的外围，一号履带和二号履带均可自由转动；四个摆动板前端分别与主体上端的一个连接耳转动连接，四个摆动板的后端分别通过一个电缸与主体下端的一个转轴连接，从而电缸可通过伸缩控制对应摆动板的摆动，四个摆动板前端均安装有一个电机，每个电机均通过一个蜗轮蜗杆减速器与一个齿轮连接；四个攀爬臂均对应安装于一个摆动板上侧并构成移动副，每个攀爬臂外侧均设有一个齿条，四个齿条与对应的齿轮啮合构成齿轮齿条传动结构，从而四个电机可实现对应攀爬臂的前后移动和定位；四个勾板均对应安装于一个攀爬臂的上端并构成转动副，每个勾板与对应攀爬臂上端之间均安装有一个弹簧杆，弹簧杆可使对应勾板在自由状态时始终保竖直的姿态；托板固定安装于主体外侧，托板下端设有两个可为待搬运维修器材提供支撑的支撑板，托板上还设置有四个吊环，绳索可将维修器材绑缚后固定于四个吊环上，使运输过程更加安全；托板上端还设置有一个摄像头；支腿固定安装于主体下端，将攀爬机器人安装于线塔时，支腿可为攀爬机器人提供辅助支撑。
作为优选，所述主体左右两侧的支撑轮均排列为折线形，并且最上端的支撑轮位置高于主体的外侧面。
作为优选，所述的每个支撑轮中间位置均设置有环形的V形槽，两个履带内侧均布设有多个防脱凸起，防脱凸起可与支撑轮上的V形槽配合，从而使一号履带不会从左侧的支撑轮上脱离。
作为优选，所述的四个摆动板上侧均设有一个T形导轨，四个攀爬臂内侧均设有一个T形导槽，T形导轨和T形导槽配合构成移动副。
作为优选，所述四个勾板内侧粘附有一层用于增大摩擦力的橡胶片。
作为优选，所述摄像头可进行前后摆动和左右转动，可使攀爬机器人具有较好的视野。
作为优选，所述四个弹簧杆利用三角形两边之和始终大于第三边的原理，使对应勾板在自由状态时始终保持竖直的姿态。
本发明的有益效果：(1)攀爬机器人可将高压线维修设备通过线塔搬运至高压线上，能够代替人工完成险且繁重的高空搬运作业，能够极大地减轻工作人员的劳动强度，也能有效提高高压线的维修维护效率；同时也可用于救援被困在线塔上的人员。(2)本发明中设置有四个攀爬臂，并根据对称位置分为两组交替进行攀爬，由于每组中的两个攀爬臂位置左右对称，可使攀爬机器人左右拉力平衡，有利于攀爬过程的稳定。(3)四个勾板内侧均粘附有一层橡胶片，橡胶片可用于增大摩擦力防止勾板打滑，同时也能起到绝缘的作用。(4)攀爬机器人上设置有两个橡胶材质并可自由转动的履带，在地面上转运攀爬机器人时，两个履带可用于支撑攀爬机器人，减轻工作人员的推拉力；在攀爬线塔时，两个履带可与线塔接触，避免主体与线塔产生摩擦或剐蹭，也能起到绝缘的作用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明攀爬线塔时的状态示意图。
图3为本发明中主体部分的放大结构示意图。
图4为本发明中一号勾板和二号勾板位置的放大结构示意图。
图5为本发明中一号履带和二号履带的安装结构示意图。
附图标号：1主体、1.1一号连接耳、1.2二号连接耳、1.3三号连接耳、1.4四号连接耳、1.5一号转轴、1.6二号转轴、1.7三号转轴、1.8四号转轴、2一号电机、3一号攀爬臂、3.1一号齿条、4一号弹簧杆、5一号勾板、6二号攀爬臂、6.1二号齿条、7二号弹簧杆、8二号勾板、9三号勾板、10三号弹簧杆、11三号攀爬臂、11.1三号齿条、12四号勾板、13四号弹簧杆、14四号攀爬臂、14.1四号齿条、15摄像头、16托板、16.1吊环、16.2支撑板、17支腿、18一号电缸、19一号摆动板、20线塔、21一号齿轮、22二号齿轮、23二号电机、24三号电机、25三号齿轮、26四号齿轮、27四号电机、28四号电缸、29四号摆动板、30三号摆动板、31三号电缸、32二号电缸、33二号摆动板、34一号履带、34.1防脱凸起、35支撑轮、36二号履带。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1～5所示，线塔攀爬机器人，包括主体1、一号电机2、一号攀爬臂3、一号弹簧杆4、一号勾板5、二号攀爬臂6、二号弹簧杆7、二号勾板8、三号勾板9、三号弹簧杆10、三号攀爬臂11、四号勾板12、四号弹簧杆13、四号攀爬臂14、摄像头15、托板16、支腿17、一号电缸18、一号摆动板19、线塔20、一号齿轮21、二号齿轮22、二号电机23、三号电机24、三号齿轮25、四号齿轮26、四号电机27、四号电缸28、四号摆动板29、三号摆动板30、三号电缸31、二号电缸32、二号摆动板33、一号履带34、支撑轮35、二号履带36，其中主体1内部设置有锂电池和控制单元，主体1外侧上端设置有一号连接耳1.1、二号连接耳1.2、三号连接耳1.3、四号连接耳1.4，一号连接耳1.1和二号连接耳1.2位于主体1左侧，三号连接耳1.3和四号连接耳1.4位于主体1右侧，主体1下端从左至右依次设有一号转轴1.5、二号转轴1.6、三号转轴1.7、四号转轴1.8，主体1的左侧安装有十个支撑轮35，十个支撑轮35依次排列为折线形，并且最上端的支撑轮35位置高于主体1的外侧面，并且每个支撑轮35中间位置均设置有环形的V形槽，一号履带34为橡胶材质并安装于左侧十个支撑轮35的外围，一号履带34内侧均布设有多个防脱凸起34.1，防脱凸起34.1可与支撑轮35上的V形槽配合，从而使一号履带34不会从左侧的支撑轮35上脱离，每个支撑轮35均可自由转动，从而一号履带34可进行自由转动；主体1的右侧安装有十个支撑轮，十个支撑轮依次排列为折线形并与左侧的支撑轮35一一对应，右侧支撑轮的结构与左侧的支撑轮35结构相同，二号履带36的结构与材质与一号履带34相同，二号履带36安装于右侧支撑轮的外围，右侧每个支撑轮均可自由转动，从而二号履带36可进行自由转动。
如图3所示，所述的一号摆动板19前端下侧与一号连接耳1.1转动连接，从而一号摆动板19可上下摆动，一号电缸18下端与一号转轴1.5转动连接，一号电缸18上端与一号摆动板19后端转动连接，从而一号电缸18伸长可使一号摆动板19逆时针摆动，一号电缸18收缩可使一号摆动板19顺时针摆动；一号摆动板19上侧纵向设有一个T形导轨，所述的一号攀爬臂3内侧纵向设有T形导槽，该T形导槽与一号摆动板19上侧的T形导轨配合安装并构成移动副，从而一号攀爬臂3可自由滑动；一号攀爬臂3外侧纵向设有一号齿条3.1；一号电机2固定安装于一号摆动板19前端，一号电机2通过蜗轮蜗杆减速器与一号齿轮21同轴紧固连接，一号齿轮21与一号齿条3.1配合安装并构成齿轮齿条传动结构，从而一号电机2可实现一号攀爬臂3的前后移动和定位。
如图4所示，所述的一号勾板5上端设有板状折弯的钩状结构，并且钩状结构的内侧粘附有一层用于增大摩擦力的橡胶片，一号勾板5的下端与一号攀爬臂3上端转动连接，连接点命名为B1，所述的一号弹簧杆4上端与一号勾板5转动连接，连接点命名为A1，一号弹簧杆4的下端与一号攀爬臂3上端转动连接，连接点命名为C1；自由状态时，在一号弹簧杆4的弹力作用下，A1、B1、C1三点位于同一条直线，此时A1B1+B1C1＝A1C1，当一号勾板5勾住线塔上的斜材角铁后，一号勾板5会随斜材角铁的倾斜角度进行摆动，从而A1、B1、C1形成三角形，由于三角形两边之和始终大于第三边，即A1B1+B1C1>A1C1，也即是一号弹簧杆4被压缩，当一号勾板5脱离斜材角铁后，在一号弹簧杆4的弹力作用下，A1、B1、C1三点恢复到位于同一条直线的状态，也即是一号勾板5恢复到自由状态，便于勾持下一个斜材角铁或水平材角铁。
如图3所示，所述的二号摆动板33与一号摆动板19成左右对称的结构，二号摆动板33前端下侧与二号连接耳1.2转动连接，从而二号摆动板33可上下摆动，二号电缸32下端与二号转轴1.6转动连接，二号电缸32上端与二号摆动板33后端转动连接，从而二号电缸32伸长可使二号摆动板33逆时针摆动，二号电缸32收缩可使二号摆动板33顺时针摆动；二号摆动板33上侧纵向设有一个T形导轨，所述的二号攀爬臂6内侧纵向设有T形导槽，该T形导槽与二号摆动板33上侧的T形导轨配合安装并构成移动副，从而二号攀爬臂6可自由滑动；二号攀爬臂6外侧纵向设有二号齿条6.1；二号电机23固定安装于二号摆动板33前端，二号电机23通过蜗轮蜗杆减速器与二号齿轮22同轴紧固连接，二号齿轮22与二号齿条6.1配合安装并构成齿轮齿条传动结构，从而二号电机23可实现二号攀爬臂6的前后移动和定位。
如图4所示，所述的二号勾板8与一号勾板5成左右对称的结构，二号勾板8上端设有板状折弯的钩状结构，并且钩状结构的内侧粘附有一层用于增大摩擦力的橡胶片，二号勾板8的下端与二号攀爬臂6上端转动连接，连接点命名为B2，所述的二号弹簧杆7上端与二号勾板8转动连接，连接点命名为A2，二号弹簧杆7下端与二号攀爬臂6上端转动连接，连接点命名为C2；自由状态时，在二号弹簧杆7的弹力作用下，A2、B2、C2三点位于同一条直线，此时A2B2+B2C2＝A2C2，当二号勾板8勾住线塔上的斜材角铁后，二号勾板8会随斜材角铁的倾斜角度进行摆动，从而A2、B2、C2形成三角形，由于三角形两边之和始终大于第三边，即A2B2+B2C2>A2C2，也即是二号弹簧杆7被压缩，当二号勾板8脱离斜材角铁后，在二号弹簧杆7的弹力作用下，A2、B2、C2三点恢复到位于同一条直线的状态，也即是二号勾板8恢复到自由状态，便于勾持下一个斜材角铁或水平材角铁。
如图3所示，所述的三号摆动板30与一号摆动板19的结构相同，三号摆动板30前端下侧与三号连接耳1.3转动连接，从而三号摆动板30可上下摆动，三号电缸31下端与三号转轴1.7转动连接，三号电缸31上端与三号摆动板30后端转动连接，从而三号电缸31伸长可使三号摆动板30逆时针摆动，三号电缸31收缩可使三号摆动板30顺时针摆动；所述三号攀爬臂11的结构与一号攀爬臂3相同，三号攀爬臂11内侧的T形导槽与三号摆动板30上侧的T形导轨配合安装并构成移动副，从而三号攀爬臂11可自由滑动；所述的三号电机24固定安装于三号摆动板30前端，三号电机24通过蜗轮蜗杆减速器与三号齿轮25同轴紧固连接，三号齿轮25与三号攀爬臂11外侧的三号齿条11.1配合安装并构成齿轮齿条传动结构，从而三号电机24可实现三号攀爬臂11的前后移动和定位。
所述的四号摆动板29与二号摆动板33的结构相同，四号摆动板29前端下侧与四号连接耳1.4转动连接，从而四号摆动板29可上下摆动，四号电缸28下端与四号转轴1.8转动连接，四号电缸28上端与四号摆动板29后端转动连接，从而四号电缸28伸长可使四号摆动板29逆时针摆动，四号电缸28收缩可使四号摆动板29顺时针摆动；所述四号攀爬臂14的结构与二号攀爬臂6相同，四号攀爬臂14内侧的T形导槽与四号摆动板29上侧的T形导轨配合安装并构成移动副，从而四号攀爬臂14可自由滑动；所述的四号电机27固定安装于四号摆动板29前端，四号电机27通过蜗轮蜗杆减速器与四号齿轮26同轴紧固连接，四号齿轮26与四号攀爬臂14外侧的四号齿条14.1配合安装并构成齿轮齿条传动结构，从而四号电机27可实现四号攀爬臂14的前后移动和定位。
如图1所示，所述的三号勾板9与一号勾板5的结构相同，三号勾板9的下端与三号攀爬臂11上端转动连接，三号弹簧杆10安装于三号勾板9与三号攀爬臂11上端之间，其安装原理与一号弹簧杆4相同；所述的四号勾板12与二号勾板8的结构相同，四号勾板12的下端与四号攀爬臂14上端转动连接，四号弹簧杆13安装于四号勾板12与四号攀爬臂14上端之间，其安装原理与二号弹簧杆7相同。
所述的托板16通过螺钉固定安装于主体1外侧，托板16外侧为平板结构，平板结构的下端设有两个支撑板16.2，两个支撑板16.2可为待搬运的维修器材提供支撑，托板16上还设置有四个吊环16.1，绳索可将维修器材绑缚后固定于四个吊环16.1上，使运输过程更加安全；所述的摄像头15安装于托板16上端，摄像头15可进行前后摆动和左右转动，可使攀爬机器人具有较好的视野；主体1下端还固定设置有支腿17，将攀爬机器人安装于线塔时，支腿17可对攀爬机器人提供辅助支撑。
攀爬机器人搬运维修器材的过程：首先使一号履带34和二号履带36接触地面并为攀爬机器人提供支撑；之后将维修器材放置于托板16上，并通过绳索将维修器材固定；之后将攀爬机器人转运至线塔下方；之后使一号电机2、二号电机23、三号电机24、四号电机27转动，使一号攀爬臂3、二号攀爬臂6、三号攀爬臂11、四号攀爬臂14向前移动，再使一号电缸18、二号电缸32、三号电缸31、四号电缸28收缩，使一号攀爬臂3、二号攀爬臂6、三号攀爬臂11、四号攀爬臂14前端均向上摆动；之后将攀爬机器人立起并使支腿17支撑地面；之后使二号电缸32、三号电缸31伸长，并使二号勾板8、三号勾板9向靠近线塔的方向摆动，并使二号勾板8、三号勾板9挂到线塔的斜材角铁或水平材角铁上；之后二号电机23、三号电机24转动，并使攀爬机器人顺着二号攀爬臂6、三号攀爬臂11向上移动，直至移动到二号攀爬臂6、三号攀爬臂11的顶端；在此过程中，攀爬机器人通过一号履带34和二号履带36压于线塔上，并且随着攀爬机器人向上移动，一号履带34和二号履带36发生随动转动；之后一号电缸18、四号电缸28伸长，使一号勾板5、四号勾板12向靠近线塔方向摆动，并使一号勾板5、四号勾板12挂到线塔更上方的斜材角铁或水平材角铁上；之后一号电机2、四号电机27转动，使攀爬机器人顺着一号攀爬臂3、四号攀爬臂14继续向上移动，直至移动至一号攀爬臂3、四号攀爬臂14的顶端；在此过程中二号电缸32、三号电缸31收缩，使二号勾板8、三号勾板9向外摆动并脱离线塔上的斜材角铁或水平材角铁，并使二号电机23、三号电机24转动，使二号攀爬臂6、三号攀爬臂11向上伸长；在攀爬机器人攀爬线塔的过程中，一号攀爬臂3和四号攀爬臂14始终同时动作，二号攀爬臂6和三号攀爬臂11始终同时动作，并且两组攀爬臂交替勾住线塔上的斜材角铁或水平材角铁，实现攀爬机器人在线塔上的上升和下降。

Claims (7)

1.线塔攀爬机器人，其特征在于，主要包括：
主体，其内部设有锂电池和控制单元，主体上端设有四个连接耳下端设有四个转轴，主体左右两侧各安装有十个可自由转动的支撑轮，一号履带为橡胶材质并安装于左侧十个支撑轮的外围，二号履带的结构与材质与一号履带相同并安装于右侧支撑轮的外围，一号履带和二号履带均可自由转动；
四个摆动板，其前端分别与主体上端的一个连接耳转动连接，四个摆动板的后端分别通过一个电缸与主体下端的一个转轴连接，从而电缸可通过伸缩控制对应摆动板的摆动，四个摆动板前端均安装有一个电机，每个电机均通过一个蜗轮蜗杆减速器与一个齿轮连接；
四个攀爬臂，每个攀爬臂均对应安装于一个摆动板上侧并构成移动副，每个攀爬臂外侧均设有一个齿条，四个齿条与对应的齿轮啮合构成齿轮齿条传动结构，从而四个电机可实现对应攀爬臂的前后移动和定位；
四个勾板，每个勾板均对应安装于一个攀爬臂的上端并构成转动副，每个勾板与对应攀爬臂上端之间均安装有一个弹簧杆，弹簧杆可使对应勾板在自由状态时始终保竖直的姿态；
托板，固定安装于主体外侧，托板下端设有两个可为待搬运维修器材提供支撑的支撑板，托板上还设置有四个吊环，绳索可将维修器材绑缚后固定于四个吊环上，使运输过程更加安全；托板上端还设置有一个摄像头；
支腿，固定安装于主体下端，将攀爬机器人安装于线塔时，支腿可为攀爬机器人提供辅助支撑。
2.根据权利要求1所述的线塔攀爬机器人，其特征在于：所述主体左右两侧的支撑轮均排列为折线形，并且最上端的支撑轮位置高于主体的外侧面。
3.根据权利要求1所述的线塔攀爬机器人，其特征在于：所述的每个支撑轮中间位置均设置有环形的V形槽，两个履带内侧均布设有多个防脱凸起，防脱凸起可与支撑轮上的V形槽配合，从而使一号履带不会从左侧的支撑轮上脱离。
4.根据权利要求1所述的线塔攀爬机器人，其特征在于：所述的四个摆动板上侧均设有一个T形导轨，四个攀爬臂内侧均设有一个T形导槽，T形导轨和T形导槽配合构成移动副。
5.根据权利要求1所述的线塔攀爬机器人，其特征在于：所述四个勾板内侧粘附有一层用于增大摩擦力的橡胶片。
6.根据权利要求1所述的线塔攀爬机器人，其特征在于：所述摄像头可进行前后摆动和左右转动，可使攀爬机器人具有较好的视野。
7.根据权利要求1所述的线塔攀爬机器人，其特征在于：所述四个弹簧杆利用三角形两边之和始终大于第三边的原理，使对应勾板在自由状态时始终保持竖直的姿态。
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