CN115425569A - 一种电线巡检机器人及其巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电线巡检机器人，其包括数量对应的若干驱动单元和若干连接单元，若干驱动单元和若干连接单元在同一直线上依次交错排列，位于端部的驱动单元和连接单元的外侧端均设置有辅助单元，相邻的驱动单元与连接单元之间、驱动单元与辅助单元之间、连接单元与辅助单元之间均通过舵机转动连接，且相邻两个舵机转轴的转动平面分别位于水平面和竖直面上，辅助单元上设置有便于观察电线状况的摄像头，驱动单元包括驱动机构和压线机构；本方案的电线巡检机器人功能多样，可实现巡检、避障、清障、转弯、爬坡等功能，其适用性强，为高压电线的维护提供了一种高效安全的智能巡检装备，具有显著的现实意义。

Description

一种电线巡检机器人及其巡检方法

技术领域

本发明涉及电线巡检设备技术领域，具体涉及一种电线巡检机器人及其巡检方法。

背景技术

高压输电线常年暴露在外部环境中，受到各种自然和人为原因的影响，因此很易于产生各类故障。对高压电线的巡检和维护是保障电力稳定供应的重要手段，传统的高压电线巡检方式多为人工高空作业，费时费力且存在较大操作困难性。因此，电线巡检机器人应运而生。

现有的电线巡检机器人在电机驱动下沿线路前行巡检，有着各自的适用场景，但是功能扩展性较差，适用性不强。

例如公开号为CN 14850095U的“一种高压电线巡检机器人”提供了一种包含辅助滑动装置的巡检机器人，该巡检机器人在并行的两根电线上进行巡检，利用电动伸缩杆的伸缩，以应对两条电线之间的不同间距进行相应的调整；然而该巡检机器人存在以下缺陷：

1、无法越障，不能翻越防震锤、悬垂线夹等电线上的支撑物。

2、功能单一，仅对电线有监视功能，若发现电线上存在异物，只能反馈给人工，由人工来处理异物。

公开号为CN103904583B的“一种铁路牵引供电线摆臂式巡检移动机器人”公开了一种利用机械臂旋转以避开障碍物的电线巡检机器人，该巡检机器人可辅助人工完成长线路、单线越障巡检工作；然而该巡检机器人缺乏柔性，所有机械臂与箱体之间为同轴线的旋转连接，整体结构形态单一，缺乏柔性变化能力，仅适合于笔直的或小转角的线路，不适合于带有大转角的输电线路。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种电线巡检机器人及其巡检方法，解决了现有技术中的电线巡检机器人功能单一、缺乏柔性以及适应能力弱的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种电线巡检机器人，其包括数量对应的若干驱动单元和若干连接单元，驱动单元和连接单元依次交错排列连接，位于端部的驱动单元和连接单元的外侧端均设置有辅助单元，相邻的驱动单元与连接单元之间、驱动单元与辅助单元之间、连接单元与辅助单元之间均通过舵机转动连接，且相邻两个舵机转轴的转动平面分别位于水平面和竖直面上，辅助单元上设置有便于采集电线状况的摄像头，驱动单元包括驱动机构和压线机构，驱动机构包括驱动轮，驱动轮通过传动齿轮与蜗杆转动连接，蜗杆与驱动电机转动连接，压线机构包括间隙设置在驱动轮上方的从动轮，从动轮活动设置在升降机构上，舵机、摄像头、驱动电机和升降机构均与控制器电连接，控制器通过无线通信模块与地面的上位机连接。

采用上述技术方案的有益效果为：本方案的电线巡检机器人采用模块化的设计结构，驱动单元和连接单元的数量可根据实际情况进行选择，在使用时，将每个驱动模块上的从动轮和驱动轮分别设置在电线的上、下两端，并通过升降机构控制从动轮升降，使驱动轮和从动轮夹紧电线，通过驱动电机带动驱动轮旋转，促使驱动轮与电线产生滚动摩擦力，从而使电线巡检实现机器人沿电线运动，同时驱动单元、连接单元和辅助单元之间均通过舵机转动连接，整个机器人如同一个蛇形机构，且相邻两个舵机的转动方向相互垂直，使每个驱动单元和连接单元均有两个方向的旋转自由度，从而使整个巡检机器人的旋转自由度冗余，使其柔性变化能力强，可实现多种形态的变换，适合于任何角度、坡度变化的线路。

进一步地，升降机构包括升降座、滑块和竖直的螺纹杆，升降座上设置有若干竖直的导向杆，滑块同时滑动设置在若干导向杆上，螺纹杆通过轴承安装在升降座上，滑块上设置有与螺纹杆螺纹配合螺纹孔，螺纹杆与螺纹编码电机转动连接，滑块上设置有升降杆，升降杆的顶部设置有水平杆，从动轮通过轴承安装于水平杆的端部，螺纹编码电机与控制器电连接。

采用上述技术方案的有益效果为：在螺纹编码电机的驱动下，旋转的螺纹杆可使滑块沿导向杆上下运动，从而带动从动轮实现升降，进而实现驱动轮和从动轮对电线的压紧和松开，同时滑块与螺纹杆采用螺纹配合的方式，使滑块具有自锁功能，而自锁功能使驱动轮和从动轮之间的轴距保持稳定，确保驱动轮、从动轮与电线之间有充足的压实力和滚动摩擦力，以及从动轮上升后不会自动回落，同时自锁功能完全由机械结构决定，因此无需对螺纹编码电机持续供电，减少了升降机构的能源消耗。

进一步地，螺纹杆和螺纹孔上的螺纹升角不大于当量摩擦角，其计算公式为：

其中，ψ为螺纹升角，

为当量摩擦角，f_v为当量摩擦系数，f为螺纹杆与螺纹孔之间的摩擦系数，β为螺纹牙型的牙侧角；

螺纹编码电机的额定驱动力矩大于理论驱动力矩T₂，其计算公式为：

其中，p为螺纹编码电机的螺杆导程，η为滑动螺杆效率，m为螺纹编码电机需要推送的滑块、升降杆、水平杆、轴承和从动轮的总质量，g为重力加速度。

采用上述技术方案的有益效果为：保证了滑块的自锁性能，使从动轮在负载时不发生滑动，同时还应保证螺纹编码电机有足够的的驱动力使螺纹杆转动。

进一步地，驱动单元和连接单元的一端以及与驱动单元连接的辅助单元上均设置有用于插设舵机的空腔，驱动单元和连接单元的另一端以及与连接单元连接的辅助单元上均设置有两个转动耳，两个转动耳分别与舵机转轴的两端转动连接，且至少一个转动耳与驱动单元和连接单元可拆卸连接。

采用上述技术方案的有益效果为：通过设置空腔和转动耳，便于驱动单元、连接单元、辅助单元和舵机的安装和拆卸，从而便于使用时的临时组装以及拆卸回收；同时插拔式的空腔既可根据实际情况随时扩展单元数量，又可依据使用需求安装或更换不同功能的单元，实现巡检机器人的“单元模块化”功能，为巡检机器人的上线安装、后期维护、功能扩展提供了保障，可节省制造和人力成本。

进一步地，驱动轮和从动轮的旋转面上均设置有用于增大与电线接触面积的凹陷部，其中凹陷部的曲率半径与电线半径相近，这样设置加大了滚轮与电线之间受压变形后的有效接触面积，保障了滚动摩擦力的有效传递，增强了巡检机器人运动的稳定性。

进一步地，辅助单元上设置有机械爪、剪刀、除冰器和/或绕线器。

采用上述技术方案的有益效果为：机械爪可对电线上的飘带、风筝、树枝等杂物进行清除，从而实现巡检机器人的清障功能，同时辅助单元上还可以选装剪刀、除冰器和绕线器，其中剪刀可清除电线上的复杂绕线，除冰器可实现对电线进行除冰，绕线器通过缠绕胶带的方式实现对外皮破碎线缆的修复。

提供一种电线巡检机器人的巡检方法，其包括以下步骤：

S1：将若干驱动单元、连接单元、辅助单元和舵机进行组装连接，并构成一个电线巡检机器人；

S2：通过螺纹编码电机控制从动轮升降，直至每个驱动单元上的从动轮和驱动轮均夹紧电线；

S3：通过驱动电机带动驱动轮转动，使电线巡检机器人沿电线运动并开始巡检，通过摄像头和无线通信模块将电线的巡检实况传输至地面的上位机；

S4：通过舵机的偏转，使辅助单元上的摄像头对电线进行多方位观察，当摄像头发现电线上存在杂物时，通过辅助单元上的机械爪对电线上的杂物进行清除；

S5：当电线巡检机器人遇到障碍物时，控制电线巡检机器人进行越障操作；

S6：当电线巡检机器人需要换线巡检时，控制电线巡检机器人进行换线操作；

S7：重复执行步骤S3-S6，直至完成对所有电线的巡检；

S8：对电线巡检机器人进行拆卸收回。

本发明的有益效果为：

1、本方案的巡检机器人采用模块化的设计结构，由若干驱动单元和连接单元组成，通过模仿蛇形关节，采用头部决策、尾部跟随的仿生控制方式，每个单元之间由舵机构成的转动关节联结，通过安装在前、后两端的辅助单元上的摄像头，并基于无线通信模块将电线的线路情况实时传输给地面的操控人员，操控人员通过控制器指导机器人完成巡检任务。

2、一般情况下，只需控制驱动电机便能实现巡检机器人的直线巡检功能，而当电线前方出现防震锤、悬垂线夹等支撑物时，在人工的控制下，巡检机器人的各个单元做出相应动作，可通过控制各单元之间的舵机和压线机构，实现若干驱动单元依次地脱离、绕过以及回归巡检电线，最终实现巡检机器人的越障功能，并且巡检机器人能在具有分叉点等较为复杂的线路上运动，其适用性强；同理，若机器人在巡检时需要更换到相邻的电线上，巡检机器人还可实现的换线功能，亦可在各个单元的相互配合下实现巡检机器人的换线功能。

3、本方案的巡检机器人功能多样，可实现巡检、避障、清障、转弯、爬坡等功能，其适用性强，为高压电线的维护提供了一种高效安全的智能巡检装备，具有显著的现实意义。

附图说明

图1为电线巡检机器人结构示意图。

图2为驱动单元与连接单元配合的第一结构示意图。

图3为驱动单元与连接单元配合的第二结构示意图。

图4为驱动机构的结构示意图。

图5为辅助单元的第一结构示意图。

图6为辅助单元的第二结构示意图。

图7为电线巡检机器人越障时的第一结构示意图。

图8为电线巡检机器人越障时的第二结构示意图。

图9为电线巡检机器人越障时的第三结构示意图。

图10为电线巡检机器人越障时的第四结构示意图。

图11为电线巡检机器人越障时的第五结构示意图。

图12为电线巡检机器人换线时的第一结构示意图。

图13为电线巡检机器人换线时的第二结构示意图。

图14为电线巡检机器人换线时的第三结构示意图。

图15为电线巡检机器人换线时的第四结构示意图。

图16为电线巡检机器人换线时的第五结构示意图。

其中，1、驱动单元，2、连接单元，3、辅助单元，4、舵机，5、摄像头，6、驱动轮，7、传动齿轮，8、蜗杆，9、驱动电机，10、从动轮，11、升降座，12、滑块，13、螺纹杆，14、导向杆，15、螺纹编码电机，16、升降杆，17、水平杆，18、空腔，19、转动耳，20、凹陷部，21、机械爪，22、剪刀。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，提供一种电线巡检机器人，其包括四个驱动单元1和四个连接单元2，四个驱动单元1和四个连接单元2依次交错排列连接，位于端部的驱动单元1和连接单元2的外侧端均设置有辅助单元3，相邻的驱动单元1与连接单元2之间、驱动单元1与辅助单元3之间、连接单元2与辅助单元3之间均通过舵机4转动连接，且相邻两个舵机4转轴的转动平面分别位于水平面和竖直面上，辅助单元3上设置有便于采集电线状况的摄像头5，驱动单元1包括驱动机构和压线机构。

如图2、图3和图4所示，驱动机构包括驱动轮6、传动齿轮7、蜗杆8和驱动电机9，其中驱动轮6上同轴设置有齿轮并通过传动齿轮7与蜗杆8转动连接，蜗杆8与驱动电机9转动连接，优选地，蜗杆8与驱动电机9之间可加设齿轮减速机，对驱动轮6的转速进行控制；通过驱动电机9可带动驱动轮6转动，同时蜗杆8与传动齿轮7的设置，使驱动轮6具有自锁功能，防止在驱动电机9断电时，驱动轮6发生滚动，同时考虑到使用的要求，用于减速的齿轮减速机不适宜过大，而驱动电机9和齿轮减速机可配套选用减速比和转矩比较大的蜗轮蜗杆电机，该电机体积小，减速比大，扭矩大，满足功能和空间布局要求，同时传动齿轮7是传动比为1:1的直齿轮，可保证传动的稳定性，节省机器人空间，使机构更为紧凑，工作可靠，寿命长。

如图2和图3所示，压线机构包括间隙设置在驱动轮6上方的从动轮10，从动轮10活动设置在升降机构上，升降机构包括升降座11、滑块12和竖直的螺纹杆13，升降座11上设置有两根竖直的导向杆14，滑块12同时滑动设置在两根导向杆14上，螺纹杆13的两端通过轴承安装在升降座11上，滑块12上设置有与螺纹杆13螺纹配合螺纹孔，螺纹杆13与螺纹编码电机15转动连接，滑块12上设置有升降杆16，升降杆16的顶部设置有水平杆17，从动轮10通过轴承安装于水平杆17的端部。

本方案将每个驱动单元1上的从动轮10和驱动轮6分别设置在被巡检电线的上、下两端，其中压线机构在螺纹编码电机15的驱动下，旋转的螺纹杆13可使滑块12沿导向杆14上下运动，从而带动从动轮10实现升降，进而实现驱动轮6和从动轮10对电线的压紧和松开，其中螺纹编码电机15对滑块12的运动行程控制精准，保障了压线过程的精准实施。

同时滑块12与螺纹杆13采用螺纹配合的方式，螺纹杆13和螺纹孔的螺纹牙型均为具有自锁性能的三角形，在螺纹编码电机15转动时，可正常带动从动轮10上下运动；而螺纹编码电机15断电制动时，在螺纹的自锁效应下从动轮10限位固定，从而使驱动轮6和从动轮10之间的轴距保持稳定，确保驱动轮6、从动轮10与电线之间有充足的压实力和滚动摩擦力，以及从动轮10上升后不会自动回落，同时自锁功能完全由机械结构决定，因此无需对螺纹编码电机15持续供电，减少了升降机构的能源消耗。

为了保证滑块12的自锁性能，使从动轮10在负载时不发生滑动，对螺纹杆13和螺纹孔上的螺纹升角ψ(导程角)有范围要求：

其中，

为当量摩擦角，f_v为当量摩擦系数，f为螺杆与升降杆16螺纹孔之间的摩擦系数(依据两者的材料属性所决定)，β为螺纹牙型的牙侧角。

而在满足滑块12的自锁性能的同时，还应保证螺纹编码电机15可驱动螺纹杆13转动，因此需要保证螺纹编码电机15的额定驱动力矩大于理论驱动力矩T₂，其中理论驱动力矩T₂的计算公式为：

其中，p为螺纹编码电机15的螺杆导程，η为滑动螺杆效率(约32％)，m为电机需要推送的滑块12、升降杆16、水平杆17、从动轮10以及从动轮与水平杆之间的轴承的总质量，g为重力加速度。

如图2和图3所示，驱动单元1和连接单元2的一端以及与驱动单元1连接的辅助单元3上均设置有用于插设舵机4的空腔18，驱动单元1和连接单元2的另一端以及与连接单元2连接的辅助单元3上均设置有两个转动耳19，两个转动耳19分别与舵机4转轴的两端转动连接，且两个转动耳19中有一个转动耳19与驱动单元1和连接单元2通过螺栓可拆卸连接；通过设置空腔18和转动耳19，便于驱动单元1、连接单元2、辅助单元3和舵机4的安装和拆卸，从而便于使用时的临时组装以及拆卸回收，同时插拔式的空腔18既可根据实际情况随时扩展单元数量，又可依据使用需求安装或更换不同功能的单元，实现巡检机器人的单元模块化，为巡检机器人的上线安装、后期维护、功能扩展提供了保障，可节省制造和人力成本。

如图2和图3所示，驱动轮6和从动轮10的旋转面上均设置有用于增大与电线接触面积的凹陷部20，其中凹陷部20的曲率半径与电线半径相近，这样设置加大了滚轮与电线之间受压变形后的有效接触面积，保障了滚动摩擦力的有效传递，增强了巡检机器人运动的稳定性。

如图5和图6所示，本方案与连接单元2连接的辅助单元3上设置有机械爪21，与驱动单元1连接的辅助单元3上设置有剪刀22，另外，辅助单元3上可选装除冰器和绕线器；机械爪21可对电线上的飘带、风筝、树枝等杂物进行清除，从而实现巡检机器人的清障功能，剪刀22可清除电线上的复杂绕线，除冰器可实现对电线进行除冰，绕线器通过缠绕胶带的方式实现对外皮破碎线缆的修复。

特别地，本方案的舵机4、摄像头5、驱动电机9和螺纹编码电机15均与控制器电连接，控制器通过无线通信模块与地面的上位机连接，其中控制器放置在巡检机器人的机身上；无线通信模块有两个，一个与控制器相连，放置在机器人机身上，另一个与地面的上位机相连，实现双向收发；基于无线通信模块将电线的线路情况实时传输给地面的操控人员，操控人员在地面人工操作上位机的软件，通过无线通信模块发送指令信号给控制器，经过控制器解析后，便可对舵机、摄像头、驱动电机和螺纹编码电机进行控制。

优选地，本方案的控制系统由主控制板和舵机驱动板组成，主控制板采用自主开发设计，通过地面操作者所操作的上位机软件向巡检机器人控制器发送操作指令，巡检机器人控制系统通过解算相关指令，实现巡检机器人在电线上的行走、压线机构对电线的压紧和放松以及舵机4的转动控制；其中由STM32F405RGT6(单片机)作为主控板的芯片，通过串口连接到低功耗远程无线通信模块，通过引脚复用功能使定时器输出PWM连接到电机驱动芯片，通过串口连接到OPENMV模块(开源，低成本，功能强大的机器视觉模块)完成巡检任务。系统晶振选用25MHz晶振。电源部分是利用开关电源将电池电压降到5V，直接给无线通信模块供电，再使用低压差线性稳压器将5V降至3.3V给单片机供电；选择OpenMV4和激光测距扩展板，该模块搭载STM32H7微控制器和Micro Python解释器且支持嵌入式Python编程，使用激光测距模块判断与障碍物的距离。

下面对本方案的工作原理进行描述：

本方案的巡检机器人采用模块化的设计结构，由若干驱动单元1和连接单元2组成，且驱动单元1和连接单元2的数量可根据实际情况进行选择，通过模仿蛇形关节，采用头部决策、尾部跟随的仿生控制方式，通过安装在前、后两端的辅助单元3上的摄像头5，并基于无线通信模块将电线的线路情况实时传输给地面的操控人员，操控人员通过控制器指导机器人完成巡检任务。

驱动单元1、连接单元2和辅助单元3之间均通过舵机4转动连接，每个舵机4均作为一个转动关节，且相邻两个舵机4的转动方向相互垂直，使每个驱动单元1和连接单元2均有两个方向的旋转自由度，从而使整个巡检机器人的旋转自由度冗余，使其柔性变化能力强，可实现多种形态的变换，适合于任何角度、坡度变化的线路。

如图7至图16所示，一般情况下，只需控制驱动电机9便能实现巡检机器人的直线巡检功能，而当电线前方出现防震锤、悬垂线夹等支撑物时，在人工的控制下，巡检机器人的各个单元做出相应动作，可通过控制各单元之间的舵机4和压线机构，实现若干驱动单元1依次地脱离、绕过以及回归巡检电线，最终实现巡检机器人的越障功能，并且巡检机器人能在具有分叉点等较为复杂的线路上运动，其适用性强；同理，若机器人在巡检时需要更换到相邻的电线上，巡检机器人还可实现的换线功能，亦可在各个单元的相互配合下实现巡检机器人的换线功能。

提供一种电线巡检机器人的巡检方法，其包括以下步骤：

S1：通过转动耳19和空腔18将四个驱动单元1、四个连接单元2、两个辅助单元3和九个舵机4进行组装连接，并构成一个电线巡检机器人；

S2：通过螺纹编码电机15控制从动轮10升降，直至每个驱动单元1上的从动轮10和驱动轮6均夹紧电线；

S3：通过驱动电机9带动驱动轮6转动，使电线巡检机器人沿电线运动并开始巡检，通过摄像头5和无线通信模块将电线的巡检实况传输至地面的上位机；

S4：通过舵机4的偏转，使辅助单元3上的摄像头5对电线进行多方位观察，当摄像头5发现电线上存在杂物时，通过辅助单元3上的机械爪21对电线上的杂物进行清除；其包括：

S41：控制与辅助单元3相邻的驱动单元1上的从动轮10上升，并通过舵机4的转动，使驱动单元1向下运动，直至驱动轮6和从动轮10均与电线脱离；

S42：通过舵机4的转动，使驱动单元1发生侧向偏移并从电线的径向上脱离出来，脱离电线的驱动单元1及其相邻的连接单元2和辅助单元3共同构成一个可以弯曲的机械臂；

S43：驱动舵机4转动，机械臂弯曲构型，使辅助单元3上的机械爪21对杂物进行抓取清理。

S5：当电线巡检机器人遇到障碍物时，控制电线巡检机器人进行越障操作；其包括：

S51：控制电线巡检机器人最前端的第一个驱动单元1上的从动轮10上升，并通过舵机4的转动，使第一个驱动单元1向下运动，直至驱动轮6和从动轮10均与电线脱离；

S52：通过舵机4的转动，使第一个驱动单元1发生侧向偏移并从电线的径向上脱离出来；

S53：驱动电线巡检机器人前进，使第一个驱动单元1逐渐从障碍物的侧面绕过；

S54：按照第一个驱动单元1的脱离方式，将第二个驱动单元1从电线的径向上脱离出来，并驱动电线巡检机器人继续前进，使第二个驱动单元1逐渐从障碍物的侧面绕过；

S55：当第一个驱动单元1越过障碍后，通过舵机4的转动，使第一个驱动单元1上的驱动轮6向导线靠拢并接触，并控制从动轮10下降，直至驱动轮6与从动轮10压紧电线，完成第一个驱动单元1越障后的复位；

S56：按照第一个驱动单元1的脱离方式，将第三个驱动单元1从电线的径向上脱离出来，并驱动电线巡检机器人继续前进，使第三个驱动单元1逐渐从障碍物的侧面绕过；

S57：当第二个驱动单元1越过障碍后，按照第一个驱动单元1复位方式，对第二个驱动单元1进行越障后的复位；

S58：按照第一个和第二个驱动单元1脱离和复位的方式，控制余下驱动单元1依次进行越障，直至完成所有驱动单元的越障；

S6：当电线巡检机器人需要换线巡检时，控制电线巡检机器人进行换线操作；其包括：

S61：控制电线巡检机器人最前端的第一个驱动单元1上的从动轮10上升，并通过舵机4的转动，使第一个驱动单元1向下运动，直至驱动轮6和从动轮10均与电线脱离；

S62：通过舵机4的转动，使第一个驱动单元1发生侧向偏移并从电线的径向上脱离出来；

S63：按照第一个驱动单元1的脱离方式，将第二个驱动单元1从电线的径向上脱离出来，并在第二个驱动单元1脱离电线后，驱动舵机4的转动，使第一个驱动单元1逐渐靠近另外一根电线，直至第一个驱动单元1上的驱动轮6与另外一根电线接触；

S64：控制第一个驱动单元1上的从动轮10下降，直至驱动轮6与从动轮10压紧另外一根电线，完成第一个驱动单元1的换线操作；

S65：继续控制剩下的驱动单元1从电线上脱离，驱动舵机4的转动，使第二个驱动单元1逐渐靠近另外一根电线，并将第二个驱动单元1上的驱动轮6与从动轮10压紧另外一根电线，完成第二个驱动单元1的换线操作；

S66：按照第一个和第二个驱动单元1的换线操作，控制余下驱动单元1依次进行换线操作，直至完成所有驱动单元的换线；

S7：重复执行步骤S3-S6，直至完成对所有电线的巡检；

S8：对电线巡检机器人进行拆卸收回。

综上所述，本方案的电线巡检机器人功能多样，可实现巡检、避障、清障、转弯、爬坡等功能，其适用性强，为高压电线的维护提供了一种高效安全的智能巡检装备，具有显著的现实意义。

Claims (10)

1.一种电线巡检机器人，其特征在于，包括数量对应的若干驱动单元(1)和若干连接单元(2)，所述驱动单元(1)和连接单元(2)依次交错排列连接，位于端部的所述驱动单元(1)和连接单元(2)的外侧端均设置有辅助单元(3)，相邻的所述驱动单元(1)与连接单元(2)之间、驱动单元(1)与辅助单元(3)之间、连接单元(2)与辅助单元(3)之间均通过舵机(4)转动连接，且相邻两个舵机(4)转轴的转动平面分别位于水平面和竖直面上，所述辅助单元(3)上设置有便于采集电线状况的摄像头(5)；

所述驱动单元(1)包括驱动机构和压线机构，所述驱动机构包括驱动轮(6)，所述驱动轮(6)通过传动齿轮(7)与蜗杆(8)转动连接，所述蜗杆(8)与驱动电机(9)转动连接，所述压线机构包括间隙设置在驱动轮(6)上方的从动轮(10)，所述从动轮(10)活动设置在升降机构上，所述舵机(4)、摄像头(5)、驱动电机(9)和升降机构均与控制器电连接，所述控制器通过无线通信模块与地面的上位机连接。

2.根据权利要求1所述的电线巡检机器人，其特征在于，所述升降机构包括升降座(11)、滑块(12)和竖直的螺纹杆(13)，所述升降座(11)上设置有若干竖直的导向杆(14)，所述滑块(12)同时滑动设置在若干导向杆(14)上，所述螺纹杆(13)通过轴承安装在升降座(11)上，所述滑块(12)上设置有与螺纹杆(13)螺纹配合螺纹孔，所述螺纹杆(13)与螺纹编码电机(15)转动连接，所述滑块(12)上设置有升降杆(16)，所述升降杆(16)的顶部设置有水平杆(17)，所述从动轮(10)通过轴承安装于水平杆(17)的端部，所述螺纹编码电机(15)与控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的电线巡检机器人，其特征在于，所述螺纹杆(13)和螺纹孔上的螺纹升角不大于当量摩擦角，其计算公式为：

其中，ψ为螺纹升角，

为当量摩擦角，f_v为当量摩擦系数，f为螺纹杆(13)与螺纹孔之间的摩擦系数，β为螺纹牙型的牙侧角；

所述螺纹编码电机(15)的额定驱动力矩大于理论驱动力矩T₂，其计算公式为：

其中，p为螺纹编码电机(15)的螺杆导程，η为滑动螺杆效率，m为螺纹编码电机(15)需要推送的滑块(12)、升降杆(16)、水平杆(17)和从动轮(10)以及从动轮与水平杆之间轴承的总质量，g为重力加速度。

4.根据权利要求1所述的电线巡检机器人，其特征在于，所述驱动单元(1)和连接单元(2)的一端以及与驱动单元(1)连接的辅助单元(3)上均设置有用于固定插设舵机(4)的空腔(18)，所述驱动单元(1)和连接单元(2)的另一端以及与连接单元(2)连接的辅助单元(3)上均设置有两个转动耳(19)，两个所述转动耳(19)分别与舵机(4)转轴的两端转动连接，且至少一个转动耳(19)与驱动单元(1)和连接单元(2)可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的电线巡检机器人，其特征在于，所述驱动轮(6)和从动轮(10)的旋转面上均设置有用于增大与电线接触面积的凹陷部(20)。

6.根据权利要求1所述的电线巡检机器人，其特征在于，所述辅助单元(3)上设置有机械爪(21)、剪刀(22)、除冰器和/或绕线器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电线巡检机器人的巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将若干驱动单元(1)、连接单元(2)、辅助单元(3)和舵机(4)进行组装连接，并构成一个电线巡检机器人；

S2：通过螺纹编码电机(15)控制从动轮(10)升降，直至每个驱动单元(1)上的从动轮(10)和驱动轮(6)均夹紧电线；

S3：通过驱动电机(9)带动驱动轮(6)转动，使电线巡检机器人沿电线运动并开始巡检，通过摄像头(5)和无线通信模块将电线的巡检实况传输至地面的上位机；

S4：通过舵机(4)的偏转，使辅助单元(3)上的摄像头(5)对电线进行多方位观察，当发现电线上存在杂物时，通过辅助单元(3)上的机械爪(21)对电线上的杂物进行清除；

S5：当电线巡检机器人遇到障碍物时，控制电线巡检机器人进行越障操作；

S6：当电线巡检机器人需要换线巡检时，控制电线巡检机器人进行换线操作；

S7：重复执行步骤S3-S6，直至完成对所有电线的巡检；

S8：对电线巡检机器人进行拆卸收回。

8.根据权利要求7所述的巡检方法，其特征在于，所述步骤S4中电线上杂物的清除方法包括：

S41：控制与辅助单元(3)相邻的驱动单元(1)上的从动轮(10)上升，并通过舵机(4)的转动，使驱动单元(1)向下运动，直至驱动轮(6)和从动轮(10)均与电线脱离；

S42：通过舵机(4)的转动，使驱动单元(1)发生侧向偏移并从电线的径向上脱离出来，脱离电线的驱动单元(1)及其相邻的连接单元(2)和辅助单元(3)共同构成一个可以弯曲的机械臂；

S43：驱动舵机(4)转动，机械臂弯曲构型，使辅助单元(3)上的机械爪(21)对杂物进行抓取清理。

9.根据权利要求7所述的巡检方法，其特征在于，所述步骤S5中电线巡检机器人的越障操作方法包括以下步骤：

S51：控制电线巡检机器人最前端的第一个驱动单元(1)上的从动轮(10)上升，并通过舵机(4)的转动，使第一个驱动单元(1)向下运动，直至驱动轮(6)和从动轮(10)均与电线脱离；

S52：通过舵机(4)的转动，使第一个驱动单元(1)发生侧向偏移并从电线的径向上脱离出来；

S53：驱动电线巡检机器人前进，使第一个驱动单元(1)逐渐从障碍物的侧面绕过；

S54：按照第一个驱动单元(1)的脱离方式，将第二个驱动单元(1)从电线的径向上脱离出来，并驱动电线巡检机器人继续前进，使第二个驱动单元(1)逐渐从障碍物的侧面绕过；

S55：当第一个驱动单元(1)越过障碍后，通过舵机(4)的转动，使第一个驱动单元(1)上的驱动轮(6)向导线靠拢并接触，并控制从动轮(10)下降，直至驱动轮(6)与从动轮(10)压紧电线，完成第一个驱动单元(1)越障后的复位；

S56：按照第一个驱动单元(1)的脱离方式，将第三个驱动单元(1)从电线的径向上脱离出来，并驱动电线巡检机器人继续前进，使第三个驱动单元(1)逐渐从障碍物的侧面绕过；

S57：当第二个驱动单元(1)越过障碍后，按照第一个驱动单元(1)复位方式，对第二个驱动单元(1)进行越障后的复位；

S58：按照第一个和第二个驱动单元(1)脱离和复位的方式，控制余下驱动单元(1)依次进行越障，直至完成所有驱动单元的越障。

10.根据权利要求7所述的巡检方法，其特征在于，所述步骤S6中电线巡检机器人的换线操作方法包括以下步骤：

S61：控制电线巡检机器人最前端的第一个驱动单元(1)上的从动轮(10)上升，并通过舵机(4)的转动，使第一个驱动单元(1)向下运动，直至驱动轮(6)和从动轮(10)均与电线脱离；

S62：通过舵机(4)的转动，使第一个驱动单元(1)发生侧向偏移并从电线的径向上脱离出来；

S63：按照第一个驱动单元(1)的脱离方式，逐个将驱动单元(1)从电线的径向上脱离出来，并在每个驱动单元(1)脱离电线后，驱动舵机(4)的转动，使第一个驱动单元(1)逐渐靠近另外一根电线，直至第一个驱动单元(1)上的驱动轮(6)与另外一根电线接触时，停止驱动单元(1)从电线上脱离；

S64：控制第一个驱动单元(1)上的从动轮(10)下降，直至驱动轮(6)与从动轮(10)压紧另外一根电线，完成第一个驱动单元(1)的换线操作；

S65：继续控制剩下的驱动单元(1)从电线上脱离，驱动舵机(4)的转动，使第二个驱动单元(1)逐渐靠近另外一根电线，并将第二个驱动单元(1)上的驱动轮(6)与从动轮(10)压紧另外一根电线，完成第二个驱动单元(1)的换线操作；

S66：按照第一个和第二个驱动单元(1)的换线操作，控制余下驱动单元(1)依次进行换线操作，直至完成所有驱动单元的换线。

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