CN203996531U - 一种输电塔攀爬机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种输电塔攀爬机器人，属于机器人技术领域。机器人由伸缩模块、夹持模块和牵引模块三部分组成，夹持模块分为上夹持模块和下夹持模块，上、下夹持模块通过伸缩模块连接，牵引模块安装在上夹持模块两侧。其对输电塔巡检方式根据被巡检的输电塔塔片，在输电塔相应塔片主材上安装相应机器人个数，每个塔片的机器人之间通过安装有检测维护装置的牵引绳连接在牵引模块上，夹持模块和伸缩模块联动完成攀爬越障，实现对输电塔的检测维护工作。

Description

一种输电塔攀爬机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种输电塔攀爬机器人。

背景技术

随着国民经济的快速发展，国家电网的快速建设，超高压大容量输电线路的应用也越来多，然而电网线路所覆盖的地理环境极为复杂，常常经过人迹罕至的崇山峻岭，这就给输电线路维护上造成了很大的困难。特别是在寒冬腊月的时候，输电铁塔和输电线路往往出现结冰现象，极易发生输电铁塔倒塌和输电线路断裂，给国家电力系统带来极其严重的破坏，导致全国各地不同程度的大范围长时间的停电，严重影响人们的日常生活和企业的正常安全生产，直接或间接的给国家和人民带来无法估量的损失。目前已有各种类型的输电线路除冰机器人出现，用于除去高压输电线上覆盖的积冰，避免输电线路发生断裂。然而，无论是人工除冰还是机器人除冰都需要由电力人员爬上输电铁塔进行操作。因此输电铁塔在寒冷严酷的环境下是否出现了裂纹等安全隐患就关系到了维护人员和设备的安全问题。另外若输电铁塔出现隐患对于电网系统也是一个严重的威胁。基于上述情况，就有必要设计一款针对于输电铁塔的检测机器人用于输电铁塔的安全检测维护，以解决人工上塔探伤时危险性高、准确性低、劳动强度大、工作效率低的问题。从而确保人员和设备安全，保证电网安全，在灾害下挽救更多的国家财产，最大程度的减少损失。因此在已实用新型的壁面攀爬检测机器人的基础上，提出一种用于输电铁塔检测的机器人代替人工作业，以提高其工作效率，安全性和准确性。

工业的迅猛发展对供电安全性和稳定性的要求越来越高，为了提高电力的安全输送能力，对输电塔的安全检测和维修被摆在了十分重要的位置。输电塔大都是由角钢搭建的，目前输电塔的检修维护都是工人上塔操作的，这样既增加了工人的劳动强度，又提高了触电和高空坠落的危险性。因此电力部门迫切需要能代替人工攀爬输电塔进行监测和维护的自动化设备。

实用新型专利CN102815348A公开了一种四足攀爬机器人，其手爪的设计存在一定的缺陷，手爪都是单根线条型的结构，在攀爬的过程中，不能强有力的抓紧输电塔的主材，容易滑脱，也无法有效地越过角钢造成的障碍，不能高效率的进行工作。

实用新型内容

为了解决输电塔检测和维护这一难题，本实用新型提供一种输电塔攀爬机器人，该机器人的手爪设计了矩形框架结构，可有有效的增大与输电塔的施力点，不易滑脱，工作效率更高，其可以在由角钢搭建的输电塔主材上自主上下攀爬，分别位于输电塔塔片两根主材上的两个输电塔攀爬机器人通过牵引模块上的牵引绳连接，在牵引绳上可安装各种检测维护设备，从而对相应塔片的角钢进行检测维护，及时排除输电塔存在的安全隐患。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种输电塔攀爬机器人，包括伸缩模块和分别连接在所述伸缩模块两端的、结构相对称的第一夹持模块和第二夹持模块，任意一个夹持模块的两侧设置有牵引模块，所述牵引模块带动伸缩模块伸缩运动，进而带动第一夹持模块和第二夹持模块相对移动，所述夹持模块包括箱体、夹持驱动电机、夹持驱动联轴器、夹持驱动丝杠、夹持驱动丝杠套筒、夹持驱动螺母、夹持驱动连杆、滑筒、导向筒、带滚子的短杆以及手爪，所述夹持驱动电机设置于箱体内部的中轴线处，夹持驱动丝杠套筒竖直穿过箱体上表面的中心，所述导向筒水平穿过箱体侧面的中心并与箱体固定连接，所述夹持驱动电机的输出轴通过平键与夹持驱动联轴器的一端连接，夹持驱动联轴器的另一端与夹持驱动丝杠连接，所述夹持驱动螺母与夹持驱动丝杠构成螺旋副，夹持驱动螺母还与所述夹持驱动连杆的一端铰接，夹持驱动螺母能够在夹持驱动丝杠套筒中上下移动，所述夹持驱动连杆的另一端与所述滑筒铰接，所述滑筒的轴线垂直于所述夹持驱动丝杠的轴线，滑筒的一端与导向筒滑动连接，滑筒的另一端设置有一个弯折成V字型的矩形挡片，所述手爪由左右对称的两个日字型矩形框结构构成，矩形框的一端铰接在所述箱体的两侧，矩形框的另一端为自由端，自由端设置有向内侧弯折成L型的爪钩，矩形框的中部的横杆内侧设置有滑槽，带滚子的短杆的滚子分别在手爪上的滑槽内与手爪形成高副。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述矩形框架结的构手爪为中间弯折的浅V形结构，两侧手爪的爪钩闭合时，矩形框架结构的自由端互相平行。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述滑筒上的矩形挡片的两个外侧面与所述滑筒轴线以及所述丝杠轴线组成的平面均成45度角。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述伸缩模块包括伸缩驱动电机、伸缩驱动联轴器、伸缩驱动丝杠、伸缩驱动螺母、伸缩驱动丝杠支座、剪叉机构、滑块、滑块支座、伸缩内套筒和伸缩外套筒，其中，所述剪叉机构由若干连杆通过销钉铰接组成；所述伸缩驱动电机、伸缩驱动丝杠支座、滑块支座、伸缩外套筒、伸缩内套筒均固定安装在箱体上，伸缩驱动电机的输出轴通过平键与伸缩驱动联轴器的一端连接，伸缩驱动联轴器的另一端与所述伸缩驱动丝杠连接，伸缩驱动丝杠安装在伸缩驱动丝杠支座中，伸缩驱动螺母与伸缩驱动丝杠构成螺旋副，伸缩驱动螺母可在伸缩驱动丝杠支座中移动；所述滑块安装在滑块支座中，被伸缩驱动电机驱动做直线往复运动，剪叉机构的一端与滑块铰接，剪叉机构的另一端与伸缩驱动螺母铰接，所述伸缩外套筒和伸缩内套筒之间成间隙配合。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述牵引模块包括牵引驱动电机、牵引驱动联轴器、卷筒轴、卷筒，所述牵引驱动电机固定连接在牵引模块支架上，所述牵引模块支架固定连接在箱体侧面，所述牵引驱动电机的输出轴通过平键与联轴器的一端连接，联轴器的另一端与卷筒轴连接，卷筒轴通过轴承安装在所述牵引模块支架上，所述卷筒与所述卷筒轴固定连接。

作为本实用新型的进一步优选方案，当所述伸缩模块设置在第二夹持模块上的时候，所述牵引模块对应的设置在第一夹持模块上；当所述伸缩模块设置在第一夹持模块上的时候，所述牵引模块对应的设置在第二夹持模块上。

相对于现有技术，本实用新型的优点在于：本实用新型两个输电塔攀爬机器人配合能够实现沿输电塔塔片主材直线攀爬越障，可以根据携带设备类型对输电塔相应塔片全面进行检测维护等各项操作，四个输电塔攀爬机器人配合能够实现对输电塔四个塔片同时工作，检测维护工作安全高效，并且输电塔攀爬机器人的结构设计保证了夹持角钢的可靠性及工作的安全性， 机器人结构简单、维护方便，利用该机器人，可解决人工攀爬输电塔危险性大、单一攀爬机器人工作效率低等问题。

附图说明

图1是输电塔攀爬机器人三维示意图；

图2是本实用新型的夹持模块三维结构图，部分结构局部剖；

图3是本实用新型的伸缩模块三维结构图，部分结构局部剖；

图4是本实用新型的牵引模块三维结构图，部分结构局部剖；

图5是本实用新型的两个输电塔攀爬机器人巡检工作三维示意图；

图6是本实用新型的攀爬机器人沿输电塔主材直线运动前进及越障示意图，其中（a）至（m）分别对应运动状态的变化进程；

图7是本实用新型的攀爬机器人夹持模块可靠夹持角钢过程示意图，其中（a）至（e）分别对应运动状态的变化进程；

图8是本实用新型的四个输电塔攀爬机器人巡检工作三维示意图。

图中：1．上夹持模块，2．下夹持模块，3．伸缩模块，4．牵引模块，5．夹持驱动丝杠，6．夹持驱动丝杠套筒，7．箱体，8．夹持驱动联轴器，9．平键，10．夹持驱动电机，11．导向筒，12．滑筒，13．压块，14．手爪，15．短杆，16．夹持驱动连杆，17．夹持驱动螺母，18．滚动轴承，19．滑块支座，20．滑块，21．销钉，22．伸缩内套筒，23．伸缩外套筒，24．连杆，25．伸缩驱动丝杠支座，26．滚动轴承，27．伸缩驱动螺母，28．伸缩驱动丝杠，29．伸缩驱动联轴器，30．平键，31．伸缩驱动电机，32．牵引驱动电机，33．牵引驱动联轴器，34．平键，35．轴，36．卷筒，37．牵引模块支架，38．滚动轴承，39．攀爬机器人，40．塔片，41．主材，42．输电塔， 43．检测维护装置，44．牵引绳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型提供的一种输电塔攀爬机器人，其整体结构图如图1所示，包括上夹持模块1、下夹持模块2、伸缩模块3及牵引模块4，两夹持模块通过伸缩模块3连接，伸缩模块3的驱动机构安装在下夹持模块2箱体上，牵引模块4安装在上夹持模块1箱体两侧板上。

图2是攀爬机器人下夹持模块2的实施结构。上夹持模块1与下夹持模块2结构相同。下夹持模块2由固定在箱体7上的夹持驱动电机10，与夹持驱动电机10的输出轴通过平键9与其一端相连的夹持驱动联轴器8，所述夹持驱动联轴器8的另一端通过平键9相连的夹持驱动丝杠5，通过螺纹与夹持驱动丝杠5连接的夹持驱动螺母17，与螺母17连接的夹持驱动连杆16，与箱体7固连的导向筒11，与连杆16连接的在导向筒11中的滑筒12，与滑筒12固连的带滚子的短杆15，与箱体7铰链连接的两个手爪14组成，手爪14的形状为矩形框架结构，框架中间设有一个水平放置的连接杆，连接杆上设有一条沟槽，两侧所述短杆15的滚子各自在相应所述设置在两侧手爪14上的滑槽内与所述手爪14形成高副，其中夹持驱动丝杠5通过滚动轴承18安装在夹持驱动丝杠套筒6中，驱动丝杠套筒6用弹性挡圈固连在箱体7上，短杆15的滚子在手爪14的导槽中滚动，压块13也就是一个矩形挡片，焊接在滑筒12末端，电机10驱动丝杠5旋转，驱动螺母17做往复直线运动，再驱动压块13做往复直线运动与手爪14做往复摆动，可以形成对输电塔主材角钢的有力夹持。

图3是攀爬机器人伸缩模块3的实施结构。伸缩模块3由固定在下夹持模块2箱体上的伸缩驱动电机31，与电机31输出轴通过伸缩驱动联轴器29通过平键30连接的伸缩驱动丝杠28，通过螺纹与伸缩驱动丝杠28连接的伸缩驱动螺母27，与伸缩驱动螺母27连接的若干连杆24，与最后一个连杆连接的滑块20组成，其中若干连杆均通过销钉21连接，若干连杆24构成一个剪叉机构，伸缩驱动丝杠28通过滚动轴承26安装在伸缩驱动丝杠支座25中，伸缩驱动丝杠支座25和伸缩外套筒23固定在下夹持模块2箱体上，滑块支座19和伸缩内套筒22固定在上夹持模块1箱体上，伸缩驱动电机31驱动伸缩驱动丝杠28旋转，驱动伸缩驱动螺母27做往复直线运动，再通过剪叉机构驱动滑块20在滑块支座19中做往复直线运动，剪叉机构在力的作用下变形，驱动上夹持模块1和下夹持模块2之间的相对伸缩运动，再驱动外套筒23与内套筒22之间相对滑动，

图4是攀爬机器人牵引模块4的实施结构。牵引模块由固定在牵引模块支架37的牵引驱动电机32，牵引驱动联轴器33和与牵引驱动联轴器33相连，与牵引驱动电机32输出轴通过牵引驱动联轴器33和与牵引驱动联轴器33和平键34连接的卷筒轴35，与卷筒轴35固连的卷筒36组成，其中支架37固连在上夹持模块1的箱体上，卷筒轴35通过滚动轴承38安装在支架37上，牵引驱动电机32驱动卷筒36旋转，收放牵引绳。

在图5所示实施例中，本实用新型提供的攀爬机器人39攀附在角钢搭建的输电塔42主材41上可以自主上下攀爬，分别位于输电塔42塔片40两根主材41上的两个输电塔攀爬机器人39通过牵引绳44连接，在牵引绳44上安装有检测维护装置43。两个机器人固定在对应的主材41上时，通过牵引驱动电机32的转动，在卷筒36的作用下带动牵引绳44上的检测设备43在塔片40上平稳移动，实现对输电塔的检测维护。在机器人上下攀爬时，牵引绳44处于松弛状态，便于机器人攀爬。

本实用新型提供的攀爬机器人沿输电塔主材角钢前进越障时的动作过程如图6所示:上夹持模块1的手爪下文简称上爪和下夹持模块2的手爪下文简称下爪均处于夹紧状态，首先松开上爪，控制伸缩模块3拉伸到合适距离，以使上爪越过障碍物，控制下爪夹紧主材41角钢，然后松开下爪，再控制伸缩模块2收缩合适距离，夹紧下爪，松开上爪，控制伸缩模块3拉伸合适距离，夹紧上爪，松开下爪，再控制伸缩模块3收缩合适距离越障，使得下爪越过障碍物，从而使得整个机器人越过障碍物，再夹紧下爪，完成一个工作循环，如此周而复始，使机器人39沿主材41一步一步向上攀爬。

本实用新型提供的攀爬机器人夹持模块夹持角钢动作过程如图7所示：手爪14松开状态时，压头13和手爪14均距离主材41角钢一定距离，该距离可以保证机器人能够越过障碍物，开始夹紧主材41时，压头13向主材41逐步靠近，依靠短杆15带动手爪14从两侧向中间摆动，当两侧手爪14测面平行时，两短杆15上的滚子恰好开始进入两手爪互相平行的滑槽内，手爪14不再摆动，压头13继续向下贴近主材41，直至压紧主材41。

在图8所示的另一个实施例中，本实用新型提供的四个攀爬机器人39分别攀附在输电塔42四根主材41上，每个塔片40上的两个攀爬机器人39通过牵引绳44连接，在牵引绳44上安装有检测维护装置43，随着每个攀爬机器人39在各自主材41上的上下运动，位于四个塔片40上安装在四根牵引绳44上的四个检测维护装置43能对全塔同时开展工作。

Claims (6)

1.一种输电塔攀爬机器人，包括伸缩模块（3）和分别连接在所述伸缩模块（3）两端的、结构相对称的第一夹持模块（1）和第二夹持模块（2），任意一个夹持模块的两侧设置有牵引模块（4），所述牵引模块（4）带动伸缩模块（3）伸缩运动，进而带动第一夹持模块（1）和第二夹持模块（2）相对移动，其特征在于：所述夹持模块包括箱体（7）、夹持驱动电机（10）、夹持驱动联轴器（8）、夹持驱动丝杠（5）、夹持驱动丝杠套筒（6）、夹持驱动螺母（17）、夹持驱动连杆（16）、滑筒（12）、导向筒（11）、带滚子的短杆（15）以及手爪（14），所述夹持驱动电机（10）设置于箱体（7）内部的中轴线处，夹持驱动丝杠套筒（6）竖直穿过箱体（7）上表面的中心，所述导向筒（11）水平穿过箱体（7）侧面的中心并与箱体（7）固定连接，所述夹持驱动电机（10）的输出轴通过平键（9）与夹持驱动联轴器（8）的一端连接，夹持驱动联轴器（8）的另一端与夹持驱动丝杠（5）连接，所述夹持驱动螺母（17）与夹持驱动丝杠（5）构成螺旋副，夹持驱动螺母（17）还与所述夹持驱动连杆（16）的一端铰接，夹持驱动螺母（17）能够在夹持驱动丝杠套筒（6）中上下移动，所述夹持驱动连杆（16）的另一端与所述滑筒（12）铰接，所述滑筒（12）的轴线垂直于所述夹持驱动丝杠（5）的轴线，滑筒（12）的一端与导向筒（11）滑动连接，滑筒（12）的另一端设置有一个弯折成V字型的矩形挡片，所述手爪（14）由左右对称的两个日字型矩形框结构构成，矩形框的一端铰接在所述箱体（7）的两侧，矩形框的另一端为自由端，自由端设置有向内侧弯折成L型的爪钩，矩形框的中部的横杆内侧设置有滑槽，带滚子的短杆（15）的滚子分别在手爪（14）上的滑槽内与手爪（14）形成高副。

2.根据权利要求1所述的输电塔攀爬机器人，其特征在于：所述矩形框架结的构手爪（14）为中间弯折的浅V形结构，两侧手爪（14）的爪钩闭合时，矩形框架结构的自由端互相平行。

3.根据权利要求1所述的输电塔攀爬机器人，其特征在于，所述滑筒（12）上的矩形挡片的两个外侧面与所述滑筒（12）轴线以及所述丝杠（5）轴线组成的平面均成45度角。

4.根据权利要求3所述的输电塔攀爬机器人，其特征在于，所述伸缩模块（3）包括伸缩驱动电机（31）、伸缩驱动联轴器（29）、伸缩驱动丝杠（28）、伸缩驱动螺母（27）、伸缩驱动丝杠支座（25）、剪叉机构、滑块（20）、滑块支座（19）、伸缩内套筒（22）和伸缩外套筒（23），其中，所述剪叉机构由若干连杆（24）通过销钉（21）铰接组成；所述伸缩驱动电机（31）、伸缩驱动丝杠支座（25）、滑块支座（19）、伸缩外套筒（22）、伸缩内套筒（23）均固定安装在箱体（7）上，伸缩驱动电机（31）的输出轴通过平键（30）与伸缩驱动联轴器（29）的一端连接，伸缩驱动联轴器（29）的另一端与所述伸缩驱动丝杠（28）连接，伸缩驱动丝杠（28）安装在伸缩驱动丝杠支座（25）中，伸缩驱动螺母（27）与伸缩驱动丝杠（28）构成螺旋副，伸缩驱动螺母（27）可在伸缩驱动丝杠支座（25）中移动；所述滑块（20）安装在滑块支座（19）中，被伸缩驱动电机（31）驱动做直线往复运动，剪叉机构的一端与滑块（20）铰接，剪叉机构的另一端与伸缩驱动螺母（27）铰接，所述伸缩外套筒（23）和伸缩内套筒（22）之间成间隙配合。

5.根据权利要求4所述的输电塔攀爬机器人，其特征在于，所述牵引模块（4）包括牵引驱动电机（32）、牵引驱动联轴器（33）、卷筒轴（35）、卷筒（36），所述牵引驱动电机（32）固定连接在牵引模块支架（37）上，所述牵引模块支架（37）固定连接在箱体（7）侧面，所述牵引驱动电机（32）的输出轴通过平键（34）与联轴器（33）的一端连接，联轴器（33）的另一端与卷筒轴（35）连接，卷筒轴（35）通过轴承（38）安装在所述牵引模块支架（37）上，所述卷筒（36）与所述卷筒轴（35）固定连接。

6.根据权利要求4或5所述的输电塔攀爬机器人，其特征在于：当所述伸缩模块（3）设置在第二夹持模块（2）上的时候，所述牵引模块（4）对应的设置在第一夹持模块（1）上；当所述伸缩模块（3）设置在第一夹持模块（1）上的时候，所述牵引模块（4）对应的设置在第二夹持模块（2）上。