CN206105824U - 带电作业机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电力领域，特别涉及一种带电作业机器人，用于沿高压输电线路导线运行作业，可安全便利地实现带电作业机器人的沿线越障，包括：主体；行走机构，其包括安装到所述主体的三个相互分开的行走臂，每个所述行走臂在末端设置有滚轮，所述滚轮处于位于导线的上表面上的在线状态或处于与导线脱离的离线状态，其中至少两个所述行走臂的滚轮处于所述在线状态，所述行走臂的至少一部分能够沿上下方向伸缩以改变所述滚轮相对于导线的竖直位置，至少一个所述行走臂的可旋转部分能够旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的位置；上线机构，其包括：挂钩，和将所述挂钩连接到所述主体的挂绳；作业臂，其安装到所述主体并在末端上包括工具接口。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力领域，特别是一种带电作业机器人。
背景技术
目前，用于高压输电线路作业的带电作业机器人主要可包括控制手柄式带电作业机器人和遥控式带电作业机器人。其中，控制手柄式带电作业机器人的操作人员在高空作业室中利用操作手柄对机器人的作业臂进行控制；而遥控式带电作业机器人的操纵人员则在地面对高空中的机器人进行遥控。
目前，国内外相关的机器人设计包括：日本安川机器人公司研发出的Phase系列控制手柄式机器人，加拿大Hydro—Quebec研究院研制出的巡线机器人LineScout，美国电力研究院研制出的带电作业机器人，国网湖南带电作业中心研制的“梦想Ⅰ号”遥控式带电作业机器人，等等。
在专利文献200920166530.8中公开一种带电作业机器人行走机构，用于在500kV输电线路上行走作业，包括矩形底座、四只外吊臂和四只内吊臂，每个吊臂上端安装一个行走轮，行走轮上安装行走电机，四只外吊臂由一台电机驱动可开合，四只内吊臂由一台电机驱动可开合，八只吊臂分为两组，只有两个自由度，带电作业机器人通过外吊臂和内吊臂的交替开合实现跨越障碍，两组行走轮分别架在两条同相电线上。
专利文献200920108932.2公开一种导线可越障机器人行走装置，其采用双臂三关节轮式结构，包括本体和与本体相连接的机械臂，机械臂由关节臂、行走轮臂及压紧轮臂构成，关节臂的两端分别与本体内减速箱电机的驱动轴及行走轮臂的一端活动连接，行走轮臂的另一端活动连接一沿导线滑动的行走轮，行走轮的中部活动连接一带有压紧轮的压紧轮臂。
然而，现有的机器人设计中，越障结构复杂，而且操作不稳定，从而会影响到机器人在导线上的带电作业。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出一种带电作业机器人，用于沿高压输电线路导线运行作业，可安全便利地实现带电作业机器人的沿线越障。
根据本实用新型的实施例，提供一种带电作业机器人，用于沿高压输电线路的导线运行作业，包括：
主体；
行走机构，其包括安装到所述主体的三个相互分开的行走臂，每个所述行走臂在末端设置有滚轮，所述滚轮处于位于导线的上表面上的在线状态或处于与导线脱离的离线状态，其中至少两个所述行走臂的滚轮处于所述在线状态，所述行走臂的至少一部分能够沿上下方向伸缩以改变所述滚轮相对于导线的竖直位置，至少一个所述行走臂的可旋转部分能够旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的位置；
上线机构，其包括：挂钩，和将所述挂钩连接到所述主体的挂绳；
作业臂，其安装到所述主体并在末端上包括工具接口。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的至少一个的可旋转部分能够在水平面中旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的水平位置。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
每个所述行走臂的可旋转部分能够在水平面中旋转，以改变该行走臂的滚轮相对于所述导线的水平位置。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的至少一个的可旋转部分能够在非水平面中旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的水平位置和/或竖直位置。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的至少一个沿直线形或折线形或曲线形延伸。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的前行走臂配有前压紧轮，所述前行走臂的滚轮与所述前压紧轮对准并将导线夹紧在它们之间；
和/或
所述行走臂中的后行走臂配有后压紧轮，所述后行走臂的滚轮与所述后压紧轮对准并将导线夹紧在它们之间。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的前行走臂设置有用于抓紧导线的夹爪；
和/或
所述行走臂中的后行走臂设置有用于抓紧导线的夹爪。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂沿所述带电作业机器人的行进方向依次包括：前行走臂、中行走臂、后行走臂，其中所述前行走臂、后行走臂的滚轮是连接到驱动电机的驱动滚轮，所述中行走臂的滚轮是从动滚轮。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂的沿上下方向的伸缩运动通过伸缩运动电机驱动且所述行走臂的旋转运动通过旋转运动电机驱动；
或者
各个所述行走臂通过各自的驱动电机被相互独立地驱动。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述三个行走臂的可旋转部分分别处于所述导线的不同侧。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述作业臂具有沿三个相互正交的方向运动的三个运动自由度。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述作业臂被可动地安装到所述主体，并且能够沿平行于所述带电作业机器人的行进方向的方向移动。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述上线机构包括：固定到所述主体的绞盘结构、和与所述绞盘结构相连接的定位结构，与所述挂钩连接的所述挂绳穿过所述定位结构后绕在所述绞盘结构上。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述定位结构包括：在所述挂钩下方的锥座，所述锥座具有与所述挂钩的下端的锥体对准且形状匹配的锥孔并具有中心孔，所述挂绳延伸穿过所述中心孔。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述定位结构包括：处于所述锥座下的支撑叉，所述锥座被支撑在所述支撑叉中且能够相对于所述支撑叉而转动。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述绞盘结构包括：安装在主动轮座上的驱动绞轮，和安装在从动轮座上的两个从动绞轮，所述主动轮座和所述从动轮座在边缘处相互铰接，所述挂绳穿过所述定位结构后依次绕过一个所述从动绞轮、所述主动绞轮、另一所述从动绞轮而沿“8”字形延伸。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述上线机构包括：上线电机，和连接到所述上线电机的传动系统。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述主体上安装有小齿轮；
所述定位结构上固定安装有与所述小齿轮啮合的大齿轮。
通过本实用新型各实施例提供的带电作业机器人，用于沿高压输电线路导线运行作业，可安全便利地实现带电作业机器人的沿线越障。
附图说明
图1为根据本实用新型的实施例的带电作业机器人的结构示意图。
图2a－2i显示出根据本实用新型实施例的带电作业机器人利用具有三个行走臂的行走机构实现越障操作的示意图。
图3是根据本实用新型的实施例的带电作业机器人的上线机构的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例并参照附图对本实用新型进一步详细说明。
有鉴于此，本实用新型提出一种带电作业机器人，用于沿高压输电线路导线运行作业，可安全便利地实现带电作业机器人的沿线越障。
根据本实用新型的实施例，提供一种带电作业机器人，用于沿高压输电线路的导线运行作业，包括：
主体；
行走机构，其包括安装到所述主体的三个相互分开的行走臂，每个所述行走臂在末端设置有滚轮，所述滚轮处于位于导线的上表面上的在线状态或处于与导线脱离的离线状态，其中至少两个所述行走臂的滚轮处于所述在线状态，所述行走臂的至少一部分能够沿上下方向伸缩以改变所述滚轮相对于导线的竖直位置，至少一个所述行走臂的可旋转部分能够旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的位置(例如水平位置或竖直位置)；
上线机构，其包括：挂钩，和将所述挂钩连接到所述主体的挂绳；
作业臂，其安装到所述主体并在末端上包括工具接口。
这样，所述带电作业机器人(可简称为机器人)能够通过上线机构安装到高压输电线路导线上，并通过行走机构在导线上运行，且可通过作业臂(例如通过经由工具接口安装其上的工具)进行操作(如线路检修等操作)。其中，所述行走机构可具有越障功能，其能够越过在高压输电线路导线上的各种沿线布置的诸如防震锤、绝缘子、间隔棒之类的各种部件(即，所述的障碍物)，以实现沿导线的顺利运行作业。
具体而言，行走机构可具有三个行走臂(例如沿行进方向依次分布的前、中、后行走臂)，每个行走臂可通过其末端的滚轮在导线上运行/行走。
当机器人在导线上正常行走/运行时，至少两个所述行走臂(例如前行走臂和后行走臂)的滚轮处于所述在线状态，以将机器人保持悬挂在导线上。当然，在机器人正常行走/运行时，也可以更多行走臂(例如所有三个行走臂)的滚轮处于在线状态。
在优选实施例中，当机器人在导线上正常行走/运行时，机器人通过前、后行走臂的滚轮保持悬挂在导线上。这是因为，导线是柔性体且在自身重力作用下会有一定的垂度，因而若三个行走臂的滚轮在导线上同时行走可能会会产生相互干扰而影响机器人运行的稳定性和安全性。
当遇到行进前方障碍物时，行走臂可通过其相对于导线的运动(例如，旋转运动或平移运动)使其末端的部分(其带有滚轮)从导线上脱离(即，处于所述离线状态)以避开安装在导线上的障碍物，并可在越过(或绕过)障碍物后重新回到导线上(即，回到所述在线状态)以继续在导线上运行。在行走臂离线以越过(或绕过)障碍物的过程中，未离线的(即，在线的)行走臂仍保持支撑在导线上，以确保所述带电作业机器人整体仍连接(例如悬挂)在导线上。
由此，三个行走臂可轮流越过(或绕过)导线上的障碍物，当最后一个行走臂越过(或绕过)障碍物后回到导线上时，即完成所述带电作业机器人的整体越障操作。
由此可见，通过所述带电作业机器人，在沿高压输电线路导线运行作业时，可利用所述行走机构安全便利地实现带电作业机器人的沿线越障。
虽然在以上实施例中通过包括三个行走臂的行走机构为例描述所述带电作业机器人的操作(特别是越障操作)，不过，应理解，根据需要，所述行走机构可具有更多的行走臂以实现其特定目的(例如提高运行稳定性)，这也在本实用新型的保护范围内。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的至少一个的可旋转部分能够在水平面中旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的水平位置。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，每个所述行走臂的可旋转部分能够在水平面中旋转，以改变该行走臂的滚轮相对于所述导线的水平位置。
在一个实施例中，三个所述行走臂均仅能够在水平面中旋转(即，不能沿其它方向旋转)。
例如，在一个实施例中，行走机构的三个行走臂(例如前、中、后行走臂)中的每个均具有两个自由度，即，每个行走臂既可以上下移动(例如，沿上下方向线性的升降运动)，也可以通过可旋转部分在水平面中旋转(例如基于行进方向或导线延伸方向)而向左或向右旋转，由此可离开导线以避开(越过或绕过)导线上的障碍物而实现越障操作。
在一个实施例中，对于所述行走臂的每个自由度(对应于升降运动或者旋转运动)，可由一个电机单独地驱动。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的至少一个的可旋转部分能够在非水平面中旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的水平位置和/或竖直位置。
为了能够使行走臂(特别是其末端的滚轮)从导线上脱离以避开导线上的障碍物，行走臂根据需要可采取各种可行的设计，而不必局限于仅在水平面中旋转运动。例如，在一个实施例中，行走臂的可旋转部分可在非水平面(例如竖直面或倾斜面)中旋转，即，相对于带电作业机器人的行进方向或导线延伸方向的左侧或右侧向下翻转以使行走臂的末端部分(其带有滚轮)或在线部分从导线上脱离(即，处于所述离线状态)以避开安装在导线上的障碍物，并可在越过(或绕过)障碍物之后重新回到导线上(即，回到所述在线状态)以继续在导线上运行。由此，三个行走臂可轮流越过(或绕过)导线上的障碍物，当最后一个行走臂越过(或绕过)障碍物后回到导线上时，即完成所述带电作业机器人的整体越障操作。
应理解，三个行走臂的结构可以相同或相似，也可以彼此不同。例如，在一个实施例中，三个行走臂中一个行走臂(例如中行走臂)的可旋转部分可在非水平面(例如竖直面或倾斜面)中旋转，即，相对于带电作业机器人的行进方向或导线延伸方向的左侧或右侧向下翻转以使中行走臂的末端部分(其带有滚轮)或在线部分从导线上脱离(即，处于所述离线状态)以避开安装在导线上的障碍物，并可在越过(或绕过)障碍物之后重新回到导线上(即，回到所述在线状态)以继续在导线上运行；而另外两个行走臂(例如前、后行走臂)的可旋转部分可在水平面中旋转，即，相对于带电作业机器人行进方向或导线延伸方向而向左或向右旋转以使中行走臂的末端部分(其带有滚轮)或在线部分从导线上脱离(即，处于所述离线状态)以避开安装在导线上的障碍物，并可在越过(或绕过)障碍物之后重新回到导线上(即，回到所述在线状态)以继续在导线上运行。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的至少一个沿直线形或者折线形或者曲线形延伸。
在一个实施例中，所述行走机构的三个行走臂中，后行走臂和中行走臂可具有直线形或折线形的结构。
在一个优选实施例中，所述行走机构的三个行走臂中，前行走臂可具有折线形或曲线形的结构，例如具有曲臂结构，以利于增大越障距离。
在一个实施例中，折线形的行走臂可包括三个节段，相邻两个节段可以彼此垂直。在较佳实施例中，相邻两个节段可通过旋转关节相连接，以利于在越障操作中实现旋转运动。
在一个实施例中，越障距离最大可为400mm。
所述行走机构的三个行走臂之间的距离可根据需要而设置，且优选地可采用可调式的行走臂结构以适度调整相邻行走臂之间的距离。
在一个实施例中，中行走臂与后行走臂之间的距离可大于中行走臂与前行走臂之间的距离。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的前行走臂配有前压紧轮，所述前行走臂的滚轮与所述前压紧轮对准并将导线夹紧在它们之间。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的后行走臂配有后压紧轮，所述后行走臂的滚轮与所述后压紧轮对准并将导线夹紧在它们之间。
在带电作业机器人在导线上运行/行走时，所述的上压紧轮和下压紧轮可起到限位和保护作用，例如在所述机器人爬坡时特别有利，可提高所述机器人运行的安全性和稳定性。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的前行走臂设置有用于抓紧导线的夹爪。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂中的后行走臂设置有用于抓紧导线的夹爪。
在带电作业机器人在导线上运行/行走时，所述的夹爪可起到限位和保护作用。
在一个实施例中，中行走臂也可设置有用于抓紧导线的夹爪。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂沿所述带电作业机器人的行进方向依次包括：前行走臂、中行走臂、后行走臂，其中所述前行走臂、后行走臂的滚轮是连接到驱动电机的驱动滚轮，所述中行走臂的滚轮是从动滚轮。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述行走臂的沿上下方向的伸缩运动通过伸缩运动电机驱动且所述行走臂的旋转运动通过旋转运动电机驱动。
在一个实施例中，三个所述行走臂的伸缩运动可利用单个伸缩运动电机驱动；而在其它实施例中，所述三个行走臂的伸缩运动可分别利用三个伸缩运动电机相应驱动。
在一个实施例中，三个所述行走臂的旋转运动可利用单个旋转运动电机驱动；而在其它实施例中，所述三个行走臂的旋转运动可分别利用三个旋转运动电机相应驱动。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
各个所述行走臂通过各自的驱动电机被相互独立地驱动。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述三个行走臂的可旋转部分分别处于所述导线的不同侧。
也就是说，在这三个行走臂的可旋转部分中，其中两个处于导线的一侧，而另外一个处于导线的另一侧。这样，能够实现机器人整体的良好配重状态，以确保运行稳定安全。
所述带电作业机器人能完成作业任务的数量与本身的重量限制之间存在矛盾，为解决这个矛盾，可使机器人减重、结构紧凑化，其中所述作业臂可采用模块化设计。针对机器人需要完成的多种作业任务，可设计或提供不同的作业工具，并根据作业任务的需要将相应的工具安装在作业臂末端的工具接口处。作业臂末端的工具接口可具有特定设计，例如可搭载一个开有燕尾槽的滑块，以便于不同工具的安装。
在一个实施例中，所述机器人例如能够完成带电更换绝缘子、更换防震锤、紧固耐张线夹三种作业任务，因此相应地可提供三套对应的作业工具。每种作业工具可具有相应的接口(例如可设置在作业工具底部)，由此与作业臂末端的工具接口相连，例如与作业臂的纵向移动的滑块通过燕尾槽相连。这样的设计便于安装和拆卸。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述作业臂具有沿三个相互正交的方向运动(例如沿这三个相互正交的方向平动)的三个运动自由度。
这样，在三个方向上的协同运动能够使通过工具接口所连接的作业工具到达适合的作业空间或位置进行作业，满足了作业工具对作业位置的要求。
在一个实施例中，可替代地或者额外地，所述作业臂可具有其它的运动自由度，例如旋转自由度。
在一个优选实施例中，所述作业臂在三个方向上的移动精度例如可为0.1mm，以满足作业精度要求。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述作业臂被可动地安装到所述主体，并且能够沿平行于所述带电作业机器人的行进方向的方向移动。
这样，在带电作业机器人的行进和作业过程中、特别是在其越障过程中，作业臂可以根据需要移动到适合位置，以实现机器人整体的配重平衡，从而确保机器人在导线上的稳定性和安全性。
图1为根据本实用新型的实施例的带电作业机器人的结构示意图。
在图1所示的实施例中可见一种带电作业机器人，用于沿高压输电线路的导线运行作业，包括：
主体；
行走机构，其包括安装到所述主体的三个相互分开的行走臂(在图1中从右向左依次为前行走臂400、中行走臂500、后行走臂600，每个所述行走臂在末端设置有滚轮404、505、606，所述滚轮处于位于导线900的上表面上的在线状态或处于与导线900脱离的离线状态，其中至少两个所述行走臂的滚轮处于所述在线状态，所述行走臂的至少一部分能够沿上下方向伸缩以改变所述滚轮相对于导线的竖直位置，至少一个所述行走臂的可旋转部分能够旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的位置；
上线机构(图1未示出)，其包括：挂钩，和将所述挂钩连接到所述主体的挂绳；
作业臂700、800，其安装到所述主体并在末端上包括工具接口(在图1所示实施例中，作业臂700、800通过各自的工具接口分别安装相应的工具707、808以进行诸如检修之类的操作)。
在图1所示实施例中，前行走臂400设置有前压紧轮410，后行走臂600设置有后压紧轮610。
在图1所示实施例中，前行走臂400通过其移动关节420实现上下伸缩运动并通过其旋转关节(或转动关节)430实现至少一部分(例如其可旋转部分)的旋转，由此使其末端的滚轮404实现所需的运动(例如升降或旋转运动)，例如运动到导线900上就位(处于在线状态)或者从导线900脱离(处于离线状态)，从而实现所述带电作业机器人的相应操作，例如上线操作和越障操作。类似地，后行走臂600和/或中行走臂500也可具有类似的移动关节和旋转关节，在此不再赘述。
在图1的实施例中可见，行走臂(例如前行走臂400或后行走臂600)可采取折线形设计，在图1中显示为具有C形的折线形状(其中行走臂包括依次成角度弯折的三段，相邻的段之间例如可相互垂直)，其中例如可包括沿水平方向延伸的两个段和在它们之间的沿竖直方向延伸的一个段。
图2a－2i显示出根据本实用新型实施例的带电作业机器人利用具有三个行走臂的行走机构实现越障操作的示意图。
如图2a－2i的实施例中所示，在导线上安装有障碍物909(例如绝缘子)，行走机构可通过其前行走臂400、中行走臂500、后行走臂600(在图2a－2i中分别布置在右、中、左位置)如下操作实现越障：
前行走臂在障碍物(在图2a中处于前行走臂右方)前停下(在设置有前压紧轮的情况下可松开前压紧轮)，其滚轮上升(应理解，滚轮可自行上升，也可通过前行走臂的诸如伸缩关节之类的伸缩部分的伸缩运动而实现上升)而从导线上脱离，即，处于离线状态，如图2a所示；
前行走臂的可旋转部分(例如带滚轮的末端部分)利用旋转关节向导线的侧方旋转，以避开或绕开导线上的障碍物，前行走臂的可旋转部分在旋转后到达图2b所示位置；
机器人前进(在图中向右行进)，前行走臂从障碍物的侧方经过(绕过)而不会被障碍物阻挡；在越过障碍物之后，前行走臂可反向运动(例如必要的旋转和升降运动等)按原路返回到原工作位置，即，前行走臂的滚轮回到导线上而重新处于在线状态，以支撑在导线上，如图2c所示；
中行走臂在障碍物(在图2d中处于中行走臂右方)前停下(在设置有中压紧轮的情况下可松开中压紧轮)，其滚轮上升(应理解，滚轮可自行上升，也可通过中行走臂的诸如伸缩关节之类的伸缩部分的伸缩运动而实现上升)，而从导线上脱离，即，处于离线状态，如图2d所示；
中行走臂的滚轮下降至导线下方，例如正下方或斜下方(在滚轮从导线上方下降至导线下方的过程中，如果需要，滚轮可进行少许的旋转以避免被导线阻挡)，到达如图2e所示位置，以避开安装在导线上方的图示障碍物(虽然图2e的实施例中显示出中行走臂的滚轮下降至导线下方以避开障碍物，不过，在其它实施例中，例如当障碍物的一部分处于导线下方而可能对行走臂造成阻碍的情况下，中行走臂也可按照与前述的前行走臂相似的方式避让障碍物，即，中行走臂的可旋转部分(例如，带滚轮的末端部分)利用旋转关节旋转到导线的侧方，以避开或绕开导线上的障碍物)；
机器人前进(在图中向右行进)，中行走臂从障碍物的下方经过(绕过)而不会被障碍物阻挡；在越过障碍物之后，中行走臂可反向运动(例如必要的旋转和升降运动等)按原路返回到原工作位置，即，中行走臂的滚轮回到导线上而重新处于在线状态，以支撑在导线上，如图2f所示；
后行走臂在障碍物(在图2a中处于后行走臂右方)前停下(在设置有后压紧轮或夹爪的情况下可以松开其后压紧轮或夹爪)，其滚轮上升(应理解，滚轮可自行上升，也可通过后行走臂的诸如伸缩关节之类的伸缩部分的伸缩运动而实现上升)而从导线上脱离，即，处于离线状态，如图2g所示；
后行走臂的滚轮下降至导线下方，例如正下方或斜下方(在滚轮从导线上方下降至导线下方的过程中，如果需要，滚轮可进行少许的旋转以避免被导线阻挡)，到达如图2h所示位置，以避开安装在导线上方的图示障碍物(虽然图2h的实施例中显示出后行走臂的滚轮下降至导线下方以避开障碍物，不过，在其它实施例中，例如当障碍物的一部分处于导线下方而可能对行走臂造成阻碍的情况下，后行走臂也可按照与前述的前行走臂相似的方式避让障碍物，即，后行走臂的可旋转部分(例如，带滚轮的末端部分)利用旋转关节旋转到导线的侧方，以避开或绕开导线上的障碍物)；
机器人前进(在图中向右行进)，后行走臂从障碍物的下方经过(绕过)而不会被障碍物阻挡；在越过障碍物之后，后行走臂可反向运动(例如必要的旋转和升降运动等)按原路返回到原工作位置，即，后行走臂的滚轮回到导线上而重新处于在线状态，以支撑在导线上，如图2i所示；
由此，通过使行走机构的前、中、后行走臂依次运动绕过导线上的障碍物，机器人从障碍物的左方移动到障碍物的右方，从而完成越障。
在一个优选实施例中，在前行走臂和中行走臂依次越过/绕过障碍物并且重新挂在导线(即，处于在线状态)之后，可以使所述工作臂从机器人后部位置移动到机器人前部位置，然后再进行后行走臂越过/绕过障碍物的操作。通过工作臂的这种可移动性，使得机器人的整体重心前移并落在前行走臂与中行走臂之间，以实现更好的整体配重，从而确保机器人运行和作业的稳定性和安全性。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述上线机构包括：固定到所述主体的绞盘结构、和与所述绞盘结构相连接的定位结构，与所述挂钩连接的所述挂绳穿过所述定位结构后绕在所述绞盘结构上。
这样，挂钩可预先悬挂在导线上(例如可通过无人机悬挂挂钩)并向下连接到挂绳，通过绞盘结构的转动将挂绳收紧，由此使机器人沿着与悬挂在导线上的挂钩相连的挂绳向上提升，并通过定位结构确保机器人保持适合的上线姿态；在利用行走机构的至少两个行走臂的末端的滚轮在导线上就位(即，处于在线状态)之后，可实现将机器人悬挂到导线上(利用行走臂的滚轮支撑悬挂在导线上)；然后，可控制所述定位结构运动以带动挂钩从导线上脱离，由此完成机器人的上线操作。
在一个实施例中，所述挂绳较佳地可由绝缘耐磨材料制成。
在一个实施例中，较佳地，所述上线机构可包括升降调速器，通过控制动力输出而控制机器人上线(上升)或下线(下降)的速度，以确保机器人的升降运动安全。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述定位结构包括：在所述挂钩下方的锥座，所述锥座具有与所述挂钩的下端的锥体对准且形状匹配的锥孔并具有中心孔，所述挂绳延伸穿过所述中心孔。
这样，当机器人上升到适合位置时，锥座上升使得上方的锥体对准插入到锥座锥孔中以实现准确对准，锥座锥孔中的内表面与锥体的外表面(即，锥面，例如圆锥面或棱锥面)相匹配并相互抵靠贴合到一起实现准确定位。由此，锥座锥孔与锥体之间通过相邻表面的紧密结合而形成为一体结构以利于操作而安装到导线上。特别是在机器人的上线操作过程中，挂钩、锥体、锥座锥孔、支撑叉从上向下依次对准，连接到挂钩的挂绳向下穿过锥座锥孔和支撑叉中心孔，使锥体、锥座锥孔、支撑叉中心孔和挂绳可以同轴，从而保证机器人上线对准的准确性，增大了机器人上下线的灵活度和适应性。
在一个实施例中，所述锥体是独立部件，并与挂钩连接或固定在一起。例如，在较佳实施例中，所述锥体和挂钩可通过螺纹相互连接固定到一起。
在其它实施例中，根据需要，所述锥体也可与挂钩集成为单一件。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述定位结构包括：处于所述锥座下的支撑叉，所述锥座被支撑在所述支撑叉中且能够相对于所述支撑叉而转动(例如，在一个实施例中，锥座可在底部与支撑叉铰接)。
这样，当机器人通过行走机构的行走臂的滚轮在导线上悬挂就位之后，可控制锥座继续上升带动与其抵靠的锥体向上运动以使悬挂在导线上的挂钩所连接的挂绳松开，当挂绳被充分松弛后，挂钩被上顶到导线上方，此时可控制锥座相对于其下方支撑叉向下翻转，带动挂钩向外摆动而从导线脱离，由此完成机器人上线操作。
在一个实施例中，所述锥座与支撑叉相互铰接，在需要时(例如在行走臂已经在导线上就位而需要使挂钩与导线脱离时)，可使锥座相对于其下方的支撑叉向下翻转以带动上方的挂钩翻转而与导线脱离。在此情况下，例如在较佳实施例中，可仅允许锥座在需要时(例如收到控制指令时)相对于支撑叉向下翻转(如在竖直面内向下翻转)，而禁止锥座相对于支撑叉在水平面内转动。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述绞盘结构包括：安装在主动轮座上的驱动绞轮，和安装在从动轮座上的两个从动绞轮，所述主动轮座和所述从动轮座在边缘处相互铰接，所述挂绳穿过所述定位结构后依次绕过一个所述从动绞轮、所述主动绞轮、另一所述从动绞轮而沿“8”字形延伸。
通过这种8字形方式将挂绳缠绕在绞轮(例如，驱动绞轮和从动绞轮)上能够使挂绳与绞轮缠绕得更紧，以增强挂绳与绞轮之间的摩擦力。在需要提升机器人以进行上线操作时，可控制电机(例如蜗轮蜗杆电机)驱动绞盘结构转动并带动驱动绞轮转动，转动的绞轮可通过摩擦力为机器人提供向上运动的动力。根据需要，驱动绞轮和从动绞轮可具有相同的或者不同的尺寸(直径)。
在优选实施例中，绞盘结构可包括单个驱动绞轮和两个并列布置的从动绞轮(即，两个从动绞轮共轴)。更优选地，单个驱动绞轮和两个从动绞轮的轴线可彼此平行。
在优选实施例中，挂绳依次绕过第一个从动绞轮、单个驱动绞轮、第二个从动绞轮，以在驱动绞轮与从动绞轮之间形成8字形缠绕。
在一个实施例中，挂绳依次绕过第一个从动绞轮、单个驱动绞轮、第二个从动绞轮之后可以连接固定到地面或其它固定不动的基体上。
在一个实施例中，在带电作业机器人的升降过程中，当挂绳(例如绝缘绳)受到驱动负载时，驱动轮座可通过在驱动轮座与从动轮座边缘处的铰接结构(例如铰链)朝向与其铰接的从动轮座转动(即，驱动轮座与从动轮座之间的夹角减小)，由此使驱动绞轮朝向从动绞轮靠近并可在驱动绞轮与从动绞轮之间将绝缘绳夹紧以实现自锁。当绝缘绳不受负载时，驱动轮座可反向运动在重力作用回落以松开绝缘绳，并最终回到原来位置。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述上线机构包括：上线电机，和连接到所述上线电机的传动系统(例如齿轮传动系统)。
考虑到在风和自身重量影响下，空中的机器人可能产生摆动或围绕挂绳转动，因而上线机构与机器人主体(例如其机架部分)可通过一对齿轮啮合传递扭矩来调整机器人相对于导线的位置，以利于后续的操作，例如使行走机构的行走臂的滚轮运动到导线上就位。
优选地，在本实用新型的任意实施例中，
所述主体上安装有小齿轮；
所述定位结构上固定安装有与所述小齿轮啮合的大齿轮。
这样，在上线操作过程中，上线机构的定位结构可基本保持固定不动，因而当小齿轮被驱动而转动时，与大齿轮啮合的小齿轮将围绕大齿轮公转，从而带动机器人主体(例如机架及箱体)相应转动以调整机器人的整体位姿(例如机器人相对于导线的位置和姿态)，以利于后续操作，例如使行走机构的行走臂的滚轮运动到导线上就位。
在一个实施例中，在机器人的所述主体(例如机架)上安装有小齿轮，而上线机构的支撑叉上固定安装有与所述小齿轮啮合的大齿轮。当所述锥座的锥孔与其上方的锥体完全贴合之后，上线机构的挂钩－锥体－锥座(包括锥孔)－支撑叉－大齿轮形成为一体结构(即，各部件之间没有相对运动)，在此情况下，可驱动小齿轮转动，由于上述的一体结构固定不动，因而与大齿轮啮合的小齿轮将围绕大齿轮公转(即，围绕固定安装有大齿轮的支撑叉转动)，从而带动机器人的主体(例如机架及箱体)相应转动以调整机器人的整体位姿(例如机器人相对于导线的位置和姿态)，以利于后续操作，例如使行走机构的行走臂的滚轮运动到导线上就位。
图3是根据本实用新型的实施例的带电作业机器人的上线机构的结构示意图。
在图3的实施例中可见，所述上线机构包括挂钩310，还包括：固定到所述主体的绞盘结构360、和与所述绞盘结构相连接的定位结构，与所述挂钩连接的所述挂绳399穿过所述定位结构后绕在所述绞盘结构360上。
所述定位结构可包括：在所述挂钩310下方的锥座330，所述锥座330具有与所述挂钩310的下端的锥体320对准且形状匹配的锥孔333并具有中心孔，所述挂绳399延伸穿过所述中心孔。
所述定位结构可包括：处于所述锥座330下的支撑叉340，所述锥座330被支撑在所述支撑叉340中且能够相对于所述支撑叉340而转动。
在一个实施例中，所述上线机构包括如下各个部件，各个部件协同操作以实现带电作业机器人的上线：
第一步，利用无人机将挂钩悬挂到导线上(在此情况下，挂钩与锥体在空中，而机器人的其余部分尚在地面)。其中，挂绳(例如绝缘绳)连接挂钩下端，在此后的机器人沿绝缘绳向上攀爬的过程中，挂钩与绝缘绳承载整个机器人的重量载荷，因此挂钩在重量载荷的作用下固定在导线上。
第二步，将机器人脱离地面支撑，连接到挂钩下端挂绳(例如绝缘绳)受载后，上线电机(例如蜗轮蜗杆电机)启动，使驱动绞轮转动，驱动轮座绕着铰链朝向从动轮座一侧转动，驱动轮座底部及蜗轮蜗杆电机与箱体脱离接触向上翘起(即驱动轮座底面与箱体底面不再重合，而成一定角度)，驱动绞轮与从动绞轮在它们之间夹紧绝缘绳，上线电机使驱动绞轮转动收紧绝缘绳的同时也通过绝缘绳带动从动绞轮转动(此时绝缘绳类似一个皮带)，驱动绞轮收紧绝缘绳使驱动绞轮沿着绝缘绳向上攀爬。由于驱动轮座与从动轮座在边缘处铰接，而且从动轮底与主体箱体固连且主体箱体与主体机架相连，所以驱动绞轮的攀爬带动整个机器人的上升。其中，两个从动绞轮可以同轴并安装在同一个从动轮座上，绝缘绳从一个从动绞轮进入之后进入驱动绞轮缠绕一圈然后进入另一个从动绞轮后穿出直达地面。
第三步，机器人逐渐上升，锥座与锥体逐渐接近。
第四步，机器人上升到一定高度后，上方锥体开始进入锥座锥孔(锥座锥孔也是锥面)，机器人继续上升直至锥孔上端面与锥体下端面重合，此时，锥座锥孔与锥体完全贴合。绞盘产生向上的动力使锥座锥孔死死顶住锥体，锥座与锥体紧密接触，使两者之间摩擦力很大，很难相对转动。这种情况下，导线、挂钩、锥体、锥座、与锥座铰接的支撑叉、固连在支撑叉上的大齿轮结合为一体，并且基本上固定不动。此时，主体的机架(安有小齿轮)可相对于支撑叉(固定安装有与小齿轮保持啮合的大齿轮)转动，因此主体的机架及箱体部分均可相对于支撑叉转动(其中，例如可由小齿轮提供转动的动力)。
第五步，主体机架上的电机驱动小齿轮转动，小齿轮将绕大齿轮公转，因而与小齿轮固连的主体机架将绕大齿轮以及支撑叉公转。由此与主体机架固连所有部件(包括承载支撑叉的轴承座)均在空中绕着支撑叉转动(其中转动关节是支撑叉与轴承座的相对转动)，通过这种方式使机器人可以在水平面内绕自身转动，根据需要调整机器人行走机构在水平面上相对导线的位置姿态。
第六步，调整机器人到正确位置后停止运动，正确位置例如是指：主体箱体前端面与导线平行。
第七步，前、后行走臂上升一定高度后，旋转使各自的滚轮对准导线；然后前、后行走臂下降，使滚轮与导线上表面接触，悬挂在导线上就位承受机器人重量载荷。
第八步，以前、后行走臂为支撑，使前、后行走臂回缩使机器人上升，锥座锥孔随之上升将挂钩顶出脱离导线。
第九步，摆动电机驱动锥座摆动，从而带动挂钩向外摆动而脱离导线，由此完成上线。
本实用新型的各实施例提供的带电作业机器人可在110kV～220kV的单导线和水平双分裂导线线路上应用，不仅能够自主上下线并完成多种作业任务，而且能顺利越过/绕过导线上的防震锤、绝缘子、线夹等障碍。
本实用新型的各实施例提供的带电作业机器人不仅能够自主上下线，可完成多种作业任务，而且采用三行走臂结构解决了越障过程中由于单臂悬挂造成的重心不稳问题，提高了越障行走过程中的平稳性和可靠性。
此外，本实用新型的各实施例提供的带电作业机器人还可具有以下至少一个特征：三个行走臂每个可以仅有两个自由度，上线机构可以有两个自由度，作业臂可以有三个自由度，各个机构之间可相互独立，由于自由度少，因而结构精简、控制简单。
本实用新型的各实施例提供的带电作业机器人可具有以下中的至少一个优点：
1)采用三行走臂结构，解决了越障过程中由于单臂悬挂造成的重心不稳问题，提高了越障行走过程中的平稳性和可靠性。
2)三个行走臂每个可以仅有两个自由度，上线机构有两个自由度，作业机械臂有三个自由度。每个机构可以相互独立，自由度少，结构精简，控制简单。
3)具有自主上线机构，不需要另外的升降机辅助上线，节约成本，自动化程度更高。
综上所述，通过本实用新型的各实施例提供的带电作业机器人，用于沿高压输电线路导线运行作业，可安全便利地实现带电作业机器人的沿线越障。
在本文中对多个元件的描述中，以“和/或”相连的多个并列特征，是指包含这些并列特征中的一个或多个(或一种或多种)。例如，“第一元件和/或第二元件”的含义是：第一元件和第二元件中的一个或多个，即，仅第一元件、或仅第二元件、或第一元件和第二元件(二者同时存在)。
本实用新型中提供的各个实施例均可根据需要而相互组合，例如任意两个、三个或更多个实施例中的特征相互组合以构成本实用新型的新的实施例，这也在本实用新型的保护范围内，除非另行说明或者在技术上构成矛盾而无法实施。
本实用新型所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为针对本实用新型的具体实施例而已，但不会限制本实用新型的范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何改进、变化、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种带电作业机器人，用于沿高压输电线路的导线运行作业，其特征在于，包括：
主体；
行走机构，其包括安装到所述主体的三个相互分开的行走臂，每个所述行走臂在末端设置有滚轮，所述滚轮处于位于导线的上表面上的在线状态或处于与导线脱离的离线状态，其中至少两个所述行走臂的滚轮处于所述在线状态，所述行走臂的至少一部分能够沿上下方向伸缩以改变所述滚轮相对于导线的竖直位置，至少一个所述行走臂的可旋转部分能够旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的位置；
上线机构，其包括：挂钩，和将所述挂钩连接到所述主体的挂绳；
作业臂，其安装到所述主体并在末端上包括工具接口。
2.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述行走臂中的至少一个的可旋转部分能够在水平面中旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的水平位置。
3.根据权利要求2所述的带电作业机器人，其特征在于，
每个所述行走臂的可旋转部分能够在水平面中旋转，以改变该行走臂的滚轮相对于所述导线的水平位置。
4.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述行走臂中的至少一个的可旋转部分能够在非水平面中旋转以改变所述滚轮相对于所述导线的水平位置和/或竖直位置。
5.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述行走臂中的至少一个沿直线形或折线形或曲线形延伸。
6.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述行走臂中的前行走臂配有前压紧轮，所述前行走臂的滚轮与所述前压紧轮对准并将导线夹紧在它们之间；
和/或
所述行走臂中的后行走臂配有后压紧轮，所述后行走臂的滚轮与所述后压紧轮对准并将导线夹紧在它们之间。
7.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述行走臂中的前行走臂设置有用于抓紧导线的夹爪；
和/或
所述行走臂中的后行走臂设置有用于抓紧导线的夹爪。
8.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述行走臂沿所述带电作业机器人的行进方向依次包括：前行走臂、中行走臂、后行走臂，其中所述前行走臂、后行走臂的滚轮是连接到驱动电机的驱动滚轮，所述中行走臂的滚轮是从动滚轮。
9.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述行走臂的沿上下方向的伸缩运动通过伸缩运动电机驱动且所述行走臂的旋转运动通过旋转运动电机驱动；
或者
各个所述行走臂通过各自的驱动电机被相互独立地驱动。
10.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述三个行走臂的可旋转部分分别处于所述导线的不同侧。
11.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述作业臂具有沿三个相互正交的方向运动的三个运动自由度。
12.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述作业臂被可动地安装到所述主体，并且能够沿平行于所述带电作业机器人的行进方向的方向移动。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述上线机构包括：固定到所述主体的绞盘结构、和与所述绞盘结构相连接的定位结构，与所述挂钩连接的所述挂绳穿过所述定位结构后绕在所述绞盘结构上。
14.根据权利要求13所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述定位结构包括：在所述挂钩下方的锥座，所述锥座具有与所述挂钩的下端的锥体对准且形状匹配的锥孔并具有中心孔，所述挂绳延伸穿过所述中心孔。
15.根据权利要求14所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述定位结构包括：处于所述锥座下的支撑叉，所述锥座被支撑在所述支撑叉中且能够相对于所述支撑叉而转动。
16.根据权利要求13所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述绞盘结构包括：安装在主动轮座上的驱动绞轮，和安装在从动轮座上的两个从动绞轮，所述主动轮座和所述从动轮座在边缘处相互铰接，所述挂绳穿过所述定位结构后依次绕过一个所述从动绞轮、所述主动绞轮、另一所述从动绞轮而沿“8”字形延伸。
17.根据权利要求13所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述上线机构包括：上线电机，和连接到所述上线电机的传动系统。
18.根据权利要求13所述的带电作业机器人，其特征在于，
所述主体上安装有小齿轮；
所述定位结构上固定安装有与所述小齿轮啮合的大齿轮。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 410100 No. 8 Lixiangzhong Road, Changsha Economic Development Zone, Hunan Province Co-patentee after: STATE GRID HUNAN ELECTRIC POWER Co.,Ltd. Patentee after: THE LIVE WORKING CENTER OF HUNAN ELECTRIC POWER Corp. Co-patentee after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Co-patentee after: HUNAN PEACE PROSPERITY ELECTRIC Ltd. Address before: 410100 No. 8 Lixiangzhong Road, Changsha Economic Development Zone, Hunan Province Co-patentee before: STATE GRID HUNAN ELECTRIC POWER Co. Patentee before: THE LIVE WORKING CENTER OF HUNAN ELECTRIC POWER Corp. Co-patentee before: State Grid Corporation of China Co-patentee before: HUNAN PEACE PROSPERITY ELECTRIC Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20190320 Address after: 410004 Xiangchaoyuan Experimental Building, 339 Xinshaodong Road, Tianxin District, Changsha City, Hunan Province Co-patentee after: STATE GRID HUNAN ELECTRIC POWER Co.,Ltd. Patentee after: STATE GRID HUNAN ELECTRIC POWER COMPANY LIMITED, MAINTENANCE Co. Co-patentee after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Address before: 410100 No. 8 Lixiangzhong Road, Changsha Economic Development Zone, Hunan Province Co-patentee before: STATE GRID HUNAN ELECTRIC POWER Co.,Ltd. Patentee before: THE LIVE WORKING CENTER OF HUNAN ELECTRIC POWER Corp. Co-patentee before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Co-patentee before: HUNAN PEACE PROSPERITY ELECTRIC Ltd. |