CN207053051U - 一种用于带电作业机器上线的挂线无人机 - Google Patents

Abstract

一种用于带电作业机器上线的挂线无人机，包括挂线无人机，所述挂线无人机包括无人机本体和抛线装置，所述无人机本体下方安装有抛线装置，所述抛线装置包括抛线箱，所述抛线箱箱门朝下，所述抛线箱箱门通过抛线电机控制开启，本实用新型利用无人机和抛线装置相结合实现了绝缘牵引绳挂上高压输电线的动作，大大保证了带电作业机器上线的安全性，提高了带电作业机器人上线效率与实用化水平。

Description

一种用于带电作业机器上线的挂线无人机

技术领域

本实用新型涉及架空输电线路带电作业机器人，具体涉及一种用于带电作业机器上线的挂线无人机。

背景技术

高压输电线一般指电压在220KV或以上的线路，对高压输电线路的维护和检修受到各种情况的限制，采用人工检修的方式劳动强度大、工作效率低、安全风险较高，开展输电线路机器人检修能提高作业效率，降低作业风险，故高压输电线路机器人应运而生。

在以往实践中，上述类型的机器人通常通过人工和牵引绳牵拉来上升到高压输电线上，然后由作业人员调整机器人姿态并将机械臂吊挂至高压输电线上。然而在吊挂过程中需要在水平面内旋转作业机器人，将机器人机械臂与高压输电线错开，使其可以上升至高压输电线上方而不会受到高压输电线妨碍，从而方便机器人行走轮的挂线与加紧机构的夹持。但是现有技术中通常是操作者在机器人下方通过拉绳来使带电作业机器人旋转，然而这通常需要5～7个人的人力来执行该操作，并且人工操作的稳定性差，通常会浪费时间和人力，这制约了机器人的规模化应用。因此，亟需进行机器人实用化技术研究，研发能够自主上下线的机器人运载装置，提高机器人作业效率，降低劳动强度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的不足而提供一种实现了绝缘牵引绳挂上高压输电线的动作，大大保证了带电作业机器上线的安全性，提高了带电作业机器人上线效率与实用化水平，降低劳动强度的用于带电作业机器上线的挂线无人机。

为了解决上述技术问题，一种用于带电作业机器上线的挂线无人机，包括挂线无人机，所述挂线无人机包括无人机本体和抛线装置，所述无人机本体下方安装有抛线装置，所述抛线装置包括抛线箱，所述抛线箱箱门朝下，所述抛线箱箱门通过抛线电机控制开启。

进一步，所述抛线装置包括抛线电机、曲柄、软连接件和滑杆，所述抛线箱包括一级抛线箱及二级抛线箱，所述无人机本体上安装有曲柄、抛线电机、一级抛线箱和二级抛线箱，所述抛线电机通过联轴器与曲柄的一端连接，所述曲柄的另一端通过软连接件与滑杆相连，所述一级抛线箱和二级抛线箱并排连接底部设有开口形成呈倒E字型结构，所述一级抛线箱和二级抛线箱的底部设有贯穿开口端的、且与滑杆大小相匹配的通孔，所述滑杆安装在所述通孔内作为一级抛线箱和二级抛线箱的箱门，所述滑杆可在所述通孔内自由滑动。

优选地，所述软连接件为软绳。

本装置在使用时将沙包固定在绝缘牵引绳的中部，将沙包设置在挂线无人机的一级抛线箱内，作为本装置的一种实施方式，还可在沙包上安装降落伞，然后将控制降落伞打开的降落伞牵拉绳设置在二级抛线箱中，挂线无人机携带沙包、绝缘牵引绳及降落伞沿无人机飞行路径垂直向上飞行，飞到高于高压输电线的位置后，水平飞行越过高压输电线，然后打开一级抛线箱，绝缘牵引绳及降落伞在沙包的重力作用下自然下落，由于降落伞牵拉绳固定在二级抛线箱中，在低于高压输电线的合适位置，降落伞牵拉绳将绷紧并打开降落伞，这时打开二级抛线箱，放下降落伞牵拉绳，使绝缘牵引绳平稳落地。从而利用挂线无人机的一级抛线箱，方便携带沙包并在越过高压输电线后抛下绝缘牵引绳，保证绝缘牵引绳能快速的越过高压输电线，通过降落伞保证绝缘牵引绳落地的平稳，通过二级抛线箱保证降落伞在安全位置开启，防止降落伞缠绕在高压输电线上。

综上所述，本实用新型利用无人机和抛线装置相结合实现了绝缘牵引绳挂上高压输电线的动作，大大保证了带电作业机器上线的安全性，提高了带电作业机器人上线效率与实用化水平。

附图说明

图1为机器人运载平台的主视图。

图2为机器人运载平台的俯视图。

图3为机器人运载平台的左视图。

图4为机器人运载平台的原理图。

图5为无人机挂线过程示意图。

图6为跟斗滑车挂线过程示意图。

图7(a)为跟斗滑车悬吊装置与绝缘绳推送装置的动作示意图。

图7(b)为跟斗滑车悬吊装置与绝缘绳推送装置的动作示意图。

图7(c)为跟斗滑车悬吊装置与绝缘绳推送装置的动作示意图。

图7(d)为跟斗滑车悬吊装置与绝缘绳推送装置的动作示意图。

图8(a)为带电作业机器人与机器人运载平台分离过程示意图。

图8(b)为带电作业机器人与机器人运载平台分离过程示意图。

图8(c)为带电作业机器人与机器人运载平台分离过程示意图。

图8(d)为带电作业机器人与机器人运载平台分离过程示意图。

图8(e)为带电作业机器人与机器人运载平台分离过程示意图。

图9挂线无人机的结构示意图。

图10跟斗滑车的结构示意图。

图11车载式作业平台的结构示意图。

附图中，1-带电作业机器人，101-无人机本体，102-抛线电机，103-曲柄，104-软连接件，105-滑杆，106-一级抛线箱，107-二级抛线箱，108-跟斗滑车本体，109-移动滑轮，110-挡板，111-起重滑轮，112-复位弹簧，113-控制吊环，201-运载平台主体，202-机器人固定平台，203-侧伸平台，204-等电位抓手，205-跟斗滑车悬吊装置，206-绝缘绳推送装置，207-平衡控制装置，208-X轴向移动装置，209-Y轴向移动装置，210-固定平台旋转装置，211-机械臂旋转装置，212-机械臂，213-机械抓手开合装置，214-侧伸平台伸缩装置，215-悬吊装置横移装置，216-悬吊装置旋转装置，217-推送横移装置，301-机器人锁紧装置，302-蜗轮蜗杆机构，303-旋转电机，304-丝杠螺母传动机构，305-绝缘绳推杆，306-L形悬吊杆，307-滑块，308-扭转弹簧，309-悬吊直杆，310-齿轮齿条机构，311-上平衡导向轮，312-平衡杆，313-下平衡导向轮，314-导向板，315-主吊臂，316-主吊环，317-导向吊环，401-运输车，402-控制室，403-作业箱体，404-作业平台，405-运载平台支撑架，406-水平调整机构，407-齿轮传动机构，408-旋转电机，409-收纳绞盘，410-起重绞盘，411-控制绞盘，412-第一摄像头，413-第二摄像头，501-挂线无人机，502-沙包，505-无人机飞行路径，506-降落伞，507-降落伞牵拉绳，601-跟斗滑车，602-高压输电线，603-绝缘牵引绳，604-绝缘起重绳。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

如图1至10所示，包括具有抛线装置的挂线无人机、具有自锁功能的跟斗滑车、机器人运载平台和车载式作业平台。

如图9所示，挂线无人机在无人机本体101上安装了抛线装置，抛线装置包括抛线电机102、曲柄103、软连接件104、滑杆105、一级抛线箱106及二级抛线箱107。无人机本体101上安装有抛线电机102、一级抛线箱106和二级抛线箱107，抛线电机102通过联轴器与曲柄103的一端连接，曲柄103的另一端通过软连接件104(如拉绳)与滑杆105相连，所述软连接件104避免滑杆105在滑动过程中卡死，一级抛线箱106和二级抛线箱107并排连接底部设有开口形成呈倒E字型结构，一级抛线箱106和二级抛线箱107的底部设有贯穿开口端的、且与滑杆105大小相匹配的通孔，所述滑杆105安装在所述通孔内，设置在一级抛线箱106和二级抛线箱107的开口下方作为一级抛线箱106和二级抛线箱107的箱门，所述滑杆105可在所述通孔内自由滑动。抛线电机102通过联轴器与曲柄103带动滑杆105运动可依次打开一级抛线箱106及二级抛线箱107的箱门，从而顺序抛下绝缘牵引绳603。

如图10所示，跟斗滑车包括跟斗滑车本体108、移动滑轮109、挡板110、起重滑轮111、复位弹簧112及控制吊环113。移动滑轮109安装在跟斗滑车本体108挂钩内部，移动滑轮109可绕自身中心轴回转，使跟斗滑车可在高压输电线602上灵活移动，挡板110的一端铰接在跟斗滑车本体108底部，可绕跟斗滑车本体108底部支点转动，挡板110转动到右侧极限位置后将跟斗滑车挂钩闭锁，复位弹簧112为拉伸弹簧，复位弹簧112一端连接跟斗滑车本体108、另一端连接在挡板110底部，从而使挡板110旋转保持右侧极限位置，保证跟斗滑车挂线的可靠性，所述跟斗滑车本体108上还安装有定滑轮机构，控制吊环113通过钢丝软绳与挡板110连接，钢丝软绳安装在定滑轮机构上，通过拉扯控制吊环113带动挡板110逆时针旋转解除闭锁，起重滑轮111通过滑轮支架安装在跟斗滑车本体108的最底端，滑轮支架与跟斗滑车本体108底部间隙配合，保证滑轮支架可绕中心轴360°旋转。

如图1至4所示，机器人运载平台需能搭载带电作业机器人1上线并能与其分离和对接，机器人运载平台包括运载平台主体201、机器人固定平台202、侧伸平台203、等电位抓手204、跟斗滑车悬吊装置205、绝缘绳推送装置206、平衡控制装置207及机器人锁紧装置301。

运载平台主体201是运载平台各零部件的承载机构，机器人固定平台202底部的蜗轮蜗杆机构302与旋转电机303连接构成固定平台旋转装置210，使机器人固定平台202可绕中心轴相对运载平台主体201缓慢转动，便于带电作业机器人1挂线；

机器人锁紧装置301通过丝杠螺母机构与机器人固定平台202连接，电机与丝杠螺母机构连接构成X轴向移动装置208、Y轴向移动装置209，使机器人锁紧装置301的X轴向定位杆和Y轴向定位杆可沿X轴向和Y轴向移动，一方面在上下线过程中将带电作业机器人1限位在机器人固定平台202上，另一方面通过X轴向定位杆和Y轴向定位杆可以推动底部具有万向轮的带电作业机器人1在机器人固定平台202上自由移动，确保机器人重心处于平台中心位置，提高上线过程中的稳定性。

侧伸平台203通过丝杠螺母传动机构304与运载平台主体201连接，丝杠螺母传动机构304与电机构成侧伸平台伸缩装置214，使侧伸平台203可沿运载平台主体201内部导轨向两侧相反方向同步伸出或缩回，缩回可减小运载平台的整体尺寸，外伸便于机器人与运载平台分离或对接；

等电位抓手204主要保证运载平台、带电作业机器人1与高压输电线602电位相同，避免机器人及平台由于电场电位差引起电子元件损坏，同时其也是运载平台与高压输电线的连接支点。等电位抓手204包括机械臂旋转装置211、机械臂212、机械抓手开合装置213，机械臂212通过机械臂旋转装置211安装在运载平台主体201上，机械臂旋转装置211由电机通过蜗轮蜗杆机构带动，实现等电位抓手204的收纳、机械臂212为可伸缩的机械臂，机械臂的伸缩机构由电机通过丝杠螺母机构构成，所示机械抓手开合装置213通过电机带动丝杠螺母机构上的螺母上下移动从而推动连杆机构运动实现抓手的开合及对高压输电线的夹持与放松；

所述跟斗滑车悬吊装置205包括L形悬吊杆306、滑块307、扭转弹簧308、悬吊直杆309和齿轮齿条机构310，所述L形悬吊杆306和悬吊直杆309均与高压输电线垂直布设且高压输电线置于L形悬吊杆306和悬吊直杆309正上方，所述L形悬吊杆306包括引导杆和与引导杆设有90度夹角的驱动杆，所述引导杆的顶端设有限位绝缘牵引绳的导向吊环317，所述驱动杆通过扭转弹簧308与悬吊直杆309连接形成一整体，所述扭转弹簧308使得驱动杆与悬吊直杆309在无外力作用下设有90度夹角，且所述引导杆与悬吊直杆309平行，所述驱动杆和悬吊直杆309上设有滑块，所述侧伸平台203上安装有滑轨，所述滑块通过齿轮齿条机构310驱动在滑轨内滑动；

绝缘绳推送装置206包括绝缘绳推杆305，所述绝缘绳推杆305通过丝杠螺母机构与电机连接，电机旋转带动丝杠螺母机构转动使绝缘绳推杆305沿推送横移装置217移动。跟斗滑车悬吊装置205、绝缘绳推送装置206的主要作用是当机器人进出平台时悬吊跟斗滑车并将其推送到一侧，便于机器人进出运载平台；

平衡控制装置207包括上平衡导向轮311、平衡杆312及下平衡导向轮313，平衡控制装置207安装在侧伸平台203两侧中心处，运载平台上线时绝缘起重绳604穿过上平衡导向轮311及下平衡导向轮313，配合绞盘调整并保持运载平台的空中姿态平衡。

如图11所示，车载式作业平台主要作用为运输运载平台与机器人本体到达公路的上线点，并搭载包含机器人控制系统、运载平台控制系统、作业平台控制系统等3大控制系统的集成控制室。车载作业平台主要包括运输车401、控制室402、作业箱体403、作业平台404与运载平台支撑架405，同时搭载了控制运载平台上下线的收纳绞盘409、起重绞盘410及控制绞盘411，第一摄像头412和第二摄像头413主要用于在控制时辅助观察与定位。

车载作业平台均搭载在运输车401上，控制室402与作业箱体403成整体结构，人从车的侧面进入控制室402操作，控制室402靠近运载平台一侧采用玻璃、便于观察，作业箱体403底部通过水平调整机构406与运输车401连接，水平调整机构406为均匀分布于作业箱体403底部四个角落竖直方向上的顶升机构，当机器人上线点在陡坡上、运输车401与水平面有一定倾角时调整水平调整机构406的顶升机构，使其上的作业平台404保持在水平面内的平衡；作业平台404底部通过齿轮传动机构407与作业箱体403连接，当运输车401上与高压输电线间夹角较大、无法大致平行时，启动旋转电机408转动，带动齿轮传动机构407与作业平台404旋转，调整其与高压输电线的相对位置，直至两者基本平行；作业平台404内部中心处安装了运载平台支撑架405，用于支撑机器人运载平台，两侧分别安装了2个收纳绞盘、1个起重绞盘及1个控制绞盘，用于运载平台的起吊上线与空中姿态控制。

具体施工方法如下：

1.无人机与跟斗滑车挂线，

如图5所示，将沙包502固定在绝缘牵引绳603的中部，降落伞506固定在沙包502上，将沙包502设置在挂线无人机501的一级抛线箱106内，将控制降落伞506打开的降落伞牵拉绳507设置在二级抛线箱107中，挂线无人机501携带沙包502、绝缘牵引绳603及降落伞506沿无人机飞行路径505垂直向上飞行，飞到高压输电线602上方后，改变飞行路径水平飞行。从高压输电线A-B窗口飞至B-C窗口后，打开一级抛线箱106，绝缘牵引绳603及降落伞506在沙包502的重力作用下自然下落。由于降落伞牵拉绳507另一端固定在二级抛线箱107中，在低于高压输电线的合适位置，降落伞牵拉绳507将绷紧并打开降落伞506，这时打开二级抛线箱107，放下降落伞牵拉绳507，使绝缘牵引绳603自然平稳落地，如图5中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ所示，完成无人机挂线作业。

2、跟斗滑车挂线，

如图6所示，挂线无人机501挂好的绝缘牵引绳603一端连接跟斗滑车601，在收纳绞盘409作用下牵引跟斗滑车601上升至高压输电线处，跟斗滑车601另一端控制吊环113同样通过绝缘牵引绳603与另一个收纳绞盘409连接，跟斗滑车601两侧绝缘牵引绳603在收纳绞盘409作用下绷紧，再次收紧绝缘牵引绳603，高压输电线602将作用于跟斗滑车挡板110并使其打开，这时高压输电线602将滑入跟斗滑车601挂钩中。放松绝缘牵引绳603，滑车复位弹簧112作用使挡板110复位，最终将跟斗滑车601挂至高压输电线602上并锁紧。

3、车载式作业平台与输电线路定位调整、运载平台挂线，

运输车401行驶至距作业点最近的高压输电线与公路交汇点，观察摄像头412/413传输画面并使其尽可能接近高压输电线正下方，启动作业箱体403底部四个角落的水平调整机构406，作业箱体403向一侧倾斜时将对应侧的水平调整机构406上升顶起作业箱体403，直至其上的作业平台404重新与水平面平行；操作旋转电机408带动齿轮传动机构407与其上的作业平台404旋转，直至作业平台404与高压输电线基本平行，从而完成车载式作业平台与输电线路的定位与调整；

下一步完成前述的无人机与跟斗滑车挂线，跟斗滑车挂线后启动起重绞盘410与控制绞盘411，绞盘旋转收紧穿过跟斗滑车起重滑轮111的绝缘起重绳604，从而使运载平台起吊上升，在半空时启动运载平台主体201内的控制电机，带动丝杠螺母传动机构304的螺母向外运动使整个侧伸平台203向两侧伸出，起重绞盘410继续动作牵引运载平台继续上升，当等电位抓手204到达高压输电线位置时收紧等电位抓手204的机械抓手开合装置213，使其可靠夹持住高压输电线，完成运载平台的挂线作业。整个挂线过程中起重绞盘410与控制绞盘411配合使绝缘起重绳604绷紧，由于绝缘起重绳604穿过运载平台的上平衡导向轮311及下平衡导向轮313，因此可减少运载平台挂线过程中的晃动，保持运载平台的空中姿态平衡。

4、机器人上线、与运载平台自主分离和对接作业

如图8(a)-图8(e)所示，

运载平台挂线后，起重绞盘410继续动作、等电位抓手204的机械臂伸缩装置212收缩带动运载平台继续向上运动，直至机器人行走轮高于高压输电线上平面。启动机器人固定平台202底部的旋转电机303，通过蜗轮蜗杆机构302带动机器人固定平台202顺时针方向旋转90°，使机器人行走轮平行于高压输电线，之后放松起重绞盘410与等电位抓手204的机械臂伸缩装置212，使运载平台下行直至行走轮挂在高压输电线上，完成机器人的上线作业。

2)机器人与运载平台自主分离和对接(图9)

机器人上线后还需驶离运载平台到达指定检修作业点，检修作业完成后驶回运载平台并由运载平台搭载完成下线作业。由于检修机器人不同于巡检机器人，作业时间较短，在机器人进行检修作业时运载平台应停驻在高压输电线上等待，因此运载平台还需能与机器人自主分离和对接。

其流程如图9所示，机器人上线后，启动机器人固定平台202内部的控制电机，控制X轴向移动装置208与Y轴向移动装置209向外侧运动，使运载平台的机器人锁紧装置301松开机器人。远离机器人检修作业点一侧的等电位抓手204的机械臂伸缩装置212向下伸长，配合起重绞盘410使运载平台向下运动，同时靠近检修作业点一侧的等电位抓手204的机械臂旋转装置211旋转使机械臂向侧方倾倒，机器人行驶至绝缘绳推送装置206与等电位抓手204之间。之后靠近检修作业点一侧的等电位抓手204的机械臂旋转装置211旋转复位、机械臂伸缩装置212向上伸长、机械抓手开合装置213收紧并夹持高压输电线，使运载平台与高压输电线重新拥有4个连接点。

如图7(a)-图7(d)所示，接下来启动跟斗滑车悬吊装置205的控制电机，通过齿轮齿条机构310带动L形悬吊杆306向左运动，悬吊直杆309在导向板314的作用下平缓滑入侧伸平台203两侧的底部导轨中，控制电机带动齿轮齿条机构310继续向左运动，直至L形悬吊杆306与悬吊直杆309间的扭转弹簧308滑出导轨，此时L形悬吊杆306将在扭转弹簧308的弹簧力作用下绕悬吊装置旋转装置216顺时针旋转90°，并与悬吊直杆309垂直。启动跟斗滑车控制吊环113连接的收纳绞盘，挡板110将在绝缘牵引绳603的作用下顺时针旋转打开，跟斗滑车与高压输电线脱离。由于跟斗滑车一端连接的绝缘牵引绳603穿过L形悬吊杆306，因此其将在跟斗滑车悬吊装置205的作用下悬吊于高压输电线的右侧，此时启动绝缘绳推送装置206的控制电机，带动绝缘绳推杆305向右运动并将绝缘起重绳604推向右侧，为机器人驶离运载平台留下充足的空间(图10)。

最后启动机器人，使其从跟斗滑车悬吊装置205下方行驶出运载平台并驶向检修作业点。机器人下线动作与上述流程相反。

以上装置构型与上线方法使机器人顺序驶离运载平台时运载平台始终与高压输电线最少有三个固定接触点，增强了平台在空中的稳定性。整套上下线装置由车辆运输到作业点，上下线过程由相应电机和绞盘控制，避免人工携带运输与上线过程中的安全风险，极大降低了劳动强度。

最后需要指出的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于带电作业机器上线的挂线无人机，包括挂线无人机，其特征在于：所述挂线无人机包括无人机本体和抛线装置，所述无人机本体下方安装有抛线装置，所述抛线装置包括抛线箱，所述抛线箱箱门朝下，所述抛线箱箱门通过抛线电机(102)控制开启。

2.根据权利要求1所述的用于带电作业机器上线的挂线无人机，其特征在于：所述抛线装置包括抛线电机(102)、曲柄(103)、软连接件(104)和滑杆(105)，所述抛线箱包括一级抛线箱(106)及二级抛线箱(107)，所述无人机本体(101)上安装有曲柄(103)、抛线电机(102)、一级抛线箱(106)和二级抛线箱(107)，所述抛线电机(102)通过联轴器与曲柄(103)的一端连接，所述曲柄(103)的另一端通过软连接件(104)与滑杆(105)相连，所述一级抛线箱(106)和二级抛线箱(107)并排连接底部设有开口形成呈倒E字型结构，所述一级抛线箱(106)和二级抛线箱(107)的底部设有贯穿开口端的、且与滑杆(105)大小相匹配的通孔，所述滑杆(105)安装在所述通孔内作为一级抛线箱(106)和二级抛线箱(107)的箱门，所述滑杆(105)可在所述通孔内自由滑动。

3.根据权利要求2所述的用于带电作业机器上线的挂线无人机，其特征在于：所述软连接件(104)为软绳。