CN208906500U - 可移动式越障带电作业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力技术领域，具体提供一种可移动式越障带电作业机器人。本实用新型旨在解决现有带电作业机器人在特殊工作场地无法正常移动的现象。本实用新型的可移动式越障带电作业机器人包括越障主体和机械臂控制系统，其中越障主体设置有辅助行走机构，越障带电作业机器人能够借助于辅助行走机构行走至目标位置；机械臂控制系统包括控制单元和两个机械臂，控制单元用于在越障带电作业机器人处于目标位置的情形下控制两个机械臂对待操作的电力线进行作业。这样的设置使得带电作业机器人在特殊环境中也能够正常移动和工作，扩大了带电作业机器人的工作场景范围，提高了带电作业机器人的适用性和通用性，保证了操作人员的安全。

Description

可移动式越障带电作业机器人

技术领域

本实用新型属于电力技术领域，具体提供一种可移动式越障带电作业机器人。

背景技术

人工带电操作需要操作人员在高压、强电磁场等极端危险环境下进行接线、解线等手工操作，劳动强度大，精神高度紧张。不仅给带电作业人员带来人身危险，而且完成作业效率低下。

虽然国内多个单位已经研发多种类型带电作业机器人，但工作模式仍然需要操作人员在机械臂带电作业线路周边，操作人员仍然存在安全问题和潜在的操作风险。

并且由于带电作业机器人的体积大、重量大，在特殊环境下，如沙地、山区等，将带电作业机器人带至待作业区域也很不方便。而且在带电作业机器人对电力线进行巡检的过程中，这种特殊的工作环境也可能会阻碍机器人行动，使带电作业机器人无法对电力线进行正常巡检。

相应地，本领域需要一种可移动式越障带电作业机器人来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有带电作业机器人在特殊工作场地无法正常移动的现象，本实用新型提供了一种可移动式越障带电作业机器人，所述越障带电作业机器人包括越障主体和设置于所述越障主体上的机械臂控制系统，其中，所述越障主体设置有辅助行走机构，所述越障带电作业机器人能够借助于所述辅助行走机构行走至目标位置；其中，机械臂控制系统包括控制单元和两个机械臂，所述控制单元用于在所述越障带电作业机器人处于所述目标位置的情形下控制两个机械臂对待操作的电力线进行作业。

在上述越障带电作业机器人的优选技术方案中，所述越障主体包括作业平台，所述辅助行走机构为设置于所述作业平台的履带行走构件，所述履带行走构件包括分别设置于所述作业平台两侧的两个行走轮组，每个所述行走轮组匹配设置有行走履带。

在上述越障带电作业机器人的优选技术方案中，所述履带行走构件包括越障支臂，所述越障支臂设置于所述行走履带的前部内侧，以便使所述行走履带的前部抬离地面。

在上述越障带电作业机器人的优选技术方案中，所述机械臂控制系统包括设置于所述作业平台上的信息采集单元，所述信息采集单元设置于两个机械臂之间，用于确定与所述待操作的电力线对应的作业场景的位置信息；所述控制单元用于根据所述位置信息确定所述机械臂的操作轨迹和/或在所述操作轨迹内的运动参数。

在上述越障带电作业机器人的优选技术方案中，所述信息采集单元包括：三目摄像机，其用于获取所述作业场景中与所述待操作的电力线相关联的目标的图像数据；二维激光雷达，其以可转动的方式设置于所述三目摄像机上方，所述二维激光雷达用于测量并标定所述目标的距离信息；所述控制单元用于根据所述图像数据与所述距离信息确定所述机械臂的操作轨迹。

在上述越障带电作业机器人的优选技术方案中，所述二维激光雷达能够在水平面内转动且转动范围为朝向所述越障带电作业机器人的前方的180度内；并且/或者两个所述机械臂的结构相同。

在上述越障带电作业机器人的优选技术方案中，所述机械臂包括肩关节、大臂、肘关节、小臂和腕关节组，其中，所述大臂的一端通过所述肩关节以可活动的方式设置于所述机器人平台上，所述小臂的一端通过所述肘关节以可活动的方式与所述大臂的另一端连接，所述腕关节以可活动的方式与所述小臂的另一端连接。

在上述越障带电作业机器人的优选技术方案中，所述腕关节组包括腕俯仰关节、腕摇摆关节和腕旋转关节，其中，所述腕俯仰关节与所述小臂的端部连接，所述腕摇摆关节与所述腕俯仰关节连接，所述腕旋转关节与所述腕摇摆关节连接。

在上述越障带电作业机器人的优选技术方案中，所述机械臂的各关节均设置有正交旋转编码器和驱动电机，其中，所述正交旋转编码器用于采集各个关节的角度数据，所述驱动电机用于控制各关节的运动。

在上述越障带电作业机器人的优选技术方案中，所述越障带电作业机器人包括供电机构，所述供电机构包括能够向所述越障带电作业机器人供电的蓄电池以及能够向所述蓄电池补电的太阳能电池板。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的技术方案中，越障带电作业机器人包括越障主体和设置于越障主体上的机械臂控制系统，其中越障主体设置有辅助行走机构，越障带电作业机器人能够借助于辅助行走机构行走至目标位置；其中，机械臂控制系统包括控制单元和两个机械臂，控制单元用于在越障带电作业机器人处于目标位置的情形下控制两个机械臂对待操作的电力线进行作业。通过这样的设置，不仅能够实现带电作业机器人的带电作业功能和行走功能，而且使得带电作业机器人在特殊环境中也能够正常移动和工作。如在沙地或者山丘等工作场地，带电作业机器人仍然可以正常自由行动，满足带电作业机器人在特殊环境下的巡检需求，扩大了带电作业机器人的工作场景范围，提高了带电作业机器人的适用性和通用性，保证了操作人员的安全。

附图说明

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1是本实用新型一种实施例的越障带电作业机器人的结构示意图；

图2是本实用新型一种实施例的越障带电作业机器人的越障主体的结构示意图；

图3是本实用新型一种实施例的越障带电作业机器人的机械臂控制系统的结构示意图；

图4是本实用新型一种实施例的越障带电作业机器人的机械臂的结构示意图。

附图标记列表：

1、越障主体；11、辅助行走机构；111、越障支臂；112、行走轮组；113、行走履带；12、作业平台；2、机械臂控制系统；21、机械臂；211、肩关节；212、大臂；213、肘关节；214、小臂；215、腕关节组；2151、腕俯仰关节；2152、腕摇摆关节；2153、腕旋转关节；3、供电机构；4、信息采集单元；41、三目摄像机；42、二维激光雷达。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，本节实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非用于限制本实用新型的保护范围。例如，虽然附图中的各部件之间是按一定比例关系绘制的，但是这种比例关系并非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，调整后的技术方案仍将落入本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，图1是本实用新型一种实施例的越障带电作业机器人的结构示意图。参照图1，越障带电作业机器人包括越障主体1和设置于越障主体1上的机械臂控制系统2，其中越障主体1设置有辅助行走机构11，越障带电作业机器人能够借助于辅助行走机构11行走至目标位置；机械臂控制系统2包括控制单元和两个机械臂21，控制单元用于在越障带电作业机器人处于目标位置的情形下控制两个机械臂21对待操作的电力线进行作业。

通过这样的设置，不仅能够实现带电作业机器人的带电作业功能和行走功能，而且使得带电作业机器人在特殊环境中也能够正常移动和工作。如在沙地或者山丘等工作场地，带电作业机器人仍然可以正常自由行动，满足带电作业机器人在特殊环境下的巡检需求，提高了带电作业机器人的适用性和通用性，同时保证了操作人员的安全。

如图2所示，图2是本实用新型一种实施例的越障带电作业机器人的越障主体的结构示意图。参照图1和图2，越障主体1包括作业平台12，辅助行走机构11为设置于作业平台12的履带行走构件。履带行走构件包括越障支臂111和分别设置于作业平台12两侧的两个行走轮组112，每个行走轮组112匹配设置有行走履带113，越障支臂111设置在行走履带113的前端部内侧。越障支臂111包括旋转轴和围绕旋转轴设置的四个支撑臂，四个支撑臂可以绕旋转轴旋转运动。越障支臂111将行走履带113的下表面抬离地面，使行走履带113与地面形成一定的夹角。支撑臂与行走履带113接触，在行走履带113运动的过程中，四个支撑臂随着行走履带113的运行绕旋转轴旋转运动。

通过设置履带构件，增大了越障带电作业机器人的辅助行走机构11与作业场地的地面的接触面积和摩擦力，使得带电作业机器人的移动能力更强。通过设置越障支臂111以及将越障支臂111设置于履带行走构件的前部内侧，在带电作业机器人的前段部遇到障碍时，越障支臂111可以使抬离地面的行走履带113的事先接触障碍物，并支撑越障主体1翻越障碍物，扩大了带电作业机器人的适用场景，提高了带电作业机器人的使用体验。

可以理解的是，虽然上述实施例中所述的辅助行走机构11包括履带行走构件，但这并不是对辅助行走机构11的限制。如，辅助行走机构11还可以为具有较大接地面积和抓地力的轮胎构件。本领域技术人员可以根据实际情况和需要合理的设置辅助行走机构11。

继续参照图2，越障主体1设置有供电机构3。供电机构3包括太阳能电池板和蓄电池，太阳能电池板设置于越障主体1的作业平台12上，用于接收光照并为蓄电池提供电能；蓄电池设置于越障主体1内，用于存储电能并向越障带电作业机器人提供电能。通过设置供电机构3，延长了带电作业机器人的工作时长，提高了带电作业机器人的可持续续航能力，为带电作业机器人的带电作业带来了便利。

如图3所示，图3是本实用新型一种实施例的越障带电作业机器人的机械臂控制系统的结构示意图。参照图1和图3，机械臂控制系统2包括设置于作业平台12上的信息采集单元4。信息采集单元4设置于两个机械臂21之间，用于确定与待操作的电力线对应的作业场景的位置信息；控制单元用于根据位置信息确定机械臂21的空间操作轨迹和在操作轨迹内的运动参数。

通过根据与待操作的电力线对应的作业场景的位置信息确定机械臂21的空间操作轨迹和运动参数，可以使机械臂21有效避开环境中的障碍，按照规划的轨迹靠近待作业区域。还可以使机械臂21靠近电力线时的运动参数变小，如使机械臂21缓慢接近电力线实现对电力线的柔性接触，避免了操作员由于各种原因进行误操作时，机械臂21碰撞障碍物或者打断电力线的现象，使得带电作业机器人的操作安全性大大增加，同时还保护了电力系统安全。

优选地，信息采集单元4包括三目摄像机41和二维激光雷达42，二维激光雷达42以可转动的方式设置于三目摄像机41上方。二维激光雷达42能够在水平面内朝向越障带电作业机器人的前方的180度范围内进行转动。三目摄像机41用于获取作业场景中与待操作的电力线相关联的目标的图像数据。二维激光雷达42用于测量并标定目标的距离信息。控制单元用于根据图像数据和距离信息确定机械臂21的空间操作轨迹。作业场景中与待操作的电力线相关联的目标可以是天空背景、电线杆塔、机械臂、电线、单个元器件和机械臂末端的操作工具等。

作为一种示例，首先选择三目摄像机41的中间及一侧的摄像头，从两个视点同时观察同一作业场景获取的目标图像。通过三角测量原理，计算目标图像的像素间的视差来解算目标特征点在测量坐标系下的三维坐标，根据目标上对应特征点在测量坐标系下的空间坐标以及物体坐标系下的空间坐标，求解目标的位置姿态参数；其次选择中间及另一侧的摄像头，重复上述过程，计算目标上对应特征点在测量空间坐标系的下空间坐标以及物体坐标系下的空间坐标，对前面测量的位置姿态参数进行修正。

通过二维激光雷达42对目标特征点进行准确点云测量，获取目标的位置姿态参数，将物理世界中物体的距离信息，与三维重建场景中的三维模型之间对应起来，对三目摄像机41测量的位置姿态参数进一步修正；将融合修正后的距离信息，进行空间坐标变换，转换成作业场景中各物体之间位置关系。工控机根据获取的位置关系规划机械臂21的空间操作轨迹。

可以理解的是，还可以设置上位机，将三维模型显示在上位机的显示屏上，在作业场景中各目标之前的位置关系在三维模型上显示之后，操作人员根据三维模型上显示的位置关系规划机械臂21的空间操作轨迹并发送控制指令至工控机，使工控机控制机械臂21按照操作规划轨迹运作。

三目摄像机41与普通摄像机、双目摄像机相比，可以更准确的获取工作场景的图像信息。利用二维激光雷达42，对环境目标进行测量，精度可以达到0.1毫米，对机械臂21与作业对象之间、两个机械臂21之间、作业对象与作业环境之间的相对位置给出精确测量。因此，通过这样的设置，可以获取操作人员肉眼直接作业时都无法获取的高精度位置和距离信息，使得操作精度更高，可以防止碰撞发生，提高了作业安全性。

如图4所示，图4是本实用新型一种实施例的越障带电作业机器人的机械臂的结构示意图。参照图4，机械臂21包括肩关节211、大臂212、肘关节213、小臂214和腕关节组215。其中肩关节211安装在作业平台12上，大臂212的一端通过肩关节211以可活动的方式与作业平台12连接，大臂212的另一端设置有肘关节213，小臂214的一端通过肘关节213以可活动的方式与大臂212连接，腕关节以可活动的方式设置在小臂214的另一端。

通过仿照人类的手臂来设计两个机械臂21，使得机械臂21具有六个自由度，提高了机械臂21的灵活程度，有利于实现机械臂21对电力线的柔性操作，而且可以有效避开环境中的障碍模仿人的两个手的作业顺序完成带电作业，如对电力线进行接线、解线等操作。

继续参照图4，优选地，腕关节组215包括腕俯仰关节2151、腕摇摆关节2152和腕旋转关节2153。其中，腕俯仰关节2151与小臂214的端部连接且可以绕小臂214的端部做上下方向的转动；腕摇摆关节2152与腕俯仰关节2151连接且可以绕腕俯仰关节2151做前后方向的转动；腕旋转关节2153与腕摇摆关节2152连接且可以绕腕摇摆关节2152的轴线做旋转运动。优选地，两个机械臂21的结构相同。

通过这样的设置，进一步提高了机械臂21的灵活度，工控机可以通过控制机械臂21以及机械臂21末端的腕关节实现末端操作工具在各个方向的运动，达到模仿人的两个手的操作方式。

优选地，机械臂21的各关节均设置有正交旋转编码器和驱动电机。其中，正交旋转编码器用于采集各个关节的角度数据，驱动电机用于控制各关节的运动。作为一种示例，带电作业机器人能够通过正交旋转编码器获取两个机械臂21各关节点的位置信息，通过坐标变换后，转换为三维场景位置坐标信息；将两个机械臂21的位置信息融合到三维重建场景中，并将二维激光雷达42测量的场景物体位置关系与两个机械臂21坐标进行变换计算，计算出两个机械臂21各关节及末端相对场景中各物体之间的距离信息。以便工控机或者操作人员根据该距离信息规划机械臂21的空间操作轨迹。

从上述描述可以看出，本实用新型的越障带电作业机器人包括越障主体和机械臂控制系统，其中越障主体设置有辅助行走机构，机械臂控制系统包括控制单元和两个机械臂。这样的设置，满足带电作业机器人在特殊环境下的巡检需求，提高了带电作业机器人的适用性和通用性。优选地，辅助行走机构包括履带行走构件。这样的设置有利于带电作业机器人翻越障碍物，扩大了带电作业机器人的适用场景，提高了带电作业机器人的使用体验。优选地，机械臂控制系统包括信息采集单元，控制单元可以根据信息采集单元采集到的机械臂的作业场景的位置信息确定机械臂的空间操作轨迹。这样的设置，可以使机械臂有效避开环境中的障碍，机械臂碰撞障碍物或者打断电力线的现象，使得带电作业机器人的操作安全性大大增加，同时还保护了电力系统安全。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可移动式越障带电作业机器人，其特征在于，所述越障带电作业机器人包括越障主体和设置于所述越障主体上的机械臂控制系统，

其中，所述越障主体设置有辅助行走机构，所述越障带电作业机器人能够借助于所述辅助行走机构行走至目标位置；

其中，机械臂控制系统包括控制单元和两个机械臂，所述控制单元用于在所述越障带电作业机器人处于所述目标位置的情形下控制两个机械臂对待操作的电力线进行作业。

2.根据权利要求1所述的越障带电作业机器人，其特征在于，所述越障主体包括作业平台，所述辅助行走机构为设置于所述作业平台的履带行走构件，所述履带行走构件包括分别设置于所述作业平台两侧的两个行走轮组，每个所述行走轮组匹配设置有行走履带。

3.根据权利要求2所述的越障带电作业机器人，其特征在于，所述履带行走构件包括越障支臂，所述越障支臂设置于所述行走履带的前部内侧，以便使所述行走履带的前部抬离地面。

4.根据权利要求3所述的越障带电作业机器人，其特征在于，所述机械臂控制系统包括设置于所述作业平台上的信息采集单元，

所述信息采集单元设置于两个机械臂之间，用于确定与所述待操作的电力线对应的作业场景的位置信息；

所述控制单元用于根据所述位置信息确定所述机械臂的操作轨迹和/或在所述操作轨迹内的运动参数。

5.根据权利要求4所述的越障带电作业机器人，其特征在于，所述信息采集单元包括：

三目摄像机，其用于获取所述作业场景中与所述待操作的电力线相关联的目标的图像数据；

二维激光雷达，其以可转动的方式设置于所述三目摄像机上方，所述二维激光雷达用于测量并标定所述目标的距离信息；

所述控制单元用于根据所述图像数据与所述距离信息确定所述机械臂的操作轨迹。

6.根据权利要求5所述的越障带电作业机器人，其特征在于，所述二维激光雷达能够在水平面内转动且转动范围为朝向所述越障带电作业机器人的前方的180度内；并且/或者

两个所述机械臂的结构相同。

7.根据权利要求6所述的越障带电作业机器人，其特征在于，所述机械臂包括肩关节、大臂、肘关节、小臂和腕关节组，

其中，所述大臂的一端通过所述肩关节以可活动的方式设置于所述机器人平台上，所述小臂的一端通过所述肘关节以可活动的方式与所述大臂的另一端连接，所述腕关节以可活动的方式与所述小臂的另一端连接。

8.根据权利要求7所述的越障带电作业机器人，其特征在于，所述腕关节组包括腕俯仰关节、腕摇摆关节和腕旋转关节，

其中，所述腕俯仰关节与所述小臂的端部连接，所述腕摇摆关节与所述腕俯仰关节连接，所述腕旋转关节与所述腕摇摆关节连接。

9.根据权利要求8所述的越障带电作业机器人，其特征在于，所述机械臂的各关节均设置有正交旋转编码器和驱动电机，

其中，所述正交旋转编码器用于采集各个关节的角度数据，所述驱动电机用于控制各关节的运动。

10.根据权利要求1所述的越障带电作业机器人，其特征在于，所述越障带电作业机器人包括供电机构，所述供电机构包括能够向所述越障带电作业机器人供电的蓄电池以及能够向所述蓄电池补电的太阳能电池板。