CN212125331U

CN212125331U - 一种采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人

Info

Publication number: CN212125331U
Application number: CN202020324333.0U
Authority: CN
Inventors: 钟子慕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2030-03-16

Abstract

本实用新型公开了一种采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，包括机器人箱体、主摄像头、辅助摄像头、保护装置和两个仿生臂，其中，所述主摄像头设置在所述机器人箱体的底部，所述辅助摄像头和保护装置均设置在所述机器人箱体上，所述两个仿生臂分别设置在所述机器人箱体的左右两侧壁上；本实用新型的巡检机器人采用双臂攀爬式工作，体积小，灵活性高，智能度更高，实用性更强，经济成本更低，适应性更好，受外部环境影响和场地影响更小，适用于各种环境中高压线路的巡检。

Description

一种采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及输电线路巡检技术领域，具体涉及一种采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人。

背景技术

随着我国的发展，居民和企业对电力的需求量也急剧增加。所以电网的输电线路朝着“远距离、规模化、大型化”的方向不断迈进。在我国的远距离中高压电力传输工程中，高压输电线路多架设在偏远地区，所以巡检和维修任务困难又艰辛。

目前现有的巡检方法大致有：人工巡检、直升机巡检、无人机巡检和滚轮式机器人巡检等。人工巡检方法需要巡检工人沿着传输电线路用肉眼或望远镜进行观看，所以工作量大、效率低、准确性难以得到保证等问题是无法避免的缺陷；直升机巡检需要飞行员沿电力传输线路驾驶直升飞机来开展巡检工作，程序繁琐，成本高等不利因素是主要问题；无人机巡检方法受天气影响较大，而且对于禁飞场合无人机无法进行巡检；滚轮式机器人巡检方法由于滚轮无法越过巡检线路上的障碍和铁塔上固定导线的定子，而且在上坡时滚轮式机器人的上坡速度过慢，所以实用性不高。因此，需研发一种智能巡检机器人来提高工作效率、降低巡检成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种双臂式攀爬越障型的电力输电线路巡检机器人，该巡检机器人可以自行开展巡检工作，能越过沿路的障碍和在铁塔间进行攀爬，同时具有移动速度快、工作效率高、精确度高、节省人力资源等优势。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，包括机器人箱体、主摄像头、辅助摄像头、保护装置和两个仿生臂，其中，所述主摄像头设置在所述机器人箱体的底部，所述辅助摄像头和保护装置均设置在所述机器人箱体上，所述两个仿生臂分别设置在所述机器人箱体的左右两侧壁上；

所述两个仿生臂分别为一号仿生臂和二号仿生臂，其中：

所述一号仿生臂包括依次连接的一号仿生臂底部旋转关节、一号仿生臂第一机械臂、一号仿生臂第一旋转关节、一号仿生臂第二机械臂、一号仿生臂第二旋转关节、一号仿生臂第三机械臂、一号仿生臂第三旋转关节、一号仿生臂手腕臂、一号仿生臂手腕旋转关节和一号仿生臂手爪臂，还包括一号仿生臂爬塔爪、一号仿生臂转换关节、一号仿生臂手爪旋转关节、一号仿生臂手爪控制关节和一号仿生臂爬线爪，所述一号仿生臂爬塔爪和一号仿生臂手爪旋转关节通过所述一号仿生臂转换关节与所述一号仿生臂手爪臂相连接，所述一号仿生臂手爪旋转关节与所述一号仿生臂手爪控制关节相连接，所述一号仿生臂手爪控制关节与所述一号仿生臂爬线爪相连接；

所述二号仿生臂包括依次连接的二号仿生臂底部旋转关节、二号仿生臂第一机械臂、二号仿生臂第一旋转关节、二号仿生臂第二机械臂、二号仿生臂第二旋转关节、二号仿生臂第三机械臂、二号仿生臂第三旋转关节、二号仿生臂手腕臂、二号仿生臂手腕旋转关节和二号仿生臂手爪臂，还包括二号仿生臂爬塔爪、二号仿生臂转换关节、二号仿生臂手爪旋转关节、二号仿生臂手爪控制关节和二号仿生臂爬线爪，所述二号仿生臂爬塔爪和二号仿生臂手爪旋转关节通过所述二号仿生臂转换关节与所述二号仿生臂手爪臂相连接，所述二号仿生臂手爪旋转关节与所述二号仿生臂手爪控制关节相连接，所述二号仿生臂手爪控制关节与所述二号仿生臂爬线爪相连接；

所述机器人箱体内设有中央控制模块，以及与所述中央控制模块相连接的图像处理模块、通讯模块、传感模块、GPS定位系统和电源模块；所述主摄像头和辅助摄像头与所述图像处理模块相连接。

优选地，所述保护装置包括保护垫和防护支架。

优选地，所述通讯模块包括ZIGBEE通讯装置和远距离通讯装置。

优选地，所述一号仿生臂和二号仿生臂中的旋转关节均为电机控制的刚性旋转体。

优选地，所述传感模块包括金属传感器、风速传感器和外力冲击传感器；所述金属传感器设置在一号仿生臂爬塔爪、二号仿生臂爬塔爪、一号仿生臂爬线爪和二号仿生臂爬线爪内部，用于测量手爪到架空地线的距离；所述风速传感器和外力冲击传感器设置在所述机器人箱体的四周。

优选地，所述一号仿生臂爬塔爪和二号仿生臂爬塔爪上设有电磁吸盘。

优选地，所述一号仿生臂爬线爪和二号仿生臂爬线爪上设有防滑片。

本实用新型的工作原理：

(1)巡检机器上铁塔时采用手动控制模式，通讯方式为ZIGBEE通讯，手爪采用爬塔爪，具体操作由巡检员在铁塔下用控制器操控；(2)巡检机器人爬上铁塔的固定位置后，巡检员调整机器人工作方式为自动工作模式。机器人通过图像模式识别和传感器计算出当前位置，然后中央控制模块控制双臂使机器人爬上架空地线，开始巡检工作；(3)在无障碍物时，巡检机器人通过在一条直线上前后摆动双臂的方法进行爬行。首先，位于后方的二号仿生臂握紧地线不动，然后位于前方的一号仿生臂向前移动到固定距离并握紧地线，接着二号仿生臂松手并移动到一号仿生臂的后方再握紧地线，此时完成一次移动，最后重复上述过程，实现无障碍攀爬；(4)在辅助摄像头检测到前方有障碍物时，巡检机器人通过绕前臂旋转的方法越过前方障碍物；首先，位于前方的一号仿生臂爬线爪固定不动，后方二号仿生臂松手并调整姿态，然后一号仿生臂手腕旋转关节逆时针旋转180度，二号仿生臂通过传感器调整其姿态使二号仿生臂爬线爪抓住地线，辅助摄像头观察机器人是否越过障碍物，接着二号仿生臂爬线爪固定不动，一号仿生臂松手并调整姿态，二号仿生臂手腕旋转关节逆时针旋转180度，一号仿生臂通过传感器调整其姿态使一号仿生臂爬线爪抓住地线，辅助摄像头观察前方是否还有障碍物，此时为一次越障运动；若辅助摄像头观察到机器人没有完全越过障碍物或前方还有障碍物，则继续重复上述越障运动，直到机器已越过障碍物且前方无障碍物时机器人采用无障碍爬行方式；(5)当辅助摄像头发现前方是铁塔需要进行翻越时，首先巡检机器人爬行到仿生前臂刚好能碰到铁塔定子和架空地线的连接处，一号仿生臂爬线爪松开并转换成一号仿生臂爬塔爪，然后通过传感器和辅助摄像头，一号仿生臂调整好姿态并使一号仿生臂爬塔爪抓紧铁塔，同时两只仿生手臂协同调整，接着二号仿生臂爬线爪松开并转换成二号仿生臂爬塔爪，移动二号仿生臂使二号仿生臂爬塔爪抓紧铁塔，最后再根据情况爬向下一段巡检线路或爬向充电槽进行充电。

其中，巡检机器人在爬行过程中通过远距离通讯系统实时向终端服务器发送反馈信息，若发现故障，则向终端服务器发起警报；巡检工作开始时，机器人向终端服务器发送当天是否开展巡检工作请求，或根据天气具体状况和天气预报来判断当天是否开展巡检工作；巡检时，若当前风力过猛或雨水过大，则机器人会爬到铁塔处进行充电待机，同时向终端服务器发送当天是否继续开展巡检工作请求，或根据当天天气预报进行判断是否继续开展巡检工作；若压力传感器检测到外部受到猛烈冲击等状况时，保存当前所有紧急数据，同时向终端服务器发送紧急警报，并通过GPS发送当前位置，然后爬向最近的铁塔或等待终端服务器指令执行下步操作。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

本实用新型的智能巡检机器人采用双臂攀爬式工作，体积小，灵活性高，智能度更高，实用性更强，经济成本更低，适应性更好，受外部环境影响和场地影响更小，适用于各种环境中高压线路的巡检。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的工作流程图。

图中附图标记为：1、机器人箱体；2、辅助摄像头；3、防护支架；4、主摄像头；101、一号仿生臂底部旋转关节；102、一号仿生臂第一机械臂；103、一号仿生臂第一旋转关节；104、一号仿生臂第二机械臂；105、一号仿生臂第二旋转关节；106、一号仿生臂第三机械臂；107、一号仿生臂第三旋转关节；108、一号仿生臂手腕臂；109、一号仿生臂手腕旋转关节；110、一号仿生臂手爪臂；111、一号仿生臂爬塔爪；112、一号仿生臂转换关节；113、一号仿生臂手爪旋转关节；114、一号仿生臂手爪控制关节；115、一号仿生臂爬线爪；202、二号仿生臂第一机械臂；203、二号仿生臂第一旋转关节；204、二号仿生臂第二机械臂；205、二号仿生臂第二旋转关节；206、二号仿生臂第三机械臂；207、二号仿生臂第三旋转关节；208、二号仿生臂手腕臂；209、二号仿生臂手腕旋转关节；210、二号仿生臂手爪臂；211、二号仿生臂爬塔爪；212、二号仿生臂转换关节；213、二号仿生臂手爪旋转关节；214、二号仿生臂手爪控制关节；215、二号仿生臂爬线爪。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1～2所示，一种采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，包括机器人箱体1、主摄像头4、辅助摄像头2、保护装置和两个仿生臂，其中，所述主摄像头4设置在所述机器人箱体1的底部，所述辅助摄像头2和保护装置均设置在所述机器人箱体1上，所述保护装置包括保护垫和防护支架3，所述两个仿生臂分别设置在所述机器人箱体1的左右两侧壁上。

所述两个仿生臂分别为一号仿生臂和二号仿生臂，每个仿生臂包括机械臂、旋转关节、传感器和手爪；机械臂共八个，分为两组，每只仿生臂四个机械臂；旋转关节为电机控制的刚性旋转体，共十六个，左右两臂各八个，分别安装在机械臂的八个关节处，负责控制每个关节和机械臂的运动，具体来说：

所述一号仿生臂包括依次连接的一号仿生臂底部旋转关节101、一号仿生臂第一机械臂102、一号仿生臂第一旋转关节103、一号仿生臂第二机械臂104、一号仿生臂第二旋转关节105、一号仿生臂第三机械臂106、一号仿生臂第三旋转关节107、一号仿生臂手腕臂108、一号仿生臂手腕旋转关节109和一号仿生臂手爪臂110，还包括一号仿生臂爬塔爪111、一号仿生臂转换关节112、一号仿生臂手爪旋转关节113、一号仿生臂手爪控制关节114和一号仿生臂爬线爪115，所述一号仿生臂爬塔爪111和一号仿生臂手爪旋转关节113通过所述一号仿生臂转换关节112与所述一号仿生臂手爪臂110相连接，所述一号仿生臂手爪旋转关节113与所述一号仿生臂手爪控制关节114相连接，所述一号仿生臂手爪控制关节114与所述一号仿生臂爬线爪115相连接；

所述二号仿生臂包括依次连接的二号仿生臂底部旋转关节、二号仿生臂第一机械臂202、二号仿生臂第一旋转关节203、二号仿生臂第二机械臂204、二号仿生臂第二旋转关节205、二号仿生臂第三机械臂206、二号仿生臂第三旋转关节207、二号仿生臂手腕臂208、二号仿生臂手腕旋转关节209和二号仿生臂手爪臂210，还包括二号仿生臂爬塔爪211、二号仿生臂转换关节212、二号仿生臂手爪旋转关节213、二号仿生臂手爪控制关节214和二号仿生臂爬线爪215，所述二号仿生臂爬塔爪211和二号仿生臂手爪旋转关节213通过所述二号仿生臂转换关节212与所述二号仿生臂手爪臂210相连接，所述二号仿生臂手爪旋转关节213与所述二号仿生臂手爪控制关节214相连接，所述二号仿生臂手爪控制关节214与所述二号仿生臂爬线爪215相连接。

所述一号仿生臂和二号仿生臂中的旋转关节均为电机控制的刚性旋转体；所述一号仿生臂爬塔爪111和二号仿生臂爬塔爪211上设有电磁吸盘；所述一号仿生臂爬线爪115和二号仿生臂爬线爪215上设有防滑片。

所述机器人箱体1内设有中央控制模块，以及与所述中央控制模块相连接的图像处理模块、通讯模块、传感模块、GPS定位系统和电源模块；所述主摄像头4和辅助摄像头2与所述图像处理模块相连接；所述通讯模块包括ZIGBEE通讯装置和远距离通讯装置，在机器人从地上爬上铁塔时，巡检人员通过ZIGBEE通讯控制机器人爬上铁塔固定位置，机器人在铁塔上巡检时主要由远距离通讯装置负责和终端服务器进行通讯；所述传感模块包括金属传感器、风速传感器和外力冲击传感器；所述金属传感器设置在一号仿生臂爬塔爪111、二号仿生臂爬塔爪211、一号仿生臂爬线爪115和二号仿生臂爬线爪215内部，用于测量手爪到架空地线的距离；所述风速传感器和外力冲击传感器设置在所述机器人箱体1的四周，分别用于测量风速和检测外界是否对箱体的有冲击。

工作时，由巡检人员启动巡检机器人的人工控制模式，并在铁塔下方控制机器人爬到安装在铁塔上的机器人待机槽中，并调整机器人为自动巡检模式；如果不需要巡检则机器人在待在机槽中充电待机、等待指令；如果需要巡检，则机器人爬上架空地线，然后根据辅助摄像头2观察到的线路情况选择使用无障碍爬行方式、越障爬行方式或越塔爬行方式；同时在巡检过程中若发现线路故障或受到外界冲击干扰警报系统都会向终端服务器发起相应警报。同时，巡检机器人会根据后端服务器指令执行对应任务，并且在每天巡检开始前向终端服务器查询当天天气预报并结合当前具体天气情况以及设备状态决定是否开展巡检工作。

巡检机器人从铁塔爬上架空地线的工作方式如下：首先机器人一、二号仿生臂调整双臂姿态为半弯曲状态，使箱体从机槽中出来并爬到架空地线和铁塔的交界处。然后双臂调整姿态，二号仿生臂爬塔爪211松开，转换为二号仿生臂爬线爪215并抓住架空地线。接着一号仿生臂爬塔爪111松开转换为一号仿生臂爬线爪115，同时二号仿生臂调整姿态，使得一号仿生臂在前方；然后一号仿生臂调整姿态，并用一号仿生臂爬线爪115抓牢架空地线，最后双臂调整姿态。巡检机器人爬上地线后马上开始巡检任务。

巡检机器人从机槽爬到架空地线时，利用辅助摄像头2和传感器进行循迹。

巡检机器人的无障碍爬行方式如下：在双臂伸直下垂状态下，二号仿生臂爬线爪215握紧地线固定不动，一号仿生臂爬线爪115稍微放松，双臂协同调整姿态向前方摆动，使得箱体向前移动，待一号仿生臂移动到前方固定位置时，一号仿生臂爬线爪115握紧导线不动，二号仿生臂爬线爪215稍微放松，双臂协同调整姿态向前方摆动，使得箱体向前移动，直到双臂同时伸直下垂，即视为一次爬行完成；最后一直重复上述动作，由此实现无障碍爬行。

巡检机器人的越障碍爬行方式如下：首先，一号仿生臂爬线爪115握紧地线固定不动，二号仿生臂爬线爪215完全松开，同时二号仿生臂调整姿态，然后一号仿生臂手腕旋转关节109逆时针旋转180度，二号仿生臂调整姿态使二号仿生臂爬线爪215抓住地线并握紧固定不动；接着，一号仿生臂爬线爪115完全松开，二号仿生臂手腕旋转关节209逆时针旋转180度，使得一号仿生臂回到前方位置，同时一号仿生臂调整姿态使一号仿生臂爬线爪115握住地线，此时算作一次越障爬行。

越过障碍后若辅助摄像头2发现机器人没有完全越过障碍物或前方范围内还有障碍物，则继续采用越障爬行；若完全越过障碍物或前方无障碍物，则采用无障碍爬行。

巡检机器人的越塔爬行方式如下：待巡检机器人爬到铁塔定子和导线的连接处，一号仿生臂爬线爪115固定不动，二号仿生臂爬线爪215完全松开并转化为二号仿生臂爬塔爪211，同时一号仿生臂手腕旋转关节109根据辅助摄像头2反馈的信息逆时针旋转90度到180度之间，然后二号仿生臂爬塔爪211抓住铁塔，双臂调整姿态使箱体向上移到铁塔的架空板上；接着二号仿生臂爬塔爪211松开，从铁塔移动到架空板上并抓牢；最后一号仿生臂爬线爪115松手并转换为一号仿生臂爬塔爪111，同时一号仿生臂调整姿态使一号仿生臂爬塔爪111抓住架空板，从而完成越塔任务。

巡检机器人爬上铁塔后，根据具体情况要求爬向下处开展巡检任务或爬向待机槽充电待机。巡检过程中位于箱体下方的主摄像头4一直检测下方的输电线路，若发现故障，马上向终端服务器发起警报，并发送当前位置以及相关故障部位信息。若在巡检时环境过于恶劣，如大风大雨等，巡检机器人会进入机槽中充电待机。若位于箱体外部的保护设备检测到在巡检时受到外部冲击，机器人会采取相关保护措施，如鸣叫警报、向服务器发器发起警报等。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，其特征在于，包括机器人箱体、主摄像头、辅助摄像头、保护装置和两个仿生臂，其中，所述主摄像头设置在所述机器人箱体的底部，所述辅助摄像头和保护装置均设置在所述机器人箱体上，所述两个仿生臂分别设置在所述机器人箱体的左右两侧壁上；

所述两个仿生臂分别为一号仿生臂和二号仿生臂，其中：

2.根据权利要求1所述采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，其特征在于，所述保护装置包括保护垫和防护支架。

3.根据权利要求1所述采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，其特征在于，所述通讯模块包括ZIGBEE通讯装置和远距离通讯装置。

4.根据权利要求1所述采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，其特征在于，所述一号仿生臂和二号仿生臂中的旋转关节均为电机控制的刚性旋转体。

5.根据权利要求1所述采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，其特征在于，所述传感模块包括金属传感器、风速传感器和外力冲击传感器；所述金属传感器设置在一号仿生臂爬塔爪、二号仿生臂爬塔爪、一号仿生臂爬线爪和二号仿生臂爬线爪内部，用于测量手爪到架空地线的距离；所述风速传感器和外力冲击传感器设置在所述机器人箱体的四周。

6.根据权利要求1所述采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，其特征在于，所述一号仿生臂爬塔爪和二号仿生臂爬塔爪上设有电磁吸盘。

7.根据权利要求1所述采用攀爬方式的电力输电线路巡检机器人，其特征在于，所述一号仿生臂爬线爪和二号仿生臂爬线爪上设有防滑片。