CN101168254A - 摆臂式输电线路巡检机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于在输电线路行驶或输电线铁塔间攀爬的机器人，包含一对机械臂结构，其上端装有可绕安装轴转动的夹持装置，带有既可夹持耐张塔角钢又可夹持导线的夹爪，以及可悬挂在导线上的滚轮，机械臂下端安装在可沿导轨相对滑动的滑台上，臂可绕安装轴转动，亦可做摆动运动，悬挂与滑台底部的电气箱中装有控制及驱动单元，并可沿导轨滑动，起到调节机器人重心位置的作用。本发明结构紧凑，多关节联动可完成不同垂直平面之间的复杂操作，翻越各种不同结构类型的铁塔，使用范围广，可实现取代人工在输电线路全程上进行自动巡检。

Description

摆臂式输电线路巡检机器人

技术领域

本发明是一种高压输电线路自动巡检机器人装置，属机器人技术领域。

背景技术

输电线路是高压电网的重要组成部分，为保证其在运行过程中的安全性和稳定性，需要定期的开展巡检工作，目前普遍采用人工巡检，巡检效率低下，危险性高，其准确性也难以保证，若输电线路地处一些特殊的地理环境则很难开展巡检工作，具有一定的隐患。因此，需要开发一种具有一定的通用性、能代替人工能进行自动巡检的机器人，以期提高工作效率，确保输电线路的安全运行。为了实现完全自动巡检，机器人除了具有沿线路滑行的功能外，还要能跨越线路上的防震锤、绝缘子、耐张塔等障碍物。另外由于承载高压输电线路的塔架形式多样，要设计出能跨越各类塔架的机器人更加困能，这要求机器人具有多自由度，并且动作灵活。

发明内容

本发明旨在提供一种通用型输电线巡检机器人，它能够沿着输电线行驶，在无外力帮助下可自行跨越线路上的如防震锤、绝缘子在内的各种障碍物，并可利用其夹持装置，结合各个关节的运动，从输电线铁塔的一端攀爬至另一端。不需要人工带电作业，可大大节省了人力成本，并节省了输电线巡检的时间，提高了效率，保障了输电***安全可靠的运行。

为达到以上目的，本发明的技术方案是：

设计一种用于输电线路巡检的机器人，包含一对机械臂结构，机械臂的下端联结在能沿导轨滑动的滑台上，手臂的上端装有一个夹持装置，夹持装置内装有能悬挂在导线上的主动轮以及能可夹持角钢和导线的多用途夹爪。

所述的输电线路巡检的机器人本体，在手臂结构内装有驱动装置，可使得手臂进行摆动动作，手臂采用平行四边形式四连杆机构，可保持手臂在摆动运动过程中，上端夹持装置的姿态保持不变，以便于姿态的独立控制。而在手臂与夹持装置之间采用可绕单轴转动的俯仰关节联结，关节的转动可独立地调整夹持装置的姿态。

所述的输电线路巡检的机器人，其手臂下端与滑台用可绕铅垂轴旋转的转动关节联结，驱动装置安置在滑台内，随滑台一起运动，两个滑台分别安置在滑座导轨宽度方向的两侧，并可沿滑座导轨在丝杆行程范围内依靠各自的驱动装置作相对滑动运动。

所述的输电线路巡检的机器人，其电源、驱动控制器以及红外检测***等安装在电器箱中，电器箱悬挂在机座导轨的下方，通过驱动装置可沿机座导轨作滑移运动，在机器人架空作业过程中，电器箱的滑动可起到调节机器人的重心的平衡作用。

本发明的机器人具有多个自由度，可以进行多自由度联动控制，可实现不同垂直平面之间的各种复杂操作，越障能力强，能满足在无外力干预的情况下，不仅能自动跨越在输电线上进行巡检时可能碰到的如绝缘子、防震锤等障碍物，并可利用其多用途夹爪攀爬各种输电线铁塔，是一种通用型输电线巡检机器人。该机器人手臂除了具有旋转和摆动功能外，还可沿着导轨相对滑动，延伸手臂作业范围。利用该机器人，可解决人工巡检带来的准确度不高，效率低下，受气候和地理环境限制等问题。

附图说明

附图1-6是本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

参考附图1-6，说明摆臂式输电线路自动巡检机器人结构的实施例如下：

本发明的输电线巡检机器人包括一对手臂9，手臂9上端装有夹持装置10，该装置包括能挂在输电线上的滚轮12和能抓紧角钢和输电线的多用途夹爪2，手臂的下端被连接在能沿导轨滑动的滑台8上，手臂亦能在铅垂平面内绕连接轴转动，小臂各有3个自由度，手臂和夹持装置连接处包含一个能绕单轴转动的俯仰关节。

夹持装置10中，夹爪驱动电机1驱动丝杆-齿条-齿轮转动，实现夹爪的松开与夹紧。滚轮12通过滚轮驱动电机11直接驱动。

手臂9中，手臂连杆18，手臂挡板20通过连接轴25下端与手臂底座19连接，上端与手臂上支座27连接，手臂丝杆21的一端也通过连接轴25与手臂底座连接，一对手臂齿轮22被安装在手臂齿轮支座23上，手臂齿轮支座23通过短连接轴24与手臂挡板20连接。手臂摆动驱动电机驱动手臂齿轮22转动，因而带动手臂支座23沿着手臂丝杆21上下移动，由于手臂支座23与手臂挡板20连接关系，手臂支座23在手臂丝杆21相对位置的改变引起了手臂挡板20绕着其与手臂底座19的连接轴25转动，因而产生手臂的摆动运动。

滑台8中，手臂滑动丝杆28和电器箱滑动丝杆32都安装在导轨30上，分别由滑台平移驱动电机3和电器箱平移驱动电机5驱动，手臂底座19与手臂转动蜗轮箱34的输出轴相连，手臂转动驱动电机7通过涡轮箱34控制手臂绕竖直轴转动，手臂支座29与蜗轮箱34一起固结在手臂滑座33上，手臂转动驱动电机7、蜗轮箱34、手臂支座29以及手臂滑座33组成了滑台8的传动***。二只手臂滑座以及电器箱滑座分别由三个直流伺服电机独立或联动控制，以达到扩展机器人手臂活动范围。

本发明的机器人主要功能是在高空对输电线路进行巡检，其典型动作过程为如下：

当机器人在输电线下垂与平缓上行段上行驶时，其姿态如图1所示(电器箱4位于机座导轨6的中间)，夹爪2处松开状态，一对悬挂于输电线上的滚轮12在直流伺服电机11的驱动下快速前进或后退。

当电器箱4内的电子水平仪感知到机器人已处在输电线陡坡上升段时，电器箱4内置的计算机会发出切换机器人工作模式的指令，即由滚动行驶方式改为攀爬前进方式。一只夹爪抓紧输电线不动，另一只手的夹爪依然处于松开状态，而手腕机构13、摆动手臂9以及手臂平移滑座8等进行联动控制，以使该手爪沿着输电线前移，与另一与输电线夹紧的夹爪靠拢，然后将该夹爪夹紧，而将原来夹紧的夹爪松开，再通过手腕机构13、摆动手臂9以及手臂平移滑座8等进行联动控制，以使该手爪沿着输电线前移，与另一与输电线夹紧的夹爪的距离不断拉大到最大位置，然后夹紧原来松开的夹爪，松开原来夹紧的夹爪，完成了一次攀爬。如此周而复始，可使机器人在输电线陡坡上升段上一步一步地前进。图4表示了机器人在攀爬过程中的一个姿态。

当机器人翻越输电线上的防振锤、耐张夹等障碍物时，首先采用上述运动方式使二只夹爪尽量靠拢并处于机座导轨6的后端，然后夹紧其中一只夹爪，通过手臂9的摆动机构将松开的夹爪向上提升，使滚轮12及夹爪2脱离输电线，再驱动摆动手臂9的转动机构，使夹爪机构转过180度，然后由电机3驱动该手臂沿着机体导轨前移以越过输电线上的防振锤、耐张夹等障碍物，再驱动摆动手臂9的转动机构，使夹爪机构转过180度，然后通过手臂9的摆动机构将该夹爪向下下降，使滚轮14及手爪12重新挂到输电线上，再夹紧该手爪。然后松开另一只夹爪，通过手臂9的摆动机构将该夹爪向上提升，使滚轮12及夹爪2脱离输电线，再驱动摆动手臂9的转动机构，使夹爪机构转过180度，然后由电机3驱动该手臂沿着机体导轨前移，从而使第二个手臂也越过输电线上的防振锤、耐张夹等障碍物，再驱动摆动手臂9的转动机构，使夹爪机构转过180度，然后通过手臂9的摆动机构将该手爪向下下降，使滚轮12及夹爪2重新挂到输电线上，再夹紧该手爪，完成了一次机器人越障操作。在上述操作中，由于采用了平行四边形摆臂机构，夹爪的姿态在手臂上下摆动过程不会改变，简化了操作步骤。

机器人翻越铁塔时，首先将靠近障碍物的夹爪夹紧输电线成为固定端，通过摆动手臂9和电器箱4沿机座导轨的平行移动将机器人重心调节至固定手臂端，然后通过手臂9转动和摆动升降功能的联动控制使机器人的另一手臂朝铁塔下方角铁方向移动，如图6所示。进入新的垂直及高度平面，综合运用机器人各个机构自由度找到新的抓取点并抓紧，此时松开原固定手臂，运用同样原理再次寻找新的抓取点，如此反复进行直到越过整个塔架，攀悬到塔架另一侧的输电线上。在塔架翻越过程中，有电器箱内的双向电子水平仪以及各驱动电机驱动电流的实时检测与闭环控制----以电器箱4、机座导轨6和另一活动手臂9对固定手臂处合力矩最小为条件，决定电器箱沿导轨长度方向上的位置，调节机器人重心位置位于手爪的夹紧平面内，防止机器人绕一只手臂垂直轴转动时发生侧翻，最大程度上减小扭转力矩降低功耗。

同一条输电线路上可能有各种不同结构类型的铁塔，但它们处于该线路的前后次序是已知的，因而可以通过机器人示教学习的方式，将翻越各种不同结构类型的铁塔的机器人操作规程存放在计算机中，机器人在该条输电线路上巡检时，只需通过铁塔计数的方式，逐个调用存放在计算机中的相应的机器人操作规程进行操作，在操作过程中只要根据传感器实测信息进行微调。

Claims (5)

1.一种输电线路巡检机器人，可实现包括沿高压输电线路行驶巡检、跨越行驶线路上障碍物、跨越输电线铁塔等功能，其特征是包含夹持机构，可沿导轨相对滑动并能做摆动动作的机械臂结构以及可沿导轨滑动、装有电源及电气控制单元的电器箱等组建构成。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征是两手臂安装在滑台上，滑台上的转动驱动马达使得手臂能绕竖直轴转动，滑台与导轨相连，并通过平移驱动马达驱动手臂沿导轨做水平方向滑动。

3.根据权利要求1或2所述的机器人，机械臂机构内装有转动驱动装置，可使机械臂带着夹持机构作摆动运动，另在机械臂上端装有转动驱动装置，使得夹持机构亦可绕联结轴转动，实现手腕姿态调整。

4.根据权利要求1或2或3所述的机器人，其特征是夹持机构中装有可夹持角钢或导线的多用途夹爪，以及装有驱动马达、可悬挂在输电线上并沿输电线滚动的滚轮。

5.根据权利要求1至4所述的机器人，驱动装置的控制单元以及电源都安装在电器箱内，电器箱本身能沿着导轨滑动。电器箱以及机器人本体的外表面都涂有耐高压绝缘材料。

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