CN105292288B - 架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂及越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂和越障方法，该机器人由本体和控制***组成，该本体至少包括有一机体、一对行走机构和一对机器臂，各行走机构具有一对行走轮，各行走机构位于对应侧的机器臂之上且中部与该对应侧机器臂的指关节相连接；一对机器臂分别安装在机体的两端侧，各机器臂中至少包括有一对指关节、一腕关节、一带有肘关节的肘臂和一肩关节，其中，所述的肩关节设在机体的端点处；在各机器臂的指关节和腕关节间还设有一个水平旋转关节；各机器臂的腕关节与机体两端点间连有柔索，该整根绳索以腕关节处的定滑轮为支点可向两侧滑动以调节两侧绳索长度和张力。其跨越障碍物长、稳定性强且快捷。

Description

架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂及越障方法

技术领域

本发明属机器人技术领域，尤其涉及一种用于架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂及越障方法。

背景技术

架空电缆需要长期的保养和维护，人工维护劳动强度大、工作环境危险且工作效率低。如果采用机器人对高空电缆进行巡检作业，可减轻人工巡检劳动强度，提高工作效率，减少人工伤害等不足，将有很好的市场前景。因此，我国主管单位对巡检机器人研究非常重视，国内很多科研单位在863计划中陆续推出了多款巡检机器人，并在电力部门获得一定程度的支持。国外对此也很重视，如日本东京电力公司于上世纪80年代末开始研制光纤复合架空电缆巡检机器人。但是，就目前推出的机器人而言，在跨越障碍物长度、稳定性和快捷度等方面不仅不能满足实际需求而且容易对电力工人造成新的威胁。因此，研究新型的电缆巡检机器人的越障机构变得非常迫切。

通过查阅文献[1]、文献[2]和文献[3]，现有的电缆巡检机器人的最大跨越长度：为一个机器臂+半个机器人机体的长度，如果遇到大于这个长度的障碍物，机器人将无法工作。在稳定性方面：机器人是一个机器臂负重，靠滚筒电机等调配重位置来调整身体重心，一旦受到外力(刮风等)，就容易出现失调、超调、倾倒和侧翻等现象。快捷度方面：机器人要跨越障碍物时，一个机器臂负重，另一个机器臂必须等到机器人重心平衡好了以后，才能进行脱线和搭线工作，耽误了大量的时间；尤其是机器人的在跨越较大障碍物时，都先要进行质心调节保持身体平衡，再进行跨越动作，不能快速跨越障碍，机构设计方面的不足，限制了该类机器人走向应用市场的主要因素。

上述的参考文献：

[1]房立金，魏永乐，陶广宏。一种新型带柔索双臂式巡检机器人设计[J].机器人2013，35(3)：319-325

[2]吴功平，肖晓晖，肖华，等.架空高压输电线路巡线机器人样机研制[J].电力***自动化，2006，30(13)：90-93.

[3]朱兴龙，周骥平，王洪光，等.输电线巡检机器人越障机理与试验[J].机械工程学报，2009，45(2)：119-125.

发明内容

本发明的目的是提供一种跨越障碍物长度更长且稳定性强和快捷的架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂，该架空电缆巡线机器人由本体和控制***组成，所述的本体至少包括有一机体、一对行走机构、一对指关节组和一对机器臂，各行走机构位于对应侧的机器臂之上且与该对应侧的指关节组相连；

所述的一对机器臂分别安装在机体的两端，各机器臂中包括有一水平旋转关节、一腕关节、一带有肘关节的肘臂和一肩关节，其中，所述的肩关节设在机体的端点处；

所述各机器臂的腕关节与机体两端点间连有柔索；在所述各腕关节处设有一个定滑轮，在所述各肩关节处设有两个滚筒电机；所述各机器臂的腕关节与机体两端点间连有的柔索为一条整根的绳索，且该绳索一端固定绕于机体一端点肩关节处的滚筒电机上，中间经由腕关节处的定滑轮绕过，另一端固定绕于机体另一端点肩关节处的滚筒电机上。

所述的行走机构中至少包括有一个行走轮；所述每个指关节组由两个对称分布在行走轮两侧的指关节构成，每个指关节中包括有一个螺旋轴、一个搭线电机和一个握线电机；所述的搭线电机固定在行走机构上；所述螺旋轴的一端固定在搭线电机的输出转轴上，以随搭线电机的双向转动而实现与电缆的搭线和脱线；且螺旋轴该端侧的端头与悬置的握线电机的输出转轴固定连接，以随握线电机的转动而实现螺旋轴的自转。

所述的指关节组与相连的行走机构可以是整合为一个复合式的搭线脱线器，该搭线脱线器具有：

一“U”式的机架；

在该机架一侧竖架的顶端上通过一活动支点连接行走机构，该行走机构具有一框架，该框架上套设有行走轮和传动涡轮；在该侧竖架的上部安设有一灵敏杆、一圆弧形的传动杆和一可触动行走机构动作的触发机构；所述灵敏杆的一端与该机架竖架上的一支点活动连接并绕该支点转动；所述的传动杆通过一活动支点与该侧的竖架连接，该传动杆的一端抵在灵敏杆的下端，另一端可在转动时触及触发机构，在该传动杆的中部与机架该机架的竖架间连有复位弹簧；在该侧竖架的顶端上设有用于限定行走机构的限位卡；

在该机架另一侧竖架的顶部由下至上依次安装有行走电机、减速机构和输出涡轮，所述的行走电机通过减速机构与输出涡轮连接，在该侧竖架的顶部同时还安设一个上部带有卡口的脱扣器；

当所述机架一侧的框架被另一侧竖架上的脱扣器上部卡口咬合时，所述的传动涡轮与输出涡轮相互齿接。

所述架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂中，所述经由腕关节处定滑轮绕过的绳索至少是在定滑轮上缠绕一圈。

所述架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂中，更进一步，所述的触发机构包括有一个可锁定行走机构的锁扣，该锁扣由触发杆实施放松、由拉紧弹簧实施拉紧；在行走机构的框架上安设一传动块，该传动块安设的位置使得其可被触发时的触发杆抵住向下带动行走机构的框架一起下行。

所述架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂中，更进一步，所述的脱扣器包括一对主纵杆和一对位置对应的副支架，各主纵杆的顶部带有卡头，该主纵杆顶部的卡头与副支架的顶端间构成脱扣器上部的卡口；在各主纵杆和与其对应的副支架间连接有支撑弹簧，在主纵杆上设有一个脱扣器支点；该脱扣器还配设有一个脱线电机和一个偏心凸轮，所述的偏心凸轮套设在脱线电机的输出轴上，该偏心凸轮的转动可推动脱扣器带有卡头的主纵杆逆时针转动。

本发明的另一目的是提供一种架空电缆巡线机器人的越障方法，该架空电缆巡线机器人具有前述的荡越式机器臂和指关节；当遇到障碍物时，采用侧旋式或荡越式越障，其中，

所述的侧旋式越障方法如下：

a)首先该架空电缆巡线机器人遇到障碍物停止前行；

b)两只机器臂肩关节处的滚筒电机分别转动，机器人前机器臂的肘臂弯曲，机器人的质心上移；

c)后机器臂脱线；前机器臂的水平回转关节侧身转动，带动已脱线的后机器臂以其为中心向前旋转跨越，当后机器臂上行走机构的末端行走轮到达已跨过障碍物的电缆下方时，该后机器臂指关节伸出，完成搭线动作；

d)随之，前机器臂脱线；后机器臂的水平旋转关节侧身转动，带动已脱线的前机器臂以其为中心再次向前旋转跨越，当前机器臂的行走机构的末端行走轮到达已跨过障碍物的电缆下方时，该前机器臂指关节伸出完成搭线动作；

e)架空电缆巡线机器人还原初始状态，完成越障过程；

所述的荡越式越障方法如下：

f)首先该架空电缆巡线机器人遇到障碍物停止前行；

g)架空电缆巡线机器人后机器臂的肘臂弯曲，前机器臂的肘臂舒展渐直，使机器人的质心向上、向后移；

h)架空电缆巡线机器人后机器臂脱线，继而前机器臂的水平旋转关节旋转，后机器臂以前机器臂上行走机构的前端行走轮为圆心向前180度旋转并做荡越运动，直至后机器臂上行走机构的末端行走轮跨越障碍物到达电缆的高度时，其指关节伸出并完成搭线动作；此时，后机器臂的水平旋转关节旋转，前机器臂脱线并侧身旋转，调整前进方向，直至到达已跨障碍物电缆下方时，前机器臂指关节伸出并完成搭线动作；架空电缆巡线机器人还原初始状态，完成越障过程；

其中，

所述侧旋式和荡越式越障方法中：在所述侧旋式和荡越式越障方法中：在所述侧旋式和荡越式越障中，

所述搭线的具体方法是:机器人指关节上的搭线电机旋转，带动其螺旋轴摆向电缆，当螺旋轴接触到电缆时，握线电机启动旋转，带动螺旋轴自转，螺旋轴上的螺纹带动电缆平行运动，当电缆到达行走机构的行走轮正下方时，指关节的搭线电机反向旋转90度，受重力作用，行走机构的行走轮搭在电缆之上；

所述脱线的具体方法是:机器人指关节上的搭线电机正向旋转90度，握线电机反转，脱离行走机构前端或后端的行走轮的垂直投影区时，搭线电机反向旋转90度，完成脱线动作。

所述本发明的方法中，

该架空电缆巡线机器人具有前述的荡越式机器臂和搭线脱线器；当遇到障碍物时，采用侧旋式或荡越式越障；其中，

所述的侧旋式越障方法如下：

a)首先该架空电缆巡线机器人遇到障碍物停止前行；

b)两只机器臂肩关节处的滚筒电机分别转动，机器人前机器臂的肘臂弯曲，机器人的质心上移；

c)后机器臂脱线；前机器臂的水平回转关节侧身转动，带动已脱线的后机器臂以其为中心向前旋转跨越，当后机器臂上方的行走机构的行走轮到达已跨过障碍物的电缆下方时，该后机器臂对应的指关节伸出，完成搭线动作；

d)随之，前机器臂脱线；后机器臂的水平旋转关节侧身转动，带动已脱线的前机器臂以其为中心再次向前旋转跨越，当前机器臂上方的行走机构行走轮接近或到达已跨过障碍物的电缆下方时，该前机器臂对应的指关节伸出完成搭线动作；

e)架空电缆巡线机器人还原初始状态，完成越障过程；

所述的荡越式越障方法如下：

f)首先该架空电缆巡线机器人遇到障碍物停止前行；

g)架空电缆巡线机器人后机器臂的肘臂弯曲，前机器臂的肘臂舒展渐直，使机器人的质心向上、向后移；

h)架空电缆巡线机器人后机器臂脱线，继而前机器臂的水平旋转关节旋转，后机器臂以前机器臂上方的行走机构的前端行走轮为圆心向前180度旋转并做荡越运动，直至后机器臂上行走机构的行走轮跨越障碍物接近或到达电缆的高度时，对应的指关节伸出并完成搭线动作；

i)此时，后机器臂的水平旋转关节旋转，前机器臂脱线并侧身旋转，调整前进方向，直至到达已跨障碍物电缆下方时，前机器臂对应的指关节伸出并完成搭线动作；

架空电缆巡线机器人还原初始状态，完成越障过程；其中，

所述的侧旋式或荡越式越障方法中，，

所述的搭线的具体方法是：当所述的搭线脱线器被机器人举到能够抓到电缆高度时，电缆触到其灵敏杆，此灵敏杆向下运动，触动传动杆，该传动杆绕支点转动又触动触发杆，触发杆放松锁扣并使整个行走机构下行；受传动杆推力和自身重力的作用，所述行走机构撑开脱扣器上的卡口，脱扣器将行走机构锁紧，输出涡轮与传动涡轮接触，将来自行走电机的动力传送到行走轮，以完成相应运动；

所述的脱线的具体方法是：当需要脱线时，脱线电机转动，带动偏心凸轮转动，偏心凸轮推动脱扣器的主纵杆逆时针转动，使得脱扣器上部的卡口放松对框架的咬合；整个搭线脱线器相对电缆向下移动，电缆相对上行，带动行走机构上移，当行走机构上移至限位卡时停止运动，此时的锁扣也被拉紧弹簧拉紧，扣住行走机构，灵敏杆在复位弹簧的作用下回复原位，等待下一次搭线工作。本发明的优点是：

1、利用本发明的荡越式机器臂和方法，机器人可提高越障时的稳定性、快捷性；

2、与现有技术比较，本发明可以使机器人最大跨越障碍物距离增加一倍；

3、不需要配重的情况下即可平稳的调整机器人身姿；一侧机器臂调整身姿的同时，另一个机器臂可以做搭线或脱线的预备动作，达到快捷性。

4、与现有技术比较，在同等电机工作条件下，由于减少了配重物(配重物体是一个相对质量较大的物体。另外，配合配重物移动的滑轨也是一个相对质量较大的物体。如果减少了这两个大的重物，机器人的带载能力自然增加了)，本发明可以提高机器人相当配重的带载能力。

附图说明

图1是本发明架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂一实施例结构原理示意图。

图2是本发明的工作原理示意图

图3是本发明行走机构和指关节复合结构一实施例结构示意图。

图4是图3所示实施例螺旋轴抓握电缆状态时的结构示意图。

图5是图3所示实施例螺旋轴抓握电缆后回位状态时的结构示意图。

图6是本发明行走机构和指关节复合结构另一实施例(搭线脱线器)结构示意图(主视，脱线状态，省略了框架的外框)。

图7是图6所示实施例搭线脱线器结构示意图(主视，搭线状态，省略了框架的外框)。

图8是图6所示实施例中的框架及行走机构部分的结构示意图。

图9是图6所示实施例搭线脱线器结构示意图(侧视，搭线状态)。

图10是图6所示实施例搭线脱线器的脱扣器工作原理图(局部放大)。

图11是本发明机体所在结构位置时的动作示意图(机体右倾)。

图12是本发明机体所在结构位置时的动作示意图(机体左倾)。

图13是本发明机体所在结构位置时的动作示意图(机体上升，肘臂弯曲)。

图14是本发明机体所在结构位置时的动作示意图(肘臂伸直，机体下行)。

图15是本发明跨越较小障碍物的动作过程示意图。

图16是本发明跨越较大障碍物的动作过程示意图。

图1至图5中：1.行走机构；2.指关节；3.水平旋转关节；4.腕关节；5.肘关节；6.肩关节；7.柔索；8.机体；11.电缆；12.行走轮；21.螺旋轴；22.搭线电机；23.握线电机；24.减速机构；41.定滑轮；61.第一滚筒电机；61’.第三滚筒电机；71.反向柔索；81.第二滚筒电机；81’.第四滚筒电机。

图6至图10中：

1’-灵敏杆；2’-传动杆；3’-机架；4’-支点；5’-触发杆；6’-锁扣；7’-限位卡；8’-框架；9’-行走轮；10’-传动涡轮；11’-行走电机；12’-减速机构；13’-和输出涡轮；14’-脱线电机；15’-脱扣器；16’-复位弹簧；17’-拉紧弹簧；18’-电缆；19’-脱扣器支点；20’-副支架；21’-支撑弹簧；22’-偏心凸轮；23’-传动块；24’-主纵杆。

图15和图16中：代表受力柔索；“┉┉”代表放松柔索。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。

具体实施方式

如图1所示，本发明中的架空电缆巡线机器人主要由一个机体8、一对行走机构1、一对机器臂和控制***组合构成，所述的一对机器臂安装在机体的两端上，其既可承重且可前伸及抓握(依靠一对指关节组)，可由控制***驱动行走机构和机器臂完成指令动作(如前行、停止、快速搭线和脱线等等)；所述的各机器臂中包括有一个水平旋转关节3、一腕关节4、一肘关节5和一肩关节6，本发明的主创造点在于：各腕关节与机体两端点间连有柔索。

参见图1和图2，本发明架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂的各腕关节4处设有一个定滑轮41；一对肩关节6分别设在机体两端点处，各肩关节6处设有两个滚筒电机(共组成两组，其中由第一滚筒电机61和第二滚筒电机81组成一组，第三滚筒电机61’和第四滚筒电机81’组成另一组)；所述各肘关节5采用复位弹簧；所述各腕关节4与机体上两端点间连有的柔索(设定：各腕关节与本侧机体两端点间连有柔索7；各腕关节与另一侧机体两端点间连有反柔索71)可以是一条整根的绳索，该整根绳索的两端分别连在设在机体两端点的肩关节处的一组滚筒电机(第一滚筒电机61和第二滚筒电机81)上，中间经由腕关节处的定滑轮41绕过，该整根绳索以腕关节4处的定滑轮41为旋转支点，可按动作需求向两侧滑动以调节两侧端的绳索长度和张力。较佳方案是：柔索(本实施例中采用绳索)在腕部关节缠绕至少要缠绕一周，以增加柔索与滑轮之间的摩擦力，更好的协调各关节的运动以稳定、快速的实现机器人的越障。

本发明架空电缆巡线机器人的结构设计采用仿长臂猿的双臂结构，每条机器臂设计的是4个可回转的关节和1个可旋转的关节，分别是肩关节6、肘关节5、腕关节4、指关节2以及水平旋转关节3，并在腕关节与机体(箱体)的两端之间引入了一条柔索7。

架空电缆巡线机器人机器臂的搭线和脱线是依靠行走机构1和一组指关节2的复合结构设计实现的：

图3至图5示出了一种常规的行走机构和指关节的复合结构：包括有一个螺旋轴21、一个搭线电机22和一个握线电机23；所述的搭线电机固定在行走机构1上；所述螺旋轴21的一端固定在搭线电机22的输出转轴上，以随搭线电机的双向转动而实现与电缆的搭线和脱线；且螺旋轴21该端侧的端头通过减速机构24与悬置的握线电机23的输出转轴固定连接，以随握线电机23的转动而实现螺旋轴的自转。握线电机23的位置可随螺旋轴的摆动而位移，而螺旋轴又会随握线电机23的输出转轴的旋转实现自转。利用该复合结构可以实现行走机构的快速搭线运动，如图3所示：跨越完成时，机器臂的行走机构到达电缆高度时，抓线电机22旋转，带动螺旋轴21以平行电缆11的轴线旋转，完成搭线运动；当螺旋轴21接触到电缆线11时，握线电机23旋转，带动螺旋轴21以握线电机23的轴线旋转。螺旋轴21上自带的螺纹带动电缆11平行运动，到达行走轮的正下方时，抓线电机22反向旋转90度，受重力作用，行走轮搭在电缆之上；搭线完成(如图5所示)。利用指关节可以实现脱线，脱线工作流程和搭线工作流程相反，抓线电机22正向旋转90度，握线电机23反转，脱离行走轮的垂直投影区时，抓线电机22反向旋转90度，完成脱线动作。

图6至图10示出了另一种较佳的行走机构和指关节的复合结构：具有一“U”式的机架3’；在该机架3’一侧竖架的顶端上通过一活动支点连接行走机构，该行走机构具有一框架8’(包括一外框及中心轴，参见图8)，该框架8’的中心轴上套设有行走轮9’和传动涡轮10’；在该侧竖架的上部安设有一灵敏杆1’、一圆弧形的传动杆2’和一可触动行走机构动作的触发机构；所述灵敏杆1’的一端与该机架竖架上的一支点活动连接并绕该支点转动；所述的传动杆2’通过一活动的支点4’与该侧的竖架连接，该传动杆的一端抵在灵敏杆1’的下端，另一端可在转动时触及触发机构。所述的触发机构包括有一个可锁定行走机构的锁扣6’，该锁扣6’由触发杆5’实施放松、由拉紧弹簧17’实施拉紧；在行走机构的框架上安设一传动块23’，触发机构被触发时，触发杆可以抵住该传动块以使其向下行走。在该传动杆的中部与机架该机架的竖架间连有复位弹簧16’；在该侧竖架的顶端上设有用于限定行走机构的限位卡7’。在该机架3’的另一侧竖架的顶部由下至上依次安装有行走电机11’、减速机构12’和输出涡轮13’，所述的行走电机11’通过减速机构12’与输出涡轮13’连接，在该侧竖架的顶部同时还安设一个上部带有卡口的脱扣器15’。当所述机架一侧的框架8’被另一侧竖架上的脱扣器15’上部卡口咬合时，所述的传动涡轮与输出涡轮可以实现相互齿接。

参见图10所示，所述的脱扣器包括一对主纵杆24’和一对位置对应的副支架20’，各主纵杆24’的顶部带有卡头，该主纵杆顶部的卡头与副支架20’的顶端间构成脱扣器上部的卡口；在各主纵杆和与其对应的副支架间连接有支撑弹簧21’，在主纵杆上设有一个脱扣器支点19’；该脱扣器还配设有一个脱线电机14’和一个偏心凸轮22’，所述的偏心凸轮套设在脱线电机的输出轴上，该偏心凸轮的转动可推动脱扣器逆时针转动。

所述的灵敏杆1’的作用是在该机构被机器人举到能够抓到电缆18’的高度时，电缆18’触到灵敏杆1’，此灵敏杆向下运动，触动传动杆2’，传动杆2’再绕支点转动，继而触动触发杆5’。触发杆5’放松锁扣6’并使整个行走机构下行。受传动杆2’推力和重力的作用，行走机构撑开脱扣器15’，随后脱扣器锁紧行走机构，此时的输出涡轮13’与传动涡轮10’刚好接触上，将动力送到行走轮9’，完成了相应的搭线运动。

当需要脱线时，脱线电机14’转动，偏心凸轮22’转动，偏心凸轮22推动脱扣器的主纵杆24’逆时针转动，使得脱扣器的上部卡口放松对框架8’的咬合。整个搭脱线器相对电缆18’向下移动。电缆18’相对上行，带动行走机构上移，上移至限位卡7’时停止运动，此时的锁扣6’也被拉紧弹簧17’拉紧，扣住了行走机构，灵敏杆2在复位弹簧16’的作用下回复原位，等待下一次搭线工作。

机器人正常行走时，行走电机11’驱动行走轮9’在线路上行进；遇到障碍物时，本发明架空电缆巡线机器人的搭线脱线器使行走轮9’能够快速的脱线、调整机器臂型、再抓握、搭线等动作，该机构在改变身体重心、以及利用自身重量作为能量通过障碍物起到关键作用。

在机器人越障过程中，上述的两种行走机构和指关节的复合结构均可以实现行走机构的快速搭线和脱线；还为机器人在做翻转、荡越障碍物运动时，在动势能转化中减少损耗提供技术保障。

机器人越障过程中，所述的肩关节6、肘关节5、腕关节4用于调节机器臂的姿态，并定位行走机构的行走轮与机器人机体的结构位置；图11至图14举例示出了四个机体结构位置时的动作说明：

如图11所示，为机体右倾的动作说明(本结构以右机器臂为例，左机器臂动作示意相反)，两个滚筒电机分别安装在机器人的左右两肩(结构隶属以定滑轮的安装位置为准，即定滑轮装在右机器臂腕腕关节处，此套装置就是右机器臂结构部件)。柔索7绕定滑轮4至少一周(目的增加摩擦力)，分别如图系在两个滚筒电机61、81的外轴上。右侧滚筒电机61如箭头方向转动，柔索7被该滚筒电机61牵引(其上的参照点P1按箭头方向运动)，定滑轮随柔索牵引方向转动，左侧滚筒电机81静止不能放绳，左侧滚筒电机在右侧滚筒电机牵引下带动肩部基点一起动作，形成以定滑轮为圆心整体转动，导致机体右倾。

如图12所示，为机体左倾的动作示意，机体左倾与机体右倾的动作相反。

如图13所示，为机体上升、肘臂弯曲的动作示意：为了提高机器人的势能，需要将机器人的质点(质心)提高相对高度，此时就是让两个滚筒电机如图方向转动。随着两个滚筒电机的转动，柔索被圈在滚筒上，两个滚筒电机与定滑轮的位置缩短。肘臂在柔索7的拉力的作用下，发生弯曲，机体上升。

如图14所示，为肘臂伸直、机体下行的动作示意：此动作与图12所示动作说明相反，不再累述。

由于，腕部关节有定滑轮，肘部关节采用复位弹簧，当两个滚筒电机不施加约束力时，机器臂伸直运动，靠近肩关节松转动。

机器人越障过程中，所述的水平旋转关节3用于调节行走机构1的行走轮的姿态，可以绕开障碍物。

机器人越障过程中，柔索7主要用于承受机器人的重量，调整它的长度即可以达到调节机器人的质心位置和调整机器人的身姿。

本架空电缆巡线机器人通是过调整两条机器臂上柔索的长度(包括柔索7和反向柔索71)以及各关节的协调运动来实现机器人的越障功能。

当障碍物长度尺寸较小时，例如障碍物是单悬垂金具，本发明架空电缆巡线机器人可采用侧旋式越障，此方式越障距离相对较小，但越障速度较快，越障过程如图15所示，图中：

1)首先，当本发明架空电缆巡线机器人遇到障碍物时停止前行，参见图15(A)，此时，两个腕关节与机体两端点间(肩关节)连有的柔索均受力；

2)两肩关节上的滚筒电机(第一滚筒电机61和第二滚筒电机81)受控转动，机器人前机器臂的肘关节弯曲，机器人质心上移，参见图15(B)，为后面机器臂搭线高度作准备，后面机器臂脱线。此时，前面机器臂的柔索受力；后面机器臂的柔索放松；

3)前面机器臂的水平回转关节侧身转动，当后面机器臂的行走机构末端的行走轮越过障碍物到达电缆下方时，后面机器臂伸出，其指关节完成搭线动作，参见图15(C)；此时，前臂柔索受力；后臂柔索放松。

4)后面臂水平旋转关节侧身转动，当前机器臂末端行走轮到达电缆下方时，前面机器臂伸出，其指关节完成搭线动作，参见图15(D)；此时，后面机器臂的柔索受力；前面机器臂的柔索放松，机器人还原初始状态，完成越障过程。

当障碍物长度尺寸在较大时，例如障碍物是双悬垂金具，本发明架空电缆巡线机器人可采用荡越式越障方式，此方式越障距离较大，速度也很快，只是控制两个机器臂的搭线和脱线时间一定协调(由控制***完成，此可以是现有技术实现，此处不赘述)。本发明架空电缆巡线机器人的越障过程如图16所示：

a)图16(E)中，为荡越前的准备状态，首先该架空电缆巡线机器人遇到障碍物停止前行；

b)图16(F)中，后机器臂弯曲蓄势能，前机器臂舒展(相当于荡越的半径)，具体动作为架空电缆巡线机器人后面机器臂的肘臂弯曲，前面机器臂的肘臂舒展渐直，使机器人的质心向上、向后移；

c)图16(G)为荡越环节，架空电缆巡线机器人后面机器臂脱线，继而前臂水平旋转关节旋转，后面机器臂以前面机器臂的行走轮做圆心向前旋转荡越，直至后面行走机构末端行走轮到达已跨障碍物电缆的下方时，后机器臂伸出，其指关节完成搭线动作；

d)图16(H)为侧身旋转调整前进方向，此时，后面机器臂水平旋转关节旋转，前面机器臂脱线并侧身旋转调整前进方向，直至到达已跨障碍物电缆下方时，前机器臂伸出，其指关节完成搭线动作。

由图16可以看出，机器人荡越式越障与侧旋式越障基本动作类似，但准备动作不同，主要区别在于侧旋式越障方式机器人是前臂弯曲并作旋转轴心，后臂做脱线、搭线动作。而荡越式越障机器人是后面机器臂弯曲，前面机器臂行走机构的行走轮做圆心，前臂和机体为半径，做弧线运动，同时，前臂水平旋转关节还是旋转轴心。

上述荡越式越障与文献[1]旋转式越障对比，将分解的7个简单动作，也组合成4个复合动作，提高了越障的速度。

尤其在机器人质量过大时，本发明更能突显其优越性，原有的机器人在有倾斜角度的电缆上更是无法完成摘脱线功能，因为原有机器人脱线时相当于举起一个很重的物体，而电缆受物体向下压的力量减少时会自动向上提升，使得两者之间位置变化不大，造成脱线困难。而具有本发明机器臂的机器人采用专门的搭脱线机构，在完成脱线动作时，脱线电机将电缆突然释放，整个机器人受重力的作用突然下降，而电缆不受机器臂的向下拉力，在张力的作用下迅速上升，两者之间分离会更迅速。

在上述的各项运动中，所述的各电机的启停受控于电控***，该控制技术为现有技术可实现，此处不赘述。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂，该架空电缆巡线机器人由本体和控制***组成，所述的本体至少包括有一机体、一对行走机构、一对指关节组和一对机器臂，各行走机构位于对应侧的机器臂之上且与该对应侧的指关节组相连；

所述的一对机器臂分别安装在机体的两端，各机器臂中包括有一水平旋转关节、一腕关节、一带有肘关节的肘臂和一肩关节，其中，所述的肩关节设在机体的端点处；

所述各机器臂的腕关节与机体两端点间连有柔索；在所述各腕关节处设有一个定滑轮，在所述各肩关节处设有两个滚筒电机；所述各机器臂的腕关节与机体两端点间连有的柔索为一条整根的绳索，且该绳索一端固定绕于机体一端点肩关节处的滚筒电机上，中间经由腕关节处的定滑轮绕过，另一端固定绕于机体另一端点肩关节处的滚筒电机上；

其特征在于：

所述的行走机构中至少包括有一个行走轮；所述每个指关节组由对称分布在行走轮两侧的一个指关节构成，每个指关节中包括有一个螺旋轴、一个搭线电机和一个握线电机；所述的搭线电机固定在行走机构上；所述螺旋轴的一端固定在搭线电机的输出转轴上，以随搭线电机的双向转动而实现与电缆的搭线和脱线；且螺旋轴该端侧的端头与悬置的握线电机的输出转轴固定连接，以随握线电机的转动而实现螺旋轴的自转；

所述的指关节组与相连的行走机构整合为一个复合式的搭线脱线器，该搭线脱线器具有：

一“U”式的机架；

在该机架一侧竖架的顶端上通过一活动支点连接行走机构，该行走机构具有一框架，该框架上套设有行走轮和传动涡轮；在该侧竖架的上部安设有一灵敏杆、一圆弧形的传动杆和一可触动行走机构动作的触发机构；所述灵敏杆的一端与该机架竖架上的一支点活动连接并绕该支点转动；所述的传动杆通过一活动支点与该侧的竖架连接，该传动杆的一端抵在灵敏杆的下端，另一端可在转动时触及触发机构，在该传动杆的中部与机架的竖架间连有复位弹簧；在该侧竖架的顶端上设有用于限定行走机构的限位卡；

在该机架另一侧竖架的顶部由下至上依次安装有行走电机、减速机构和输出涡轮，所述的行走电机通过减速机构与输出涡轮连接，在该侧竖架的顶部同时还安设一个上部带有卡口的脱扣器；

当所述机架一侧的框架被另一侧竖架上的脱扣器上部卡口咬合时，所述的传动涡轮与输出涡轮相互齿接。

2.如权利要求1所述的架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂，其特征在于：所述经由腕关节处定滑轮绕过的绳索至少是在定滑轮上缠绕一圈。

3.如权利要求1所述的架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂，其特征在于：所述的触发机构包括有一个可锁定行走机构的锁扣，该锁扣由触发杆实施放松、由拉紧弹簧实施拉紧；在行走机构的框架上安设一传动块，该传动块安设的位置使得其可被触发时的触发杆抵住向下带动行走机构的框架一起下行。

4.如权利要求1所述的架空电缆巡线机器人的荡越式机器臂，其特征在于：所述的脱扣器包括一对主纵杆和一对位置对应的副支架，各主纵杆的顶部带有卡头，该主纵杆顶部的卡头与副支架的顶端间构成脱扣器上部的卡口；在各主纵杆和与其对应的副支架间连接有支撑弹簧，在主纵杆上设有一个脱扣器支点；该脱扣器还配设有一个脱线电机和一个偏心凸轮，所述的偏心凸轮套设在脱线电机的输出轴上，该偏心凸轮的转动可推动脱扣器带有卡头的主纵杆逆时针转动。

5.一种架空电缆巡线机器人的越障方法，该架空电缆巡线机器人具有权利要求1至4中任一种所述的荡越式机器臂；其特征在于：当遇到障碍物时，采用侧旋式或荡越式越障；其中，

所述的侧旋式越障方法如下：

首先该架空电缆巡线机器人遇到障碍物停止前行；

两只机器臂肩关节处的滚筒电机分别转动，机器人前机器臂的肘臂弯曲，机器人的质心上移；

后机器臂脱线；前机器臂的水平回转关节侧身转动，带动已脱线的后机器臂以其为中心向前旋转跨越，当后机器臂上方的行走机构的行走轮到达已跨过障碍物的电缆下方时，该后机器臂对应的指关节伸出，完成搭线动作；

随之，前机器臂脱线；后机器臂的水平旋转关节侧身转动，带动已脱线的前机器臂以其为中心再次向前旋转跨越，当前机器臂上方的行走机构行走轮接近或到达已跨过障碍物的电缆下方时，该前机器臂对应的指关节伸出完成搭线动作；

架空电缆巡线机器人还原初始状态，完成越障过程；

所述的荡越式越障方法如下：

首先该架空电缆巡线机器人遇到障碍物停止前行；

架空电缆巡线机器人后机器臂的肘臂弯曲，前机器臂的肘臂舒展渐直，使机器人的质心向上、向后移；

架空电缆巡线机器人后机器臂脱线，继而前机器臂的水平旋转关节旋转，后机器臂以前机器臂上方的行走机构的前端行走轮为圆心向前180度旋转并做荡越运动，直至后机器臂上行走机构的行走轮跨越障碍物接近或到达电缆的高度时，对应的指关节伸出并完成搭线动作；

此时，后机器臂的水平旋转关节旋转，前机器臂脱线并侧身旋转，调整前进方向，直至到达已跨障碍物电缆下方时，前机器臂对应的指关节伸出并完成搭线动作；

架空电缆巡线机器人还原初始状态，完成越障过程；

其中，

在所述侧旋式和荡越式越障方法中：

所述搭线的具体方法是: 机器人指关节上的搭线电机旋转，带动其螺旋轴摆向电缆，当螺旋轴接触到电缆时，握线电机启动旋转，带动螺旋轴自转，螺旋轴上的螺纹带动电缆平行运动，当电缆到达行走机构的行走轮正下方时，指关节的搭线电机反向旋转90度，受重力作用，行走机构的行走轮搭在电缆之上；

所述脱线的具体方法是:机器人指关节上的搭线电机正向旋转90度，握线电机反转，脱离行走机构前端或后端的行走轮的垂直投影区时，搭线电机反向旋转90度，完成脱线动作。

6.一种架空电缆巡线机器人的越障方法，该架空电缆巡线机器人具有权利要求1中所述的荡越式机器臂；其特征在于：当遇到障碍物时，采用侧旋式或荡越式越障；其中，

所述的侧旋式越障方法如下：

首先该架空电缆巡线机器人遇到障碍物停止前行；

两只机器臂肩关节处的滚筒电机分别转动，机器人前机器臂的肘臂弯曲，机器人的质心上移；

后机器臂脱线；前机器臂的水平回转关节侧身转动，带动已脱线的后机器臂以其为中心向前旋转跨越，当后机器臂上方的行走机构的行走轮到达已跨过障碍物的电缆下方时，该后机器臂对应的指关节伸出，完成搭线动作；

随之，前机器臂脱线；后机器臂的水平旋转关节侧身转动，带动已脱线的前机器臂以其为中心再次向前旋转跨越，当前机器臂上方的行走机构行走轮接近或到达已跨过障碍物的电缆下方时，该前机器臂对应的指关节伸出完成搭线动作；

架空电缆巡线机器人还原初始状态，完成越障过程；

所述的荡越式越障方法如下：

首先该架空电缆巡线机器人遇到障碍物停止前行；

架空电缆巡线机器人后机器臂的肘臂弯曲，前机器臂的肘臂舒展渐直，使机器人的质心向上、向后移；

架空电缆巡线机器人后机器臂脱线，继而前机器臂的水平旋转关节旋转，后机器臂以前机器臂上方的行走机构的前端行走轮为圆心向前180度旋转并做荡越运动，直至后机器臂上行走机构的行走轮跨越障碍物接近或到达电缆的高度时，对应的指关节伸出并完成搭线动作；

此时，后机器臂的水平旋转关节旋转，前机器臂脱线并侧身旋转，调整前进方向，直至到达已跨障碍物电缆下方时，前机器臂对应的指关节伸出并完成搭线动作；

架空电缆巡线机器人还原初始状态，完成越障过程；其中，

所述的侧旋式或荡越式越障方法中，所述搭线的具体方法如下：当所述的搭线脱线器被机器人举到能够抓到电缆高度时，电缆触到其灵敏杆，此灵敏杆向下运动，触动传动杆，该传动杆绕支点转动又触动触发杆，触发杆放松锁扣并使整个行走机构下行；受传动杆推力和自身重力的作用，所述行走机构撑开脱扣器上的卡口，脱扣器将行走机构锁紧，输出涡轮与传动涡轮接触，将来自行走电机的动力传送到行走轮，以完成相应运动；

所述的侧旋式或荡越式越障方法中，所述脱线的具体方法如下：当需要脱线时，脱线电机转动，带动偏心凸轮转动，偏心凸轮推动脱扣器的主纵杆逆时针转动，使得脱扣器上部的卡口放松对框架的咬合；整个搭线脱线器相对电缆向下移动，电缆相对上行，带动行走机构上移，当行走机构上移至限位卡时停止运动，此时的锁扣也被拉紧弹簧拉紧，扣住行走机构，灵敏杆在复位弹簧的作用下回复原位，等待下一次搭线工作。