CN108376938A - 一种无人机复合的高压输电线路巡检机器人***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机复合的高压输电线路巡检机器人***及控制方法，包括无人机机构、行走轮机构、夹紧机构、等电位装置、机架机构、机箱及一系列检测传感装置。机架机构位于无人机机构下方两侧，行走轮机构安装于机架上，夹紧机构安装于无人机机构正下方且夹线部分的夹紧状态与行走轮同高，机箱用于放置电源和控制部分，安装于机架机构下方一定距离，用于整体重心调节。本发明实现了在人工操控下对需定期检查的高压输电线路的巡检，适用于单***、双***、四***或六***等高压输电线路，不需在不适宜的环境中冒着安全隐患以人工巡检，也不需改造线路或增加巡检机器人的复杂程度，大大降低了成本和危险度，结构简单，便携性好，提高了巡检效率。

Description

一种无人机复合的高压输电线路巡检机器人***及控制方法

技术领域

本发明涉及一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，尤其涉及一种无人机复合的高压输电线路巡检机器人巡检的方法，以代替人工或车辆对单***、双***、四***或六***等高压输电线路的巡检。

背景技术

架空高压输电线路是电力工业中电力输送的重要途径，直接关系到整个国家经济的增长和人们正常的工作生活，输电线路安全和稳定的运行直接影响到电力***高可靠性和稳定性电能的提供，故对输电线路进行定期有效的巡检和维护已成为电力工业的重要任务。人工或车辆携带设备辅助巡检的方式，由于大部分高压输电线路穿越江河、湖泊或原始森林等复杂地理环境而受到限制，且劳动强度大，精度低，存在盲区和安全隐患。现有的传统高压线路巡检机器人虽可克服以上不足，但在多档段运行或跨越线路金具时，存在诸多不便，如需改造悬垂，或搭桥，或使行走臂复杂化，代价重大。现今无人机行业发展迅猛，多家无人机已实现稳定飞行及精准定位并附较大负载，虽巡线无人机已问世，但其短暂续航和旋翼持续性与高压输电线路近距离高速飞行对线路造成的不利影响不可忽视。固现提出一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***来巡检线路的方法，以此种方式对高压输电线路进行定期巡检，既融合了现今较为成熟的巡检机器人的优点，又可利用无人机的特性实现对障碍物的跨越，甚至可直接跨线巡检。同时，此种方法拓宽了无人机及巡检机器人的应用领域，使得特种作业机器人向更优化、更完善的方向发展。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种可直接利用无人机旋翼带动此机器人越杆塔、金具和跨线的越障方法。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种可代替人工作业，结构紧凑，效果好，效率高的与无人机复合的高压输电线路巡检机器人。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，其特征在于：包括无人机机构、行走轮机构、夹紧机构、等电位装置、机架机构、机箱及一系列检测传感装置；所述机架机构位于无人机机构下方，用于安排整个巡检机器人框架布局且落线时对下落轨迹有导向作用，所述无人机机构用于飞行，以及上下线和越障，所述行走轮机构安装于机架上，用于落线及落线后机器人的滚动行走，所述夹紧机构安装于无人机机构下方，夹紧机构夹线部分的夹紧状态与行走轮同高，用于行走轮机构落线后对线路的夹紧，以此保证巡检过程中的稳定和安全；所述等电位装置用于保持机器人与线路等电位；所述机箱安装于机架机构下方，用于放置电源和控制部分，检测传感装置包括摄像头、红外检测仪或激光发射器，以及电磁传感器等。

在上述一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，所述行走轮机构包括行走轮架和两个行走轮，以及驱动行走轮转动的行走电机，所述行走轮架平行等高的安装在机架机构上，所述两个行走轮通过行走轮轴的连接安装在行走轮架上，所述行走电机嵌入行走轮中通过连接板驱动行走轮滚动。

在上述一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，所述机架机构位于无人机机构下方两侧并对称布置，其形状曲线的设计用于支撑整台装置和约束机器人下落轨迹。

在上述一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，所述夹紧机构的夹紧传动方式利用钢丝绳设计为线传动，钢丝绳利用夹紧臂架上所设置的多个滑轮槽传导，从而连接夹爪和丝杠螺母机构，使螺母的线位移通过钢丝绳的传递以实现夹爪的开合运动；所述钢丝绳的柔性能使此夹紧机构适应输电线非理想情况的位移偏差。

在上述一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，用于分别安置电源和控制部分的两机箱分安装于机架机构下方一定距离的两侧，此部分用于调节整台巡检机器人的重心，使重心下降而增强巡检机器人在线上作业的稳定性。

一种无人机复合的高压输电线路巡检机器人***的控制方法，其特征在于：包括：

步骤1，检查及前期准备；检查整台巡检机器人***，确定没有故障后，将其运输到首先需要巡检的线路附近准备就绪；

步骤2，巡检机器人***的上线；人操作无人机机构的操控手柄，控制无人机机构起飞，缓慢靠近并逐渐高于需巡检的线路，当巡检机器人的两行走轮中间平面和需上的导线铅锤面大致重合时，停止上升并控制手柄使无人机机构携带整个巡检机器人***开始下降，由于机架机构对其下降轨迹有导向作用，故行走轮可安全落线；巡检机器人***的上线之后操作地面基站控制夹紧机构的两夹爪夹紧，使其能够安全稳定可靠的在线路上行走；

步骤3，开始巡检；巡检机器人***上线之后即可操作地面基站使行走电机开始运转，从而开始带着整个机器人***在线上行走，过程中利用一系列的检测传感装置对线路进行必要的检测并传输数据至指定基站；

步骤4，巡检机器人***的下线；当所需线路全部巡检完毕时，巡检机器人***的过程与上线过程相逆。

在整个巡检过程中，如遇防振锤，间隔棒，或需跨档段越塔，或需跨线巡检时，可直接操作无人机机构的操作手柄，控制无人机***按合适轨迹飞行越障。

因此，本发明具有如下优点：1、实现了对因各种原因而导致有潜在危险的单***、双***、四***或六***等高压输电线路的巡检任务。2、可代替人工或传统巡检机器人作巡检作业，结构简单，便携，效果好，效率高，成本较低。

附图说明

图1为本发明的总体装配结构示意图。

图2为夹紧机构示意图。

其中图2a为夹紧机构夹紧状态示意图，图2b为夹紧机构张开状态示意图。

图3为机架机构和无人机机构连接示意图。

图4为行走轮机构与机架机构连接示意图。

图5为行走机构部分示意图。

其中图5a为行走机构部分示意图(视角一)，图5b为行走机构部分示意图(视角二)，图5c为行走机构部分示意图(视角三)。

图6为机架机构在落线(以四***线路为例)时的导向作用示意图。

图7为等电位装置示意图。

其中图7a为等电位装置安装后的示意图，图7b为单独等电位装置示意图。

图8为本发明巡检机器人上线(以四***线路为例)过程示意图。

其中图8a为机器人起飞至导线斜上方，图8b为机器人飞至需落线导线上方，图8c为将机器人开始下落，图8d为机器人落线完成且夹紧机构夹紧。

图9为本发明机器人上线完成后开始行走巡检作业。

图中，1-机箱，2-机架机构，3-等电位装置，4-行走轮机构，5-检测传感装置(如摄像头)，6-无人机机构，7-夹紧机构，8-单夹爪，9-夹紧电机，10-夹紧臂盖，11-双夹爪，12-夹紧螺母，13-夹紧臂架，14-夹紧钢丝绳，15-夹紧丝杆，16-张开钢丝绳，17-行走轮，18-行走轮架，19-摄像头，20-行走电机，21-连接盘，22-导向轴，23-导向杆，24-等电位轮，25-等电位轴，26-高压输电线路。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的实施方案作进一步具体的说明。实施例：

首先介绍一下本发明的具体结构：

图中，机箱1，机架机构2，等电位装置3，行走轮机构4，检测传感装置(如摄像头)5，无人机机构6，夹紧机构7，单夹爪8，夹紧电机9，夹紧臂盖10，双夹爪11，夹紧螺母12，夹紧臂架13，夹紧钢丝绳14，夹紧丝杆15，张开钢丝绳16，行走轮17，行走轮架18，摄像头19，行走电机20，连接盘21，导向轴22，导向杆23，等电位轮24，等电位轴25，高压输电线路26。以下介绍一下本发明的机械装置：

本发明涉及用于由于外界因素对高压输电线路造成安全威胁而需对其定期巡检的一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，包括机箱1，机架机构2，等电位装置3，行走轮机构4，检测传感装置(如摄像头)5，无人机机构6，夹紧机构7。

如图1和图3所示，所述无人机机构6选用现已成熟的无人机***，与其复合的结构如下：所述机架机构2两边对称安装于无人机机构6下方，所述行走轮机构4分别等高安装于两侧机架机构2上，所述夹紧机构7安装于两行走轮机构4中间，位于无人机机构6正下方，所述机箱1分别安置于机架机构2两侧下方一定距离，所述检测传感装置包括双摄像头19，红外检测仪或激光发射器，以及电磁传感器，所述摄像头19安装于机架机构2上与行走轮机构4等高，所述电磁传感器嵌于两侧机架机构2里，如图6，用于对导线姿态的位置检测，所述红外检测仪或激光发射器可外接于机架机构上。

如图2所示，夹紧机构7由单夹爪8，夹紧电机9，夹紧臂盖10，双夹爪11，夹紧螺母12，夹紧臂架13，夹紧钢丝绳14，夹紧丝杆15，张开钢丝绳16等组成。所述夹紧臂架13上端与无人机机构6连接。所述夹紧电机9安装于夹紧臂架13上端，用于驱动夹紧丝杆15转动从而带动夹紧螺母12做左右平移运动。所述单夹爪8和双夹爪11在夹紧钢丝绳14和张开钢丝绳16的牵动下夹紧或张开，以此来约束住线路。所述夹紧钢丝绳14和张开钢丝绳16在安装于夹紧臂架10中多个滑轮的导向下走向分别如图2b和图2c所示，在夹紧螺母12做左右平移运动的带动下夹紧钢丝绳14和张开钢丝绳16分别收紧和放松，从而实现夹紧机构单夹爪8和双夹爪11的夹紧或张开。

如图4和图5所示，所述行走轮机构4安装于两机架机构2的正中间，其中一端通过行走轮架18与机架机构2相连，所述行走轮架18平行等高的安装于机架机构2上，行走电机20通过连接盘21驱动两个行走轮17滚动，所述行走电机20嵌于行走轮17内部，节省空间，结构紧凑。

如图6所示，所述机架机构2两侧对称安置，其形状曲线的设计不仅可支撑整台装置，且无人机机构带动整台机器人***即将落线时，约束其下落轨迹，对其有一定导向作用，使行走轮刚好落线。

如图7所示，所述等电位装置3包括导向轴22，导向杆23，等电位轮24，等电位轴25。所述等电位轮24通过等电位轴22与导向杆23连接，所述导向杆23安装于夹紧臂13中，所述导向杆23上设导向槽，通过导向轴22与夹紧臂13形成一上下平移自由度，从而实现在输电线路和重力合力作用下使等电位轮24按一定轨迹上下平移，以致等电位轮24一直与线路接触，保持作业机器人与线路等电位。

下面介绍一下本发明的工作流程：

首先，检查整台巡检机器人***，确定没有故障后，将其运输到首先需要巡检的线路附近准备就绪。然后，将巡检机器人***上线，具体操作是：人工在地面操纵无人机机构6的操控手柄，控制无人机机构6携带整个装置起飞并缓慢上升逐渐处于即将上线高压输电线路26的斜上方，如图8a；继续操作手柄，使无人机机构携带整个装置慢慢平稳移至即将上线线路的正上方，如图8b；继续操作手柄，使无人机机构携带整个装置慢慢平稳下落，如图8c，直至行走轮17在机架机构2的导向下落线，此时夹紧机构7的单夹爪8和双夹爪11慢慢收紧将线路约束其中，保证巡检过程安全性。

在此种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***可靠上线后，即可开始对线路巡检，如图9。此时，行走电机20开始工作，驱动行走轮17滚动，带动此台巡检机器人行走。机身布置的检测传感装置在此过程中检测线路及其上金具的破损情况，并将图像或数据结果传回地面指定基站。

当遇到需跨越金具，或越塔，或跨线的情况时，人工在地面操作无人机机构6的操作手柄，控制无人机机构6携带整个装置起飞并落线至指定地点，此过程与巡检机器人***上线过程相似，此刻不一一赘述。

当巡检完成需将此种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***下线时，其下线过程与上线过程相逆。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了机箱1，机架机构2，等电位装置3，行走轮机构4，检测传感装置(如摄像头)5，无人机机构6，夹紧机构7，单夹爪8，夹紧电机9，夹紧臂盖10，双夹爪11，夹紧螺母12，夹紧臂架13，夹紧钢丝绳14，夹紧丝杆15，张开钢丝绳16，行走轮17，行走轮架18，摄像头19，行走电机20，连接盘21，导向轴22，导向杆23，等电位轮24，等电位轴25，高压输电线路26等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，其特征在于：包括无人机机构、行走轮机构、夹紧机构、等电位装置、机架机构、机箱及一系列检测传感装置；所述机架机构位于无人机机构下方，用于安排整个巡检机器人框架布局且落线时对下落轨迹有导向作用，所述无人机机构用于飞行，以及上下线和越障，所述行走轮机构安装于机架上，用于落线及落线后机器人的滚动行走，所述夹紧机构安装于无人机机构下方，夹紧机构夹线部分的夹紧状态与行走轮同高，用于行走轮机构落线后对线路的夹紧，以此保证巡检过程中的稳定和安全；所述等电位装置用于保持机器人与线路等电位；所述机箱安装于机架机构下方，用于放置电源和控制部分，检测传感装置包括摄像头、红外检测仪或激光发射器，以及电磁传感器等。

2.根据权利要求1所述一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，其特征在于：所述行走轮机构包括行走轮架和两个行走轮，以及驱动行走轮转动的行走电机，所述行走轮架平行等高的安装在机架机构上，所述两个行走轮通过行走轮轴的连接安装在行走轮架上，所述行走电机嵌入行走轮中通过连接板驱动行走轮滚动。

3.根据权利要求1所述一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，其特征在于：所述机架机构位于无人机机构下方两侧并对称布置，其形状曲线的设计用于支撑整台装置和约束机器人下落轨迹。

4.根据权利要求1所述一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，其特征在于：所述夹紧机构的夹紧传动方式利用钢丝绳设计为线传动，钢丝绳利用夹紧臂架上所设置的多个滑轮槽传导，从而连接夹爪和丝杠螺母机构，使螺母的线位移通过钢丝绳的传递以实现夹爪的开合运动；所述钢丝绳的柔性能使此夹紧机构适应输电线非理想情况的位移偏差。

5.根据权利要求1所述一种与无人机复合的高压输电线路巡检机器人***，其特征在于：用于分别安置电源和控制部分的两机箱分安装于机架机构下方一定距离的两侧，此部分用于调节整台巡检机器人的重心，使重心下降而增强巡检机器人在线上作业的稳定性。

6.一种无人机复合的高压输电线路巡检机器人***的控制方法，其特征在于：包括：

步骤1，检查及前期准备；检查整台巡检机器人***，确定没有故障后，将其运输到首先需要巡检的线路附近准备就绪；

步骤2，巡检机器人***的上线；人操作无人机机构的操控手柄，控制无人机机构起飞，缓慢靠近并逐渐高于需巡检的线路，当巡检机器人的两行走轮中间平面和需上的导线铅锤面大致重合时，停止上升并控制手柄使无人机机构携带整个巡检机器人***开始下降，由于机架机构对其下降轨迹有导向作用，故行走轮可安全落线；巡检机器人***的上线之后操作地面基站控制夹紧机构的两夹爪夹紧，使其能够安全稳定可靠的在线路上行走；

步骤3，开始巡检；巡检机器人***上线之后即可操作地面基站使行走电机开始运转，从而开始带着整个机器人***在线上行走，过程中利用一系列的检测传感装置对线路进行必要的检测并传输数据至指定基站；

步骤4，巡检机器人***的下线；当所需线路全部巡检完毕时，巡检机器人***的过程与上线过程相逆。