CN110364961B - 一种电缆清障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆清障机器人，用于架空输电线的清障作业，包括电控箱、夹持单元、行进单元、清障单元，所述电控箱用于各单元内动力输出机构的控制及信号的传输，所述夹持单元位于电控箱的顶部，采用侧向挂线夹紧的方式夹持架空输电线并使电缆清障机器人整体挂设在架空输电线上，所述行进单元用于驱动电缆清障机器人沿架空输电线的长度方向行进，所述清障单元设置于电控箱的顶部，并位于电缆清障机器人行进方向的一侧。本发明通过侧向挂线夹紧的方式夹持架空输电线并使电缆清障机器人整体挂设在架空输电线上，挂线操作快捷方便，夹持效果好；可在架空输电线上的行进过程中实现障碍物的环绕切除及切断粉碎，清障效率高、效果好。

Description

一种电缆清障机器人

技术领域

本发明涉及一种电力检修工装，特别是涉及一种电缆清障机器人。

背景技术

随着社会经济的发展，电力***规模的不断扩大，超高压以及大容量电力线路的大幅扩建，对输电线路安全运行和供电可靠性的要求不断提高，为实现远距离的供电，目前大多采用架空输电线路运输电力。然而，虽然架空输电线路具有投资小、建设速度快等优点，但是当其线路输送电力的容量越大、输送的距离越长时，对线路的电压要求也越高，在超高压的输电环境下，极其容易引发各种故障及安全事故。

如此一来，输电线路安全保障性也得到越来越多的关注，因而输电线路的巡检维修工作也越发重要，对于输电线路的维修问题，通常在线的周围会存在一些障碍物，如风筝线、漂浮的塑料袋、线缆周围的树枝等障碍物，对输电线路的输电环境产生了较大的影响。针对这些问题，传统的清障作业是检修工人通过升降机升到电线的高度进行维修，危险系数较高，且效率较低。

同时，由于架空输电线上障碍物的附着及附着位置存在随机性，障碍物的类别也多样，给清障作业提出了更高的要求，需要投入大量人力物力，且清障效果不佳，不能实现高效、高频次的清障作业，从而影响了架空输电线的正常工作。

因此亟需提供一种新型的电缆清障机器人来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电缆清障机器人，能够实现架空输电线上障碍物的全面清理，提高清障的工作效率和清障效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电缆清障机器人，用于架空输电线的清障作业，包括电控箱、夹持单元、行进单元、清障单元；

所述夹持单元位于电控箱的顶部，采用侧向挂线夹紧的方式夹持架空输电线，并使电缆清障机器人整体挂设在架空输电线上；

所述行进单元设置于夹持单元的上方，用于驱动电缆清障机器人沿架空输电线的长度方向行进；

所述清障单元设置于行进单元的一侧，用于架空输电线的连续周向清障作业。

进一步的，所述夹持单元包括固定于电控箱内的电动推杆、于电控箱顶部的夹紧组件；

所述夹紧组件连接于电动推杆输出端的两侧，所述电动推杆驱动夹紧组件上下移动。

进一步的，所述夹紧组件包括固定于电控箱顶面的固定座、贯穿于固定座内的推杆、转动连接于固定座两侧的摆杆；

所述摆杆的中部转动连接有连杆，连杆的另一端转动连接于推杆的顶部两侧；

每个摆杆的顶部设置有夹紧辊轮。

进一步的，所述行进单元包括固定安装于电控箱顶部的行进电机、辊轮架板、转动连接于辊轮架板上的若干个行进辊轮；

所述行进辊轮位于夹持单元的正上方；

所述行进电机的输出轴端与行进辊轮的轴端通过第一同步带轮传动机构传动连接。

进一步的，所述行进辊轮的数量为两个，且两个行进辊轮的轴线位于同一水平面内。

进一步的，所述行进辊轮为弧形槽辊轮，且弧形面上设置有包胶层。

进一步的，所述清障单元包括固定于电控箱顶部的安装架板、旋转电机、设置于安装架板一侧的转动组件、安装于转动组件上的刀头组件；

所述旋转电机的输出端与转动组件的动力输入端通过第二同步带传动机构传动连接。

进一步的，所述转动组件包括齿轮架板、转动连接于齿轮架板内的若干个小齿轮、套设于小齿轮外侧的齿圈；

所述齿圈与每个小齿轮内啮合连接；

其中一个小齿轮的轴端为转动组件的动力输入端。

进一步的，所述齿圈为“C”型结构；

所述安装架板、齿轮架板的同一侧开设有与齿圈的开口相匹配的U型槽口。

进一步的，所述刀头组件包括固定于齿圈外侧面的若干个内刀组件、固定于安装架板外侧面的若干个外刀组件；

所述外刀组件位于内刀组件的外侧。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过在夹持单元上方设置行进单元，实现侧向挂线，挂线操作快捷方便；通过夹持单元与行进单元的配合，实现架空输电线在清障机器人内的夹持，夹持效果好；通过行进单元实现清障机器人在架空输电线上的往返移动，整体结构紧凑，行进平稳；

2.本发明所述夹持单元采用电动推杆和连杆机构实现两个夹紧辊轮的上下移动，完成两个夹紧辊轮与两个行进辊轮之间的靠近与分离，从而对架空输电线的进行夹持与释放，结构简单，动作迅速可靠，工作效率较高；

3.本发明的转动组件采用带有开口的齿圈，并通过四个转轴固定的小齿轮同时啮合传动，可实现齿圈套设于架空输电线外部并围绕架空输电线旋转，从而使得刀头组件能够沿架空输电线的长度方向进行连续周向清障作业，清障全面彻底，效果好；另外，四个齿轮同时与齿圈啮合传动，可保证传动的连续性与平稳性；

4.本发明的刀头组件采用内外双层刀组，且两层刀组均设置轴向刀片与径向刀片，两组刀片相对转动，实现架空输电线上障碍物的环绕切除及切断粉碎，使障碍物能够及时排出，保证了清障作业连续、顺畅地进行，清障效率高、效果好。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一；

图2为本发明的立体结构示意图之二；

图3为所述夹持单元的结构示意图；

图4为所述清障单元的立体结构示意图；

图5为所述传动组件的立体结构示意图；

图6为所述齿轮架板的立体结构示意图；

图7为所述小齿轮与齿圈的装配关系示意图；

图8为所述刀头组件的立体结构示意图；

图9为所述内刀头组件的立体结构示意图；

图10为所述外刀头组件的立体结构示意图。

图中：1电控箱、11箱体、12安装基板、13电池组、14无线控制器、2夹持单元、21电动推杆、22夹紧组件、221固定座、222推杆、223摆杆、224连杆、225夹紧辊轮、226连接块、3行进单元、31行进电机、32辊轮架板、33行进辊轮、34第一同步带轮传动机构、35引导板、4清障单元、41安装架板、42转动组件、421齿轮架板、4211第一安装盘、4212第二安装盘、4213刀架立柱、422小齿轮、423齿圈、43刀头组件、431内刀头组件、4311内刀架、4312轴向内刀片、4313径向内刀片、432外刀头组件、4321轴向外刀架、4322轴向外刀片、4323径向外刀架、4324径向外刀片、44旋转电机、45第二同步带轮传动机构、5摄像头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，一种电缆清障机器人，用于架空输电线的清障作业，包括电控箱1、夹持单元2、行进单元3、清障单元4。

电控箱1用于各单元内动力输出机构的控制及信号的传输。电控箱1的箱体11为轻质绝缘材料(如PVC)制成的顶部开口的壳体结构，箱体11的顶部螺栓连接有安装基板12。箱体11的内部安装有电池组13及无线控制器14，电池组13采用锂电池，为装置内各电器组件提供电源。无线控制器14用于与移动通讯设备(如手机、平板电脑等)进行无线信号传输，控制装置内各动力源装置的启停及其它器件电信号的无线传输，无线控制器为现有的市售产品，此处不作赘述。

夹持单元2位于电控箱1的顶部，采用侧向挂线夹紧的方式夹持架空输电线，并使电缆清障机器人整体挂设在架空输电线上。如图3所示，所述夹持单元2包括固定于电控箱1内的电动推杆21、位于电控箱1顶部的夹紧组件22。电动推杆21在箱体11内垂向设置，其底座通过螺栓固定连接于箱体11的顶面上。

夹紧组件22连接于电动推杆21输出端的两侧，夹紧组件22包括螺栓连接于电控箱1顶面的固定座221、贯穿于固定座221内的推杆222、转动连接于固定座221两侧的摆杆223。推杆222的底部销连接于电动推杆21的顶部，并垂直贯穿固定座221。推杆222的顶部连接有连接块226，本实施例中，连接块226的底面中心处开设有T型滑槽，推杆222的顶面固定连接有滑块，滑块嵌入T型滑槽内，实现连接块226在推杆22顶部的可拆卸式连接，以便于加紧组件22在安装基板12上的安装。

两个摆杆223均为“V”型连杆结构，并在推杆222的两侧对称设置。两个摆杆223的底部分别转动连接于固定座221的侧面，每个摆杆223的顶部设置有一个夹紧辊轮225，摆杆223的中部转动连接有连杆224，连杆224的另一端转动连接于连接块226的一侧。

电动推杆21驱动推杆222在固定座211内上下移动，通过连杆224的传动作用，推动两个摆杆223的摆动，实现两个夹紧辊轮225的同步靠近/同步远离，以及两个夹紧辊轮225的向上/向下移动，完成夹持单元2在架空输电线上的夹持/释放过程。

行进单元3设置于夹持单元2的上方，用于驱动电缆清障机器人沿架空输电线的长度方向行进。如图1和图2所示，行进单元3包括固定安装于电控箱1顶部的行进电机31、辊轮架板32、转动连接于辊轮架板32上的两个行进辊轮33。辊轮架板32采用焊接或螺纹连接的方式固定于安装基板12的顶面一侧。两个行进辊轮33转动连接于辊轮架板32的同侧，并位于夹持单元2的正上方，且两个行进辊轮33的轴线位于同一水平面内，以使清障机器人通过两个行进辊轮33挂设于架空输电线后，机器人在自身重力作用下能够平稳地悬挂。电动推杆21推动两个夹紧辊轮225向上移动时，可将架空输电线可靠夹持在两个行进辊轮33与两个夹紧辊轮225之间，并提供一定的夹紧力。

优选的，行进辊轮33采用弧形槽式辊轮，夹紧辊轮225采用V型槽式辊轮，两个行进辊轮33与两个夹紧辊轮225的夹紧面上均设置有包胶层，既可增加夹紧后行进辊轮33与架空输电线绝缘层表面之间的摩擦力，又可避免在夹紧和行进过程中对架空输电线绝缘层表面造成损伤。

优选的，辊轮架板32的侧面顶部固定设置有引导板35，行进辊轮33的转轴中部转动连接于引导板35内，使得行进辊轮33的转轴安装更加稳定可靠。同时引导板35的外侧面与行进辊轮33的内端侧面滑动接触或距离不大于10mm，且引导板35的底端延伸至夹紧辊轮225顶部点最低位置的下方，以便清障机器人侧向挂线时，架空输电线可快速定位于两个行进辊轮33的正下方，实现机器人的快速挂接。

行进电机31的输出轴端与行进辊轮33的轴端通过第一同步带轮传动机构34传动连接。第一同步带轮传动机构34包括三个第一同步带轮、第一同步带、两个第一张紧轮。三个分别固定连接于行进电机31的输出轴端及两个行进辊轮33的轴端，并通过第一同步带进行传动。第一同步带中段的上方和下方分别设置有螺栓连接于辊轮架板32上的第一张紧轮支架，第一张紧轮支架的螺栓孔为腰型孔，以便第一张紧轮支架在辊轮架板32上的位置调整。两个第一张紧轮分别转动于两个第一张紧轮支架上，用于第一同步带的张紧调节。

清障单元4设置于电控箱1的顶部，并位于电缆清障机器人行进方向的一侧，用于架空输电线的连续周向清障作业。如图4所示，清障单元4包括固定于电控箱1顶部的安装架板41、旋转电机44、设置于安装架板41一侧的转动组件42、安装于转动组件42上的刀头组件43。安装架板41为L型结构，其垂直段底部通过角铁件螺栓连接于安装基板12的顶面一侧，其顶部水平段通过角铁件螺栓连接于辊轮架板32的顶部，以增加安装架板41的结构稳定性。旋转电机44采用步进伺服电动机，便于电机转动参数的数控化控制。

如图5所示，转动组件42包括齿轮架板421、转动连接于齿轮架板421内的四个小齿轮422、套设于小齿轮422外侧的齿圈423。如图6所示，齿轮架板421包括螺栓连接于安装架板41外侧面上的第一安装盘4211、螺栓连接于第一安装盘4211侧面的第二安装盘4212。第二安装盘4212与第一安装盘4211平行设置，第二安装盘4212与第一安装盘4211均为圆盘状，且第一安装盘4211的直径大于第二安装盘4212的直径。第二安装盘4212远离第二安装盘4211的侧面上固定设置有四个均布的刀架立柱4213。

如图7所示，四个小齿轮422转动连接于第二安装盘4212与第一安装盘4211之间，且四个小齿轮422围绕齿轮架板421的轴线均匀分布。齿圈423套设于四个小齿轮422的外部，并与四个小齿轮422同时内啮合连接，且齿圈423的外径不大于第一安装盘4211的直径。

其中一个小齿轮422的轴端为转动组件42的动力输入端，旋转电机44的输出端与该动力输入端通过第二同步带传动机构45传动连接。第二同步带传动机构45包括固定连接于旋转电机44输出轴端的第二同步带轮、固定连接于动力输入端的双同步带轮、固定于一个小齿轮422轴端的第三同步带轮，双同步带轮通过第二同步带与第二同步带轮传动连接、通过第三同步带与第三同步带轮传动连接。安装架板41的侧面螺栓连接有第二张紧轮支架，第二张紧轮支架的螺栓孔为腰型孔，以便第二张紧轮支架在安装架板41上的位置调整。第二张紧轮支架上转动连接有第二张紧轮，第二张紧轮位于第三同步带的一侧，用于第三同步带的张紧调节。

优选的，齿圈423为“C”型结构，安装架板41、齿轮架板421的同一侧开设有与齿圈423的开口相匹配的U型槽口，使得架空输电线能够通过U型槽口进入齿圈423的内部，且齿圈423可围绕架空输电线转动。由于齿圈423与四个小齿轮422同时啮合传动，当齿圈423的开口位于其中一个小齿轮422的啮合位置时，另外三个小齿轮422仍然能够可靠地进行啮合传动，有效保证了传动的连续性和平稳性。

由于旋转电机44采用步进伺服电动机，在无线控制器14内置的控制程序中设置了旋转电机44仅做整周转动，且每个转动周期单元内整周转动的圈数与小齿轮422、齿圈423之间的传动比互成倒数，以保证旋转电机44每次停止转动时，齿圈423上的开口始终位于U型槽口的位置，使得架空输电线可在装置停止作业后顺利移出。

如图8所示，所述刀头组件43包括固定于齿圈423外侧面并均匀分布的四个内刀组件431、固定于安装架板41外侧面并均匀分布的四个外刀组件432，内到组件431和外刀组件432均呈L型结构，且外刀组件432包围在内刀组件431的外侧。旋转电机44通过第二同步带传动机构45驱动小齿轮422转动，小齿轮422通过啮合传动驱动齿圈423转动，从而实现内刀组件431的转动。内刀组件43与外刀组件432之间的相对转动，实现架空输电线长度方向及圆周方向上障碍物的全面清除，以及障碍物的切断和排出。

如图9所示，内刀组件431包括螺栓连接于齿圈423外侧面上的内刀架4311、分别固定连接于内刀架4311上的轴向内刀片4312、径向内刀片4313。内刀架4311为L型结构，轴向内刀片4312与径向内刀片4313相垂直地螺栓连接于内刀架4311的外侧面上，轴向内刀片4312的长度方向与齿圈423的轴线平行，径向内刀片4313的长度方向与齿圈423径向平行。

如图10所示，外刀组件432包括螺栓连接于安装架板41侧面上的轴向外刀架4321、固定连接于轴向外刀架4321上的轴向外刀片4322、连接于轴向外刀架4321端部与刀架立柱4213端部之间的径向外刀架4323、固定连接于径向外刀架4323上的径向外刀片4324。轴向外刀片4322螺栓连接于轴向外刀架4321内侧面上，且长度方向与齿圈423的轴线平行。径向外刀片4324螺栓连接于径向外刀架4323的内侧面上，且长度方向与齿圈423的径向平行。

优选的，安装基板12的顶面上安装有摄像头5，可在清障机器人行进和清障过程中，对清障后的架空输电线进行沿途实时摄像，并通过无线传输直接传送至移动通讯设备中，便于检修人员及时、清晰地观察清障情况。

进一步的，箱体11的底部螺纹连接或螺栓连接有绝缘操作杆，便于电力检修人员将清障机器人送至架空输电线上。

本发明在使用时，工作对象为20-26mm直径范围内的10kV架空输电线，适用于高空环境，具体使用过程如下：

(1)使用前调试：

(1.1)电力检修人员通过开关启动机器人内的供电***，使机器人内的各电气元件处于待机状态，并利用手持移动通讯设备与电控箱1内的无线控制器14、摄像头5分别无线连接。此时机器人内部程序启动，电动推杆21拉动推杆222向上移动，使两个摆杆223同时向外张开，两个夹紧辊轮225处于最低位置；

(1.2)选取与待检视的架空输电线相同直径的线缆试件，放置于两个夹紧辊轮225与两个行进辊轮33之间；

(1.3)通过移动通讯设备启动夹紧过程，此时电动推杆21的输出轴端推动推杆222向下移动至最低行程点位置，两个连杆224拉动两个摆杆223同时相对转动，使夹紧辊轮225逐渐靠近行进辊轮33并将线缆试件夹紧；

(1.4)拉动线缆试件，若存在一定的阻力，使得两个行进辊轮33发生转动，则满足使用的夹紧要求；

(1.5)通过移动通讯设备启动释放过程，此时电动推杆21的输出轴端向上移动至最高行程点位置，使两个摆杆223同时向外张开，两个夹紧辊轮225再次处于最低位置，解除对线缆试件的夹持，装置恢复至待机状态；

(1.6)将线缆试件移除后，机器人调试完成。

(2)装置在架空输电线上挂接：

(2.1)电力检修人员携带调试后的机器人进入带电塔杆内，手持绝缘操作杆将本机器人举升至待检视的架空输电线的一侧，并使架空输电线进入安装架板41侧面的U型槽口内；

(2.2)当架空输电线抵靠在引导板35的侧面上时，松开绝缘操作杆，则机器人在自身重力作用下，挂接在架空输电线上；

(2.3)通过移动通讯设备启动夹紧过程，则两个夹紧辊轮225再次靠近两个行进辊轮33，并将架空输电线可靠夹持住，两个行进辊轮33的夹持面与架空输电线的表面自然地形成摩擦接触。

(3)机器人在架空输电线上进行清障作业：

电力检修人员通过移动通讯设备启动前进过程，此时行进单元3内的行进电机31及清障单元4内的旋转电机44工作；

行进电机31通过第一同步带轮传动机构34驱动两个前行进辊轮33同向转动，则前行进辊轮33因与架空输电线表面之间的摩擦接触而沿架空输电线向前直线行进。

同时，旋转电机44通过第二同步带轮传动机构45驱动小齿轮422转动，小齿轮422通过啮合传动驱动齿圈423转动，从而实现内刀组件431的转动。内刀组件43与外刀组件432之间相对转动，实现架空输电线长度方向及圆周方向上障碍物的全面清除，以及障碍物的切断和排出。

摄像头5拍摄的实时画面无线传输至移动通讯设备中，便于电力检修人员查看和分析清障结果。

(4)将机器人从架空输电线上移除：

清障完毕后，检修人员通过移动通讯设备启动返回过程，此时行进电机31反向转动，则机器人沿架空输电线直线移动返回起点位置；

检修人员手握绝缘操作杆，并启动释放过程，则两个夹紧辊轮225远离两个行进辊轮33，并解除对架空输电线的夹持；

最后，通过绝缘操作杆将机器人收回或进行下一轮的清障作业。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种电缆清障机器人，用于架空输电线的清障作业，其特征在于：包括电控箱(1)、夹持单元(2)、行进单元(3)、清障单元(4)；

所述夹持单元(2)位于电控箱(1)的顶部，采用侧向挂线夹紧的方式夹持架空输电线，并使电缆清障机器人整体挂设在架空输电线上；

所述行进单元(3)设置于夹持单元(2)的上方，用于驱动电缆清障机器人沿架空输电线的长度方向行进；

所述清障单元(4)设置于行进单元(3)的一侧，用于架空输电线的连续周向清障作业；

所述清障单元(4)包括固定于电控箱(1)顶部的安装架板(41)、旋转电机(44)、设置于安装架板(41)一侧的转动组件(42)、安装于转动组件(42)上的刀头组件(43)；

所述转动组件(42)包括齿轮架板(421)、转动连接于齿轮架板(421)内的若干个小齿轮(422)、套设于小齿轮(422)外侧的齿圈(423)；

所述齿圈(423)与每个小齿轮(422)内啮合连接；

其中一个小齿轮(422)的轴端为转动组件(42)的动力输入端；

所述刀头组件(43)包括固定于齿圈(423)外侧面的若干个内刀组件(431)、固定于安装架板(41)外侧面的若干个外刀组件(432)；

所述内刀组件(431)包括螺栓连接于齿圈(423)外侧面上的内刀架(4311)、分别固定连接于内刀架(4311)上的轴向内刀片(4312)、径向内刀片(4313)；

所述外刀组件(432)位于内刀组件(431)的外侧，外刀组件(432)包括螺栓连接于安装架板(41)侧面上的轴向外刀架(4321)、固定连接于轴向外刀架(4321)上的轴向外刀片(4322)、连接于轴向外刀架(4321)端部与刀架立柱(4213)端部之间的径向外刀架(4323)、固定连接于径向外刀架(4323)上的径向外刀片(4324)；

所述旋转电机(44)的输出端与转动组件(42)的动力输入端通过第二同步带传动机构(45)传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种电缆清障机器人，其特征在于：所述夹持单元(2)包括固定于电控箱(1)内的电动推杆(21)、位于电控箱(1)顶部的夹紧组件(22)；

所述夹紧组件(22)连接于电动推杆(21)输出端的两侧，所述电动推杆(21)驱动夹紧组件(22)上下移动。

3.根据权利要求2所述的一种电缆清障机器人，其特征在于：所述夹紧组件(22)包括固定于电控箱(1)顶面的固定座(221)、贯穿于固定座(221)内的推杆(222)、转动连接于固定座(221)两侧的摆杆(223)；

所述摆杆(223)的中部转动连接有连杆(224)，连杆(224)的另一端转动连接于推杆(222)的顶部两侧；

每个摆杆(223)的顶部设置有夹紧辊轮(225)。

4.根据权利要求1所述的一种电缆清障机器人，其特征在于：所述行进单元(3)包括固定安装于电控箱(1)顶部的行进电机(31)、辊轮架板(32)、转动连接于辊轮架板(32)上的若干个行进辊轮(33)；

所述行进辊轮(33)位于夹持单元(2)的正上方；

所述行进电机(31)的输出轴端与行进辊轮(33)的轴端通过第一同步带轮传动机构(34)传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种电缆清障机器人，其特征在于：所述行进辊轮(33)的数量为两个，且两个行进辊轮(33)的轴线位于同一水平面内。

6.根据权利要求4所述的一种电缆清障机器人，其特征在于：所述行进辊轮(33)为弧形槽辊轮，且弧形面上设置有包胶层。

7.根据权利要求1所述的一种电缆清障机器人，其特征在于：所述齿圈(423)为“C”型结构；

所述安装架板(41)、齿轮架板(421)的同一侧开设有与齿圈(423)的开口相匹配的U型槽口。

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