CN111313322A - 一种具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人，在无障碍的电力线上进行巡检时，采用轮式沿电力线行走，同时通过取能铁芯装置从高压的电力线上持续获取电能，以补充行走巡线机器人运行过程中的能量消耗，同时，为行走巡线机器人内的蓄电池充电；在遇到障碍(如张力塔、换相塔)时，则利用多旋翼飞行装置为行走巡线机器人提供升力，然后取能铁芯装置张开，与电力线脱离，行走轮和电力线脱钩，多旋翼飞行装置带着行走巡线机器人飞行到下一工作点，再把行走轮挂到电力线上并锁紧，取能铁芯装置重新闭合环绕在电力线上，从而越过障碍。跨越障碍的能力得到了提高，在巡线过程中无需更换，降低了巡线成本。

Description

一种具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人

技术领域

本发明属于高压线路设备状态检修技术领域，更为具体地讲，涉及一种具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人，可用于输电线路的自动巡检和除冰等工作。

背景技术

采用高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式。高压输电线路安全经济运行是经济建设坚强的电力保证。随着我国经济的高速发展，超高压大容量输电线路越建越多，输电线路走廊穿越的地理环境更加复杂，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭等。输电线路的电力线及杆塔长期暴露在野外，因受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，原本微小的破损和缺陷就可能扩大，最终导致严重事故，造成大面积的停电和巨大的经济损失。我国现有500kV超高压线路约计2.7万公里，为保证其安全可靠的运行，定期检测与维护十分必要。

目前，对输电线路进行巡检的方法主要有三种：

(1)、地面目测法：采用肉眼或望远镜对辖区内的输电线路，包括电力线、塔杆等进行观测。由于输电线路分布点多面广、地理条件复杂，巡检工人需要翻山越岭、涉水过河、徒步或驱车巡检。这种方法劳动强度大，工作效率和探测精度低，可靠性差。

(2)、航测法：采用直升飞机巡检。直升飞机沿输电线路飞行，工作人员用肉眼或机载摄像设备观测和记录沿线异常点的情况。这种方法尽管距离接近，提高了探测效率和精度，但直升飞机在山间峡谷、气候多变的地方，以及高原地带也不便于使用，同时，也无法对输电线路进行除冰之类需要机械接触的输电线路检修工作。

(3)、无人机巡检：目前在输电线路巡线中所采用的无人机除了短距离(1～3公里范围)采用有人遥控操作外，长距离的无人机巡线皆采用盲巡的方式，其特点是在飞行前设定飞行轨迹，在飞行过程中无法控制飞机，所有现场数据需要飞机返回后离线分析。这种方式对于现场情况掌握不及时，并且无法对问题点进行临时调整飞行线路。并且无人机虽然可以解决部分巡线的问题，但却无法完成线路除冰之类需要机械接触的输电线路检修工作。

(4)、巡检机器人：巡检机器人采用沿电力线或地线行走，行进方式一般采用轮式，能够以一定的速度沿电力线或地线爬行。并能跨越防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、杆塔等障碍，利用携带的传感仪器对杆塔、导线及避雷线、绝缘子、线路金具、线路通道等实施接近检测，代替人工进行电力线路的巡检工作，可以进一步提高巡检的工作效率和巡检精度。此外还可以进行电力线、地线的机械除冰操作。但是巡检机器人在应用过程中遇到两大难题：第一是机器人的越障问题，不能在电力线的不同相间进行跨越，在单根电力线上也不能在换相塔进行跨越；第二是巡线机器人工作电源问题。

由于输电线路上存在防震锤、耐张线夹、悬垂线夹以及多***线中的支架。为了穿越如此多种类的障碍，巡线机器人的跨越动作机械结构设计较为复杂、控制电机较多，因而巡线机器人的重量一直无法有效降低。机器人重量的增加就会加大其运行时所需要的功率，这就要求机器人自身能携带足够的能量。目前机器人的供电主要采用蓄电，为了至少行进1公里并穿越一基杆塔其需要携带的蓄电池重量几乎和裸机(不带蓄电池)相当。所带电量越多整机重量就越重电机所需功率也就越高，设备越障难度也就越大。

上述两个问题交织出现的结果就是现有的巡线机器人每巡视1～2公里就需要从输电线路上卸下来进行电池更换。由于输电线路巡视时一般都处于带电状态，因此巡线机器人从带电电力线上挂上和取下都需要进行带电操作，因而其巡线成本和人工巡线相比没有任何优势。这也是目前巡线机器人虽然有实验性测试，但一直没有进入规模化应用的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人，在提高跨越障碍的能力的同时，降低机械结构复杂度，以减轻自身的重量，进一步实现电池在巡线过程中无需更换，以降低巡线成本。

为实现上述发明目的，本发明具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人，包括：

行走巡线机器人，用于巡线、检修设备；

其他特征在于，还包括：

一具有开合能力的取能铁芯装置，其环绕在电力线上，用于获取电能，为行走巡线机器人巡检(包括行走)提供电能，同时，为行走巡线机器人内的蓄电池充电；

一多旋翼飞行装置，安装在巡线机器人腔体上，用于在遇到障碍，如张力塔、换相塔，或需要进行换相巡检时，多旋翼飞行装置将蓄电池作为其动力源并启动，为行走巡线机器人提供升力，行走巡线机器人上的行走轮和电力线脱钩，环绕在电力线上的取能铁芯装置张开，行走巡线机器人与电力线脱离，多旋翼飞行装置带着行走巡线机器人飞行到下一工作点，再把行走轮挂到电力线上并锁紧，取能铁芯装置重新闭合环绕在电力线上，从而越过障碍。

本发明的目的是这样实现的。

本发明具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人，在常规的行走巡线机器人基础上，加装具有开合能力的取能铁芯装置以及多旋翼飞行装置，这样本发明具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人同时具有轮式行走和短距离的空中飞行能力：在无障碍的电力线上进行巡检时，采用轮式沿电力线行走，同时通过取能铁芯装置从高压的电力线上持续获取电能，以补充行走巡线机器人运行过程中的能量消耗，同时，为行走巡线机器人内的蓄电池充电；在遇到障碍(如张力塔、换相塔)时，则利用多旋翼飞行装置为行走巡线机器人提供升力，然后取能铁芯装置张开，与电力线脱离，行走轮和电力线脱钩，多旋翼飞行装置带着行走巡线机器人飞行到下一工作点，再把行走轮挂到电力线上并锁紧，取能铁芯装置重新闭合环绕在电力线上，从而越过障碍。由于采用多旋翼飞行装置对行走巡线机器人进行障碍跨越，跨越障碍的能力得到了提高，不仅可以跨越一般的障碍，还可以在相间进行工作切换、在换相电力线进行工作。同时，不再需要复杂的跨越动作机械结构，控制电机数量大为减少，行走巡线机器人重量大为减轻；蓄电池只有在跨越障碍的时候使用，也不需要太大的容量，蓄电池重量也大为减轻，从而使得整个输电线路巡线机器人大为减轻，也增加了输电线路巡线机器人使用的灵活性。此外，采用取能铁芯装置进行供电，行走时，为行走巡线机器人巡检(包括行走)提供电能，同时，为行走巡线机器人内的蓄电池充电，这样使得输电线路巡线机器人在巡线过程中无需更换，降低了巡线成本。

附图说明

图1是本发明具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人一种具体实施方式的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为右视图，(c)为俯视图；

图2是本发明具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人从行走模式进入障碍跨越模式的状态转换过程示意图；

图3是本发明具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人行走跨越过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图1是本发明具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人一种具体实施方式的结构示意图。

在本实施例中，如图1所示，本发明具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人包括行走巡线机器人1、具有开合能力的取能铁芯装置2以及多旋翼飞行装置3。

行走巡线机器人1用于巡线、检修设备。

具有开合能力的取能铁芯装置2环绕在电力线4上，用于获取电能，为行走巡线机器人1巡检(包括行走)提供电能，同时，为行走巡线机器人1内的蓄电池充电。

多旋翼飞行装置3安装在行走巡线机器人1(具体结构未画出，可以根据具体巡检要求安装相应的巡线、检修设备)上。在本实施例中，多旋翼飞行装置3采用四个飞行旋翼，驱动装置置于行走巡线机器人1内。

在本实施例中，行走巡线机器人上的行走轮1包括上行走轮101、下行走轮102，分别通过右侧、左侧的滑轮臂连接到行走巡线机器人1上侧，其中，右侧的滑轮臂即连接上行走轮101与行走巡线机器人1的滑轮臂通过行走巡线机器人1的升降电机驱动，可以向上升或向下降。

如图2状态1所示，行走巡线机器人1巡检时，行走轮挂到电力线4上并锁紧行。具体而言，上行走轮101挂到电力线4上，电力线4置于上行走轮101的轮槽中，下行走轮102的轮槽边沿左右对齐的方式，从下方向上顶接到上行走轮101的轮槽边沿，从而将电力线4锁紧，避免输电线路巡线机器人意外脱落。在行进电机驱动下，行走轮带着行走巡线机器人在电力线4上进行行走。

如图2状态2所示，在在遇到障碍，如张力塔、换相塔，或需要进行换相巡检时，多旋翼飞行装置3将蓄电池作为其动力源并启动，为行走巡线机器人1提供升力，行走巡线机器人1上的行走轮和电力线脱钩：右侧的滑轮臂即连接上行走轮101与行走巡线机器人1的滑轮臂通过行走巡线机器人1的升降电机驱动向上升。

如图2状态3所示，上行走轮101的滑轮臂向外转动，从而使上行走轮101脱离电力线4，环绕在电力线4上的取能铁芯装置3张开，从而使取能铁芯装置3脱离电力线4。

如图2状态4所示，多旋翼飞行装置3减小升力，输电线路巡线机器人整体向下移动，电力线4脱离下行走轮102。这样，行走巡线机器人1与电力线脱离，进入障碍跨越模式。

之后，多旋翼飞行装置3带着行走巡线机器人1飞行到下一工作点，再把行走轮挂到电力线4上并锁紧，取能铁芯装置3重新闭合环绕在电力线3上，从而越过障碍，具体过程与行走巡线机器人1与电力线脱离过程相反即与图2所示的状态转换过程相反。

图3是本发明具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人行走跨越过程示意图。

在本实施例中，如图3所示，由位置a到位置b(在线间运动)机器人采用轮式行走，在b位置遇到障碍后机器人采用多旋翼飞行装置飞跃铁塔到d位置重新挂上电力线，然后继续采用轮式行走。

具体而言，本发明把多旋翼飞行装置和行走巡线机器人以及取能铁芯装置(高压取能装置)结合为一体。平时正常巡线时，该输电线路巡线机器人由取能铁芯装置进行实时供电，并采用轮式行走，当遇到障碍或需要跨越时，输电线路巡线机器人切换到障碍跨越(飞行)模式并采用蓄电池供电。其切换步骤如下：

第一步：启动多旋翼飞行装置为行走巡线机器人提供升力；

第二步：控制取能铁芯装置脱离电力线；

第三步：控制行走轮和电力线脱钩；

第四步：控制多旋翼飞行装置使其飞行到下一工作点；

第五步：把行走轮挂到电力线并锁紧；

第六步：关闭多旋翼飞行装置；

第七步：使取能铁芯装置重新环绕电力线进行取能；

第八步：输电线路巡线机器人重新进行入轮式行走状态。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种具有空中跨越能力的输电线路巡线机器人，包括：

行走巡线机器人，用于巡线、检修设备；

其他特征在于，还包括：

一具有开合能力的取能铁芯装置，其环绕在电力线上，用于获取电能，为行走巡线机器人巡检(包括行走)提供电能，同时，为行走巡线机器人内的蓄电池充电；

一多旋翼飞行装置，安装在巡线机器人腔体上，用于在遇到障碍，如张力塔、换相塔，或需要进行换相巡检时，多旋翼飞行装置将蓄电池作为其动力源并启动，为行走巡线机器人提供升力，行走巡线机器人上的行走轮和电力线脱钩，环绕在电力线上的取能铁芯装置张开，行走巡线机器人与电力线脱离，多旋翼飞行装置带着行走巡线机器人飞行到下一工作点，再把行走轮挂到电力线上并锁紧，取能铁芯装置重新闭合环绕在电力线上，从而越过障碍。

2.根据权利要求1所述的输电线路巡线机器人，其特征在于，所述行走轮包括上行走轮、下行走轮，分别通过右侧、左侧的滑轮臂连接到行走巡线机器人上侧，其中，右侧的滑轮臂即连接上行走轮与行走巡线机器人的滑轮臂通过行走巡线机器人的升降电机驱动，可以向上升或向下降；

行走巡线机器人巡检时，行走轮挂到电力线上并锁紧行：上行走轮挂到电力线上，电力线置于上行走轮的轮槽中，下行走轮的轮槽边沿左右对齐的方式，从下方向上顶接到上行走轮的轮槽边沿，从而将电力线锁紧，避免输电线路巡线机器人意外脱落；

所述行走巡线机器人上的行走轮和电力线脱钩为：右侧的滑轮臂即连接上行走轮与行走巡线机器人的滑轮臂通过行走巡线机器人的升降电机驱动向上升，上行走轮的滑轮臂向外转动，从而使上行走轮脱离电力线。

3.根据权利要求2所述的输电线路巡线机器人，其特征在于，当遇到障碍或需要跨越时，输电线路巡线机器人切换到障碍跨越(飞行)模式并采用蓄电池供电，其切换步骤如下：

第一步：启动多旋翼飞行装置为行走巡线机器人提供升力；

第二步：控制取能铁芯装置脱离电力线；

第三步：控制行走轮和电力线脱钩；

第四步：控制多旋翼飞行装置使其飞行到下一工作点；

第五步：把行走轮挂到电力线并锁紧；

第六步：关闭多旋翼飞行装置；

第七步：使取能铁芯装置重新环绕电力线进行取能；

第八步：输电线路巡线机器人重新进行入轮式行走状态。

Images