CN115230964A - 基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人 - Google Patents
基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，两个旋翼安装于机架两侧并能够改变升力方向，四个支腿安装于机架两侧并能摆动，每个支腿下端均安装有一个轮和电机，转盖转动安装于机架上侧，旋转轴安装于转盖的中心内部，两个涡旋簧片安装于转盖和旋转轴之间，四个支腿通过多个连杆与转盖连接，从而转盖顺时针转动可使四个支腿进行闭合转动，并使四个轮夹紧上侧的两根高压线；两个摄像头分别安装于机架下侧的前后两端，每个摄像头上均集成有可转动的高清视觉摄像头和高清红外摄像头，无论白天和黑夜均可完成对线路的巡检，针对高压线的吊点位置，可采用飞行模式进行补充巡检，从而可对高压线实现全线路无阻碍巡检。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人。
背景技术
输电安全是经济发展的基石，高压输电线路是电力能源从发电厂到达工厂和民宅所必经的途径；高压输电线路主要为采用杆塔作为支撑的架空输电线路，并依靠绝缘子和空气对线路进行绝缘；由于高压输电线路长期暴露在野外，长时间遭受刮风下雨、严寒酷暑等恶劣天气，再加之持续的机械张力、电气闪烙、材料老化等因素导致线路容易产生断股、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会扩大，最终可能导致严重事故，造成大面积的停电和巨大的经济损失。
为了保证输电线路安全可靠的运行，电网部门需要定期对高压输电线路进行巡检、维修和维护以确保将故障隐患消除在萌芽状态中；目前，常用的巡检方式是人工巡检，即人工沿线行走并借助望远镜、照相机或摄像机等对线路进行巡查，人工巡检劳动强度大、条件艰苦、巡检精度低，特别是对山区和跨越大江大河线路的巡检，存在很大的困难和风险；在一些人工巡检难以实现的环境中，可采用直升飞机航测的巡检方法，直升机巡检的精度和效率均较高，但巡线成本过于昂贵；另外也出现了直接在输电线路上行走进行巡检的自动化设备，但普遍存在越障能力不强、工作条件苛刻、安装卸载困难等缺点；因此，研制一种安装卸载方便、越障能力强、环境适应能力强的巡线机器人来保障输电线路的安全运行，具有重要的研究意义和实用价值。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，能跨越间隔棒，并能够自主实现在高压线路上的安装和卸载，以减轻工作人员的劳动强度，提高巡线效率并降低巡线成本。
本发明采取的技术方案为：基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，其特征在于：机架上侧中间位置设有一个圆形凹槽，机架左右两侧中间位置设有两个同轴的光滑圆孔；两个旋翼分别安装于机架左右两侧的光滑圆孔中并构成转动副，每个旋翼内部均设有一个可转动提供升力的螺旋桨，每个旋翼均能够改变升力方向，从而保证巡线机器人在空中具有灵活的机动能力；四个支腿分别对应安装于机架两侧并均能左右摆动，四个轮分别安装于四个支腿下端的横板结构上并构成转动副，每个轮上均设有六个支撑板，每个支腿下端还安装有一个电机用于实现对应轮的转动和刹车；转盖安装于机架上侧的圆形凹槽中并构成转动副，转盖上端的左右两侧设有两个竖向圆柱，旋转轴同轴安装于转盖的中心内部，两个涡旋簧片的两端分别安装于转盖内侧和旋转轴外侧之间，安装于机架下侧的第七电机可驱动旋转轴的转动，并通过两个涡旋簧片蓄力后驱动转盖转动；第一转板和第二转板分别转动安装于机架上侧前后两端，第一转板通过第一连杆和第二连杆分别与前侧两个支腿上端构成球面副连接，并通过第三连杆与转盖上端右侧的竖向圆柱转动连接；第二转板通过第五连杆和第六连杆分别与后侧两个支腿上端构成球面副连接，并通过第四连杆与转盖上端左侧的竖向圆柱转动连接；从而转盖顺时针转动可使四个支腿进行闭合转动，并使四个轮夹紧上侧的两根高压线；两个摄像头分别安装于机架下侧的前后两端，每个摄像头上均集成有可转动的高清视觉摄像头和高清红外摄像头，无论白天和黑夜均可完成对线路的巡检。
作为优选，四个轮结构相同，每个轮的下端均为槽轮结构。
作为优选，每个轮上均设有六个支撑板，每个支撑板外端都向上翘起，便于轮在进行旋转时高压线可流畅地进入到对应轮的回转沟槽中。
作为优选，每个支腿下端的横板结构均向上倾斜，从而使四个轮可以斜向下夹紧两根钢丝绳，有利于巡线机器人的稳定行走。
作为优选，两个涡旋簧片安装的相位角为180°。
作为优选，两个旋翼的升力方向各自由一个电机通过蜗轮蜗杆传动结构进行独立的动态调节。
作为优选，左右对应的两个轮在涡旋簧片的弹力作用下能够夹紧高压线，也能向外张开并越过间隔棒。
作为优选，针对高压线的吊点位置，可采用飞行模式进行补充巡检，从而可对高压线实现全线路无阻碍巡检。
本发明的有益效果：(1)巡线机器人上设置有两个可改变升力角度的旋翼，可实现巡线机器人在高压线上的自主安装和卸载，不需要人工进行攀爬和吊装，极大地减轻了工作人员的劳动强度，能有效提高巡线的效率；(2)巡线机器人采用沿线行走的方式进行巡检，其自身重力由高压线进行支撑，相比于全时处于飞行状态的无人机巡检，能够节省大量的电量，有效延长工作时间；相比于人工巡检，能够有效提高巡检效率；相比于直升飞机巡检，能够极大降低巡检成本；(3)针对高压线路中常见的间隔棒，本发明中的巡线机器人可以轻松越过，而对于吊点位置，可采用飞行模式进行补充巡检，从而可实现全线路无阻碍的巡检，这是目前常规巡线机器人难以实现的技术效果；(4)高清红外摄像头的采用可使巡线机器人克服环境光线的影响，无论白天和黑夜均可完成对线路的巡检，能有效应对线路突发状况的侦查和评估；(5)警示灯可闪烁红光，用于标识巡线机器人在高压线上的位置；当巡线机器人出现故障时，警示灯可通过不同的闪烁频率显示故障类型，直观方便，便于工作人员及时了解设备状况，及时采取有效的应对措施。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明转盖位置的局部剖面俯视图。
图3为本发明整体结构的仰视图。
图4为本发明翻越间隔棒时的状态示意图。
附图标号：1机架、2第六连杆、3第五连杆、4第二转板、5第三支腿、6第四连杆、7转盖、8第一转板、9第一连杆、10第一支腿、11第一电机、12第一轮、12.1第一支撑板、13第二连杆、14第一摄像头、15第二支腿、16第二电机、17高压线、18间隔棒、19第二轮、19.1第二支撑板、20第三连杆、21第二旋翼、21.1第二蜗轮、22第四轮、22.1第四支撑板、23第四电机、24第四支腿、25第三电机、26第三轮、26.1第三支撑板、27第一旋翼、27.1第一蜗轮、28旋转轴、29涡旋簧片、30警示灯、31第六电机、32第二蜗杆、33第五电机、34第一蜗杆、35第七电机、36第二摄像头。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1、图2、图3所示，基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，主要包括机架1、第一旋翼27、第二旋翼21、第一支腿10、第二支腿15、第三支腿5、第四支腿24、第一轮12、第二轮19、第三轮26、第四轮22、旋转轴28、涡旋簧片29、转盖7、警示灯30、第一摄像头14、第二摄像头36，其中机架1为板状结构，其上侧中间位置设有一个圆形凹槽，机架1上侧前后两端各设有一个竖直的转轴，机架1左右两侧中间位置设有两个同轴的光滑圆孔，两个光滑圆孔的内侧端部各设有一个矩形空槽。
所述的第一支腿10上端设有一个球面轴，下端设有一个向上倾斜的横板结构，第一支腿10安装于机架1前端左侧并构成转动副，第一电机11内部集成有刹车并通过螺钉固定安装于第一支腿10下端横板结构的上侧；所述的第一轮12下端为槽轮结构，其回转沟槽的圆弧半径与高压线17的半径大小相等，第一轮12上端横向均布设有六个第一支撑板12.1，其目的在于使第一轮12在翻越间隔棒18时，回转沟槽脱离高压线17后第一支撑板12.1仍可为机器人提供支撑，每个第一支撑板12.1外端都向上翘起，便于第一轮12在进行旋转时高压线17可流畅地进入到第一轮12的回转沟槽中，第一轮12安装于第一支腿10下端横板结构的下侧并与第一电机11的输出轴同轴紧固连接，从而第一电机11可驱动第一轮12的旋转和刹车定位。
所述第二支腿15的结构与第一支腿10相同但安装方向成左右反向，第二支腿15安装于机架1前端右侧并构成转动副，第二电机16内部集成有刹车并通过螺钉固定安装于第二支腿15下端横板结构的上侧；所述的第二轮19与第一轮12的结构相同，第二轮19上端横向均布设有六个第二支撑板19.1，其目的在于使第二轮19在翻越间隔棒18时，回转沟槽脱离高压线17后第二支撑板19.1仍可为机器人提供支撑，第二轮19安装于第二支腿15下端横板结构的下侧并与第二电机16的输出轴同轴紧固连接，从而第二电机16可驱动第二轮19的旋转和刹车定位。
所述的第一转板8中间位置设有一个圆孔，第一转板8的前端和后端各设有一个球面轴，两个球面轴的位置关于圆孔对称，第一转板8右端竖向设有一个圆柱转轴，第一转板8中间的圆孔与机架1上侧前端竖直的转轴同轴转动连接，第一连杆9两端各设有一个球窝，第一连杆9左端的球窝与第一支腿10上端的球面轴连接并构成球面副，第一连杆9右端的球窝与第一转板8后端的球面轴连接并构成球面副；第二连杆13的结构与第一连杆9相同，第二连杆13左端的球窝与第一转板8前端的球面轴连接并构成球面副，第二连杆13右端的球窝与第二支腿15上端的球面轴连接并构成球面副；从而第一转板8顺时针转动可通过第一连杆9和第二连杆13分别推动第一支腿10和第二支腿15的闭合转动，使第一轮12和第二轮19均向中间移动并夹紧上侧的两根高压线17；第一转板8逆时针转动可通过第一连杆9和第二连杆13分别拉动第一支腿10和第二支腿15的张开转动，使第一轮12和第二轮19分别向外侧移动并脱离上侧的两根高压线17。
所述第三支腿5的结构与第一支腿10相同，第三支腿5安装于机架1后端左侧并构成转动副，第三电机25内部集成有刹车并通过螺钉固定安装于第三支腿5下端横板结构的上侧；所述的第三轮26与第一轮12的结构相同，第三轮26上端横向均布设有六个第三支撑板26.1，其目的在于使第三轮26在翻越间隔棒18时，回转沟槽脱离高压线17后第三支撑板26.1仍可为机器人提供支撑，第三轮26安装于第三支腿5下端横板结构的下侧并与第三电机25的输出轴同轴紧固连接，从而第三电机25可驱动第三轮26的旋转和刹车定位。
所述第四支腿24的结构与第三支腿5相同但安装方向成左右反向，第四支腿24安装于机架1后端右侧并构成转动副，第四电机23内部集成有刹车并通过螺钉固定安装于第四支腿24下端横板结构的上侧；所述的第四轮22与第一轮12的结构相同，第四轮22上端横向均布设有六个第四支撑板22.1，其目的在于使第四轮22在翻越间隔棒18时，回转沟槽脱离高压线17后第四支撑板22.1仍可为机器人提供支撑，第四轮22安装于第四支腿24下端横板结构的下侧并与第四电机23的输出轴同轴紧固连接，从而第四电机23可驱动第四轮22的旋转和刹车定位。
所述第二转板4的结构与第一转板8相同但安装方向成前后反向，第二转板4的前端和后端各设有一个球面轴，第二转板4左端竖向设有一个圆柱转轴，第二转板4中间的圆孔与机架1上侧后端竖直的转轴同轴转动连接；第五连杆3两端各设有一个球窝，第五连杆3左端的球窝与第三支腿5上端的球面轴连接并构成球面副，第五连杆3右端的球窝与第二转板4后端的球面轴连接并构成球面副；第六连杆2的结构与第五连杆3相同，第六连杆2左端的球窝与第二转板4前端的球面轴连接并构成球面副，第六连杆2右端的球窝与第四支腿24上端的球面轴连接并构成球面副；从而第二转板4顺时针转动可通过第五连杆3和第六连杆2分别推动第三支腿5和第四支腿24的闭合转动，使第三轮26和第四轮22均向中间移动并夹紧上侧的两根高压线17；第二转板4逆时针转动可通过第五连杆3和第六连杆2分别拉动第三支腿5和第四支腿24的张开转动，使第三轮26和第四轮22分别向外侧移动并脱离上侧的两根高压线17。
所述的转盖7为开口向下的空腔圆盘结构，转盖7通过一个轴承安装于机架1上侧中间位置的圆形凹槽中，从而转盖7可进行自由转动，转盖7上端设有两个竖向圆柱，两个竖向圆柱的位置关于转盖7轴心成中心对称；所述的第三连杆20前端与第一转板8右端的圆柱转轴转动连接，第三连杆20后端与转盖7上端右侧的竖向圆柱转动连接，第四连杆6前端与转盖7上端左侧的竖向圆柱转动连接，第四连杆6后端与第二转板4左端的圆柱转轴转动连接；转盖7内侧圆柱面上竖向设有两个开口的矩形槽，该两个矩形槽的位置关于转盖7轴心成中心对称；所述的旋转轴28同轴安装于转盖7中心内部，旋转轴28的外侧圆柱面上竖向设有两个开口的矩形槽，该两个矩形槽的位置关于旋转轴28的轴心成中心对称；所述的涡旋簧片29数量为两个，两个涡旋簧片29的两端分别对应安装于转盖7内侧两个矩形槽和旋转轴28外侧两个矩形槽之间；所述的第七电机35内部集成有编码器和刹车，可进行精确的角度转动和刹车定位，第七电机35通过螺钉固定安装于机架1下侧，并且其输出轴与旋转轴28同轴紧固连接；从而第七电机35可驱动旋转轴28的转动，旋转轴28顺时针转动后可使两个涡旋簧片29蓄力扭转并带动转盖7顺时针转动，转盖7分别通过第三连杆20和第四连杆6驱动第一转板8和第二转板4顺时针转动，从而使四个支腿进行闭合转动，并使四个轮夹紧上侧的两根高压线17。
所述的第一旋翼27安装于机架1左侧的光滑圆孔中并构成转动副，第一旋翼27内部设有一个螺旋桨，螺旋桨转动可为巡线机器人提供升力，第一旋翼27的右端设有第一蜗轮27.1，第一蜗轮27.1为不完全蜗轮并安装于机架1左侧的矩形空槽中；所述的第一蜗杆34安装于机架1下侧并构成转动副，第一蜗杆34与第一蜗轮27.1啮合构成蜗轮蜗杆传动结构；第五电机33内部集成有编码器并可进行精确的角度转动，第五电机33固定安装于机架1下侧并且其输出轴与第一蜗杆34同轴紧固连接；从而第五电机33可通过蜗轮蜗杆结构调节第一旋翼27的升力方向。
所述的第二旋翼21安装于机架1右侧的光滑圆孔中并构成转动副，第二旋翼21内部设有一个螺旋桨，螺旋桨转动可为巡线机器人提供升力，第二旋翼21的左端设有第二蜗轮21.1，第二蜗轮21.1为不完全蜗轮并安装于机架1右侧的矩形空槽中；所述的第二蜗杆32安装于机架1下侧并构成转动副，第二蜗杆32与第二蜗轮21.1啮合构成蜗轮蜗杆传动结构；第六电机31内部集成有编码器并可进行精确的角度转动，第六电机31固定安装于机架1下侧并且其输出轴与第二蜗杆32同轴紧固连接；从而第六电机31可通过蜗轮蜗杆结构调节第二旋翼21的升力方向。
所述的第一摄像头14固定安装于机架1的下侧前端，第一摄像头14上集成有高清视觉摄像头和高清红外摄像头，两个摄像头均可进行左右摆动和上下摆动，以实现视野角度的调节，第二摄像头36与第一摄像头14的结构相同并固定安装于机架1的下侧后端，从而可使巡线机器人具有良好的前后视野并可方便地前进和后退；所述的警示灯30安装于机架1下侧，警示灯30可闪烁红光，用于标识巡线机器人在高压线17上的位置；当巡线机器人出现故障时，警示灯30可通过不同的闪烁频率显示故障类型。
实施例一：由于第五电机33和第六电机31可分别调节第一旋翼27和第二旋翼21的旋转角度，从而实现升力角度的调整，可实现巡线机器人在空中的移动和旋转动作，使巡线机器人具有灵活的机动能力。
实施例二：将巡线机器人安装至高压线17上时，首先使第七电机35逆时针旋转，使四个支腿向外张开，并使两侧相对应轮之间的轮距略大于上侧两根高压线之间的间距；然后通过遥控装置控制第一旋翼27和第二旋翼21进行旋转，使巡线机器人飞临目标高压线17上方后降落，并使四个轮上的支撑板压于上侧两根高压线17上；之后第七电机35顺时针旋转使两个涡旋簧片29蓄力扭转，并通过多个连杆的传动使四个轮夹紧上侧两根高压线17，从而实现巡线机器人在高压线17上的安装；巡线机器人从高压线17上的卸载过程与安装过程步骤相反。
实施例三：如图4所示，当第一轮12和第二轮19翻越间隔棒18时，第一轮12和第二轮19会被间隔棒18向两侧撑开，此时第一支撑板12.1和第二支撑板19.1会继续压附于高压线17上侧为巡线机器人提供支撑力；当第一轮12和第二轮19越过间隔棒18后，在两个涡旋簧片29的弹力作用下，第一轮12和第二轮19会迅速向中间移动并继续夹紧上侧两根高压线17；第三轮26和第四轮22翻越间隔棒18的原理与上述相同。
实施例四：当到达高压线吊点位置时，高压线上侧的空间路径被阻挡，此时可启用飞行模式进行巡检，即四个轮向外侧移动并松开对上侧两根高压线17的夹持，两个旋翼启动使巡线机器人在空中围绕高压线17进行图像采集，待越过吊点位置后再将巡线机器人安装至上侧两根高压线17上，继续执行线路巡检。
实施例五：第一摄像头14和第二摄像头36上均集成有高清视觉摄像头和高清红外摄像头；在环境光线良好的白日，高清视觉摄像头可为工作人员提供清晰的视野，便于发现高压线17上的微小损伤；在没有日照的黑夜，高清红外摄像头可采集高压线17上的高清图像信息，从而无论白天黑夜，巡线机器人均可进行线路巡检。
Claims (8)
1.基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，其特征在于，主要包括：
机架，其上侧中间位置设有一个圆形凹槽，机架左右两侧中间位置设有两个同轴的光滑圆孔；
两个旋翼，分别安装于机架左右两侧的光滑圆孔中并构成转动副，每个旋翼内部均设有一个可转动提供升力的螺旋桨，每个旋翼均能够改变升力方向，从而保证巡线机器人在空中具有灵活的机动能力；
四个支腿，分别对应安装于机架两侧并均能左右摆动，四个轮分别安装于四个支腿下端的横板结构上并构成转动副，每个轮上均设有六个支撑板，每个支腿下端还安装有一个电机用于实现对应轮的转动和刹车；
转盖和旋转轴，安装于机架上侧的圆形凹槽中并构成转动副，转盖上端的左右两侧设有两个竖向圆柱，旋转轴同轴安装于转盖的中心内部，两个涡旋簧片的两端分别安装于转盖内侧和旋转轴外侧之间，安装于机架下侧的第七电机可驱动旋转轴的转动，并通过两个涡旋簧片蓄力后驱动转盖转动；
第一转板和第二转板，分别转动安装于机架上侧前后两端，第一转板通过第一连杆和第二连杆分别与前侧两个支腿上端构成球面副连接，并通过第三连杆与转盖上端右侧的竖向圆柱转动连接；第二转板通过第五连杆和第六连杆分别与后侧两个支腿上端构成球面副连接，并通过第四连杆与转盖上端左侧的竖向圆柱转动连接；从而转盖顺时针转动可使四个支腿进行闭合转动，并使四个轮夹紧上侧的两根高压线；
两个摄像头，分别安装于机架下侧的前后两端，每个摄像头上均集成有可转动的高清视觉摄像头和高清红外摄像头，无论白天和黑夜均可完成对线路的巡检。
2.根据权利要求1所述的基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，其特征在于：所述的四个轮结构相同，每个轮的下端均为槽轮结构。
3.根据权利要求1所述的基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，其特征在于：所述每个轮上均设有六个支撑板，每个支撑板外端都向上翘起，便于轮在进行旋转时高压线可流畅地进入到对应轮的回转沟槽中。
4.根据权利要求1所述的基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，其特征在于：所述的每个支腿下端的横板结构均向上倾斜，从而使四个轮可以斜向下夹紧两根钢丝绳，有利于巡线机器人的稳定行走。
5.根据权利要求1所述的基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，其特征在于：所述两个涡旋簧片安装的相位角为180°。
6.根据权利要求1所述的基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，其特征在于：所述两个旋翼的升力方向各自由一个电机通过蜗轮蜗杆传动结构进行独立的动态调节。
7.根据权利要求1所述的基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，其特征在于：所述左右对应的两个轮在涡旋簧片的弹力作用下能够夹紧高压线，也能向外张开并越过间隔棒。
8.根据权利要求1所述的基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人，其特征在于：针对高压线的吊点位置，可采用飞行模式进行补充巡检，从而可对高压线实现全线路无阻碍巡检。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211075034.8A CN115230964A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 基于双旋翼无人机的高压线巡线机器人 |
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Citations (3)
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| WO2017126820A1 (ko) * | 2016-01-20 | 2017-07-27 | 한국전력공사 | 가변형 비행로봇 |
| CN112340017A (zh) * | 2020-10-31 | 2021-02-09 | 阜阳鑫工机电设备有限公司 | 一种架空高压线巡检无人机、无人机巡检方法 |
| CN114671024A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-06-28 | 王者献 | 一种线路巡检清障无人机 |
-
2022
- 2022-09-02 CN CN202211075034.8A patent/CN115230964A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017126820A1 (ko) * | 2016-01-20 | 2017-07-27 | 한국전력공사 | 가변형 비행로봇 |
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