適應單導線的包絡式巡線機器人結構及其越障方法
【專利摘要】本發明公開了一種適應單導線的包絡式巡線機器人結構及其越障方法，屬于機器人技術領域。所述適應單導線的包絡式巡線機器人結構包括機架，其中：所述機架的上方設置有中間環形輪臂，所述中間環形輪臂通過升降機構與所述機架連接；所述機架上懸空設置有前環形輪臂和后環形輪臂，所述前環形輪臂和中間環形輪臂之間以及所述后環形輪臂和中間環形輪臂之間分別設置有第一俯仰關節和第二俯仰關節；各環形輪臂均包括主動輪臂和從動輪臂，所述主動輪臂和從動輪臂上均設置有行走輪，各環形輪臂下方均設置有開合控制機構。與現有技術相比，本發明具有減輕勞動強度、降低運行成本，且能夠翻越障礙物的優點。
【專利說明】
適應單導線的包絡式巡線機器人結構及其越障方法
技術領域
[0001]本發明涉及機器人技術領域，特別是指一種適應單導線的包絡式巡線機器人結構及其越障方法。
【背景技術】
[0002]采用高壓和超高壓架空電力線是長距離輸配電力的主要方式。電力線及桿塔附件長期暴露在野外，因受到持續的機械張力、電氣閃烙、材料老化的影響而容易產生斷股、磨損、腐蝕等損傷，如不及時修復更換，原本微小的破損和缺陷就可能擴大，最終導致嚴重事故，造成大面積的停電和巨大的經濟損失。當前輸電導線巡檢、維護的方法主要有兩種:地面目測法與航測法。目測法采用人工巡檢，這種方法勞動強度大，工作效率和探測精度低，可靠性差，存在檢查盲區;航測法采用直升飛機巡線，這種方法雖然有較高的檢測效率和精度，但是這種方法受一些環境因素的制約，同時巡檢的技術難度高，運行費用較高。巡線機器人技術的發展，為高壓輸電線的檢查工作提供了新的技術手段。
[0003]目前國內外研究的高壓、超高壓輸電線路機器人多為雙臂反對稱結構、三臂結構及多臂結構，其運行環境多為架空地線。安裝于架空地線上的線路機器人不僅運行過程中易受自然環境中的外力影響，導致運行不穩定，甚至從輸電線路上掉落，而且還存在巡檢清障范圍有限，工作效率低，與導線之間有很大距離。因此，有必要提供一種既能減輕勞動強度、降低運行成本，又能夠翻越障礙物的巡線機器人機械結構。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種既能減輕勞動強度、降低運行成本，又能夠翻越障礙物的適應單導線的包絡式巡線機器人結構及其越障方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下:
[0006]—方面，提供一種適應單導線的包絡式巡線機器人結構，包括機架，其中:
[0007]所述機架的上方設置有中間環形輪臂，所述中間環形輪臂通過設置在所述機架內部的升降機構與所述機架連接；
[0008]所述機架上懸空對稱設置有前環形輪臂和后環形輪臂，所述前環形輪臂和中間環形輪臂之間以及所述后環形輪臂和中間環形輪臂之間分別設置有第一俯仰關節和第二俯仰關節；
[0009]各環形輪臂均包括主動輪臂和從動輪臂，所述主動輪臂和從動輪臂上均設置有行走輪，各環形輪臂下方均設置有開合控制機構。
[0010]進一步的，各環形輪臂下端的開合控制機構均包括輪臂底座，所述輪臂底座上設置有水平排列的輪臂開合電機和齒輪傳動，所述齒輪傳動包括用于驅動主動輪臂的主動齒輪和與所述主動齒輪連接且用于驅動從動輪臂的從動齒輪，所述輪臂開合電機通過傳動軸驅動所述主動齒輪。
[0011]進一步的，所述升降機構包括與所述中間環形輪臂固定連接的推桿電機，所述推桿電機內部設置有控制所述中間環形輪臂升降的伸縮軸。
[0012]進一步的，所述第一俯仰關節和第二俯仰關節均包括俯仰關節安裝架和鉸接在所述俯仰關節安裝架上的連桿，所述俯仰關節安裝架上設置有用于驅動鉸接軸的俯仰關節電機。
[0013]進一步的，所述主動輪臂的末端設置有凸圓結構，所述從動輪臂的末端設置有與所述凸圓結構相嵌合的凹槽結構。
[0014]進一步的，所述行走輪包括主動行走輪和從動行走輪，各主動行走輪均通過直流電機驅動。
[0015]進一步的，所述機架的下部設置有配重，所述配重為電源控制箱。
[0016]另一方面，提供一種上述的適應單導線的包絡式巡線機器人結構的越障方法，包括:
[0017]步驟1:未遇到障礙物時，各環形輪臂在各開合控制機構的作用下閉合，各環形輪臂的行走輪架設在線路上帶動巡線機器人行走；
[0018]步驟2:遇到障礙物時，巡線機器人停止前進，所述前環形輪臂的行走輪在所述開合控制機構和第一俯仰關節的作用下脫開并遠離線路；
[0019]步驟3:所述中間環形輪臂和后環形輪臂的行走輪帶動巡線機器人前行，所述前環形輪臂的行走輪越過障礙物后在所述第一俯仰關節和開合控制機構的作用下重新架設在線路上；
[0020]步驟4:所述中間環形輪臂的行走輪在所述開合控制機構和升降機構的作用下脫開并遠離線路，此時，所述前環形輪臂和后環形輪臂的行走輪帶動巡線機器人前行；
[0021]步驟5:所述中間環形輪臂的行走輪越過障礙物后在所述升降機構和開合控制機構的作用下重新架設在線路上，然后，所述后環形輪臂重復所述前環形輪臂的動作，直到巡線機器人跨越障礙物后，轉至步驟I，等待下一次越障。
[0022]本發明具有以下有益效果:
[0023]本發明的適應單導線的包絡式巡線機器人結構及其越障方法，巡線機器人機械結構的機架前后端懸空對稱設置有前環形輪臂和后環形輪臂，中部上方設置有中間環形輪臂，中間環形輪臂通過升降機構與機架連接，前環形輪臂、后環形輪臂與中間環形輪臂之間分別設置有控制其升降的第一俯仰關節和第二俯仰關節，各環形輪臂通過各開合控制機構將單根導線包裹在內部空間，各環形輪臂的行走輪架設在線路上從而帶動巡線機器人前行。遇到障礙物時，前環形輪臂的行走輪脫開并遠離線路后，中間環形輪臂和后環形輪臂的行走輪帶動巡線機器人前行，前環形輪臂的行走輪越過障礙物后重新架設在線路上，接下來是中間環形輪臂跨越障礙物，直到后環形輪臂越過障礙物后，巡線機器人恢復到正常行走狀態。
[0024]綜上，本發明通過前環形輪臂、中間環形輪臂和后環形輪臂的行走輪交替離線、上線從而跨越障礙物。與現有技術相比，本發明具有減輕勞動強度、降低運行成本，且能夠翻越障礙物的優點。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的適應單導線的包絡式巡線機器人結構的結構示意圖；
[0026]圖2為本發明的適應單導線的包絡式巡線機器人結構的各環形輪臂的結構示意圖；
[0027]圖3為本發明的適應單導線的包絡式巡線機器人結構的升降機構的結構示意圖；
[0028]圖4-圖8為本發明適應單導線的包絡式巡線機器人結構的越障方法的各步驟對應的狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0030]一方面，本發明提供一種適應單導線的包絡式巡線機器人結構，如圖1-3所示，包括機架I，其中:
[0031]機架I的上方設置有中間環形輪臂13，中間環形輪臂13通過設置在機架I內部的升降機構26與機架I連接；
[0032]機架I上懸空對稱設置有前環形輪臂12和后環形輪臂14，前環形輪臂12和中間環形輪臂13之間以及后環形輪臂14和中間環形輪臂13之間分別設置有第一俯仰關節2和第二俯仰關節19;
[0033]各環形輪臂均包括主動輪臂9和從動輪臂11，主動輪臂9和從動輪臂11上均設置有行走輪10，各環形輪臂下方均設置有開合控制機構4。
[0034]本發明的適應單導線的包絡式巡線機器人結構，巡線機器人機械結構的機架前后端懸空對稱設置有前環形輪臂和后環形輪臂，中部上方設置有中間環形輪臂，中間環形輪臂通過升降機構與機架連接，前環形輪臂、后環形輪臂與中間環形輪臂之間分別設置有控制其升降的第一俯仰關節和第二俯仰關節，各環形輪臂通過各開合控制機構將單根導線包裹在內部空間，各環形輪臂的行走輪架設在線路上從而帶動巡線機器人前行，升降機構、各俯仰關節分別與相對應的開合控制機構相配合能夠使各環形輪臂的行走輪交替離線、上線從而跨越障礙物。綜上，本發明既能減輕勞動強度、降低運行成本，又能夠翻越障礙物。
[0035]優選的，各環形輪臂下端的開合控制機構4均包括輪臂底座7，輪臂底座7上設置有水平排列的輪臂開合電機5和齒輪傳動8，齒輪傳動8包括用于驅動主動輪臂9的主動齒輪20和與主動齒輪20連接且用于驅動從動輪臂11的從動齒輪25，輪臂開合電機5通過傳動軸6驅動主動齒輪20。齒輪傳動方式具有工作可靠、結構緊湊、效率高和壽命長等優點，能夠提高各環形輪臂動作的平穩性和準確性。除了上述給出的實施方式以外，其還可以采用本領域技術人員公知的各種其他方式，此處不再贅述。
[0036]進一步的，升降機構26包括與中間環形輪臂13固定連接的推桿電機，推桿電機內部設置有控制中間環形輪臂13升降的伸縮軸。中間環形輪臂可以通過伸縮軸的縮短帶動行走輪遠離線路，避免行走輪對輸電線路的碰撞，減少磨損，提高輸電線路的壽命。另外，第一俯仰關節2和第二俯仰關節19均包括俯仰關節安裝架17和鉸接在俯仰關節安裝架17上的連桿3，俯仰關節安裝架17上設置有用于驅動鉸接軸15的俯仰關節電機16。該結構設計可以使連桿旋轉一定角度從而保證前環形輪臂和后環形輪臂的行走輪避開線路。
[0037]為了提高主動輪臂和從動輪臂的契合度，提高巡線機器人自身的安全性，主動輪臂9的末端設置有凸圓結構22，從動輪臂11的末端設置有與凸圓結構22相嵌合的凹槽結構24。
[0038]作為本發明的一種改進，行走輪10包括主動行走輪22和從動行走輪21，各主動行走輪22均通過直流電機驅動。這種設計控制方便，可以使各行走輪實現良好的同步性。
[0039]本發明中，機架I的下部可以設置有配重18，配重18為電源控制箱。電源控制箱不僅能夠為巡線機器人的運動提供能源，還可以兼顧作為配重，使巡線機器人在越障時重心穩定。
[0040]需要說明的是，高壓輸電過程是一個多樣化的過程，根據輸電電壓的不同以及輸電地形特征的不同，整個輸電線路結構也不盡相同。本發明的巡線機器人機械結構僅僅介紹了機器人本體的機械結構，并未涉及其他輔助裝置(如行走觀測用的攝像頭、除障裝置等)的設計。另外，在控制系統方面，本發明可以采用地面遠程控制平臺或者機器人自身智能化控制兩種方式。
[0041]另一方面，本發明還提供一種上述的適應單導線的包絡式巡線機器人結構的越障方法，為方便畫圖，未畫障礙物，包括:
[0042]步驟1:如圖4所示，未遇到障礙物時，各環形輪臂在各開合控制機構4的作用下閉合，各環形輪臂的行走輪10架設在線路上帶動巡線機器人行走；
[0043]步驟2:如圖5-6所示，遇到障礙物時，巡線機器人停止前進，前環形輪臂12的行走輪10在開合控制機構4和第一俯仰關節2的作用下脫開并遠離線路；
[0044]步驟3:如圖7所示，中間環形輪臂13和后環形輪臂14的行走輪10帶動巡線機器人前行，前環形輪臂12的行走輪10越過障礙物后在第一俯仰關節2和開合控制機構4的作用下重新架設在線路上；
[0045]步驟4:如圖7所示，中間環形輪臂13的行走輪10在開合控制機構4和升降機構26的作用下脫開并遠離線路，此時，前環形輪臂12和后環形輪臂14的行走輪10帶動巡線機器人前行；
[0046]步驟5:如圖8所示，中間環形輪臂13的行走輪10越過障礙物后在升降機構26和開合控制機構4的作用下重新架設在線路上，然后，后環形輪臂14重復前環形輪臂的動作，直到巡線機器人跨越障礙物后，轉至步驟I，等待下一次越障。
[0047]本發明在遇到障礙物時，各環形輪臂在各開合控制機構的作用下打開后緊接著在各俯仰關節或升降機構的作用下下降使各行走輪脫開并遠離線路從而跨越障礙物。該發明能夠在平直及具有一定坡度的導線上行走，解決了現有技術中，人工巡線勞動強度大和飛機巡線運行成本高的問題，并能跨越常規障礙物，實現了對輸電線路的連續巡檢。與現有技術相比，本發明具有減輕勞動強度、降低運行成本，且能夠翻越障礙物的優點。
[0048]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種適應單導線的包絡式巡線機器人結構，其特征在于，包括機架，其中: 所述機架的上方設置有中間環形輪臂，所述中間環形輪臂通過設置在所述機架內部的升降機構與所述機架連接； 所述機架上懸空對稱設置有前環形輪臂和后環形輪臂，所述前環形輪臂和中間環形輪臂之間以及所述后環形輪臂和中間環形輪臂之間分別設置有第一俯仰關節和第二俯仰關-K-T ； 各環形輪臂均包括主動輪臂和從動輪臂，所述主動輪臂和從動輪臂上均設置有行走輪，各環形輪臂下方均設置有開合控制機構。2.根據權利要求1所述的適應單導線的包絡式巡線機器人結構，其特征在于，各環形輪臂下端的開合控制機構均包括輪臂底座，所述輪臂底座上設置有水平排列的輪臂開合電機和齒輪傳動，所述齒輪傳動包括用于驅動主動輪臂的主動齒輪和與所述主動齒輪連接且用于驅動從動輪臂的從動齒輪，所述輪臂開合電機通過傳動軸驅動所述主動齒輪。3.根據權利要求1所述的適應單導線的包絡式巡線機器人結構，其特征在于，所述升降機構包括與所述中間環形輪臂固定連接的推桿電機，所述推桿電機內部設置有控制所述中間環形輪臂升降的伸縮軸。4.根據權利要求3所述的適應單導線的包絡式巡線機器人結構，其特征在于，所述第一俯仰關節和第二俯仰關節均包括俯仰關節安裝架和鉸接在所述俯仰關節安裝架上的連桿，所述俯仰關節安裝架上設置有用于驅動鉸接軸的俯仰關節電機。5.根據權利要求4所述的適應單導線的包絡式巡線機器人結構，其特征在于，所述主動輪臂的末端設置有凸圓結構，所述從動輪臂的末端設置有與所述凸圓結構相嵌合的凹槽結構。6.根據權利要求1-5任一所述的適應單導線的包絡式巡線機器人結構，其特征在于，所述行走輪包括主動行走輪和從動行走輪，各主動行走輪均通過直流電機驅動。7.根據權利要求6所述的適應單導線的包絡式巡線機器人結構，其特征在于，所述機架的下部設置有配重，所述配重為電源控制箱。8.權利要求1-7任一所述的適應單導線的包絡式巡線機器人結構的越障方法，其特征在于，包括: 步驟1:未遇到障礙物時，各環形輪臂在各開合控制機構的作用下閉合，各環形輪臂的行走輪架設在線路上帶動巡線機器人行走； 步驟2:遇到障礙物時，巡線機器人停止前進，所述前環形輪臂的行走輪在所述開合控制機構和第一俯仰關節的作用下脫開并遠離線路； 步驟3:所述中間環形輪臂和后環形輪臂的行走輪帶動巡線機器人前行，所述前環形輪臂的行走輪越過障礙物后在所述第一俯仰關節和開合控制機構的作用下重新架設在線路上； 步驟4:所述中間環形輪臂的行走輪在所述開合控制機構和升降機構的作用下脫開并遠離線路，此時，所述前環形輪臂和后環形輪臂的行走輪帶動巡線機器人前行； 步驟5:所述中間環形輪臂的行走輪越過障礙物后在所述升降機構和開合控制機構的作用下重新架設在線路上，然后，所述后環形輪臂重復所述前環形輪臂的動作，直到巡線機器人跨越障礙物后，轉至步驟I，等待下一次越障。
【文檔編號】B25J5/00GK105870837SQ201610355120
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】杜宗展, 高琦
【申請人】山東大學