巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及其越障方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及其越障方法，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，其中，巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)包括機(jī)架，所述機(jī)架的上部設(shè)置有滾輪臂底座，所述滾輪臂底座的中部連接有至少兩個(gè)能夠前后轉(zhuǎn)動(dòng)的滾輪支撐桿，所述滾輪支撐桿的頂部設(shè)置有能夠水平旋轉(zhuǎn)的滾輪連接架，所述滾輪連接架上設(shè)置有至少一個(gè)滾輪；所述機(jī)架上設(shè)置有能夠沿所述機(jī)架的行走方向前后滑動(dòng)的機(jī)械手底盤，所述機(jī)械手底盤上沿所述機(jī)架的行走方向分別設(shè)置有至少兩組能夠抱抓四分裂線兩側(cè)的機(jī)械手；所述機(jī)架下部還設(shè)置有能夠沿所述機(jī)架的行走方向前后滑動(dòng)的配重。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低運(yùn)行成本，且能夠翻越障礙的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及其越障方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及其越障方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超高壓輸電線路分布地點(diǎn)多、面積廣，所處地形復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣。電力線及桿塔附件長(zhǎng)期受機(jī)械張力、電氣閃絡(luò)、材料老化等的影響，會(huì)產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷，如不及時(shí)修復(fù)，將導(dǎo)致嚴(yán)重事故，給電力傳輸帶來極大隱患。因此，必須對(duì)輸電線路進(jìn)行定期巡視檢查，隨時(shí)掌握和了解輸電線路的運(yùn)行情況以及線路周圍環(huán)境和線路保護(hù)區(qū)的變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除隱患，預(yù)防事故的發(fā)生，確保供電安全。
[0003]目前，對(duì)輸電線路的巡檢主要采用地面人工目測(cè)巡檢和直升飛機(jī)航測(cè)。前者巡檢精度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在巡檢盲區(qū)，森林疾病及野生動(dòng)物也給巡視人員帶來安全隱患；后者存在飛行安全隱患且巡線費(fèi)用昂貴，直接限制了直升機(jī)巡檢的廣泛推廣。
[0004]由于超高壓輸電線路多數(shù)采用四分裂線，因此，針對(duì)四分裂線設(shè)計(jì)了巡線機(jī)器人，它可以減輕工人巡線的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低高壓輸電的運(yùn)行維護(hù)成本，提高巡檢作業(yè)的質(zhì)量和科學(xué)管理技術(shù)水平，對(duì)于增強(qiáng)電力生產(chǎn)自動(dòng)化綜合能力，創(chuàng)造高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都具有重要意義。因此，專用巡線機(jī)器人的研制及其技術(shù)研發(fā)已成為當(dāng)前特種機(jī)器領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。日本、加拿大、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家先后開展了巡線機(jī)器人的研究工作，對(duì)于輸電線路上存在絕緣子串、壓接管和懸垂線夾等情況，無法跨越，不能實(shí)現(xiàn)超高壓輸電線路的連續(xù)巡檢。中科院沈陽自動(dòng)化所、山東大學(xué)、武漢大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等單位也針對(duì)超高壓輸電線路的連續(xù)巡檢需求開展這方面技術(shù)和設(shè)備的研制，取得了一定的相應(yīng)成果，但也都不具備越障功能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低運(yùn)行成本，且能夠翻越障礙的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及其越障方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下:
[0007]—種巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括機(jī)架，其中:
[0008]所述機(jī)架的上部設(shè)置有滾輪臂底座，所述滾輪臂底座的中部連接有至少兩個(gè)能夠前后轉(zhuǎn)動(dòng)的滾輪支撐桿，所述滾輪支撐桿的頂部設(shè)置有能夠水平旋轉(zhuǎn)的滾輪連接架，所述滾輪連接架上設(shè)置有至少一個(gè)滾輪，所述滾輪在所述滾輪臂底座或滾輪支撐桿的作用下能夠在四分裂線上行走或脫離四分裂線；
[0009]所述機(jī)架上設(shè)置有能夠沿所述機(jī)架的行走方向前后滑動(dòng)的機(jī)械手底盤，所述機(jī)械手底盤上沿所述機(jī)架的行走方向分別設(shè)置有至少兩組能夠抱抓四分裂線兩側(cè)的機(jī)械手，每組機(jī)械手包括設(shè)置在所述機(jī)架兩側(cè)的一對(duì)機(jī)械手爪；
[0010]所述機(jī)架下部還設(shè)置有能夠沿所述機(jī)架的行走方向前后滑動(dòng)的配重。
[0011]進(jìn)一步的，所述滾輪支撐桿通過橫向轉(zhuǎn)軸連接在所述滾輪臂底座上，所述滾輪連接架通過豎向轉(zhuǎn)軸連接所述滾輪支撐桿，上述各轉(zhuǎn)軸均通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0012]進(jìn)一步的，所述滾輪臂底座可升降的設(shè)置在所述機(jī)架上，或者，所述滾輪支撐桿為可伸縮結(jié)構(gòu)。
[0013]進(jìn)一步的，所述滾輪連接架上部?jī)蓚?cè)分別設(shè)置有滾輪。
[0014]進(jìn)一步的，所述滾輪的外側(cè)均設(shè)置有壓力彈簧。
[0015]進(jìn)一步的，所述機(jī)械手底盤通過絲杠與所述機(jī)架連接，所述配重通過導(dǎo)軌與所述機(jī)架連接。
[0016]進(jìn)一步的，所述機(jī)械手底盤設(shè)置在所述機(jī)架與滾輪臂底座之間。
[0017]進(jìn)一步的，所述配重為電源控制箱。
[0018]上述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的越障方法，包括:
[0019]步驟1:未遇到障礙時(shí)，所述機(jī)械手位于所述機(jī)架的前部且機(jī)械手張開，所述配重位于所述機(jī)架的中部，所述滾輪帶動(dòng)機(jī)器人前行；
[0020]步驟2:遇到障礙時(shí)，機(jī)器人停止前進(jìn)，所述機(jī)械手閉合，抓持住線路，所述配重沿導(dǎo)軌前移至所述機(jī)械手的下方；
[0021 ]步驟3:所述滾輪上移，脫離線路，所述滾輪連接架旋轉(zhuǎn)90°，然后，所述滾輪支撐桿向下轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述滾輪避開線路；
[0022]步驟4:所述機(jī)械手抱持住線路，所述配重保持靜止，所述機(jī)架相對(duì)于所述機(jī)械手和配重向前滑動(dòng)，越過障礙；
[0023]步驟5:所述滾輪在所述滾輪支撐桿和滾輪連接架的配合下，重新架設(shè)在線路上，所述配重移動(dòng)至所述機(jī)架中部，所述機(jī)械手張開移動(dòng)至所述機(jī)架的前部，轉(zhuǎn)至步驟I，等待下一次越障。
[0024]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025]本發(fā)明的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠在平直及具有一定坡度的下路上行走，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，人工巡線勞動(dòng)強(qiáng)度大和飛機(jī)巡線運(yùn)行成本高的問題，并能翻越常規(guī)障礙物(如絕緣子串、壓接管，懸垂線夾等)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)四分裂線的連續(xù)巡檢。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低運(yùn)行成本，且能夠翻越障礙的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的滾輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3-圖8為本發(fā)明的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的越障方法的每個(gè)步驟對(duì)應(yīng)的狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0030]—方面，本發(fā)明提供一種巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括機(jī)架I，其中:
[0031]機(jī)架I的上部設(shè)置有滾輪臂底座2，滾輪臂底座2的中部連接有至少兩個(gè)能夠前后轉(zhuǎn)動(dòng)的滾輪支撐桿3，滾輪支撐桿3的頂部設(shè)置有能夠水平旋轉(zhuǎn)的滾輪連接架4，滾輪連接架4上設(shè)置有至少一個(gè)滾輪5，滾輪5在滾輪臂底座2或滾輪支撐桿3的作用下能夠在四分裂線上行走或脫離四分裂線；
[0032]機(jī)架I上設(shè)置有能夠沿機(jī)架I的行走方向前后滑動(dòng)的機(jī)械手底盤6，機(jī)械手底盤6上沿機(jī)架I的行走方向分別設(shè)置有至少兩組能夠抱抓四分裂線兩側(cè)的機(jī)械手7，每組機(jī)械手7包括設(shè)置在機(jī)架I兩側(cè)的一對(duì)機(jī)械手爪；
[0033]機(jī)架I下部還設(shè)置有能夠沿機(jī)架I的行走方向前后滑動(dòng)的配重8。
[0034]本發(fā)明能夠在平直及具有一定坡度的下路上行走，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，人工巡線勞動(dòng)強(qiáng)度大和飛機(jī)巡線運(yùn)行成本高的問題，并能翻越常規(guī)障礙物(如絕緣子串、壓接管，懸垂線夾等)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)四分裂線的連續(xù)巡檢。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低運(yùn)行成本，且能夠翻越障礙的優(yōu)點(diǎn)。
[0035]優(yōu)選的，驅(qū)動(dòng)滾輪5的電機(jī)可以為直流電機(jī)。直流電機(jī)調(diào)速性能優(yōu)越，易平滑調(diào)速，適合本發(fā)明中巡線機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況，另外，直流電機(jī)過載能力強(qiáng)，使巡線機(jī)器人即使處于逆風(fēng)情況下仍可正常行走。
[0036]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，滾輪支撐桿3通過橫向轉(zhuǎn)軸連接在滾輪臂底座2上，滾輪連接架4通過豎向轉(zhuǎn)軸連接滾輪支撐桿3，上述兩個(gè)轉(zhuǎn)軸均可以通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于上述兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)均屬于短距離頻繁往復(fù)動(dòng)作，優(yōu)選的，用于驅(qū)動(dòng)的電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)。
[0037]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，滾輪臂底座2可升降的設(shè)置在機(jī)架I上，或者，滾輪支撐桿3為可伸縮結(jié)構(gòu)。這兩種設(shè)計(jì)均能夠使?jié)L輪5架設(shè)在四分裂線上或脫離四分裂線，除了上述這兩種結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它升降或伸縮結(jié)構(gòu)，也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果。
[0038]本發(fā)明中，由于四分裂線的上面具有兩根等高的導(dǎo)線，為了提高巡線機(jī)器人行走時(shí)的穩(wěn)定性，滾輪連接架4上部?jī)蓚?cè)分別設(shè)置有滾輪5，以便滾輪5能夠架設(shè)在上面兩根導(dǎo)線上，如圖2所示，兩個(gè)滾輪5中間可以通過固定件固定。
[0039]優(yōu)選的，如圖2所示，滾輪5的外側(cè)均設(shè)置有壓力彈簧。當(dāng)四分裂線的上面兩根導(dǎo)線線路間距變化時(shí)，滾輪5能夠在壓力彈簧的作用下實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整。該設(shè)計(jì)提高了滾輪5行走的適應(yīng)性。
[0040]為了使機(jī)械手爪能夠牢固的抓持在四分裂線的上面兩根導(dǎo)線上，本發(fā)明的機(jī)械手爪為欠驅(qū)動(dòng)型式，即所述機(jī)械手爪包括自上而下依次連接的近指節(jié)、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)，近指節(jié)、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)之間通過連桿機(jī)構(gòu)連接，近指節(jié)的底部由電機(jī)通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，將螺母的上下移動(dòng)轉(zhuǎn)化為各指節(jié)依次收攏、張開。除此之外，本發(fā)明的機(jī)械手爪還可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它結(jié)構(gòu)也能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手爪的可靠抓持。
[0041 ]本發(fā)明中，優(yōu)選的，如圖1所示，機(jī)械手底盤6可以通過絲杠9與機(jī)架I連接，配重8可以通過導(dǎo)軌與機(jī)架I連接。
[0042]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，機(jī)械手底盤6可以設(shè)置在機(jī)架I與滾輪臂底座2之間。
[0043]作為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化，配重8為電源控制箱。該設(shè)計(jì)中，電源控制箱不僅能夠?yàn)檠簿€機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)提供能源，還可以兼顧作為配重8，使巡線機(jī)器人在越障時(shí)重心穩(wěn)定。
[0044]高壓輸電過程是一個(gè)多樣化的過程，根據(jù)輸電電壓的不同以及輸電地形特征的不同，整個(gè)輸電線路結(jié)構(gòu)也不盡相同。本發(fā)明的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)僅僅介紹了機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并未涉及其他輔助裝置(如行走觀測(cè)用的攝像頭、垃圾清除用的機(jī)械手等)的設(shè)計(jì)。另外，在控制系統(tǒng)方面，本發(fā)明可以采用地面遠(yuǎn)程控制平臺(tái)或者機(jī)器人自身智能化控制兩種方式。
[0045]另一方面，本發(fā)明還提供一種上述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的越障方法，包括:
[0046]步驟1:如圖3所示，未遇到障礙時(shí)，機(jī)械手7位于機(jī)架I的前部且機(jī)械手7張開，配重8位于機(jī)架I的中部，滾輪5帶動(dòng)機(jī)器人前行；
[0047]步驟2:如圖4所示，遇到障礙時(shí)，機(jī)器人停止前進(jìn)，機(jī)械手7閉合，抓持住線路，配重8沿導(dǎo)軌前移至機(jī)械手7的下方；
[0048]步驟3:如圖5所示，滾輪5上移，脫離線路，滾輪連接架4旋轉(zhuǎn)90°，然后，滾輪支撐桿3向下轉(zhuǎn)動(dòng)，使?jié)L輪5避開線路；
[0049]步驟4:如圖6所示，機(jī)械手7抱持住線路，配重8保持靜止，機(jī)架I相對(duì)于機(jī)械手7和配重8向前滑動(dòng)，越過障礙；
[0050]步驟5:如圖7-8所示，滾輪5在滾輪支撐桿3和滾輪連接架4的配合下，重新架設(shè)在線路上，配重8移動(dòng)至機(jī)架I中部，機(jī)械手7張開移動(dòng)至機(jī)架I的前部，轉(zhuǎn)至步驟1，等待下一次越障。
[0051]本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中，人工巡線勞動(dòng)強(qiáng)度大和飛機(jī)巡線運(yùn)行成本高的問題，并能翻越常規(guī)障礙物(如絕緣子串、壓接管，懸垂線夾等)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)四分裂線的連續(xù)巡檢。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低運(yùn)行成本，且能夠翻越障礙的優(yōu)點(diǎn)。
[0052]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括機(jī)架，其中: 所述機(jī)架的上部設(shè)置有滾輪臂底座，所述滾輪臂底座的中部連接有至少兩個(gè)能夠前后轉(zhuǎn)動(dòng)的滾輪支撐桿，所述滾輪支撐桿的頂部設(shè)置有能夠水平旋轉(zhuǎn)的滾輪連接架，所述滾輪連接架上設(shè)置有至少一個(gè)滾輪，所述滾輪在所述滾輪臂底座或滾輪支撐桿的作用下能夠在四分裂線上行走或脫離四分裂線； 所述機(jī)架上設(shè)置有能夠沿所述機(jī)架的行走方向前后滑動(dòng)的機(jī)械手底盤，所述機(jī)械手底盤上沿所述機(jī)架的行走方向分別設(shè)置有至少兩組能夠抱抓四分裂線兩側(cè)的機(jī)械手，每組機(jī)械手包括設(shè)置在所述機(jī)架兩側(cè)的一對(duì)機(jī)械手爪； 所述機(jī)架下部還設(shè)置有能夠沿所述機(jī)架的行走方向前后滑動(dòng)的配重。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述滾輪支撐桿通過橫向轉(zhuǎn)軸連接在所述滾輪臂底座上，所述滾輪連接架通過豎向轉(zhuǎn)軸連接所述滾輪支撐桿，上述各轉(zhuǎn)軸均通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述滾輪臂底座可升降的設(shè)置在所述機(jī)架上，或者，所述滾輪支撐桿為可伸縮結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述滾輪連接架上部?jī)蓚?cè)分別設(shè)置有滾輪。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述滾輪的外側(cè)均設(shè)置有壓力彈簧。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述機(jī)械手底盤通過絲杠與所述機(jī)架連接，所述配重通過導(dǎo)軌與所述機(jī)架連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述機(jī)械手底盤設(shè)置在所述機(jī)架與滾輪臂底座之間。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述配重為電源控制箱。9.權(quán)利要求1-8中任一所述的巡線機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的越障方法，其特征在于，包括: 步驟1:未遇到障礙時(shí)，所述機(jī)械手位于所述機(jī)架的前部且機(jī)械手張開，所述配重位于所述機(jī)架的中部，所述滾輪帶動(dòng)機(jī)器人前行； 步驟2:遇到障礙時(shí)，機(jī)器人停止前進(jìn)，所述機(jī)械手閉合，抓持住線路，所述配重沿導(dǎo)軌前移至所述機(jī)械手的下方； 步驟3:所述滾輪上移，脫離線路，所述滾輪連接架旋轉(zhuǎn)90°，然后，所述滾輪支撐桿向下轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述滾輪避開線路； 步驟4:所述機(jī)械手抱持住線路，所述配重保持靜止，所述機(jī)架相對(duì)于所述機(jī)械手和配重向前滑動(dòng)，越過障礙； 步驟5:所述滾輪在所述滾輪支撐桿和滾輪連接架的配合下，重新架設(shè)在線路上，所述配重移動(dòng)至所述機(jī)架中部，所述機(jī)械手張開移動(dòng)至所述機(jī)架的前部，轉(zhuǎn)至步驟I，等待下一次越障。
【文檔編號(hào)】H02G1/02GK105846351SQ201610321150
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】高琦, 杜宗展
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)