CN104917130A - 一种巡线除冰机器人及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种巡线除冰机器人及其越障方法，包括机体，在机体两侧分别设置有一个运动臂，所述运动臂的上端设置有主动轮和除冰轮，所述主动轮和除冰轮均连接驱动电机，所述主动轮通过推杆安装在除冰轮上方，主动轮和除冰轮之间架设待巡检线缆，机体的底板上安装有第一电机和第二电机，所述第一电机输出轴连接第一轴，第一轴外围套接有第二轴，所述第二轴与运动臂下端连接，底板上还安装有蓄电装置，机体前后部安装有探测器。机构运动简单、机械结构紧凑、质量轻、运动较灵活，能够自动越障，且轮式和臂式结合的运动方式可以使除冰和巡线的效率大大提高；通过改变轮的限位螺栓，使机器能适应不同粗细的电缆，实用性更强；能实现电缆和杆状物的攀爬。

Description

一种巡线除冰机器人及其越障方法

技术领域：

本发明涉及输电线路巡线除冰机器人技术领域，具体涉及一种输电线路上或者悬索上巡线除冰机器人及其越障方法。

背景技术：

超高压输电缆是电网组成的重要部分之一。输电缆分布广泛，自然环境复杂，输电缆及杆塔附件长期暴露在野外，会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，原来微小的破损和缺陷就可能扩大，最终导致严重事故，造成大面积停电，从而造成极大的经济损失和严重的社会影响，若不及时发现并维护，会造成大面积的停电与经济损失，因此为保证输电缆的稳定，需要定期的巡检与维护。

特别是我国地域辽阔，气候条件多变，在某些地区会经常出现输线缆覆冰雪现象，覆冰雪会引起倒塔、断线、舞动、覆冰闪络等多种灾害，对架空线路的安全运行造成严重危害。所以更要加强对输线缆的巡检和除冰处理，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。

目前普遍的巡检方法都为人工巡检方法，巡检精度低，劳动强度高，危险系数大，难以保证巡检到位率。且受自然环境的影响，有些地区人员和车辆难以到达，恶劣的作业环境甚至威胁到工作人员的人身安全。当前，输电线路增长速度飞速增加，高山大岭线路比例增多，人工巡线难度增大，遇有恶劣气候故障发生时巡线难度和危险性更大，并且效率低，除冰效果不好，而且因为覆冰的影响，作业难度大，容易造成伤亡事故。

且在高压缆索上有包括防振锤、绝缘串子、压接管这类缆索辅助装置在内的多种障碍物，机器人在巡检或者除冰过程中，同时还需要上，下耐张塔，避开引流线和防振锤等障碍物，保证巡检和除冰的顺利进行，为解决上述问题，设计一款具有缆索攀爬越障的巡线除冰机器人对于电力系统的维护有较大的意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种巡线除冰机器人及其越障方法，机器人可以跨越输电线路上或者悬索上障碍物，沿线路自动行走，完成对输电线路或者悬索的巡检及除冰处理，最大限度的减小覆冰对输电线路的影响，保证供电安全。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种巡线除冰机器人，包括机体，在机体两侧分别设置有一个运动臂，所述运动臂的上端设置有主动轮和除冰轮，所述主动轮和除冰轮均连接驱动电机，所述主动轮通过推杆安装在除冰轮上方，所述主动轮和除冰轮之间架设待巡检线缆，机体的底板上安装有第一电机和第二电机，所述第一电机输出轴连接第一轴，所述第一轴外围套接有第二轴，所述第二轴与运动臂下端连接，所述第二电机输出轴上设置有第一凸轮和第二凸轮，所述第二凸轮相对所述第一凸轮旋转90度，所述第一凸轮推动第一推杆，所述第一推杆在第二轴的径向方向上锁住第二轴，所述第二轴被所述第一轴带动沿轴向方向伸缩，推动运动臂沿所述第一轴的轴线方向伸缩，所述第二凸轮推动第二推杆，所述第二推杆在第二轴的轴向方向上锁住第二轴，所述第二轴被所述第一轴带动旋转运动，推动运动臂沿所述机体侧壁方向摆动，底板上还安装有蓄电装置，机体前后部安装有探测器。

所述第二轴表面沿轴向设置有第一凹槽，当所述第一凸轮推动所述第一推杆时，所述第一推杆位于所述第一凹槽内，限制第二轴的轴向转动；所述第二轴表面沿径向设置有第二凹槽，当所述第二凸轮推动所述第二推杆时，所述第二推杆位于所述第二凹槽内，限制第二轴的轴向平动。

所述主动轮包括第四齿轮，所述第四齿轮与设置在所述驱动电机输出轴上的第三齿轮相啮合，所述第四齿轮同轴设置行走装置，所述行走装置远离所述第四齿轮的一侧设置有限位装置。

所述行走装置包括两个卡盘，两卡盘内侧分别安装有侧刀片，所述侧刀片之间设置有橡胶环，靠近第四齿轮一侧设置有刹车片，所述刹车片上设置有刹车器。

所述除冰轮包括第二齿轮，所述第二齿轮与设置在所述驱动电机输出轴上的第一齿轮相啮合，所述第二齿轮同轴设置除冰装置，所述除冰装置远离所述第二齿轮的一侧设置有限位装置。

所述除冰装置包括两个刀片，两刀片内侧分别安装有侧刀片，所述侧刀片之间设置有橡胶环。

所述限位装置为限位螺栓。

所述蓄电装置为电池，所述电池上端包覆有封闭线圈。

所述除冰轮连接第二驱动电机。

所述机体前部和后部均安装有摄像头。

所述第一电机输出轴通过齿轮组连接第一轴，所述齿轮组卡装在底座上设置的支架上。

所述两个运动臂分别设置在机体的前部及后部。

所述机体上卡扣连接有外罩，所述外罩PVC塑料材质。

本发明巡线除冰机器人的越障方法，其具体步骤如下：

第一步：启动所述驱动电机，带动机器人在待巡检线缆上向前移动，此时除冰轮对线缆上包覆的冰层进行除冰；

第二步：当探测器探测到前方有障碍物时，关闭驱动电机，机器人设有分别连接于机体的两侧的前运动臂和后运动臂，调整前运动臂上的推杆上升，解除前运动臂上主动轮对缆索的夹紧；

第三步：第一电机带动前运动臂沿所述机体侧壁方向摆动，前运动臂向前延伸，使前运动臂低于障碍物时停止；

第四步：第一电机带动前运动臂沿所述第一轴的轴线方向伸缩，当前运动臂伸出到轮的最末端所在平面与缆索无接触时停止；

第五步：启动后机械臂上主动轮的驱动电机，使机体前移，当前运动臂越过障碍物或者能触碰到悬垂线时停止；

第六步：使第一电机反转，前运动臂执行逆过程，前运动臂收缩，回转相应角度，通过推杆调整前运动臂的主动轮高度，使其夹紧缆索，前运动臂越障完成；

第七步：调整后运动臂上的推杆上升，解除后运动臂上主动轮对缆索的夹紧；

第八步：第一电机带动后运动臂沿所述第一轴的轴线方向伸缩，当后运动臂伸出到轮的最末端所在平面与缆索无接触时停止；

第九步：启动前运动臂上主动轮的驱动电机，使机体前移，当后运动臂越过障碍物或者挂接到悬垂线时停止；

第十步：使第一电机反转，所述第一电机带动后运动臂收缩，调整后运动臂的主动轮高度，使其夹紧缆索，后运动臂越障完成，继续对线缆进行巡检或除冰作业。

本发明巡线除冰机器人及其越障方法的有益效果：采用双臂式设计，相比于多臂式越障机器人，机构运动简单、机械结构紧凑、质量轻、运动较灵活，能够自动越障，也能人为控制其越障，还能够对缆索进行除冰，且轮式和臂式结合的运动方式可以使除冰和巡线的效率大大提高；通过改变轮的限位螺栓，使机器能适应不同粗细的电缆，实用性更强；不仅能实现电缆的攀爬，还能实现杆状物(如悬索桥的悬索)的攀爬。

附图说明：

图1为本发明巡线除冰机器人的整体结构示意图。

图2为本发明巡线除冰机器人的机体结构示意图。

图3为本发明巡线除冰机器人的除冰轮结构示意图。

图4为本发明巡线除冰机器人的除冰轮的除冰装置结构示意图。

图5为本发明巡线除冰机器人的主动轮结构示意图。

图6为本发明巡线除冰机器人的主动轮的行走装置结构示意图。

图7为本发明巡线除冰机器人的运动臂伸缩运动状态示意图。

图8为本发明巡线除冰机器人的运动臂旋转运动状态示意图。

1-机体，2-运动臂，3-主动轮，4-除冰轮，5-电磁推杆，6-底板，7-第一电机，8-第二电机，9-第一轴，10-第二轴，11-第一凸轮，12-第二凸轮，13-第一推杆，14-第二推杆，15-蓄电装置，16-探测器，17-第三齿轮，18-第四齿轮，19-卡盘，20-侧刀片，21-橡胶环，22-刹车片，23-刹车器，24-第一齿轮，25-第二齿轮，26-刀片，27-限位螺栓，28-封闭线圈，29-摄像头，30-支架，31-外罩，32-第一凹槽，33-第二凹槽，34-驱动电机。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

根据图1～图8所示，一种巡线除冰机器人，包括机体1，在机体前后部分别设置有一个运动臂2，所述运动臂2的上端设置有主动轮3和除冰轮4，所述主动轮3和除冰轮4均连接驱动电机34，所述主动轮3通过电磁推杆5安装在除冰轮4上方，所述主动轮3和除冰轮4之间架设待巡检线缆，机体1的底板6上安装有第一电机7和第二电机8，所述第一电机7输出轴通过齿轮组连接第一轴9，所述齿轮组卡装在底座上设置的支架30上，所述第一轴9与第二轴10通过内螺纹套接传动，所述第二轴10与运动臂下端连接，所述第二电机8输出轴上设置有第一凸轮11和第二凸轮12，所述第二凸轮12相对所述第一凸轮11旋转90度，所述第一凸轮11通过滚轮推动第一推杆13，所述第一推杆13在第二轴10的径向方向上锁住第二轴10，所述第二轴10被所述第一轴9带动沿轴向方向伸缩，推动运动臂沿所述第一轴9的轴线方向伸缩，所述第二凸轮12通过滚轮推动第二推杆14，所述第二推杆14在第二轴10的轴向方向上锁住第二轴10，所述第二轴10被所述第一轴9带动旋转运动，推动运动臂沿所述机体侧壁方向摆动，底板6上还安装有蓄电装置15，蓄电装置上包覆有封闭线圈28，对机体运动过程中的震动起阻碍作用，实现减震的效果，机体1前后部安装有探测器16和摄像头29，可以监测线路的运行状况，可以减轻工人巡线的劳动强度，所述机体上卡扣连接有外罩31，所述外罩PVC塑料材质。

所述第二轴10表面沿轴向设置有第一凹槽32，当所述第一凸轮11推动所述第一推杆13时，所述第一推杆13位于所述第一凹槽32内，限制第二轴10的轴向转动；所述第二轴10表面沿径向设置有第二凹槽33，当所述第二凸轮12推动所述第二推杆14时，所述第二推杆14位于所述第二凹槽33内，限制第二轴10的轴向平动。

所述主动轮3包括第四齿轮18，所述第四齿轮18与设置在所述驱动电机34输出轴上的第三齿轮17相啮合，所述第四齿轮18同轴设置行走装置，所述行走装置远离所述第四齿轮的一侧设置有限位螺栓27。

所述行走装置包括两个卡盘19，两卡盘内侧分别安装有侧刀片20，所述侧刀片20之间设置有橡胶环21，靠近第四齿轮18一侧设置有刹车片22，所述刹车片22上设置有刹车器23。

所述除冰轮4包括第二齿轮25，所述第二齿轮25与设置在所述驱动电机34输出轴上的第一齿轮24相啮合，所述第二齿轮25同轴设置除冰装置，所述除冰装置远离所述第二齿轮的一侧设置有限位螺栓27。

所述除冰装置包括两个刀片26，两刀片内侧分别安装有侧刀片20，所述侧刀片20之间设置有橡胶环21。

本发明巡线除冰机器人的越障方法，其具体步骤如下：

第一步：在机器人进行巡线或者除冰作业时，启动所述驱动电机，带动机器人在待巡检线缆上向前移动，此时除冰轮4对线缆上包覆的冰层进行除冰；

第二步：当探测器探测到前方有障碍物时，关闭前后主动轮的驱动电机并刹车，关闭前后除冰轮的驱动电机，机器人设有分别连接于机体1的两侧的前运动臂和后运动臂，调整前运动臂上的电磁推杆5上升，解除前运动臂上主动轮3对缆索的夹紧；

第三步：通过第二电机8带动第一凸轮11和第二凸轮12转动，所述第二凸轮12通过滚轮带动所述第二推杆14向前伸出，插入到所述第二轴10表面的第二凹槽33中，锁住所述第二轴10沿轴向的伸缩运动，关闭第二电机8，启动第一电机7，所述第一电机7带动第一轴9转动，所述第二轴10在第一轴9带动下原位置旋转，推动前运动臂沿所述机体侧壁方向摆动，前运动臂向前延伸，使前运动臂低于障碍物时停止，关闭第一电机7；

第四步：启动第二电机8，第二电机8带动第一凸轮11和第二凸轮12转动90度角，所述第二凸轮12通过滚轮带动第二推杆14离开第二轴10表面，所述第一凸轮11通过滚轮带动所述第一推杆13向前伸出，插入到所述第二轴10表面的第一凹槽32中，锁住所述第二轴10沿径向的旋转运动，关闭第二电机8，所述第一电机7带动第一轴9转动，所述第一轴9带动第二轴10运动，推动前运动臂沿所述第一轴9的轴线方向伸缩，当前运动臂伸出到轮的最末端所在平面与缆索无接触时停止，关闭第一电机7；

第五步：启动后机械臂上主动轮3的驱动电机，使机体1前移，当前运动臂越过障碍物或者能挂接到悬垂线时停止；

第六步：使第一电机7反转，前运动臂执行逆过程，前运动臂收缩，回转相应角度，调整前运动臂的主动轮3高度，使其夹紧缆索，前运动臂越障完成；

第七步：调整后运动臂上的电磁推杆5上升，解除后运动臂上主动轮3对缆索的夹紧；

第八步：通过第二电机8带动第一凸轮11和第二凸轮12转动，所述第二凸轮12通过滚轮带动第二推杆14离开第二轴10表面，所述第一凸轮11通过滚轮带动所述第一推杆13向前伸出，插入到所述第二轴10表面的第一凹槽32中，锁住所述第二轴10沿径向的旋转运动，关闭第二电机8，所述第一电机7带动第一轴9转动，所述第一轴9带动第二轴10运动，推动后运动臂沿所述第一轴10的轴线方向伸缩，当后运动臂伸出到轮的最末端所在平面与缆索无接触时停止，关闭第一电机7；

第九步：启动前运动臂上主动轮3的驱动电机，使机体1前移，当后运动臂越过障碍物或者能挂接到悬垂线时停止并刹车；

第十步：后运动臂执行逆过程，使第一电机7反转，所述第一电机7带动后运动臂收缩，调整后运动臂的主动轮3高度，使其夹紧缆索，后运动臂越障完成，完成整个机器人的越障动作，继续对线缆进行巡线或除冰作业。

在实际情况中缆索上可能出现多种偶然出现的越障攀爬情况(比如说障碍物过长、前方线弧度过大)情况。基于常规的攀爬越障基础上，后运动臂也可以根据情况作适应性旋转，伸缩。以此来完成特殊越障动作。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种巡线除冰机器人，其特征在于：包括机体，在机体两侧分别设置有一个运动臂，所述运动臂的上端设置有主动轮和除冰轮，所述主动轮和除冰轮均连接驱动电机，所述主动轮通过推杆安装在除冰轮上方，所述主动轮和除冰轮之间架设待巡检线缆，机体的底板上安装有第一电机和第二电机，所述第一电机输出轴连接第一轴，所述第一轴外围套接有第二轴，所述第二轴与运动臂下端连接，所述第二电机输出轴上设置有第一凸轮和第二凸轮，所述第二凸轮相对所述第一凸轮旋转90度，所述第一凸轮推动第一推杆，所述第一推杆在第二轴的径向方向上锁住第二轴，所述第二轴被所述第一轴带动沿轴向方向伸缩，推动运动臂沿所述第一轴的轴线方向伸缩，所述第二凸轮推动第二推杆，所述第二推杆在第二轴的轴向方向上锁住第二轴，所述第二轴被所述第一轴带动旋转运动，推动运动臂沿所述机体侧壁方向摆动，底板上还安装有蓄电装置，机体前后部安装有探测器。

2.根据权利要求1所述的巡线除冰机器人，其特征在于：所述第二轴表面沿轴向设置有第一凹槽，当所述第一凸轮推动所述第一推杆时，所述第一推杆位于所述第一凹槽内，限制第二轴的轴向转动；所述第二轴表面沿径向设置有第二凹槽，当所述第二凸轮推动所述第二推杆时，所述第二推杆位于所述第二凹槽内，限制第二轴的轴向平动。

3.根据权利要求1所述的巡线除冰机器人，所述除冰轮包括第二齿轮，所述第二齿轮与设置在所述驱动电机输出轴上的第一齿轮相啮合，所述第二齿轮同轴设置除冰装置，所述除冰装置远离所述第二齿轮的一侧设置有限位装置。

4.根据权利要求3所述的巡线除冰机器人，其特征在于：所述除冰装置包括两个刀片，两刀片内侧分别安装有侧刀片，所述侧刀片之间设置有橡胶环。

5.根据权利要求1所述的巡线除冰机器人，其特征在于：所述主动轮包括第四齿轮，所述第四齿轮与设置在所述驱动电机输出轴上的第三齿轮相啮合，所述第四齿轮同轴设置行走装置，所述行走装置远离所述第四齿轮的一侧设置有限位装置。

6.根据权利要求5所述的巡线除冰机器人，其特征在于：所述行走装置包括两个卡盘，两卡盘内侧分别安装有侧刀片，所述侧刀片之间设置有橡胶环，靠近第四齿轮一侧设置有刹车片，所述刹车片上设置有刹车器。

7.根据权利要求4或6所述的巡线除冰机器人，其特征在于：所述限位装置为限位螺栓。

8.根据权利要求1所述的巡线除冰机器人，其特征在于：所述电池上端包覆有封闭线圈。

9.根据权利要求1所述的巡线除冰机器人，其特征在于：所述第一电机输出轴通过齿轮组连接第一轴，所述齿轮组卡装在底座上设置的支架上。

10.根据权利要求1所述的巡线除冰机器人的越障方法，其特征在于，其具体步骤如下：

第一步：启动所述驱动电机，带动机器人在待巡检线缆上向前移动，此时除冰轮对线缆上包覆的冰层进行除冰；

第二步：当探测器探测到前方有障碍物时，关闭驱动电机，机器人设有分别连接于机体的两侧的前运动臂和后运动臂，调整前运动臂上的推杆上升，解除前运动臂上主动轮对缆索的夹紧；

第三步：第一电机带动前运动臂沿所述机体侧壁方向摆动，前运动臂向前延伸，使前运动臂低于障碍物时停止；

第四步：第一电机带动前运动臂沿所述第一轴的轴线方向伸缩，当前运动臂伸出到轮的最末端所在平面与缆索无接触时停止；

第五步：启动后机械臂上主动轮的驱动电机，使机体前移，当前运动臂越过障碍物或者能触碰到悬垂线时停止；

第六步：使第一电机反转，前运动臂执行逆过程，前运动臂收缩，回转相应角度，通过推杆调整前运动臂的主动轮高度，使其夹紧缆索，前运动臂越障完成；

第七步：调整后运动臂上的推杆上升，解除后运动臂上主动轮对缆索的夹紧；

第八步：第一电机带动后运动臂沿所述第一轴的轴线方向伸缩，当后运动臂伸出到轮的最末端所在平面与缆索无接触时停止；

第九步：启动前运动臂上主动轮的驱动电机，使机体前移，当后运动臂越过障碍物或者挂接到悬垂线时停止；

第十步：使第一电机反转，所述第一电机带动后运动臂收缩，调整后运动臂的主动轮高度，使其夹紧缆索，后运动臂越障完成，继续对线缆进行巡检或除冰作业。