CN102751669B - 实现越障巡线机器人的行走机构 - Google Patents

Abstract

实现越障巡线机器人的行走机构，涉及一种机器人。提供可使巡线机器人在缆线上行走时能平稳、快速、全自动翻越架空线上的障碍物的一种实现越障巡线机器人的行走机构。设有吊仓、吊臂、齿轮、上下直流减速电机、上下皮带、行走轮臂、压紧弹簧、U形支架、上下行走轮；吊仓内设有检测装置和U型支架转动伺服系统，U型支架转动伺服系统通过吊臂与设于吊臂中间的齿轮连接，通过驱动齿轮转动实现U形支架的±90度旋转；U形支架通过压紧弹簧与行走轮臂连接；行走轮臂上设有铰链弹簧压紧机构；上直流减速电机通过上皮带与上行走轮连接，下直流减速电机通过下皮带与下行走轮连接；上下行走轮分别设在缆线上下部，上下行走轮压紧在缆线上。

Description

实现越障巡线机器人的行走机构

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其是涉及一种实现越障巡线机器人的行走机构。

背景技术

由于输电线路的架空线路长期暴露在野外，受刮风下雨、严寒酷暑等恶劣天气影响，加上线路材料老化，常常会出现磨损或腐蚀等损伤，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，因此，为保证电力线路正常运行，对架空输电线路进行定期巡检非常重要。

目前，常见的线路巡检都是靠供电局维护人员用肉眼或望远镜察看。因为受地理环境、天气状况等因素的影响，有些隐患也不容易被发现。遇上跨河或者深山中的线路，维护人员常常“无计可施”。因此采用巡线机器人来代替人工巡检已成为大势所趋。这对提高电力部门自动化作业程度，减轻巡检人员劳动强度，提高巡检人员工作安全条件及提高巡检质量都有及其重要的意义。

当前，关于巡线机器人行走机构大多是通过机械臂攀越的方式来实现架空线路的越障功能，其主要缺点是：越障时需依赖人工远程遥控，操作困难、机构复杂且动作时间长，此外，由于受到遥控距离限制，相关控制设备需沿线路搬运，严重影响巡线工作效率，无法真正实现自动化巡线作业。

综观国内外巡线机器人行走机构的水平和现状，分别有：

1.中国科学院沈阳自动化研究所申请的发明专利200410020490.8（申请日：2004.04.30）。

2.中国科学院自动化研究所申请的发明专利200310118302.0（申请日：2003.11.18）。

3.武汉大学申请的发明专利200510019930.2（申请日：2005.12.01）。

4.山东大学申请的专利200510042569.5（申请日：2005.03.18）。

国内外的相关产品有：

1.东京电力公司的Sawada等人研制了光纤复合架空地线（OPGW）巡检移动机器人。

2.北京航空航天大学于2003年研制的巡线机器人。

3.福建省电力有限公司与中科院沈阳自动化研究所、厦门加能电力科技有限公司等单位合作研制的超高压输电线路巡线机器人。

相关的科技论文有：

[1]朱兴龙等.输电线巡检机器人越障机理与试验，机械工程学报，2009，45（2）：119-125。

[2]李红卫，赵世平，陆小龙.攀爬电力铁塔机器人的爬行方案设计，制造业自动化，2010，32（11）：100-103。

[3]佃松宜等.巡线机器人的研究综述及面向智能电网技术的一些探讨，四川电力技术，2009，32（增刊）：47-51。

上述专利和产品中关于可越障巡线机器人行走机构大多是通过机械臂攀越的方式来实现架空线路的越障功能，它们的主要缺点是：遇到障碍物时需要停止前进，调整“手臂”位置，越障后再恢复巡线速度；越障行走时需依赖人工远程遥控，操作困难、机构复杂且动作时间长；由于受到遥控距离限制，相关控制设备需沿线路搬运，严重影响巡线工作效率，无法真正实现自动化巡线作业

中国专利CN1292319公开一种自主变位四履带足机器人行走机构，采用四履带足驱动，四履带足两两相互平行，沿机架1纵轴线对称布置,采用驱动轮5低置和导向轮15辅助支承的结构,无任何复杂的变位传动机构，结构简单，造价低廉，有承载能力大，行走平稳，回转灵活，机动性强等优点，可毫不费力地越过比履带高数倍的直壁型障碍，有优异的越障性能，适于作诸如工程抢险机器人，越野车辆之类机器人或车辆的行走机构。

发明内容

本发明的目的在于提供可使巡线机器人在缆线上行走时能平稳、快速、全自动翻越架空线上的障碍物的一种实现越障巡线机器人的行走机构。

本发明设有吊仓、吊臂、齿轮、上直流减速电机、下直流减速电机、上皮带、下皮带、行走轮臂、压紧弹簧、U形支架、上行走轮、下行走轮；所述吊仓内设有检测装置和U型支架转动伺服系统，U型支架转动伺服系统通过吊臂与设于吊臂中间的齿轮连接，通过驱动齿轮转动实现U形支架的±90度旋转；所述U形支架通过压紧弹簧与行走轮臂连接；所述行走轮臂上设有铰链弹簧压紧机构；上直流减速电机通过上皮带分别与上行走轮连接，下直流减速电机通过下皮带分别与下行走轮连接；上行走轮设在缆线上部，下行走轮设在缆线下部，上行走轮和下行走轮压紧在缆线上。

为克服现有技术中的缺陷，本发明采用一个四轮耦合夹持行走机构，本发明包括4个主动行走轮及其驱动系统、一副可旋转U型支架及吊仓。所述吊仓内部装有检测（维护）装置及U型支架转动饲服系统。所述U型支架转动饲服系统通过吊臂与吊臂中间的齿轮相连接，通过驱动齿轮转动来实现U型支架以缆线为圆心的±90度旋转。同时，根据障碍类型和有否障碍，分别在“竖直行走模式”和“水平行走模式”之间进行切换，以实现机器人在架空线上的高速、全自动行走。使巡线机器人在缆线上行走时能平稳、快速、全自动翻越架空线上的障碍物

其中，U型支架转动饲服系统通过吊臂与吊臂中间的齿轮相连接，通过驱动齿轮转动来实现U型支架±90度旋转，其回转中心位于缆线中心上；利用吊舱的重力作用，使得吊仓在U型支架转动过程中始终位于缆线的垂直正下方。

其中，所述U型支架通过压紧弹簧与行走轮臂连接，行走轮臂上装有铰链，保证其中任意的一个行走轮在翻越障碍物时，其它三个行走轮仍始终压紧在缆线上。

其中，在跨越竖直障碍物（如防震锤）时，机器人行走装置处于水平行走模式；跨越水平障碍物（如杆塔）时，机器人行走装置处于垂直行走模式；

其中，所述主动行走轮的轮槽上装有用于增加摩擦力的橡胶圈。

其中，所述吊仓安装有超声波传感器装置，用于判断障碍物大致位置及状态；吊仓内部可根据需要携带检测装置或者维护装置等。

与现有的实现越障巡线机器人的行走机构相比，本发明的有益效果及优点在于：

1）本发明采用四轮耦合夹持行走机构机构，既可以快速行走又可以快速越障。

2）本发明采用全自动巡线，无须遥控等人工操作，适合野外作业长距离需要。

3）本发明结构简单，造价低，可广泛应用于高压输电线路的检测与维护。

4）机器人应用范围广，根据不同障碍物调整越障角度，可有效跨越大多数缆线上的障碍物。

5）行走轮的轮槽上装有用于增加摩擦力的橡胶圈，有效提高行走轮与缆线之间的摩擦力，使最大爬坡角度不小于30度。

6）本发明采用四轮行走，在翻越障碍物时，保证至少有3个行走轮与缆线接触并形成稳定的闭合受力结构，安全保护性好且翻越障碍无须停顿，越障行走速度快。

7）机体采用铝合金材料，重量轻，可根据需要携带检测装置或者维护装置等。

附图说明

图1为机器人“竖直行走模式”的等轴测图。

图2为跨越竖直障碍物时的行走状态等轴测图。

图3为图1的主视示意图。

图4为水平行走模式未翻越障碍的受力示意图。

图5为水平行走模式完成翻越障碍时的受力示意图。

图6为水平行走模式完成翻越障碍时的受力示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的巡线机器人越障行走装置作进一步阐述。

参见图1～6，本发明实施例设有吊仓1、吊臂2、齿轮3、上直流减速电机41、下直流减速电机42、上皮带51、下皮带52、行走轮臂6、压紧弹簧7、U形支架8、上行走轮91、下行走轮92；所述吊仓1内设有检测装置和U型支架转动伺服系统，U型支架转动伺服系统通过吊臂2与设于吊臂2中间的齿轮3连接，通过驱动齿轮3转动实现U形支架8的±90度旋转；所述U形支架8通过压紧弹簧7与行走轮臂6连接；所述行走轮臂6上设有铰链弹簧压紧机构；上直流减速电机41通过上皮带51分别与上行走轮91连接，下直流减速电机42通过下皮带52分别与下行走轮92连接；上行走轮91设在缆线10上部，下行走轮92设在缆线10下部，上行走轮91和下行走轮92压紧在缆线10上。

上行走轮91设左右1对，下行走轮92也设左右1对。

以下通过两种不同的行走模式说明本发明的工作原理：

以下通过水平行走模式（跨越竖直障碍物时的行走状态）和垂直行走模式（快速行走状态，及跨越水平障碍物的行走状态）来实现机器人在架空线上快速自动地越障行走。当无障碍即“自由行走”时，采用“竖直行走模式”，以较快的速度进行巡检行走；当遇到障碍物时，切换为“水平行走模式”，对于水平方向的障碍物则仍然采用“竖直行走模式”。两种不同行走模式可以在行走状态下自由灵活地切换而无需“停车”。障碍物的定位由吊舱内的传感器或其它定位装置来实现。

如图1和图2所示，为本发明的两种不同的行走模式，该行走装置采用四轮耦合夹持行走机构，四个行走轮分布在缆线两侧，同侧的行走轮分别安装于各自的行走轮臂，沿着缆线方向错开排列；直流减速电机安装于两个同侧的行走轮之间的行走轮臂上，通过皮带驱动行走轮运动。行走轮臂与U型支架的连接杆内装有压紧弹簧、行走轮臂与弹簧连接处装有铰链，保证在行走过程中（尤其是图2状态下）翻越障碍时，总是有3个行走轮始终紧压在缆线上，形成稳定的闭环受力结构，如图4～6所示，以实现机器人在缆线上的快速行走。此外，为了增加行走轮与缆线之间的摩擦力，提高爬坡角度，在行走轮的轮槽上装有用于增加摩擦力的橡胶圈。U型支架与通过吊臂将吊仓吊在缆线的正下方，吊仓内装有U型支架转动饲服系统，通过吊臂将动力传送到吊臂中间的齿轮上，通过驱动齿轮的转动来实现U型支架±90度旋转。吊仓内部还装有超声波传感装置，用于判断和估计障碍物大致位置及状态。

巡线机器人在缆线上行走姿势如图1所示，在行走过程中装在吊仓内的检测装置对输电线路进行巡检。在巡检的同时，装在吊仓内的红外装置探测前方障碍物的距离及状态，当探测到障碍物为竖直方向时（如防震锤），将信号反馈给吊仓内部的中央处理器，中央处理器接到信号后，一边将信号传递给控制行走轮运动的直流电机，使行走速度降低；同时将信号传递给仓内的U型支架转动伺服系统，伺服系统驱动齿轮3运动，齿轮运动带动U型支架开始旋转，直到转动到图2所示状态。当行走轮到达防震锤时，在铰链的作用下，行走轮抬起并跨过防震锤，行走轮不受力，此时其它3个行走轮在压紧弹簧和铰链的共同作用下紧紧的压紧在缆线上，保证在越障过程中不会脱落。当行走轮安全跨越障碍后，铰链恢复原先状态。接下来，另一行走轮到达防震锤，越障过程与行走轮相同。其他2个行走轮以同样的方式跨越防震锤。最后整机完成对障碍物的跨越。

根据上述跨越障碍物的原理，该装置可跨越典型缆线障碍如防震锤、压线管、间隔棒、悬垂线夹等。

Claims (1)

1.实现越障巡线机器人的行走机构，其特征在于设有吊仓、吊臂、齿轮、上直流减速电机、下直流减速电机、上皮带、下皮带、行走轮臂、压紧弹簧、U形支架、上行走轮、下行走轮；所述吊仓内设有检测装置和U型支架转动伺服系统，U型支架转动伺服系统通过吊臂与设于吊臂中间的齿轮连接，通过驱动齿轮转动实现U形支架的±90度旋转；所述U形支架通过压紧弹簧与行走轮臂连接；所述行走轮臂上设有铰链弹簧压紧机构；上直流减速电机通过上皮带分别与左右一对上行走轮连接，下直流减速电机通过下皮带分别与左右一对下行走轮连接；上行走轮设在缆线上部，下行走轮设在缆线下部，上行走轮和下行走轮压紧在缆线上。