CN104022458A - 超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人。它解决现有多数巡检机器人难以越障，或部分越障机器人存在控制难、体积大等问题。本发明包括控制箱，控制箱内设置控制系统，控制箱上设置检测装备，控制箱的顶部还设置四只驱动臂，其中两只驱动臂位于控制箱中部，该两只驱动臂的朝向相对，并前后错位布设，另外两只驱动臂位于控制箱两端，该两只驱动臂的朝向相对，并一前一后布设，驱动臂包括位于顶部的驱动轮组，驱动轮组的下方连接纵向驱动机构，纵向驱动机构的底部连接横向驱动机构，控制系统电控连接驱动轮组、纵向驱动机构与横向驱动机构。本发明具有越障能力强，爬坡角度大，结构稳固，控制精度高，操作简单，实时性好等特点。

Description

超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人

技术领域

本发明属于电线巡检设备技术领域，涉及一种能实现障碍物跨越的巡检设备，特别是一种超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人。

背景技术

由于我国人多地广，许多偏远地区的地理位置复杂，因而长期受到无电的困扰。近年来，随着我国国民经济的发展，许多偏远地区也逐渐实现电力资源的普及，但由于距离遥远，单使用高压输电线传输会大大提高经济投入，所以超高压输电线传输应运而生。超高压输电线的巡检检查对保护电网的安全是非常必要的，但超高压输电线分布广泛，部分地区地理环境较为复杂，人工巡检方式由于劳动强度大，巡检精度低，已经不再适用，因此只能寻求新的巡检方式。

移动机器人技术的发展，为架空超高压电力线的巡检提供了新的技术平台。近年来，巡检机器人的研究已成为机器人研究领域的研究热点之一。但是基于现实状况，大部分巡检机器人越障能力有限，或者部分机器人能实现越障功能，但由于此类机器人的结构复杂，故控制难，且体积大，为机器人的巡检和运输工作带来了不便。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种越障能力强，爬坡角度大，结构稳固，体积小，行走时安全性好，控制精度高，操作简单，实时性好的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，包括控制箱，所述控制箱内设置控制系统，所述控制箱上设置检测装备，所述控制箱的顶部还设置四只驱动臂，其中两只驱动臂位于控制箱中部，该两只驱动臂的朝向相对，并前后错位布设，另外两只驱动臂位于控制箱两端，该两只驱动臂的朝向相对，并一前一后布设，所述驱动臂包括位于顶部的驱动轮组，所述驱动轮组的下方连接纵向驱动机构，所述纵向驱动机构的底部连接横向驱动机构，所述控制系统电控连接驱动轮组、纵向驱动机构与横向驱动机构。

本超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人可适用于500KV的高压输电路线，驱动臂通过驱动轮组实现在输电线上的行走；通过纵向驱动机构实现机体在竖直方向的伸缩动作，即伸开、收缩状态；通过横向驱动机构实现机体在水平方向的平移动作，即滑入、滑出状态。由此在遇到障碍物时，四只驱动臂相配合进行有序的伸开、收缩及滑入、滑出动作，以实现对障碍物的跨越功能。

在上述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人中，所述驱动轮组包括电机，所述电机连接驱动轮，所述驱动轮的周圈上凹设用于卡嵌输电线的行走槽，所述电机的外部套接电机方管壳，所述电机方管壳的端侧设置电机连接板，所述电机与控制系统通过电路相连。两只驱动臂的相对交错位置具体为，驱动轮均朝向内侧，而电机均朝向外侧，且两驱动轮呈前后错位设置。驱动轮采用聚氨酯优力胶材料，其具有耐磨性好、吸震性好的特点，且利于延长工作寿命。

在上述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人中，所述纵向驱动机构包括纵向驱动气缸，所述纵向驱动气缸具有竖直向上伸出的纵向伸缩轴，所述纵向伸缩轴的顶部固连气缸连接板，所述驱动轮组固定于气缸连接板的顶面，所述纵向驱动气缸与控制系统通过电路相连。

在上述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人中，所述纵向驱动气缸的外部套接气缸方管壳，所述气缸方管壳的底部固连气缸底座，所述气缸方管壳内伸出若干能竖直滑动的纵向导轴，所述纵向导轴的顶端固连上述气缸连接板。纵向导轴为中空结构，且共设置四根纵向导轴，气缸方管壳的每个直角处设置一根纵向导轴。

在上述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人中，所述横向驱动机构包括横向驱动气缸，所述横向驱动气缸具有平直伸出的横向伸缩轴，所述横向伸缩轴上设置呈水平状态的承载平台，所述纵向驱动机构固定于承载平台的顶面，所述横向驱动气缸与控制系统通过电路相连。

在上述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人中，所述横向驱动气缸的两端固连定位架，所述定位架固定于控制箱顶部，所述定位架上设置横向导杆，所述横向导杆上套接滑块，所述滑块固连上述承载平台。横向驱动气缸驱使横向伸缩轴进行伸出、收缩动作，横向伸缩轴带动承载平台平移动作，同时承载平台通过滑块沿横向导杆滑移。

在上述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人中，所述检测装备包括摄像仪、红外仪与信号收发器，所述摄像仪、红外仪通过电路与信号收发器相连，所述信号收发器通过无线信号连接位于地面上的基站控制中心。检测装备固定在控制箱顶部的靠前端位置，其将拍摄的线路图像信息通过无线网桥传到地面的基站控制中心，便于地面工作人员确定损坏的输电线位置及其周围环境状况，以便进行维修。

在上述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人中，所述控制系统包括工业主板、运动控制卡、数据采集卡、双无线传输器和伺服控制器。

在上述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人中，所述控制箱的两端固连装配平台，所述装配平台上固连驱动臂。

与现有技术相比，本超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人的优点与积极效果为：

1.安全保护性好：行走时两个驱动轮同时挂线，越障时另外两个驱动轮同时挂线，且四个驱动轮均是相对布置，使机器人不会因为晃动而从输电线上掉下，保证了机器人运行的稳定。

2.爬行越障能力强：机器人中部的驱动轮有大功率刹车电机控制驱动，故其行走能力强，并且能够跨越输电线上的悬垂线夹、防震锤、间隔棒等障碍，且爬坡角度大。

3.控制简单，精度高：行走时手动控制，越障时自动控制，其越障时间短，效率高。

4.巡检质量高，应用广泛：安置有摄像仪和红外仪，能够将行走过的线路信息清晰地传输给地面基站，保证了输电线路巡检工作的质量；还可远程控制，可广泛应用于输电线路的巡检工作。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的平面结构示意图。

图3是本发明中驱动臂的立体结构示意图。

图4是本发明中驱动臂的平面结构示意图。

图5a是本发明越障过程第一个动作描述示意图。

图5b是本发明越障过程第二个动作描述示意图。

图5c是本发明越障过程第三个动作描述示意图。

图5d是本发明越障过程第四个动作描述示意图。

图5e是本发明越障过程第五个动作描述示意图。

图5f是本发明越障过程第六个动作描述示意图。

图5g是本发明越障过程第七个动作描述示意图。

图5h是本发明越障过程第八个动作描述示意图。

图5i是本发明越障过程第九个动作描述示意图。

图5j是本发明越障过程第十个动作描述示意图。

图中，1、控制箱；2、检测装备；3、驱动臂；4、定位架；5、横向驱动气缸；6、横向导杆；7、滑块；8、承载平台；9、气缸底座；10、气缸方管壳；11、纵向驱动气缸；12、纵向导轴；13、气缸连接板；14、电机方管壳；15、电机连接板；16、驱动轮；17、电机；18、输电线；19、间隔棒。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、2、3和4所示，本超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人包括控制箱1，控制箱1内设置控制系统，控制箱1上设置检测装备2。控制箱1的顶部还设置四只驱动臂3，其中两只驱动臂3位于控制箱1中部，该两只驱动臂3的朝向相对，并前后错位布设；另外两只驱动臂3位于控制箱1两端，该两只驱动臂3的朝向相对，并一前一后布设。控制箱1的两端固连装配平台，位于两端的驱动臂3具体设置在装配平台上。

驱动臂3包括位于顶部的驱动轮组，驱动轮组的下方连接纵向驱动机构，纵向驱动机构的底部连接横向驱动机构，横向驱动机构设置在控制箱1的顶部。控制系统电控连接驱动轮组、纵向驱动机构与横向驱动机构。

驱动轮组包括电机17，电机17连接驱动轮16，驱动轮16的周圈上凹设用于卡嵌输电线18的行走槽。电机17的外部套接电机方管壳14，电机方管壳14的端侧设置电机连接板15，电机17与控制系统通过电路相连。两只驱动臂3的相对交错位置具体为，驱动轮16均朝向内侧，而电机17均朝向外侧，且两驱动轮16的呈前后错位设置。驱动轮16采用聚氨酯优力胶材料，其具有耐磨性好、吸震性好的特点，且利于延长工作寿命。在行走中，电机17带动驱动轮16旋转，从而使得驱动轮16沿输电线18行进。

纵向驱动机构包括纵向驱动气缸11，纵向驱动气缸11的外部套接气缸方管壳10，气缸方管壳10的底部固连气缸底座9。纵向驱动气缸11具有竖直向上伸出的纵向伸缩轴，纵向伸缩轴的顶部固连气缸连接板13。气缸方管壳10内伸出四根能竖直滑动的纵向导轴12，纵向导轴12为中空结构，气缸方管壳10的每个直角处设置一根纵向导轴12，纵向导轴12的顶端固连气缸连接板13。驱动轮组中的电机方管壳14固定于气缸连接板13的顶面，纵向驱动气缸11与控制系统通过电路相连。

横向驱动机构包括横向驱动气缸5，横向驱动气缸5与控制系统通过电路相连。横向驱动气缸5具有平直伸出的横向伸缩轴，横向伸缩轴上设置呈水平状态的承载平台8。横向驱动气缸5的两端固连定位架4，且定位架4固定于控制箱1顶部。定位架4上设置两根相平行的横向导杆6，每根横向导杆6上套接滑块7，且滑块7固连承载平台8的底面。纵向驱动机构固定于承载平台8的顶面上，具体通过位于底部的气缸底座9与承载平台8固连。横向驱动气缸5驱使横向伸缩轴进行伸出、收缩动作，横向伸缩轴带动承载平台8平移动作，同时承载平台8通过滑块7沿横向导杆6滑移。

检测装备2包括摄像仪、红外仪与信号收发器，摄像仪、红外仪通过电路与信号收发器相连，信号收发器通过无线信号连接位于地面上的基站控制中心。检测装备2固定在控制箱1顶部的靠前端位置，其将拍摄的线路图像信息通过无线网桥传到地面的基站控制中心，便于地面工作人员确定损坏的输电线18位置及其周围环境状况，以便进行维修。

控制系统包括工业主板、运动控制卡、数据采集卡、双无线传输器和伺服控制器。

本超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人可适用于500KV的高压输电路线，驱动臂3通过驱动轮组实现在输电线18上的行走；通过纵向驱动机构实现机体在竖直方向的伸缩动作，即伸开、收缩状态；通过横向驱动机构实现机体在水平方向的平移动作，即滑入、滑出状态。由此在遇到障碍物时，四只驱动臂3相配合进行有序的伸开、收缩及滑入、滑出动作，以实现对障碍物的跨越功能。

本超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人的具体运行过程为：

在输电线18上行走时，如图5a，位于中部的两只驱动臂3通过驱动轮16挂线，且中部的两只驱动臂3在纵向上处于伸开状态，在横向上处于滑入状态；两端的两只驱动臂3在纵向上处于收缩状态，在横向上处于滑出状态。如图5b，当遇到障碍物如间隔棒19时，机器人停止行走，中部的两只驱动臂3通过纵向驱动气缸11的驱动进行收缩动作，同时控制箱1和两端的两只驱动臂3也随之上升。如图5c，两端的两只驱动臂3通过纵向驱动气缸11的驱动进行伸开动作，同时两端的两只驱动臂3通过横向驱动气缸5进行滑入动作。如图5d，两端的两只驱动臂3通过纵向驱动气缸11的驱动进行收缩动作，直至两端驱动臂3的驱动轮16实现挂线操作，此时中部的两只驱动臂3已脱离输电线18。如图5e，接着中部的两只驱动臂3通过纵向驱动气缸11与横向驱动气缸5完成伸开及滑出动作。如图5f，两端的两只驱动臂3通过纵向驱动气缸11的驱动进行伸开动作，同时控制箱1和中部的两只驱动臂3也随之下降，且中部的两只驱动臂3沿纵向收缩，此时中部的两只驱动臂3位于输电线18之下，而前端驱动臂3的驱动轮16位于间隔棒19的前方输电线18上。如图5g，通过两端的两只驱动臂3沿输电线18继续行走，直到后端驱动臂3的驱动轮16遇到间隔棒19时停止行走，此时中部的两只驱动臂3已经从间隔棒19下方走过。如图5h，两端的两只驱动臂3收缩动作，同时控制箱1和中部的两只驱动臂3也随之上升，中部的两只驱动臂3进行伸开、滑入动作。如图5i，中部的两只驱动臂3进行收缩动作，直至中部驱动臂3的驱动轮16实现挂线操作，此时两端的两只驱动臂3已脱离输电线18，两端的两只驱动臂3顺次完成伸开、滑出、收缩动作。如图5j，中部的两只驱动臂3进行伸开动作，同时控制箱1和两端的两只驱动臂3也随之下降，整个巡检机器人回到初始的状态，此时已经越过间隔棒19，可继续在输电线18上行走。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了控制箱1；检测装备2；驱动臂3；定位架4；横向驱动气缸5；横向导杆6；滑块7；承载平台8；气缸底座9；气缸方管壳10；纵向驱动气缸11；纵向导轴12；气缸连接板13；电机方管壳14；电机连接板15；驱动轮16；电机17；输电线18；间隔棒19等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，包括控制箱，所述控制箱内设置控制系统，所述控制箱上设置检测装备，其特征在于，所述控制箱的顶部还设置四只驱动臂，其中两只驱动臂位于控制箱中部，该两只驱动臂的朝向相对，并前后错位布设，另外两只驱动臂位于控制箱两端，该两只驱动臂的朝向相对，并一前一后布设，所述驱动臂包括位于顶部的驱动轮组，所述驱动轮组的下方连接纵向驱动机构，所述纵向驱动机构的底部连接横向驱动机构，所述控制系统电控连接驱动轮组、纵向驱动机构与横向驱动机构。

2.根据权利要求1所述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，其特征在于，所述驱动轮组包括电机，所述电机连接驱动轮，所述驱动轮的周圈上凹设用于卡嵌输电线的行走槽，所述电机的外部套接电机方管壳，所述电机方管壳的端侧设置电机连接板，所述电机与控制系统通过电路相连。

3.根据权利要求1所述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，其特征在于，所述纵向驱动机构包括纵向驱动气缸，所述纵向驱动气缸具有竖直向上伸出的纵向伸缩轴，所述纵向伸缩轴的顶部固连气缸连接板，所述驱动轮组固定于气缸连接板的顶面，所述纵向驱动气缸与控制系统通过电路相连。

4.根据权利要求3所述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，其特征在于，所述纵向驱动气缸的外部套接气缸方管壳，所述气缸方管壳的底部固连气缸底座，所述气缸方管壳内伸出若干能竖直滑动的纵向导轴，所述纵向导轴的顶端固连上述气缸连接板。

5.根据权利要求1所述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，其特征在于，所述横向驱动机构包括横向驱动气缸，所述横向驱动气缸具有平直伸出的横向伸缩轴，所述横向伸缩轴上设置呈水平状态的承载平台，所述纵向驱动机构固定于承载平台的顶面，所述横向驱动气缸与控制系统通过电路相连。

6.根据权利要求5所述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，其特征在于，所述横向驱动气缸的两端固连定位架，所述定位架固定于控制箱顶部，所述定位架上设置横向导杆，所述横向导杆上套接滑块，所述滑块固连上述承载平台。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，其特征在于，所述检测装备包括摄像仪、红外仪与信号收发器，所述摄像仪、红外仪通过电路与信号收发器相连，所述信号收发器通过无线信号连接位于地面上的基站控制中心。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，其特征在于，所述控制系统包括工业主板、运动控制卡、数据采集卡、双无线传输器和伺服控制器。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的超高压输电线路上的悬挂式巡检机器人，其特征在于，所述控制箱的两端固连装配平台，所述装配平台上固连驱动臂。