基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构及其越障方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构及其越障方法，属于机器人技术领域。所述基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构包括机架，所述机架的四个角分别设置有可沿所述机架的行走方向前后屈伸的第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂；所述机架的中间位置设置有可沿所述机架的行走方向收缩的第一滚轮臂和第二滚轮臂。与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍物的优点。
【专利说明】
基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构及其越障方法
技术领域
[0001]本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构及其越障方法。
【背景技术】
[0002]采用高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式。电力线及杆塔附件长期暴露在野外，因受到持续的机械张力、电气闪烙、材料老化的影响而容易产生断股、磨损、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，造成大面积的停电和巨大的经济损失。当前输电导线巡检、维护的方法主要有两种:地面目测法与航测法。目测法采用人工巡检，这种方法劳动强度大，工作效率和探测精度低，可靠性差，存在检查盲区;航测法采用直升飞机巡线，这种方法虽然有较高的检测效率和精度，但是这种方法受一些环境因素的制约，同时巡检的技术难度高，运行费用较高。巡线机器人技术的发展，为高压输电线的检查工作提供了新的技术手段。
[0003]现有巡线机器人的技术研发已经取得了一定的相应成果，但对于输电线路上存在的障碍物或引流线无法跨越，不能实现超高压输电线路的连续巡检。因此，有必要提供一种既能减轻劳动强度、降低运行成本，又能够跨越障碍物或引流线的巡线机器人机械结构。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种既能减轻劳动强度、降低运行成本，又能够跨越障碍物或引流线的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构及其越障方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下:
[0006]—方面，提供一种基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构，包括机架，其中:
[0007]所述机架的四个角分别设置有可沿所述机架的行走方向前后屈伸的第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂；
[0008]所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂上分别设置有用于从两侧抓持线路的第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手；
[0009]各机械臂和各机械手之间设置有可旋转的机械手腕；
[0010]所述机架的中间位置设置有可沿所述机架的行走方向收缩的第一滚轮臂和第二滚轮臂；
[0011]所述第一滚轮臂和第二滚轮臂上分别设置有可两侧开合的第一滚轮和第二滚轮。
[0012]另一方面，提供一种上述的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构的越障方法，包括:
[0013]步骤1:未遇到障碍物时，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手张开，所述第一滚轮和第二滚轮夹持住线路带动所述机架实现快速行走；
[0014]步骤2:当遇到障碍物时，所述第一滚轮臂和第二滚轮臂收缩进机架内，所述第一机械臂和第四机械臂分别屈伸使得所述第一机械手和第四机械手均位于所述机架的中部且抓持住线路，所述第二机械臂和第三机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第三机械手分别位于所述机架的前方和后方避开障碍物抓持住线路；
[0015]步骤3:所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路，然后，所述第一机械臂和第三机械臂带动所述机架前移，此时，所述第一机械手在所述第一机械臂屈伸的作用下位于所述机架的前端避开障碍物并重新抓持住线路，第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前端和后端；
[0016]步骤4:所述第三机械臂屈伸使得所述第三机械手位于所述机架的后端避开障碍物并重新抓持住线路，然后，所述机架在所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂的共同屈伸作用下前移；
[0017]步骤5:所述第二机械手和第四机械手分别在所述第二机械臂和第四机械臂的作用下张开、脱离线路，然后，所述第二机械臂和第四机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第四机械手分别位于所述机架的前方和中部避开障碍物并重新抓持住线路。
[0018]再一方面，提供另一种上述的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构的越障方法，包括:
[0019]步骤1:未遇到障碍物时，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手张开，所述第一滚轮和第二滚轮夹持住线路带动所述机架实现快速行走；
[0020]步骤2:当遇到障碍物时，所述第一滚轮臂和第二滚轮臂收缩进机架内，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路后带动所述机架前移，此时，所述第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前端和后方，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下位于所述机架的前端和后方避开引流线并重新抓持住线路；
[0021]步骤3:所述第二机械手和第四机械手张开、脱离线路后分别在所述第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前方和中部避开引流线并重新抓持住线路；
[0022]步骤4:所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路后带动所述机架前移，此时，所述机架与水平面倾斜，所述第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前端和后方，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下位于所述机架的前端和后方避开引流线并重新抓持住线路；
[0023]步骤5:所述第四机械手张开、脱离线路后在所述第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的后端避开引流线并重新抓持住线路，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路后带动所述机架前移，此时，所述第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的中部和后方，所述第一机械手在所述第一机械臂的作用下位于所述机架的前端避开引流线并重新抓持住线路，所述第三机械手位于所述机架的中部并且由所述机械手腕带动旋转后避开引流线重新抓持住线路；
[0024]步骤6:所述第二机械手和第四机械手分别张开、脱离线路后在所述第二机械臂和第四机械臂的作用下带动机架向前运动，此时，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的屈伸作用下分别位于所述机架的中部和后方，所述第二机械手在第二机械臂的作用下避开引流线并重新抓持住线路，所述第四机械手在所述第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的后方并且由所述机械手腕带动旋转后避开引流线重新抓持住线路；
[0025]步骤7:所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路，所述第一机械手在所述第一机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前端避开引流线并重新抓持住线路，所述第三机械手在所述第三机械臂的屈伸作用下位于所述机架的中部并且由所述机械手腕带动旋转后避开引流线重新抓持住线路。
[0026]本发明具有以下有益效果:
[0027]本发明中的第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂均为可屈伸结构，第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手分别可以在第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂的作用下从两侧抓持线路或张开、脱离线路，各机械手可以在各机械臂的作用下旋转，第一滚轮和第二滚轮分别可以在第一滚轮臂和第二滚轮臂的作用下根据运动形式不同自如收缩进出机架。平直线路上，四个机械手张开，两对滚轮闭合，巡线机器人依靠滚轮实现快速行走，在遇到障碍物时，第一滚轮臂和第二滚轮臂收缩进机架内，位于对角线上的第一机械手和第三机械手分别张开、脱离线路并带动机架前移，第一机械臂屈伸使得第一机械手移动到机架的前端后重新从两侧抓持住线路，第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于机架的前端和后端，第三机械臂屈伸使得第三机械手移动到机架的中部后重新从两侧抓持住线路，然后，机架在第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂的共同屈伸作用下前移，接下来，第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的作用下同时张开、脱离线路后前移分别位于机架的前方和中部且重新抓持住线路，从而实现越障。
[0028]综上，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本、且能够翻越障碍物或引流线的优点。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构的结构示意图；
[0030]图2-图4为本发明的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构的越障方法的状态示意图。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0032]—方面，本发明提供一种基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构，如图1所示，包括机架I，其中:
[0033]机架I的四个角分别设置有可沿机架I的行走方向前后屈伸的第一机械臂2、第二机械臂4、第三机械臂12和第四机械臂14;
[0034]第一机械臂2、第二机械臂4、第三机械臂12和第四机械臂14上分别设置有用于从两侧抓持线路的第一机械手5、第二机械手6、第三机械手11和第四机械手8;
[0035]各机械臂和各机械手之间设置有可旋转的机械手腕7。
[0036]机架I的中间位置设置有可沿所述机架的行走方向收缩的第一滚轮臂16和第二滚轮臂17;
[0037]第一滚轮臂16和第二滚轮臂17上分别设置有可两侧开合的第一滚轮18和第二滚轮19。
[0038]本发明的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构，第一机械臂2、第二机械臂
4、第三机械臂12和第四机械臂14均为可屈伸结构，第一机械手5、第二机械手6、第三机械手11和第四机械手8分别可以在第一机械臂2、第二机械臂4、第三机械臂12和第四机械臂14的作用下从两侧抓持线路或张开、脱离线路，各机械手可以在各机械臂的作用下旋转，且分别可以通过各机械臂的屈伸实现移动，从而跨越障碍物。第一滚轮18和第二滚轮19在第一滚轮臂16和第二滚轮臂17的作用下可以根据运动形式自如收缩进出机架，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本、且能够翻越障碍物或引流线的优点。
[0039]优选的，各机械臂分别包括依次铰接的第一连杆13和第二连杆15。这种设计能够使各机械臂实现屈伸运动，从而带动各机械手向前运动，提高巡线机器人的行走速度。
[0040]进一步的，各机械手均包括一对可张开可对合的机械手指，机械手指包括上机械手指9和下机械手指10，另外，上机械手指9和下机械手指10均为L钩型结构。这种结构设计能使各机械手的动作更加精细，提高抱抓的准确性。
[0041]作为本发明的进一步改进，机架I和第一连杆13之间、第一连杆13和第二连杆15之间、第二连杆15和机械手腕7之间、上机械手指9和机械手腕7之间、以及下机械手指10和机械手腕7之间的铰接轴3均通过电机驱动。这种结构设计可以保证巡线机器人在行走时不易碰撞导线，提高巡线机器人行走时的灵活性和安全性。
[0042]高压输电过程是一个多样化的过程，根据输电电压的不同以及输电地形特征的不同，整个输电线路结构也不尽相同。本发明的巡线机器人机械结构仅仅介绍了机器人本体的机械结构，并未涉及其他辅助装置(如行走观测用的摄像头、垃圾清除用的机械手等)的设计。另外，在控制系统方面，本发明可以采用地面远程控制平台或者机器人自身智能化控制两种方式。
[0043]本发明的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构在越障时可以有多种动作方法，效果较佳、控制较为方便的至少有以下两种，下面分别进行详细介绍。
[0044]越障方法一，为方便画图，将输电线路画为方形，实际为圆形截面，包括:
[0045]步骤1:未遇到障碍物时，所述第一机械手5、第二机械手6、第三机械手11和第四机械手8张开，所述第一滚轮18和第二滚轮19夹持住线路带动所述机架实现快速行走；
[0046]步骤2:当遇到障碍物时，如图2-5所示，所述第一滚轮臂16和第二滚轮17臂收缩进机架内，第一机械手5和第三机械手11分别在第一机械臂2和第三机械臂12的作用下同时张开、脱离线路后带动机架I前移，此时，第一机械手5在第一机械臂2屈伸的作用下位于机架I的前端避开障碍物并重新抓持住线路，第二机械手6和第四机械手8分别位于机架I的前端和后端；
[0047]步骤3:第三机械臂12屈伸使得第三机械手11位于机架I的后端避开障碍物并重新抓持住线路，然后，机架I在各机械臂的共同屈伸作用下前移；
[0048]步骤4:第二机械手6和第四机械手8张开、脱离线路后在第二机械臂4和第四机械臂14的屈伸作用下分别位于机架I的前方和中部避开障碍物且重新抓持住线路。
[0049]越障方法二:为方便画图，将输电线路画为方形，实际为圆形截面，包括:
[0050]步骤1:未遇到障碍物时，所述第一机械手5、第二机械手6、第三机械手11和第四机械手8张开，所述第一滚轮18和第二滚轮19夹持住线路带动所述机架实现快速行走；
[0051]步骤2:步骤2:当遇到障碍物时，如图2-5所示，所述第一滚轮臂16和第二滚轮17臂收缩进机架内，第一机械手5和第三机械手11分别在第一机械臂2和第三机械臂12的作用下同时张开、脱离线路后带动机架I前移，此时，第二机械手6和第四机械手8分别位于机架I的前端和后方，第一机械手5和第三机械手11分别在第一机械臂2和第三机械臂12的作用下位于机架I的前端和后方避开障碍物并重新抓持住线路；
[0052]步骤3:第二机械手6和第四机械手8张开、脱离线路后分别在第二机械臂4和第四机械臂14的屈伸作用下位于机架I的前方和中部避开障碍物并重新抓持住线路；
[0053]步骤4:第一机械手5和第三机械手11分别在第一机械臂2和第三机械臂12的作用下同时张开、脱离线路后带动机架I前移，此时，机架I与水平面倾斜，第二机械手6和第四机械手8分别位于机架I的前端和后方，第一机械手5和第三机械手11分别在第一机械臂2和第三机械臂12的作用下位于机架I的前端和后方避开障碍物并重新抓持住线路；
[0054]步骤5:第一机械手5和第三机械手11分别在第一机械臂2和第三机械臂12的作用下同时张开、脱离线路后带动机架I前移，此时，第二机械手6和第四机械手8分别位于机架I的中部和后方，第一机械手5位于机架I的前端避开障碍物并重新抓持住线路，第三机械手11位于机架I的中部并且由机械手腕7带动旋转后避开障碍物重新抓持住线路；
[0055]步骤6:第二机械手6和第四机械手8分别张开、脱离线路后在第二机械臂4和第四机械臂14的作用下带动机架I向前运动，此时，第一机械手5和第三机械手6分别位于机架I的中部和后方，第二机械手6在第二机械臂4的作用下避开障碍物重新抓持住线路，第四机械手8在第四机械臂14的屈伸作用下位于机架I的后方并且由机械手腕7带动旋转后避开障碍物重新抓持住线路；
[0056]步骤7:第一机械手5和第三机械手11同时张开、脱离线路后，第一机械手5在第一机械臂2的屈伸作用下位于机架I的前端并重新抓持住线路，第三机械手11在第三机械臂12的屈伸作用下位于机架I的中部并由机械手腕7带动旋转后避开障碍物重新抓持住线路。
[0057]本发明在遇到障碍物时，越障方法一是位于对角线上的两组机械手同时张开、脱离线路，且分别在相对应的机械臂屈伸的作用下向前运动，该越障方法行走速度较高;为了避免巡线机器人在翻越引流线时与输电线路碰撞，提高安全性，越障方法二中的巡线机器人在遇到引流线时，各机械手可以在各机械手腕的作用下旋转后重新从两侧抓持线路，机架可以在各机械臂的屈伸作用下与水平面倾斜从而避免与输电线路碰撞，减少磨损。综上本发明中的两种越障方法都解决了现有技术中，人工巡线劳动强度大和飞机巡线运行成本高的问题，并能翻越常规障碍物(如引流线、绝缘子串、压接管，悬垂线夹等)，实现了对线路的连续巡检。与现有技术相比，具有减轻劳动强度、降低运行成本、提高巡线机器人安全性，且能够翻越障碍物的优点。
[0058]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构，其特征在于，包括机架，其中: 所述机架的四个角分别设置有可沿所述机架的行走方向前后屈伸的第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂； 所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂上分别设置有用于从两侧抓持线路的第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手； 各机械臂和各机械手之间设置有可旋转的机械手腕； 所述机架的中间位置设置有可沿所述机架的行走方向收缩的第一滚轮臂和第二滚轮臂； 所述第一滚轮臂和第二滚轮臂上分别设置有可两侧开合的第一滚轮和第二滚轮。2.根据权利要求1所述的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构，其特征在于，各机械臂分别包括依次铰接的第一连杆和第二连杆。3.根据权利要求1所述的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构，其特征在于，各机械手均包括一对可张开可对合的机械手指，所述机械手指包括上机械手指和下机械手指O4.根据权利要求1-3任一所述的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构，其特征在于，所述机架和第一连杆之间、所述第一连杆和第二连杆之间、所述第二连杆和机械手腕之间、所述上机械手指和机械手腕之间、以及所述下机械手指和机械手腕之间的铰接轴均通过电机驱动。5.根据权利要求4所述的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构，其特征在于，所述上机械手指和下机械手指均为L钩型结构。6.权利要求1-5任一所述的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，包括: 步骤1:未遇到障碍物时，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手张开，所述第一滚轮和第二滚轮夹持住线路带动所述机架实现快速行走； 步骤2:当遇到障碍物时，所述第一滚轮臂和第二滚轮臂收缩进机架内，所述第一机械臂和第四机械臂分别屈伸使得所述第一机械手和第四机械手均位于所述机架的中部且抓持住线路，所述第二机械臂和第三机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第三机械手分别位于所述机架的前方和后方避开障碍物抓持住线路； 步骤3:所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路，然后，所述第一机械臂和第三机械臂带动所述机架前移，此时，所述第一机械手在所述第一机械臂屈伸的作用下位于所述机架的前端避开障碍物并重新抓持住线路，第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的如端和后端； 步骤4:所述第三机械臂屈伸使得所述第三机械手位于所述机架的后端避开障碍物并重新抓持住线路，然后，所述机架在所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂和第四机械臂的共同屈伸作用下前移； 步骤5:所述第二机械手和第四机械手分别在所述第二机械臂和第四机械臂的作用下张开、脱离线路，然后，所述第二机械臂和第四机械臂分别屈伸使得所述第二机械手和第四机械手分别位于所述机架的前方和中部避开障碍物并重新抓持住线路。7.权利要求1-5任一所述的基于剖分轮和机械臂的巡线机器人机械结构的越障方法，其特征在于，包括: 步骤1:未遇到障碍物时，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手张开，所述第一滚轮和第二滚轮夹持住线路带动所述机架实现快速行走； 步骤2:当遇到障碍物时，所述第一滚轮臂和第二滚轮臂收缩进机架内，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路后带动所述机架前移，此时，所述第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前端和后方，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下位于所述机架的前端和后方避开引流线并重新抓持住线路； 步骤3:所述第二机械手和第四机械手张开、脱离线路后分别在所述第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前方和中部避开引流线并重新抓持住线路； 步骤4:所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路后带动所述机架前移，此时，所述机架与水平面倾斜，所述第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前端和后方，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下位于所述机架的前端和后方避开引流线并重新抓持住线路； 步骤5:所述第四机械手张开、脱离线路后在所述第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的后端避开引流线并重新抓持住线路，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路后带动所述机架前移，此时，所述第二机械手和第四机械手分别在第二机械臂和第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的中部和后方，所述第一机械手在所述第一机械臂的作用下位于所述机架的前端避开引流线并重新抓持住线路，所述第三机械手位于所述机架的中部并且由所述机械手腕带动旋转后避开引流线重新抓持住线路； 步骤6:所述第二机械手和第四机械手分别张开、脱离线路后在所述第二机械臂和第四机械臂的作用下带动机架向前运动，此时，所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的屈伸作用下分别位于所述机架的中部和后方，所述第二机械手在第二机械臂的作用下避开引流线并重新抓持住线路，所述第四机械手在所述第四机械臂的屈伸作用下位于所述机架的后方并且由所述机械手腕带动旋转后避开引流线重新抓持住线路； 步骤7:所述第一机械手和第三机械手分别在所述第一机械臂和第三机械臂的作用下同时张开、脱离线路，所述第一机械手在所述第一机械臂的屈伸作用下位于所述机架的前端避开引流线并重新抓持住线路，所述第三机械手在所述第三机械臂的屈伸作用下位于所述机架的中部并且由所述机械手腕带动旋转后避开引流线重新抓持住线路。
【文档编号】H02G1/02GK105835087SQ201610321969
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】杜宗展, 高琦
【申请人】山东大学