输电线路巡检机器人越障行走装置的制作方法

本发明涉及电力系统中输电线路的巡检技术领域，特别是一种能够沿输电线路行走并完成巡检的装置。

背景技术：

电力系统中，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。但是由于电力线及杆塔附件长期暴露在野外，长期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。因此，电力公司需要定期对线路设备巡检，以及时发现早期损伤和缺陷并加以评估，然后根据缺陷的轻重缓急，以合理的费用和正确的优先顺序，安排必要的维护和修复。因此，高压输电线路巡检对保证输电线路安全稳定运行具有十分重要的意义。

目前，对输电线路巡检主要有以下三种方式：1）人工目测法：采用肉眼或望远镜对辖区内的电力线进行观测，人工巡检目前仍是国内最主要的巡检方法；虽然具有较强的灵活性和适应能力等优点，但由于输电线路分布点多面广、地理条件复杂，巡检工人需要翻山越岭、涉水过河巡检。这种方法劳动强度大，工作效率和探测精度低，可靠性差。2）航测法：即是控制直升飞机沿输电线路飞行，工作人员用肉眼或机载摄像设备观测和记录沿线异常点的情况；这种方法尽管距离接近，提高了探测效率和精度，但电力线从观察者或摄录设备的视野中快速通过，增加了技术难度，运行费用较高。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种用于输电线路巡检机器人的越障行走装置，不仅能够实现输电线路的日常巡检，而且还能够实现越障巡检，提高输电线路巡检的精度和准确度，从而为输电线路的安全运行提供保障。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

输电线路巡检机器人越障行走装置，包括前后依次设置在输电线路上并能够沿输电线路行走及越过输电线路上障碍物的三个机械手臂和用于支撑机械手臂的活动机架；所述机械手臂包括固定设置在活动机架上的机械手臂支架，机械手臂支架上设置有实现行走驱动的驱动行走机构、控制停车的刹车制动机构、防止脱落的倒耳滑块机构以及实现越障的手掌开合机构；手掌开合机构的底端固定设置在机械手臂支架上，驱动行走机构设置在手掌开合机构顶端，刹车制动机构设置在驱动行走机构下方的手掌开合机构中部，倒耳滑块机构分设在手掌开合机构两侧。

上述输电线路巡检机器人越障行走装置，所述手掌开合机构包括第一伺服电机、B弹性联轴器、滑块、传动丝杆、左侧手掌和右侧手掌，所述第一伺服电机垂直设置在机械手臂支架上，传动丝杆的底端通过B弹性联轴器与第一伺服电机的输出轴连接，滑块设置在传动丝杆上，左侧手掌和右侧手掌对称设置在滑块上支撑板的左右两端。

上述输电线路巡检机器人越障行走装置，所述倒耳滑块机构包括导杆和滑动设置在导杆上的倒耳；所述导杆包括对称设置在手掌开合机构两侧结构相同的左侧导杆和右侧导杆，导杆包括垂直固定在机械手臂支架上的主体部和主体部顶端、向外弯折并与主体部圆弧过渡连接的弯折部，弯折部的外端与主体部相垂直；所述倒耳包括结构相同的左倒耳和右倒耳，倒耳的一端与导杆滑动配装，倒耳的另一端与左侧手掌和右侧手掌固定连接。

上述输电线路巡检机器人越障行走装置，所述驱动行走机构包括直流驱动电机、A弹性联轴器、传动轴以及相对设置的左驱动半轮和右驱动半轮，直流驱动电机经A弹性联轴器与传动轴的一端固定连接，所述左驱动半轮和右驱动半轮设置在传动轴上；所述左侧手掌和右侧手掌的顶端设置在左驱动半轮和右驱动半轮的传动轴上，左侧手掌和右侧手掌与传动轴通过轴承连接。

上述输电线路巡检机器人越障行走装置，所述刹车制动机构包括电磁制动器、压紧轮和弹簧机构，电磁制动器设置在传动轴末端，压紧轮位于左驱动半轮和右驱动半轮的下方，弹簧机构通过支架设置在压紧轮下方，压紧轮在弹簧机构的作用下将输电线路压紧在左驱动半轮和右驱动半轮之间。

上述输电线路巡检机器人越障行走装置，所述活动机架包括机架、旋转机构和上下移动机构，旋转机构设置在机架上，上下移动机构设置在旋转机构上，机械手臂固定设置在上下移动机构的顶端。

上述输电线路巡检机器人越障行走装置，所述机架包括两个对称设置的L型连接板，两个L型连接板的顶端设置有安装上下移动机构的机座，机座两侧的L型连接板上方设置有翅板。

上述输电线路巡检机器人越障行走装置，所述旋转机构共设置有两套，每套旋转机构包括第二伺服电机、D弹性联轴器和摆动杆；所述摆动杆的一端与机架上翅板的一端铰接，摆动杆的末端固定连接一安装上下移动机构的机座；所述第二伺服电机固定设置在L型连接板的水平板上，第二伺服电机的输出端通过D弹性联轴器连接摆动杆的中部。

上述输电线路巡检机器人越障行走装置，所述上下移动机构共设置有三套，分别设置在机架的机座以及旋转机构的机座上，每套上下移动机构包括丝杆电机、C弹性联轴器、升降丝杆和连接座；所述丝杆电机固定设置在机座上，丝杆电机通过C弹性联轴器与升降丝杆的底端固定连接，连接座设置在升降丝杆上；所述机械手臂固定设置在连接座上。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明用于对高压输电线路进行日常巡检，可以近距离接近输电线路，具有巡检成本低、精度高以及安全可靠等优点，不仅能够实现输电线路的日常巡检，而且还能够实现越障巡检，提高输电线路巡检的精度和准确度，从而为输电线路的安全运行提供保障。

本发明采用三臂悬挂式结构，具有足够的检测仪器安装空间和越障机构与其他物体的安全间距，操作安全；巡检时，始终能保证至少两个机械手臂在架空输电线路上，爬坡与抗风能力强。其中，机械手臂上集装了驱动行走机构、倒耳滑块机构、手掌开合机构和刹车制动机构，既满足越障行走、刹车制动功能性要求，又保证了设备的紧凑型，方便越障机械手臂升降和旋转运动；当发生故障或遇到恶劣天气时，倒耳滑块机构能够保证机器人可靠自锁，以免从输电线路摔落；手掌开合机构是基于倒耳滑块机构来实现，而倒耳滑块机构用于保证手掌开合运动的轨迹准确，运动平稳，对中性好，机械手臂的安全裕度较大；刹车制动机构保证机器人断电后驱动轮不会自行旋转，两驱动半轮对中性好，并且刹车制动机构大大增强了机器人的爬坡能力。越障机械手臂与旋转机构之间设置的上下移动机构，采用了通电时间与竖直方向移动距离成正比的关系进行控制，极为方便，且机构刚度较大，收缩时尺寸小节省空间，保证机器人的体积紧凑。

本发明后续功能开发转换空间很大，如手臂上搭载探伤仪就可以实现输电线路的断股探伤，改造三个手臂的手掌结构，可以实现除冰、在线故障修复等功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的左视图；

图5为本发明所述机械手臂的主视图；

图6为图5的侧视图；

图7为本发明所述机械手臂的立体图。

其中：1.机械手臂，11.驱动行走机构，111.直流驱动电机，112.A弹性联轴器，113.传动轴，114.右驱动半轮，115.左驱动半轮；12.刹车制动机构，121.电磁制动器，122.压紧轮，123.行程开关，124.距离传感器，125.弹簧机构，126.压力传感器；13.倒耳滑块机构，131.左侧导杆，132.左倒耳，133.右侧导杆，134.右倒耳；14.手掌开合机构，141.第一伺服电机，142.B弹性联轴器，143.滑块，144.传动丝杆，145.左侧手掌，146.右侧手掌；15.机械手臂支架，

2.上下移动机构，21.丝杆电机，22.C弹性联轴器，23.升降丝杆，24.连接座；

3.旋转机构，31.第二伺服电机，32. D弹性联轴器，33.摆动杆；

4.机架。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种输电线路巡检机器人越障行走装置，其结构如图1至4所示，包括活动机架和三个机械手臂1，活动机架用于支撑机械手臂，三个机械手臂1前后依次设置在输电线路上，并能够沿输电线路行走及越过输电线路上障碍物；机械手臂上可设置检测装置，机械手臂在检测装置的配合下完成输电线路的越障巡检工作。本发明中将三个越障机械手臂按照位于输电线路上的前后位置依次命名为前臂、中臂和后臂。

活动机架包括机架4、旋转机构3和上下移动机构2，旋转机构3设置在机架4上，上下移动机构2设置在旋转机构3上，机械手臂1固定设置在上下移动机构2的顶端。

机架4用于固定安装机械手臂1、旋转机构3和上下移动机构2，实现整体的越障行走功能。其结构如图1和图2所示，包括两个对称设置的L型连接板，两个L型连接板的顶端设置有安装上下移动机构2的机座，机座两侧的L型连接板上方设置有翅板。

旋转机构3共设置有两套，用于带动机械手臂1和上下移动机构2在水平面上做旋转运动。每套旋转机构包括第二伺服电机31、D弹性联轴器32和摆动杆33；其中，摆动杆33的一端与机架上翅板的一端铰接，摆动杆33的末端固定连接一安装上下移动机构2的机座；第二伺服电机31固定设置在L型连接板的水平板上，第二伺服电机31的输出端通过D弹性联轴器32连接摆动杆33的中部。旋转机构工作时，第二伺服电机通过D弹性联轴器带动摆动杆进行旋转，实现机械手臂和上下移动机构的旋转运动。

上下移动机构2共设置有三套，三套上下移动机构2分别设置在机架4的机座以及旋转机构3的机座上，用于带动机械手臂1在竖直方向做上下运动。每套上下移动机构2包括丝杆电机21、C弹性联轴器22、升降丝杆23和连接座24；其中，丝杆电机21固定设置在机座上，丝杆电机21通过C弹性联轴器22与升降丝杆23的底端固定连接，连接座24设置在升降丝杆23上；机械手臂1固定设置在连接座24上。上下移动机构工作时，丝杆电机通过C弹性联轴器带动升降丝杆做旋转运动，连接座在丝杆上做直线移动，整体特制成单一控制变量上下移动机构，伸长或者收缩的长度仅与通电时间有关系，速度为24mm/s，功能上实现了手速与伸长的有机统一。

机械手臂1用于完成行走和越障作业，其结构如图5至图7所示，包括机械手臂支架15，机械手臂支架15上设置有驱动行走机构11、刹车制动机构12、倒耳滑块机构13以及手掌开合机构14。

机械手臂支架15用于固定安装驱动行走机构11、刹车制动机构12、倒耳滑块机构13以及手掌开合机构14；其中，手掌开合机构14的底端固定设置在机械手臂支架15上，驱动行走机构11设置在手掌开合机构14顶端，刹车制动机构12设置在驱动行走机构11下方的手掌开合机构14中部，倒耳滑块机构13分设在手掌开合机构14两侧。该结构实现了整个装置的准确定位，并满足了结构紧凑的设计理念。

手掌开合机构14基于倒耳滑块机构提供机械手臂的张开和合拢的运动，实现越障功能。手掌开合机构14包括第一伺服电机141、B弹性联轴器142、滑块143、传动丝杆144、左侧手掌145和右侧手掌146；其中，第一伺服电机141垂直设置在机械手臂支架15上，传动丝杆144的底端通过B弹性联轴器142与第一伺服电机141的输出轴连接，滑块143设置在传动丝杆144上，左侧手掌145和右侧手掌146对称设置在滑块143上支撑板的左右两端。手掌开合机构工作时，第一伺服电机通过B弹性联轴器带动传动丝杆旋转，传动丝杆推动两手掌沿两侧倒耳滑块机构运动，实现手掌的开合动作。

倒耳滑块机构13为手掌开合机构提供准确的动作轨迹，保证闭合的准确性，防止越障行走装置沿输电线路巡检时发生脱落现象。倒耳滑块机构13包括导杆和滑动设置在导杆上的倒耳；其中，导杆包括对称设置在手掌开合机构14两侧结构相同的左侧导杆131和右侧导杆133，导杆包括垂直固定在机械手臂支架15上的主体部和主体部顶端、向外弯折并与主体部圆弧过渡连接的弯折部，弯折部的外端与主体部相垂直；倒耳包括结构相同的左倒耳132和右倒耳134，倒耳的一端与导杆滑动配装，倒耳的另一端与左侧手掌145和右侧手掌146固定连接。两侧倒耳分别沿两侧导杆滑行，当手掌开合机构打开时，倒耳滑块机构保证其运动轨迹准确可靠；当手掌开合机构合拢后，倒耳滑块机构可以保证越障行走装置不发生坠落事故。

驱动行走机构11用于实现在输电线路上行走功能。驱动行走机构11包括直流驱动电机111、A弹性联轴器112、传动轴113以及相对设置的左驱动半轮115和右驱动半轮114，直流驱动电机经A弹性联轴器与传动轴的一端固定连接，所述左驱动半轮和右驱动半轮设置在传动轴上；所述左侧手掌145和右侧手掌146的顶端设置在左驱动半轮115和右驱动半轮114的传动轴上，左侧手掌145和右侧手掌146与传动轴通过轴承连接。驱动行走机构工作时，由直流驱动电机提供动力，通过A弹性联轴器带动安装在传动轴上的左驱动半轮和右驱动半轮实现驱动行走。

刹车制动机构12提供制动摩擦力，保证机器人能够及时、准确的制动停车。刹车制动机构12包括电磁制动器121、压紧轮122和弹簧机构125，电磁制动器121设置在传动轴末端，压紧轮122位于左驱动半轮115和右驱动半轮114的下方，弹簧机构125通过支架设置在压紧轮下方，压紧轮122在弹簧机构125的作用下将输电线路压紧在左驱动半轮115和右驱动半轮114之间。本发明中，装配压紧轮的机械手臂支架上还设置有行程开关123，安装弹簧机构的支架顶端设置有距离传感器124，用于检测行程开关的位置；安装弹簧机构的支架底端面上设置有压力传感器126。其中，弹簧机构功能有二：其一是驱动行走机构工作状态时，弹簧机构压力与巡检机器人自身重力相配合为驱动轮有提供足够的驱动摩擦力；其二是驱动行走机构停机状态时，弹簧机构为驱动轮产生制动摩擦力，保障越障行走装置及时、准确停车。

刹车制动机构工作时，控制实现电磁制动器与直流驱动电机同时得电与失电。直流驱动电机得电工作时，电磁制动器处于放松状态不产生制动摩擦力，一旦直流驱动电机断电停机，电磁制动器会立刻处于抱紧状态产生制动摩擦力，再加上弹簧机构的压紧力与直流驱动电机的自锁性配合，可以及时准确的实现刹车制动；其次，在手掌开合机构张开状态下，电磁制动器与驱动电机自锁性能保证两驱动半轮不发生自行转动，两半轮对中性准确；最后弹簧机构作用在压紧轮上的制动摩擦力也是保障准确刹车的关键。

本发明中的三个机械手臂均可以实现手掌开合运动、竖直方向上下移动、沿水平面旋转运动作业；旋转机构可提供同一平面的旋转运动，所以巡检机器人在沿输电线路方向上仍保持刚性连接，这样当其中一个机械手臂的手掌开合机构打开后才能稳定定位，实现沿线巡检功能。当巡检机器人越障行走装置遇到障碍物需要越障时，三个手臂按要求依次越过障碍物，越障过程中始终保证至少有两个机械手臂在输电线路上，待三个手臂全部越过同一障碍物即为一个越障周期。

本发明中提到的检测装置，主要包括多个行程开关、距离传感器、压力传感器和角度传感器。因为高压输电线路上的障碍物类型繁多，分布规律性多变，金具、防震锤等障碍物尺寸差异较大，需要距离传感器进行在线测量，为驱动行走机构提供准确的控制；行程开关为刹车制动机构提供位置定位，保证倒耳滑块机构与手掌开合机构的准确配合作用；压力传感器检测弹簧机构的压力数值，保证上下移动机构在竖直方向的准确定位；巡检机器人越障行走庄子需要转弯越障时，角度传感器用来检测选装机构的旋转角度，进一步用来控制机械手臂的转弯角度。

本发明的目的在于实现沿输电线路进行越障行走，进而逐步代替人工沿线路巡检。该越障行走装置不但能在输电线路上以一定的速度平稳运行，而且能够灵活稳定的跨越输电线路上的障碍物（包括防震锤、悬垂线夹、跳线线夹杆塔等），进而利用机载设备完成输电线路巡检；对比人工巡检方式，本发明的效率大大提高，降低了劳动成本，而且整个设备结构简单、易于操作、加工制造方便、制造成本低。

本发明用于在输电线路上进行越障时，其工作过程如下所述。

首先，通过绝缘斗臂车或人工爬到线塔上吊装的方式将越障行走装置安装到输电线路上；然后，地面监控计算机发出开机控制命令，装置本体在接收到运行命令后，驱动行走机构开始工作，驱动整个装置沿输电线路行走；行走过程中，检测装置不断检测前方障碍物的情况。

当检测到1号障碍物时，越障行走装置停止行走，进行调整，调整步骤如下。

1）所有直流驱动电机断电，刹车制动机构立刻启动，巡检机器人越障行走装置停车动作完成。

2）前臂上下移动机构得电1s后断电（使前臂整体稍微向上移动），接通前臂手掌开合机构的第一伺服电机，使两手掌张开，倒耳滑块机构随手掌开合机构同步运动，保证手掌开合机构运动的准确性，待其开合宽度大于障碍宽度时断电。

3）前臂上下移动机构的丝杆电机得电，带动升降丝杆做旋转运动，连接座在升降丝杆上竖直向上移动，内置行程开关会自行断电。

4）中臂与后臂的直流驱动电机得电，前臂开始穿越障碍物，待距离传感器发出到位信号后（不同障碍物发出长度信号不同），中臂与后臂直流驱动电机断电，同时接通前臂上下移动机构，到达规定位置断电。

5）越障行走装置判断旋转机构旋转方向与角度，以适应输电线路转弯的情形。

6）前臂手掌开合机构的第一伺服电机得电，左侧手掌与右侧手掌分别沿左侧导杆右侧导杆合拢，待其完全合拢后断电，此时倒耳滑块机构靠两导杆的挤压作用防止装置的脱落，至此完成前臂的越障工作；

7）越障行走装置的三个直流驱动电机得电，行走过程中，检测装置不断检测前方障碍物的情况，发现1号障碍物后，中臂与后臂的越障过程与前臂相同。

8）当越障行走装置的三个手臂完全越过1号障碍物时，表明一个完整的越障周期结束，机器人三个驱动行走机构驱动电机得电，继续进行巡检工作。

当遇到2号，3号……障碍物时，机器人越障行走装置的越障过程与1号障碍物越障过程相同。