一种电力高空带电作业机器人的制作方法

1.本发明涉及输电线路高空带电作业技术领域，特别涉及一种电力高空带电作业机器人。


背景技术：

2.输电线路高空带电作业因涉及高空带电作业，常规人员攀爬上塔工作十分危险。为了解决高空带电作业全程无人化，高空带电作业机器人应运而生。其中，该机器人可承载作业设备行走于架空导线或架空地线，但由于高空作业风力、振动的影响会导致线上作业设备的稳定很难保障，其中难点主要为以下几点：
3.1、架空导线、架空地线因风力影响晃动导致在上面作业的机器人易失衡；
4.2、线上作业设备会因自身移动或作业过程的动作而使机器人易失去平衡；
5.3、因机器人为多功能作业，会经常更换作业组件，体积重量的改变会导致机器人重心偏移；
6.4、架空导线、架空地线会因为振动产生舞动；
7.5、高空带电作业设备作业过程中不具备人工干预调整的条件。
8.也就是说，现有高空带电作业机器人受高空风力、设备移动作业或更换不同重量设备等影响容易导致机器人重心发生偏移，进而使得机器人在作业过程中可能存在发生失衡坠落损坏的风险，而且机器人的功能单一，扩展性不强。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明提供了一种电力高空带电作业机器人，在机器人主体的一侧设有设备作业平台，另一侧设有可作错位运动或重叠运动的双层电池盒结构，当设备作业平台侧的重心发生偏移时，主控板可通过陀螺仪的检测反馈控制双层电池盒结构的错位运动或重叠运动，以使得电池盒侧的重心也产生偏移，以便于适应设备作业平台侧的重心偏移，进而可使得机器人主体的两侧始终处于动态自平衡状态，从而有助于使得机器人在架空导线或地线上行走始终保持平衡，确保机器人行走作业的稳定性，提高了机械人作业过程中的精准度，也避免发生失衡坠落损坏的风险。
10.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
11.一种电力高空带电作业机器人，应用于架空导线或架空地线，包括：机器人主体、第一机械人支腿、第二机械人支腿、设备作业平台、主控板、陀螺仪和电池盒；
12.所述机器人主体用于沿所述架空导线或所述架空地线行走；
13.所述第一机械人支腿和所述第二机械人支腿分别设置于所述机器人主体的两侧；
14.所述设备作业平台设置于所述第一机械人支腿，且用于装载设备；所述主控板和所述陀螺仪均设置于所述设备作业平台；
15.所述电池盒设置于所述第二机械人支腿，且为双层电池盒结构，所述双层电池盒结构中的一层电池盒能够相对另一层电池盒移动，以使得所述双层电池盒结构错位或者重
叠；所述主控板能够根据所述陀螺仪检测到的偏转信息，控制所述双层电池盒结构中的一层电池盒的移动。
16.优选地，所述电池盒包括：上层电池盒、下层电池盒和驱动机构；
17.所述下层电池盒设置于所述第二机械人支腿；
18.所述上层电池盒可滑动设置于所述下层电池盒的顶部，以使得所述上层电池盒沿垂直于所述机器人主体的行走方向的第一方向与所述下层电池盒错位或者重叠；
19.所述驱动机构用于驱使所述上层电池盒沿所述第一方向相对所述下层电池盒滑动，且所述主控板分别与所述陀螺仪和所述驱动机构通讯连接。
20.优选地，所述上层电池盒与所述下层电池盒之间沿所述第一方向设有配合的滑动导向结构。
21.优选地，所述滑动导向结构包括：
22.分别沿所述第一方向设置于所述上层电池盒的底部，且相背分布的两个l形导块；
23.分别沿所述第一方向开设有于所述下层电池盒的顶部，且用于同两个所述l形导块一一对应配合的两个倒l形导轨。
24.优选地，所述驱动机构包括：
25.沿所述第一方向设置于所述上层电池盒与所述下层电池盒之间，且分布在两个所述l形导块或两个所述倒l形导轨之间的丝杠组件。
26.优选地，所述丝杠组件包括：丝杠、丝杠电机和丝杠螺母；
27.所述丝杠沿所述第一方向设置于所述上层电池盒的底部；
28.所述丝杠电机设置于所述上层电池盒侧壁的下部，且其输出端位于所述上层电池盒的底部并与所述丝杠传动连接，所述丝杠电机与所述主控板通讯连接；
29.所述丝杠螺母固定于所述下层电池盒的顶部，且用于旋入所述丝杠。
30.优选地，所述机器人主体包括：机械人壳体、行走机构、摄像头和天线；
31.所述行走机构设置于所述机械人壳体内，且其行走轮露出于所述机械人壳体的底部；所述摄像头设置于所述机械人壳体位于所述行走机构的前侧的侧部；所述天线设置于所述机械人壳体外；所述主控板、所述行走机构和所述摄像头均与所述天线通讯连接；所述第一机械人支腿和所述第二机械人支腿分别设置于所述机械人壳体的底部，且对称分布于所述行走轮下方的两侧。
32.优选地，所述第一机械人支腿和所述第二机械人支腿呈八字形对称分布于所述行走轮下方的两侧。
33.优选地，所述机械人壳体包括：可对合装配连接的机械人上壳和机械人下壳；
34.所述行走机构设置于所述机械人下壳，且其行走轮露出于所述机械人下壳的底部；所述摄像头设置于所述机械人上壳与所述机械人下壳位于所述行走机构的前侧的对合处；所述天线设置于所述机械人下壳外；所述第一机械人支腿和所述第二机械人支腿分别设置于所述机械人下壳的底部。
35.优选地，所述机器人主体还包括：
36.设置于所述机械人壳体的顶部，且用于同无人机的电磁铁磁吸配合的吸板。
37.优选地，所述设备作业平台为设备主控盒；
38.所述设备主控盒的顶部设有用于安装不同设备，且呈矩阵分布的螺纹孔；所述主
控板和所述陀螺仪均设置于所述设备主控盒内。
39.从上述的技术方案可以看出，本发明提供的电力高空带电作业机器人，在机器人主体的一侧设有设备作业平台，另一侧设有可作错位运动或重叠运动的双层电池盒结构，当设备作业平台侧的重心发生偏移时，主控板可通过陀螺仪的检测反馈控制双层电池盒结构的错位运动或重叠运动，以使得电池盒侧的重心也产生偏移，以便于适应设备作业平台侧的重心偏移，进而可使得机器人主体的两侧始终处于动态自平衡状态，从而有助于使得机器人在架空导线或地线上行走始终保持平衡，确保机器人行走作业的稳定性，提高了机械人作业过程中的精准度，也避免发生失衡坠落损坏的风险。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明实施例提供的电力高空带电作业机器人结构示意图；
42.图2为本发明另一实施例提供的电力高空带电作业机器人结构示意图；
43.图3为本发明实施例提供的电力高空带电作业机器人结构爆炸图；
44.图4为本发明实施例提供的电池盒结构爆炸图；
45.图5为本发明实施例提供的电力高空带电作业机器人运行示意图；
46.图6为本发明实施例提供的电力高空带电作业机器人与无人机配合示意图。
47.其中，10为机器人主体，11为摄像头，12为天线，13为行走轮，14为机械人上壳，15为机械人下壳，16为吸板，17为行走电机，18为指示灯，19为实时差分定位系统(rtk)，21为第一机械人支腿，22为第二机械人支腿，30为设备主控盒，31为主控板，321为螺纹孔，41为上层电池盒，411为l形导块，42为下层电池盒，421为倒l形导轨，43为丝杠电机，44为丝杠螺母，45为电机壳体，46为手动调整拨杆，47为电源开关，48为充电口，49为丝杠，50为架空导线，60为云台摄像机，70为无人机，71为电磁铁。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.本发明实施例提供的电力高空带电作业机器人，应用于架空导线50或架空地线，如图1和图3所示，包括：机器人主体10、第一机械人支腿21、第二机械人支腿22、设备作业平台、主控板31、陀螺仪和电池盒；
50.机器人主体10用于沿架空导线50或架空地线行走；
51.第一机械人支腿21和第二机械人支腿22分别设置于机器人主体10的两侧；其中，第一机械人支腿21和第二机械人支腿22分别位于机器人主体10行走方向的两侧；
52.设备作业平台设置于第一机械人支腿21，且用于装载设备；主控板31和陀螺仪均
设置于设备作业平台；
53.电池盒设置于第二机械人支腿22，且为双层电池盒结构，双层电池盒结构中的一层电池盒能够相对另一层电池盒移动，以使得双层电池盒结构错位或者重叠；主控板31能够根据陀螺仪检测到的偏转信息，控制双层电池盒结构中的一层电池盒的移动。
54.需要说明的是，如图2所示，机器人主体10底部的行走机构(行走轮13)可沿架空导线50或架空地线行走；如图1所示，两个机械人支腿分别分布于行走轮13下方的两侧，详情可见下文描述，且设备作业平台沿横向连接于第一机械人支腿21的底部，电池盒沿横向连接于第二机械人支腿22的底部。此外，在存在高空风力、设备移动作业或承载不同重量设备等情况下，容易导致设备作业平台的重心产生偏移，即使得设备作业平台侧的重心产生偏移，进而容易导致机器人在行走作业时失衡产生偏转，这时可通过陀螺仪能够检测到机器人的偏转信息(偏转方向)并发送于主控板31，主控板31能够根据偏转信息控制双层电池盒结构中的一层电池盒的相对移动，以使得双层电池盒结构做错位运动(错位方向可平行于或垂直于机械人主体的行走方向)或者重叠运动，继而也使得电池盒侧的重心产生偏移，以便于适应设备作业平台侧的重心偏移，进而可使得两侧的重心偏移相互抵消，从而有助于使得机器人保持平衡，确保机器人行走作业的稳定性，避免发生失衡坠落损坏的风险。另外，本发明实施例提供的电力高空带电作业机器人，可用于架空导线50或架空地线上作业及巡检，如导线断股识别、导线修复、电力输送走廊环境巡查等。与此同时，设备作业平台上可装载各种设备，比如云台摄像机60、红外相机和机械手等。当然，本方案的电池盒用于装载为机器人主体10、主控板31和陀螺仪等部件供电的电池。
55.从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的电力高空带电作业机器人，在机器人主体的一侧设有设备作业平台，另一侧设有可作错位运动或重叠运动的双层电池盒结构，当设备作业平台侧的重心发生偏移时，主控板可通过陀螺仪的检测反馈控制双层电池盒结构的错位运动或重叠运动，以使得电池盒侧的重心也产生偏移，以便于适应设备作业平台侧的重心偏移，进而可使得机器人主体的两侧始终处于动态自平衡状态，从而有助于使得机器人在架空导线或地线上行走始终保持平衡，确保机器人行走作业的稳定性，提高了机械人作业过程中的精准度，也避免发生失衡坠落损坏的风险。
56.在本方案中，如图1所示，电池盒包括：上层电池盒41、下层电池盒42和驱动机构；
57.下层电池盒42设置于第二机械人支腿22；即下层电池盒42沿横向连接于第二机械人支腿22的底部；
58.上层电池盒41可滑动设置于下层电池盒42的顶部，以使得上层电池盒41沿垂直于机器人主体10的行走方向的第一方向与下层电池盒42错位或者重叠；即上层电池盒41与下层电池盒42的错位方向垂直于机器人主体10的行走方向，从而以便于更好地抵消设备作业平台侧的重心偏移；此外，机器人主体10的行走方向即为架空导线50或架空地线的走向；第一方向可为垂直于架空导线50或架空地线的水平方向，或者倾斜方向，但不是竖直方向，即第一方向可为上层电池盒41的宽度方向；
59.驱动机构用于驱使上层电池盒41沿第一方向相对下层电池盒42滑动，且主控板31分别与陀螺仪和驱动机构通讯连接。即主控板31能够根据陀螺仪检测到的偏转信息控制驱动机构的运行。也就是说，上层电池盒41作为活动电池盒，下层电池盒42作为固定电池盒；当然，上层电池盒41也可以作为固定电池盒，下层电池盒42作为活动电池盒，至于其连接关
系和工作原理同上所述，此处不再赘述。
60.进一步地，为了提升两个电池盒错位运动或重叠运动的平稳性和可靠性，上层电池盒41与下层电池盒42之间沿第一方向设有配合的滑动导向结构。
61.再进一步地，如图3和图4所示，滑动导向结构包括：
62.分别沿第一方向设置于上层电池盒41的底部，且相背分布的两个l形导块411；其中，如图4所示，l形导块411即为长条状的l形导块；
63.分别沿第一方向开设有于下层电池盒42的顶部，且用于同两个l形导块411一一对应配合的两个倒l形导轨421。本方案的滑动导向结构如此设计，可使得上层电池盒41沿下层电池盒42顶部的滑动更加平稳、紧致和可靠，同时还能实现两个电池盒的上下连接。当然，本方案的滑动导向结构还可以采用别的结构，比如燕尾凸台+燕尾槽的结构，此处不再赘述。
64.为了进一步优化上述技术方案，如图3所示，驱动机构包括：
65.沿第一方向设置于上层电池盒41与下层电池盒42之间的间隙，且分布在两个l形导块411或两个倒l形导轨421之间的丝杠组件。本方案如此设计，可使得双层电池盒结构更加紧凑、错位运动或重叠运动更加平稳和可靠。
66.具体地，如图4所示，丝杠组件包括：丝杠49、丝杠电机43和丝杠螺母44；
67.丝杠49沿第一方向设置于上层电池盒41的底部；其中，如图4所示，丝杠49通过两个丝杠支架沿第一方向可转动设置于上层电池盒41的底部；
68.丝杠电机43设置于上层电池盒41侧壁的下部，且其输出端位于上层电池盒41的底部并与丝杠49传动连接，丝杠电机43与主控板31通讯连接，即主控板31能够根据陀螺仪检测到的偏转信息控制丝杠电机43的运行；
69.丝杠螺母44固定于下层电池盒42的顶部，且用于旋入丝杠49，即用于同丝杠49旋入配合。其中，如图3所示，丝杠螺母44的端部设有贯通的圆盘形安装座，而且为实现丝杠螺母44的止转，该圆盘形安装座的上部被削为用于同上层电池盒41的底部接触配合的平面结构，并且下层电池盒42的顶部开设有用于同圆盘形安装座的下部配合的半圆形安装槽。更为具体地，当陀螺仪检测到偏转信息并发送于主控板31时，主控板31则控制丝杠电机43正转或者反转以驱使上层电池盒41相对于下层电池盒42滑动以作错位运动或重叠运动，以使得电池盒侧的重心产生偏移，用于抵消设备作业平台侧的重心偏移；而且本方案如此设计，可确保上层电池盒41滑动的顺畅，也使得这种滑动驱动方式具有结构简单、驱动结构内置紧凑和平稳可靠等特点。
70.此外，还需要说明的是，如图4所示，该驱动机构还包括：电机壳体45和手动调整拨杆46；其中，如图1所示，电机壳体45设置于上层电池盒41侧壁的下部，且丝杠电机43和手动调整拨杆46均安装于电机壳体45内，且手动调整拨杆46作为控制丝杠电机43正反转的手动开关，以便于在地面实现电力高空带电作业机器人的预平衡调节。另外，如图1所示，上层电池盒41还设有电源开关47和充电口48。
71.在本方案中，如图3所示，机器人主体10包括：机械人壳体、行走机构、摄像头11和天线12；
72.行走机构设置于机械人壳体内，且其行走轮13露出于机械人壳体的底部，即机器人主体10通过行走轮13沿架空导线50或架空地线行走，其中，行走轮13即为v槽橡胶轮；摄
像头11设置于机械人壳体位于行走机构的前侧的侧部，用于监测架空导线50或架空地线前方的工况；天线12设置于机械人壳体外；主控板31、行走机构和摄像头11均与天线12通讯连接，以便于通过天线31将摄像头11及装载相机的拍摄到的内容传输给地面接收站，和通过天线31将地面控制站发出的控制指令传输给行走机构或主控板31；第一机械人支腿21和第二机械人支腿22分别设置于机械人壳体的底部，且对称分布于行走轮13下方的两侧，如此一来，可使得机器人的重心分布在架空导线50或架空地线的下方，从而便于更好地配合双层电池盒结构的错位运动或重叠运动实现机械人的平衡调节。
73.进一步地，如图1所示，第一机械人支腿21和第二机械人支腿22呈八字形对称分布于行走轮13下方的两侧。也就是说，本方案通过机械人支腿的八字形分布设计，以及通过双层电池盒结构的错位或重叠调节设计，以便于更好使得机器人主体的两侧始终处于动态自平衡状态。
74.再进一步地，如图3所示，机械人壳体包括：可对合装配连接的机械人上壳14和机械人下壳15；
75.行走机构设置于机械人下壳15，且其行走轮13露出于机械人下壳15的底部；其中，行走机构包括行走电机17和行走轮13，机械人下壳15的底部开设有用于露出行走轮13下部的安装孔，行走电机17和行走轮13均设置于机械人下壳15内，行走电机17的输出端与行走轮13传动连接，行走轮13的下部通过安装孔露出于机械人下壳15的底部外；当然，如图3所示，本方案的行走机构有两个，且沿前后分布于机械人下壳15内；摄像头11设置于机械人上壳14与机械人下壳15位于行走机构的前侧的对合处；天线12设置于机械人下壳15外；第一机械人支腿21和第二机械人支腿22分别设置于机械人下壳15的底部。也就是说，本方案的机械人壳体采用上下对合的装配连接方式，可方便其内部部件的安装与维修。
76.为了进一步优化上述技术方案，如图1和图6所示，机器人主体10还包括：
77.设置于机械人壳体的顶部，且用于同无人机70的电磁铁71磁吸配合的吸板16。其中，吸板16设置于机械人上壳14的顶部。也就是说，如图5和图6所示，本方案通过吸板16与无人机70电磁铁71的磁吸配合，以便于通过无人机70带动机器人上行并落在架空导线50或架空地线上，从而实现机器人在架空导线50或架空地线上的无人化安装。此外，如图3所示，机器人主体10还包括：设置于机械人下壳15内的实时差分定位系统(rtk)。其中，该实时差分定位系统主要作用是实时向管理后台上报机器人所处空间坐标位置信息，以便于回收时无人机70找寻机器人时的路径规划，以及为无人机70电磁铁71与机器人吸板16的精准对位提供参考。
78.在本方案中，如图3所示，设备作业平台为设备主控盒30；
79.设备主控盒30的顶部设有用于安装不同设备，且呈矩阵分布的螺纹孔321；主控板31和陀螺仪均设置于设备主控盒30内。如此一来，可使得设备主控盒30的顶部能够换装不同设备，从而有助于提高了机械人的扩展性。
80.下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：
81.本方案除行走部分(行走机构)布置在导线上方外，其它部分以“八”字形分布于行走机构底部两侧，此设计目的是将机器人重心布置于导线下方本身就是为平衡考虑，“八”字形结构两侧一边为双层电池设计，另一边为作业设备主控盒(作业设备平台)，平台上可装载各种设备如：云台像机、红外像机、机械手等，因各种设备重量不一，另外很多设备作业
时会处于运动状态，会因方向的改变会导致机器人重心偏移，轻则导致机器人在线上出现偏转，严重时会导致机器人从线上脱离坠毁。为实现机器人在线上作业的平衡，本发明在“八”字的一侧的电池盒做了双层的设计，并且双层电池盒之间设计了滑动导向结构，两块电池盒通过设计在中间的丝杆电机推动做错位或重叠运动，这样通过改变电池盒侧的重心而适应设备作业平台侧的重心改变，使整个机器人装置在导线上始终保持平衡。
82.本发明另一个技术点是在设备主控盒电路板上设计了电子陀螺仪，采集的信号通过电路板的主控芯片计算而给出电池盒滑动指令，使“八”字形两侧始终处于动态自平衡状态，这样就解决机器人行走作业的稳定性，指高了作业过程中的精准度，同时作业平台可更换不同体积重量的各种设备，提高了机器人的扩展性。
83.作业机器人主要由吸板、机器人主体、天线、摄像头、云台摄像机、设备主控盒、机器人支腿、上层电池盒、下层电池盒、丝杆电机、行走电机、v槽橡胶轮及电池滑动导块等部件组成。
84.机器人主体由主体内的行走电机、v槽橡胶轮驱动在导线上行走，设备作业平台与电池盒分布于机器人主体的两侧，由机器人支腿(“八”字形分布)与机器人主体连接。
85.设备主控盒上表面设计有通用安装螺纹孔及通讯电源接口，方便更换不同的作业设备。每个作业设备的体积跟重量各不相同，另外作业设备在工作过程中因自身的运动会导致设备主控盒侧的重心发生偏移。当重心发生偏移后会导致作业机器人本身在导线的平衡产生偏转，当重心发生偏转时主控盒内的电子陀螺仪感应到偏转方向并发送指令给右边的电池盒组件。
86.电池盒组件由上下层两块组成，两块电池间通过导块和导轨连接，在上层电池盒的两个导块之间设置有丝杆电机，在下层电池盒的两个导轨之间设置有丝杆螺母，丝杆旋在螺母里当丝杆电机转动时驱动上、下层电池做重叠或错位运动，错位或重叠过程中同样会产生重心偏移而适应设备主控盒侧的重心偏移，两者相互抵消从而使得作业机器人保持整体平衡。
87.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
88.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。