專利名稱：沿110kV輸電線自主行走的機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機器人，特別是一種沿110kV輸電線自主行走的機器人背景技術(shù)：
電力傳輸必須依靠高壓輸電線路，它的安全穩(wěn)定運行直接影響到電力系統(tǒng)的可靠性，由于輸電線路分布點多面廣，很多處在遠離城鎮(zhèn)，所處地形復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣。電力線及桿塔附件長期暴露在野外，因受到持續(xù)的機械張力、電氣閃絡(luò)、材料老化的影響而產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷，如不及時修復(fù)更換，原本微小的破損和缺陷就可能擴大，最終導(dǎo)致嚴(yán)重事故，造成大面積停電，從而造成極大的經(jīng)濟損失和嚴(yán)重的社會影響。所以，必須對輸電線路進行定期巡視檢查，隨時掌握和了解輸電線路的運行情況以及線路周圍環(huán)境和線路保護區(qū)的變化情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患，預(yù)防事故的發(fā)生，確保供電安全。
傳統(tǒng)的安全檢查稱為巡線，主要包括人力巡線、車輛巡線和直升飛機巡線。人力巡線效率低，勞動強度大，還受到大江、大河，高山等地理條件的限制；車輛巡線受地面交通的限制，很多地方無法實現(xiàn)車輛巡線；直升機巡線的費用較高，很難達到需要的巡視精度。目前多采用人力目測或借助望遠鏡觀察完成巡線工作。
機器人技術(shù)的快速發(fā)展，為高壓輸電線路的巡檢提供了新的途徑，使采用機器人代替人力巡線成為可能。

發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種能夠在110kV輸電線路上平穩(wěn)行走、自主地跨越輸電線上的各種障礙、可代替人工進行輸電線路的巡線、減輕輸電線路巡線的工作量、提高工作效率和檢測精度、達到確保輸電線路安全運行的沿110kV輸電線自主行走的機器人。
一種沿110kV輸電線自主行走的機器人，由機器人本體、控制裝置、傳感器、檢測裝置和無線圖像傳輸設(shè)備組成；控制裝置和無線圖像傳輸設(shè)備安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，位置傳感器安裝在機器人的各個關(guān)節(jié)電機的末端，測距傳感器和檢測障礙用的視覺傳感器CCD安裝在每只手的前方，檢測裝置包括高速球攝像機和熱成像儀通過云臺與機器人本體相連。
所述的機器人本體由控制箱、前后柔性臂、驅(qū)動裝置、剎車裝置、手掌開合裝置組成，如圖1所示。前后柔性臂結(jié)構(gòu)相同、位于控制箱兩側(cè)成對稱結(jié)構(gòu)，控制箱上方是一只具有伸縮功能的手臂，前后兩個柔性臂，分別通過渦輪蝸桿減速器連接在控制箱上；每只手由兩個手掌構(gòu)成，手掌開合裝置安裝在手腕處，驅(qū)動裝置和剎車裝置安裝在手掌上。
所述的前后柔性臂均由肩關(guān)節(jié)、大臂、肘關(guān)節(jié)、小臂、腕關(guān)節(jié)和手組成，其中前柔性臂如圖2所示。前肩關(guān)節(jié)與控制箱固定連接，前大臂連接在前肩關(guān)節(jié)上，前大臂和前小臂通過由電機驅(qū)動的減速器構(gòu)成的前肘關(guān)節(jié)相連，前小臂和前手與前腕關(guān)節(jié)相連，后柔性臂與前柔性臂結(jié)構(gòu)相同，如圖1所示；肩關(guān)節(jié)由電機和精密蝸輪蝸桿減速器、水平轉(zhuǎn)盤和垂直轉(zhuǎn)盤組成，電機通過精密蝸輪蝸桿減速器與水平轉(zhuǎn)盤和垂直轉(zhuǎn)盤連接。
所述的驅(qū)動裝置包括結(jié)構(gòu)相同的后手驅(qū)動裝置、前手驅(qū)動裝置和中間手驅(qū)動裝置，各驅(qū)動裝置由驅(qū)動電機、傘齒輪減速器和驅(qū)動輪組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。驅(qū)動電機通過傘齒輪減速器與驅(qū)動輪的傳動軸相連，傘齒輪的輸入輸出軸呈垂直關(guān)系，驅(qū)動裝置安裝在手掌支架上；在跨越線夾、懸垂及跳線時能夠打開、實現(xiàn)跨越的驅(qū)動輪為中間分離式，驅(qū)動輪采用高強度、高彈性、高摩擦系數(shù)材料。
所述的剎車裝置包括結(jié)構(gòu)相同的后手剎車裝置、中間手剎車裝置和前手剎車裝置，剎車裝置安裝在手掌支架上，該裝置由剎車電機，螺旋機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)組成，如圖4所示。剎車電機與螺旋機構(gòu)直接相連，曲柄滑塊機構(gòu)通過一個齒輪與螺旋機構(gòu)嚙合。
所述的手掌開合裝置由螺旋機構(gòu)和三角形增力機構(gòu)26組成，如圖4下半部分所示。驅(qū)動電機安裝在螺旋機構(gòu)的下部，螺旋機構(gòu)與三角形增力機構(gòu)相連，三角形的兩個斜邊分別裝有滑塊。
所述的控制裝置安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，由管理層、規(guī)劃層和執(zhí)行層組成，管理層與規(guī)劃層通過無線信道連接，規(guī)劃層與執(zhí)行層(下位機)通過串行通訊線相連；其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。管理層由地面監(jiān)控計算機和無線設(shè)備組成，地面監(jiān)控計算機和無線設(shè)備組成通過通信線連接；規(guī)劃層由機器人本體主計算機PC104及圖像采集卡，I/O卡，超聲傳感器，CCD，高速球攝像機及紅外熱成像儀組成，超聲傳感器，CCD，高速球攝像機及紅外熱成像儀通過圖像采集卡，I/O卡與計算機PC104連接；執(zhí)行層(下位機)由單片機AT89S52、帶編碼器的電機及驅(qū)動模塊、限位開關(guān)組成，電機通過驅(qū)動模塊與單片機AT89S52連接，限位開關(guān)安裝在升降裝置和開合裝置的兩個極限位置處。
所述的傳感器中，超聲測距傳感器用美國產(chǎn)PID#615078-6500，輔助識別障礙物類型的視覺傳感器CCD用日本產(chǎn)STC-635CC；關(guān)節(jié)位置傳感器用瑞士產(chǎn)MAXON500線3通道數(shù)字MR編碼器；超長壽命小型限位開關(guān)用1LS-J700。
所述的檢測裝置采用HS-PT480C智能高速球攝像機和hermaCAM E2熱成像儀，均通過云臺與機器人本體相連；無線圖像傳輸設(shè)備安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，無線設(shè)備的天線伸出控制箱外；無線圖像傳輸設(shè)備用國產(chǎn)Transvideo 900系列移動式無線圖像設(shè)備。
使用時，機器人上線后，地面監(jiān)控計算機發(fā)出開機控制命令，機器人本體計算機PC104在接收到運行命令后，驅(qū)動機器人沿輸電線相線行走；在行走過程中，檢測裝置不斷檢測前方障礙物的情況，同時高速球攝像機對線路和機器人本身的工作狀態(tài)進行拍攝，拍到的圖像通過無線設(shè)備實時傳輸?shù)降孛婀ぷ骰?，地面工作基站對線路的情況進行判斷，決定是否對線路進行維護；同時對機器人本身的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，決定是否對機器人的運動給予干預(yù)。前方有防震錘時，機器人可直接爬越。檢測到懸垂線夾時，機器人停止行走，進行調(diào)整；機器人可自行跨越懸垂線夾、轉(zhuǎn)彎跳線。
本實用新型具有設(shè)計合理，能夠在110kV輸電線路上平穩(wěn)行走，自主地跨越輸電線上的各種障礙，代替人進行輸電線路的巡線工作，減輕輸電線路巡線的工作量，提高工作效率和檢測的精度，達到確保輸電線路安全運行的突出特點。


圖1本實用新型的本體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本實用新型中柔性臂結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3本實用新型中驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4本實用新型中剎車制動與手掌開合裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5本實用新型中控制器整體結(jié)構(gòu)框圖。
其中，1、后手驅(qū)動裝置，2、后手剎車裝置，3、中間手驅(qū)動裝置，4、中間手剎車裝置，5、前手驅(qū)動裝置，6、前手剎車裝置，7、后腕關(guān)節(jié)，8、后小臂，9、后肘關(guān)節(jié)，10、后大臂，11、后肩關(guān)節(jié)，12、控制箱，13、前肩關(guān)節(jié)，14、前大臂，15、前肘關(guān)節(jié)，16、前小臂，17、前腕關(guān)節(jié)，18、鎖緊器，19、左半驅(qū)動輪 20、右半驅(qū)動輪，21、傘齒輪減速器，22、驅(qū)動電機，23、異形剎車片，24、曲柄滑塊機構(gòu)，25、剎車電機，26、三角形增力機構(gòu)，27、輸電線，28、肩關(guān)節(jié)渦輪蝸桿減速器，29、剎車裝置螺旋機構(gòu)，30、開合裝置螺旋機構(gòu)。
具體實施方式
實施例本實用新型的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，一種沿110kV輸電線自主行走的機器人，由機器人本體、控制裝置、傳感器、檢測裝置和無線圖像傳輸設(shè)備組成；控制裝置和無線圖像傳輸設(shè)備安裝在機器人本體中間的控制箱12內(nèi)，位置傳感器安裝在機器人的各個關(guān)節(jié)電機的末端，測距傳感器和檢測障礙用的視覺傳感器CCD安裝在每只手的前方，檢測裝置包括攝像機和熱成像儀通過云臺與機器人本體相連。
所述的機器人本體由控制箱12、前后柔性臂、驅(qū)動裝置1、3、5、剎車裝置2、4、6、手掌開合裝置組成，如圖1所示。前后柔性臂結(jié)構(gòu)相同、位于控制箱12兩側(cè)成對稱結(jié)構(gòu)，控制箱12上方是一只具有伸縮功能的手臂，前后兩個柔性臂，分別通過肩關(guān)節(jié)渦輪蝸桿減速器28連接在控制箱12上；每只手由兩個手掌構(gòu)成，手掌開合裝置安裝在手腕處，驅(qū)動裝置1、3、5和剎車裝置2、4、6安裝在手掌上。
所述的前后柔性臂均由肩關(guān)節(jié)11、13、大臂10、14、肘關(guān)節(jié)9、15、小臂8、16、腕關(guān)節(jié)7、17和手組成，其中前柔性臂如圖2所示。前肩關(guān)節(jié)13與控制箱12固定連接，前大臂14連接在前肩關(guān)節(jié)13上，前大臂14和前小臂16通過由電機驅(qū)動的減速器構(gòu)成的前肘關(guān)節(jié)15相連，前小臂16和前手與前腕關(guān)節(jié)17相連，后柔性臂與前柔性臂結(jié)構(gòu)相同，如圖1所示；肩關(guān)節(jié)由電機和精密蝸輪蝸桿減速器、水平轉(zhuǎn)盤和垂直轉(zhuǎn)盤組成，電機通過精密蝸輪蝸桿減速器與水平轉(zhuǎn)盤和垂直轉(zhuǎn)盤連接。
所述的驅(qū)動裝置包括結(jié)構(gòu)相同的后手驅(qū)動裝置1、前手驅(qū)動裝置5和中間手驅(qū)動裝置3，各驅(qū)動裝置由驅(qū)動電機22、傘齒輪減速器21和驅(qū)動輪19、20組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。驅(qū)動電機22通過傘齒輪減速器21與驅(qū)動輪19、20的傳動軸相連，傘齒輪的輸入輸出軸呈垂直關(guān)系，驅(qū)動裝置安裝在手掌支架上；在跨越線夾、懸垂及跳線時能夠打開、實現(xiàn)跨越的驅(qū)動輪19、20為中間分離式，驅(qū)動輪19、20采用高強度、高彈性、高摩擦系數(shù)材料。
所述的剎車裝置包括結(jié)構(gòu)相同的后手剎車裝置2、中間手剎車裝置4和前手剎車裝置6，剎車裝置安裝在手掌支架上，該裝置由剎車電機25，螺旋機構(gòu)29、30和曲柄滑塊機構(gòu)24組成，如圖4所示。剎車電機25與螺旋機構(gòu)29、30直接相連，曲柄滑塊機構(gòu)24通過一個齒輪與螺旋機構(gòu)29、30嚙合。
所述的手掌開合裝置由螺旋機構(gòu)29、30和三角形增力機構(gòu)26組成，如圖4下半部分所示。驅(qū)動電機22安裝在剎車裝置螺旋機構(gòu)29的下部，開合裝置螺旋機構(gòu)30與三角形增力機構(gòu)26相連，三角形的兩個斜邊分別裝有滑塊。
所述的控制裝置安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，由管理層、規(guī)劃層和執(zhí)行層組成，管理層與規(guī)劃層通過無線信道聯(lián)接，規(guī)劃層與執(zhí)行層(下位機)通過串行通訊線相連；其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。管理層由地面監(jiān)控計算機和無線設(shè)備組成，地面監(jiān)控計算機和無線設(shè)備組成通過通信線連接；規(guī)劃層由機器人本體主計算機PC104及圖像采集卡，I/O卡，超聲傳感器，CCD，高速球攝像機及紅外熱成像儀組成，超聲傳感器，CCD，高速球攝像機及紅外熱成像儀通過圖像采集卡，I/O卡與計算機PC104連接；執(zhí)行層(下位機)由單片機AT89S52、帶編碼器的電機及驅(qū)動模塊、限位開關(guān)組成，電機通過驅(qū)動模塊與單片機AT89S52連接，限位開關(guān)安裝在升降裝置和開合裝置的兩個極限位置處。
所述的傳感器中，超聲測距傳感器用美國產(chǎn)PID#615078-6500，輔助識別障礙物類型的視覺傳感器CCD用日本產(chǎn)STC-635CC；關(guān)節(jié)位置傳感器用瑞士產(chǎn)MAXON500線3通道數(shù)字MR編碼器；超長壽命小型限位開關(guān)用1LS-J700。
所述的檢測裝置采用HS-PT480C智能高速球攝像機和hermaCAM E2熱成像儀，均通過云臺與機器人本體相連；無線圖像傳輸設(shè)備安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，無線設(shè)備的天線伸出控制箱外；無線圖像傳輸設(shè)備用國產(chǎn)Transvideo 900系列移動式無線圖像設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種沿110kV輸電線自主行走的機器人，其特征在于，機器人由機器人本體、控制裝置、傳感器、檢測裝置和無線圖像傳輸設(shè)備組成；控制裝置和無線圖像傳輸設(shè)備安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，位置傳感器安裝在機器人的各個關(guān)節(jié)電機的末端，測距傳感器和檢測障礙用的視覺傳感器CCD安裝在每只手的前方，檢測裝置包括高速球攝像機和熱成像儀通過云臺與機器人本體相連。
2.如權(quán)利要求1所述的沿110kV輸電線自主行走的機器人，其特征在于，機器人本體由控制箱、前后柔性臂、驅(qū)動裝置、剎車裝置、手掌開合裝置組成，前后柔性臂結(jié)構(gòu)相同、位于控制箱兩側(cè)成對稱結(jié)構(gòu)，控制箱上方是一只具有伸縮功能的手臂，前后兩個柔性臂，分別通過渦輪蝸桿減速器連接在控制箱上；每只手由兩個手掌構(gòu)成，手掌開合裝置安裝在手腕處，驅(qū)動裝置和剎車裝置安裝在手掌上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的沿110kV輸電線自主行走的機器人，其特征在于，所述的前后柔性臂均由肩關(guān)節(jié)、大臂、肘關(guān)節(jié)、小臂、腕關(guān)節(jié)和手組成，前肩關(guān)節(jié)與控制箱固定連接，前大臂連接在前肩關(guān)節(jié)上，前大臂和前小臂通過由電機驅(qū)動的減速器構(gòu)成的前肘關(guān)節(jié)相連，前小臂和前手與前腕關(guān)節(jié)相連，后柔性臂與前柔性臂結(jié)構(gòu)相同，肩關(guān)節(jié)由電機和精密蝸輪蝸桿減速器、水平轉(zhuǎn)盤和垂直轉(zhuǎn)盤組成，電機通過精密蝸輪蝸桿減速器與水平轉(zhuǎn)盤和垂直轉(zhuǎn)盤連接。
4.如權(quán)利要求1或2所述的沿110kV輸電線自主行走的機器人，其特征在于，所述的驅(qū)動裝置包括結(jié)構(gòu)相同的后手驅(qū)動裝置、前手驅(qū)動裝置和中間手驅(qū)動裝置，各驅(qū)動裝置由驅(qū)動電機、傘齒輪減速器和驅(qū)動輪組成，驅(qū)動電機通過傘齒輪減速器與驅(qū)動輪的傳動軸相連，傘齒輪的輸入輸出軸呈垂直關(guān)系，驅(qū)動裝置安裝在手掌支架上；在跨越線夾、懸垂及跳線時能夠打開、實現(xiàn)跨越的驅(qū)動輪為中間分離式，驅(qū)動輪采用高強度、高彈性、高摩擦系數(shù)材料。
5.如權(quán)利要求1或2所述的沿110kV輸電線自主行走的機器人，其特征在于，所述的剎車裝置包括結(jié)構(gòu)相同的后手剎車裝置、中間手剎車裝置和前手剎車裝置，剎車裝置安裝在手掌支架上，該裝置由剎車電機，螺旋機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)組成，剎車電機與螺旋機構(gòu)直接相連，曲柄滑塊機構(gòu)通過一個齒輪與螺旋機構(gòu)嚙合。
6.如權(quán)利要求1或2所述的沿110kV輸電線自主行走的機器人，其特征在于，所述的手掌開合裝置由螺旋機構(gòu)和三角形增力機構(gòu)26組成，驅(qū)動電機安裝在螺旋機構(gòu)的下部，螺旋機構(gòu)與三角形增力機構(gòu)相連，三角形的兩個斜邊分別裝有滑塊。
7.如權(quán)利要求1所述的沿110kV輸電線自主行走的機器人，其特征在于，所述的控制裝置安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，由管理層、規(guī)劃層和執(zhí)行層組成，管理層與規(guī)劃層通過無線信道連接，規(guī)劃層與執(zhí)行層(下位機)通過串行通訊線相連；管理層由地面監(jiān)控計算機和無線設(shè)備組成，地面監(jiān)控計算機和無線設(shè)備組成通過通信線連接；規(guī)劃層由機器人本體主計算機PC104及圖像采集卡，I/O卡，超聲傳感器，CCD，高速球攝像機及紅外熱成像儀組成，超聲傳感器，CCD，高速球攝像機及紅外熱成像儀通過圖像采集卡，I/O卡與計算機PC104連接；執(zhí)行層(下位機)由單片機AT89S52、帶編碼器的電機及驅(qū)動模塊、限位開關(guān)組成，電機通過驅(qū)動模塊與單片機AT89S52連接，限位開關(guān)安裝在升降裝置和開合裝置的兩個極限位置處。
8.如權(quán)利要求1所述的沿110kV輸電線自主行走的機器人，其特征在于，所述的傳感器中，超聲測距傳感器用美國產(chǎn)PID#615078-6500，輔助識別障礙物類型的視覺傳感器CCD用日本產(chǎn)STC-635CC；關(guān)節(jié)位置傳感器用瑞士產(chǎn)MAXON 500線3通道數(shù)字MR編碼器；超長壽命小型限位開關(guān)用1LS-J700。
9.如權(quán)利要求1所述的沿110kV輸電線自主行走的機器人，其特征在于，所述的檢測裝置采用HS-PT480C智能高速球攝像機和hermaCAM E2熱成像儀，均通過云臺與機器人本體相連；無線圖像傳輸設(shè)備安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，無線設(shè)備的天線伸出控制箱外；無線圖像傳輸設(shè)備用國產(chǎn)Transvideo 900系列移動式無線圖像設(shè)備。
專利摘要沿110kV輸電線自主行走的機器人，由機器人本體、控制裝置、傳感器、檢測裝置和無線圖像傳輸設(shè)備組成；控制裝置和無線圖像傳輸設(shè)備安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，位置傳感器安裝在機器人的各個關(guān)節(jié)電機的末端，測距傳感器和檢測障礙用的視覺傳感器CCD安裝在每只手的前方，檢測裝置包括高速球攝像機和熱成像儀通過云臺與機器人本體相連。能夠在110kV輸電線路上平穩(wěn)行走，自主地跨越輸電線上的各種障礙，代替人進行輸電線路的巡線工作，減輕輸電線路巡線的工作量，提高工作效率和檢測的精度，達到確保輸電線路安全運行的突出特點。
文檔編號B25J13/00GK2778492SQ200520080928
公開日2006年5月10日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者周風(fēng)余, 王吉岱, 李貽斌, 魏軍英, 榮學(xué)文, 宋銳, 肖海榮, 梁自澤, 李恩, 譚民 申請人:山東大學(xué)