專利名稱：擺臂式輸電線路巡檢機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種高壓輸電線路自動巡檢機(jī)器人裝置，屬機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輸電線路是高壓電網(wǎng)的重要組成部分，為保證其在運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn) 定性，需要定期的開展巡檢工作，目前普遍采用人工巡檢，巡檢效率低下，危險 性高，其準(zhǔn)確性也難以保證，若輸電線路地處一些特殊的地理環(huán)境則很難開展巡 檢工作，具有一定的隱患。因此，需要開發(fā)一種具有一定的通用性、能代替人工 能進(jìn)行自動巡檢的機(jī)器人，以期提高工作效率，確保輸電線路的安全運(yùn)行。為了 實(shí)現(xiàn)完全自動巡檢，機(jī)器人除了具有沿線路滑行的功能外，還要能跨越線路上的 防震錘、絕緣子、耐張塔等障礙物。另外由于承載高壓輸電線路的塔架形式多樣， 要設(shè)計(jì)出能跨越各類塔架的機(jī)器人更加困能，這要求機(jī)器人具有多自由度，并且 動作靈活。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種通用型輸電線巡檢機(jī)器人，它能夠沿著輸電線行駛，在 無外力幫助下可自行跨越線路上的如防震錘、絕緣子在內(nèi)的各種障礙物，并可利 用其夾持裝置，結(jié)合各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動，從輸電線鐵塔的一端攀爬至另一端。不需 要人工帶電作業(yè)，可大大節(jié)省了人力成本，并節(jié)省了輸電線巡檢的時間，提高了 效率，保障了輸電系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
設(shè)計(jì)一種用于輸電線路巡檢的機(jī)器人，包含一對機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，機(jī)械臂的下端 聯(lián)結(jié)在能沿導(dǎo)軌滑動的滑臺上，手臂的上端裝有一個夾持裝置，夾持裝置內(nèi)裝有 能懸掛在導(dǎo)線上的主動輪以及能可夾持角鋼和導(dǎo)線的多用途夾爪。
所述的輸電線路巡檢的機(jī)器人本體，在手臂結(jié)構(gòu)內(nèi)裝有驅(qū)動裝置，可使得手 臂進(jìn)行擺動動作，手臂采用平行四邊形式四連桿機(jī)構(gòu)，可保持手'臂在擺動運(yùn)動過 程中，上端夾持裝置的姿態(tài)保持不變，以便于姿態(tài)的獨(dú)立控制。而在手臂與夾持 裝置之間采用可繞單軸轉(zhuǎn)動的俯仰關(guān)節(jié)聯(lián)結(jié)，關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動可獨(dú)立地調(diào)整夾持裝置
的姿態(tài)。
所述的輸電線路巡檢的機(jī)器人，其手臂下端與滑臺用可繞鉛垂軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動 關(guān)節(jié)聯(lián)結(jié)，驅(qū)動裝置安置在滑臺內(nèi)，隨滑臺一起運(yùn)動，兩個滑臺分別安置在滑座 導(dǎo)軌寬度方向的兩側(cè)，并可沿滑座導(dǎo)軌在絲桿行程范圍內(nèi)依靠各自的驅(qū)動裝置作 相對滑動運(yùn)動。 ，
所述的輸電線路巡檢的機(jī)器人，其電源、驅(qū)動控制器以及紅外檢測系統(tǒng)等安 裝在電器箱中，電器箱懸掛在機(jī)座導(dǎo)軌的下方，通過驅(qū)動裝置可沿機(jī)座導(dǎo)軌作滑 移運(yùn)動，在機(jī)器人架空作業(yè)過程中，電器箱的滑動可起到調(diào)節(jié)機(jī)器人的重心的平 衡作用。
本發(fā)明的機(jī)器人具有多個自由度，可以進(jìn)行多自由度聯(lián)動控制，可實(shí)現(xiàn)不同 垂直平面之間的各種復(fù)雜操作，越障能力強(qiáng)，能滿足在無外力干預(yù)的情況下，不 僅能自動跨越在輸電線上進(jìn)行巡檢時可能碰到的如絕緣子、防震錘等障礙物，并 可利用其多用途夾爪攀爬各種輸電線鐵塔，是一種通用型輸電線巡檢機(jī)器人。該 機(jī)器人手臂除了具有旋轉(zhuǎn)和擺動功能外，還可沿著導(dǎo)軌相對滑動，延伸手臂作業(yè) 范圍。利用該機(jī)器人，可解決人工巡檢帶來的準(zhǔn)確度不高，效率低下，受氣候和 地理環(huán)境限制等問題。


附圖1-6是本發(fā)明一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖1-6，說明擺臂式輸電線路自動巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)的實(shí)施例如下
本發(fā)明的輸電線巡檢機(jī)器人包括一對手臂9，手臂9上端裝有夾持裝置10， 該裝置包括能掛在輸電線上的滾輪12和能抓緊角鋼和輸電線的多用途夾爪2， 手臂的下端被連接在能沿導(dǎo)軌滑動的滑臺8上，手臂亦能在鉛垂平面內(nèi)繞連接軸 轉(zhuǎn)動，小臂各有3個自由度，手臂和夾持裝置連接處包含一個能繞單軸轉(zhuǎn)動的俯 仰關(guān)節(jié)。
夾持裝置10中，夾爪驅(qū)動電機(jī)1驅(qū)動絲桿-齒條-齒輪轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)夾爪的松 開與夾緊。滾輪12通過滾輪驅(qū)動電機(jī)11直接驅(qū)動。
手臂9中，.手臂連桿18，手臂擋板20通過連接軸25下端與手臂底座19連 接，上端與手臂上支座27連接，手臂絲桿21的一端也通過連接軸25與手臂底 座連接， 一對手臂齒輪22被安裝在手臂齒輪支座23上，手臂齒輪支座23通過
短連接軸24與手臂擋板20連接。手臂擺動驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動手臂齒輪22轉(zhuǎn)動，因 而帶動手臂支座23沿著手臂絲桿21上下移動，由于手臂支座23與手臂擋板20 連接關(guān)系，手臂支座23在手臂絲桿21相對位置的改變引起了手臂擋板20繞著 其與手臂底座19的連接軸25轉(zhuǎn)動，因而產(chǎn)生手臂的擺動運(yùn)動。
滑臺8中，手臂滑動絲桿28和電器箱滑動絲桿32都安裝在導(dǎo)軌30上，分 別由滑臺平移驅(qū)動電機(jī)3和電器箱平移驅(qū)動電機(jī)5驅(qū)動，手臂底座19與手臂轉(zhuǎn) 動蝸輪箱34的輸出軸相連，手臂轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機(jī)7通過渦輪箱34控制手臂繞豎直 軸轉(zhuǎn)動，手臂支座29與蝸輪箱34—起固結(jié)在手臂滑座33上，手臂轉(zhuǎn)動驅(qū)動電 機(jī)7、蝸輪箱34、手臂支座29以及手臂滑座33組成了滑臺8的傳動系統(tǒng)。二只 手臂滑座以及電器箱滑座分別由三個直流伺服電機(jī)獨(dú)立或聯(lián)動控制，以達(dá)到擴(kuò)展 機(jī)器人手臂活動范圍。
本發(fā)明的機(jī)器人主要功能是在高空對輸電線路進(jìn)行巡檢，其典型動作過程為 如下
當(dāng)機(jī)器人在輸電線下垂與平緩上行段上行駛時，其姿態(tài)如圖1所示(電器箱 4位于機(jī)座導(dǎo)軌6的中間)，夾爪2處松開狀態(tài)， 一對懸掛于輸電線上的滾輪12 在直流伺服電機(jī)11的驅(qū)動下快速前進(jìn)或后退。
當(dāng)電器箱4內(nèi)的電子水平儀感知到機(jī)器人已處在輸電線陡坡上升段時，電器 箱4內(nèi)置的計(jì)算機(jī)會發(fā)出切換機(jī)器人工作模式的指令，即由滾動行駛方式改為攀 爬前進(jìn)方式。 一只夾爪抓緊輸電線不動，另一只手的夾爪依然處于松開狀態(tài)，而 手腕機(jī)構(gòu)13、擺動手臂9以及手臂平移滑座8等進(jìn)行聯(lián)動控制，以使該手爪沿 著輸電線前移，與另一與輸電線夾緊的夾爪靠攏，然后將該夾爪夾緊，而將原來 夾緊的夾爪松開，再通過手腕機(jī)構(gòu)13、擺動手臂9以及手臂平移滑座8等進(jìn)行 聯(lián)動控制，以使該手爪沿著輸電線前移，與另一與輸電線夾緊的夾爪的距離不斷 拉大到最大位置，然后夾緊原來松開的夾爪，松開原來夾緊的夾爪，完成了一次 攀爬。如此周而復(fù)始，可使機(jī)器人在輸電線陡坡上升段上一步一步地前進(jìn)。圖4 表示了機(jī)器人在攀爬過程中的一個姿態(tài)。
當(dāng)機(jī)器人翻越輸電線上的防振錘、耐張夾等障礙物時，首先采用上述運(yùn)動方 式使二只夾爪盡量靠攏并處于機(jī)座導(dǎo)軌6的后端，然后夾緊其中一只夾爪，通過 手臂9的擺動機(jī)構(gòu)將松開的夾爪向上提升，使?jié)L輪12及夾爪2脫離輸電線，再
驅(qū)動擺動手臂9的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，使夾爪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)過180度，然后由電機(jī)3驅(qū)動該手臂 沿著機(jī)體導(dǎo)軌前移以越過輸電線上的防振錘、耐張夾等障礙物，再驅(qū)動擺動手臂 9的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，使夾爪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)過180度，然后通過手臂9的擺動機(jī)構(gòu)將該夾爪向 下下降，使?jié)L輪14及手爪12重新掛到輸電線上，再夾緊該手爪。然后松開另一 只夾爪，通過手臂9的擺動機(jī)構(gòu)將該夾爪向上提升，使?jié)L輪12及夾爪2脫離輸 電線，再驅(qū)動擺動手臂9的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，使夾爪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)過180度，然后由電機(jī)3 驅(qū)動該手臂沿著機(jī)體導(dǎo)軌前移，從而使第二個手臂也越過輸電線上的防振錘、耐 張夾等障礙物，再驅(qū)動擺動手臂9的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，使夾爪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)過180度，然后通 過手臂9的擺動機(jī)構(gòu)將該手爪向下下降，使?jié)L輪12及夾爪2重新掛到輸電線上， 再夾緊該手爪，完成了一次機(jī)器人越障操作。在上述操作中，由于采用了平行四 邊形擺臂機(jī)構(gòu)，夾爪的姿態(tài)在手臂上下擺動過程不會改變，簡化了操作步驟。
機(jī)器人翻越鐵塔時，首先將靠近障礙物的夾爪夾緊輸電線成為固定端，通過 擺動手臂9和電器箱4沿機(jī)座導(dǎo)軌的平行移動將機(jī)器人重心調(diào)節(jié)至固定手臂端， 然后通過手臂9轉(zhuǎn)動和擺動升降功能的聯(lián)動控制使機(jī)器人的另一手臂朝鐵塔下 方角鐵方向移動，如圖6所示。進(jìn)入新的垂直及高度平面，綜合運(yùn)用機(jī)器人各個 機(jī)構(gòu)自由度找到新的抓取點(diǎn)并抓緊，此時松開原固定手臂，運(yùn)用同樣原理再次尋 找新的抓取點(diǎn)，如此反復(fù)進(jìn)行直到越過整個塔架，攀懸到塔架另一側(cè)的輸電線上。 在塔架翻越過程中，有電器箱內(nèi)的雙向電子水平儀以及各驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電流的實(shí) 時檢測與閉環(huán)控制…-以電器箱4、機(jī)座導(dǎo)軌6和另一活動手臂9對固定手臂處合 力矩最小為條件，決定電器箱沿導(dǎo)軌長度方向上的位置，調(diào)節(jié)機(jī)器人重心位置位 于手爪的夾緊平面內(nèi)，防止機(jī)器人繞一只手臂垂直軸轉(zhuǎn)動時發(fā)生側(cè)翻，最大程度 上減小扭轉(zhuǎn)力矩降低功耗。
同一條輸電線路上可能有各種不同結(jié)構(gòu)類型的鐵塔，但它們處于該線路的前 后次序是已知的，因而可以通過機(jī)器人示教學(xué)習(xí)的方式，將翻越各種不同結(jié)構(gòu)類 型的鐵塔的機(jī)器人操作規(guī)程存放在計(jì)算機(jī)中，機(jī)器人在該條輸電線路上巡檢時， 只需通過鐵塔計(jì)數(shù)的方式，逐個調(diào)用存放在計(jì)算機(jī)中的相應(yīng)的機(jī)器人操作規(guī)程進(jìn) 行操作，在操作過程中只要根據(jù)傳感器實(shí)測信息進(jìn)行微調(diào)。
權(quán)利要求
1、一種輸電線路巡檢機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)包括沿高壓輸電線路行駛巡檢、跨越行駛線路上障礙物、跨越輸電線鐵塔等功能，其特征是包含夾持機(jī)構(gòu)，可沿導(dǎo)軌相對滑動并能做擺動動作的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)以及可沿導(dǎo)軌滑動、裝有電源及電氣控制單元的電器箱等組建構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其特征是兩手臂安裝在滑臺上，滑臺上的轉(zhuǎn)動驅(qū)動馬達(dá)使得手臂能繞豎直軸轉(zhuǎn)動，滑臺與導(dǎo)軌相連，并通過平移驅(qū)動馬達(dá)驅(qū)動手臂沿導(dǎo)軌做水平方向滑動。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器人，機(jī)械臂機(jī)構(gòu)內(nèi)裝有轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置，可使機(jī)械臂帶著夾持機(jī)構(gòu)作擺動運(yùn)動，另在機(jī)械臂上端裝有轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置，使得夾持機(jī)構(gòu)亦可繞聯(lián)結(jié)軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)手腕姿態(tài)調(diào)整。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的機(jī)器人，其特征是夾持機(jī)構(gòu)中裝有可夾持角鋼或?qū)Ь€的多用途夾爪，以及裝有驅(qū)動馬達(dá)、可懸掛在輸電線上并沿輸電線滾動的滾輪。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的機(jī)器人，驅(qū)動裝置的控制單元以及電源都安裝在電器箱內(nèi)，電器箱本身能沿著導(dǎo)軌滑動。電器箱以及機(jī)器人本體的外表面都 涂有耐高壓絕緣材料。
全文摘要
一種用于在輸電線路行駛或輸電線鐵塔間攀爬的機(jī)器人，包含一對機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，其上端裝有可繞安裝軸轉(zhuǎn)動的夾持裝置，帶有既可夾持耐張塔角鋼又可夾持導(dǎo)線的夾爪，以及可懸掛在導(dǎo)線上的滾輪，機(jī)械臂下端安裝在可沿導(dǎo)軌相對滑動的滑臺上，臂可繞安裝軸轉(zhuǎn)動，亦可做擺動運(yùn)動，懸掛與滑臺底部的電氣箱中裝有控制及驅(qū)動單元，并可沿導(dǎo)軌滑動，起到調(diào)節(jié)機(jī)器人重心位置的作用。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，多關(guān)節(jié)聯(lián)動可完成不同垂直平面之間的復(fù)雜操作，翻越各種不同結(jié)構(gòu)類型的鐵塔，使用范圍廣，可實(shí)現(xiàn)取代人工在輸電線路全程上進(jìn)行自動巡檢。
文檔編號B25J5/02GK101168254SQ200610117508
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者古豐元, 吳白羽, 張國賢, 張廷羽, 鋒 游, 健 金 申請人:上海求是機(jī)器人有限公司;張國賢