本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中輸電線路的巡檢技術領域，特別是一種能夠沿輸電線路行走并完成巡檢的裝置。

背景技術：

電力系統(tǒng)中，采用高壓和超高壓架空電力線是長距離輸配電力的主要方式。但是由于電力線及桿塔附件長期暴露在野外，長期受到持續(xù)的機械張力、電氣閃絡、材料老化的影響而產生斷股、磨損、腐蝕等損傷，如不及時修復更換，原本微小的破損和缺陷就可能擴大，最終導致嚴重事故，造成大面積的停電和巨大的經(jīng)濟損失。因此，電力公司需要定期對線路設備巡檢，以及時發(fā)現(xiàn)早期損傷和缺陷并加以評估，然后根據(jù)缺陷的輕重緩急，以合理的費用和正確的優(yōu)先順序，安排必要的維護和修復。因此，高壓輸電線路巡檢對保證輸電線路安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。

目前，對輸電線路巡檢主要有以下三種方式：1）人工目測法：采用肉眼或望遠鏡對轄區(qū)內的電力線進行觀測，人工巡檢目前仍是國內最主要的巡檢方法；雖然具有較強的靈活性和適應能力等優(yōu)點，但由于輸電線路分布點多面廣、地理條件復雜，巡檢工人需要翻山越嶺、涉水過河巡檢。這種方法勞動強度大，工作效率和探測精度低，可靠性差。2）航測法：即是控制直升飛機沿輸電線路飛行，工作人員用肉眼或機載攝像設備觀測和記錄沿線異常點的情況；這種方法盡管距離接近，提高了探測效率和精度，但電力線從觀察者或攝錄設備的視野中快速通過，增加了技術難度，運行費用較高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術問題是提供一種用于輸電線路巡檢機器人的越障行走裝置，不僅能夠實現(xiàn)輸電線路的日常巡檢，而且還能夠實現(xiàn)越障巡檢，提高輸電線路巡檢的精度和準確度，從而為輸電線路的安全運行提供保障。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案如下。

輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，包括前后依次設置在輸電線路上并能夠沿輸電線路行走及越過輸電線路上障礙物的三個機械手臂和用于支撐機械手臂的活動機架；所述機械手臂包括固定設置在活動機架上的機械手臂支架，機械手臂支架上設置有實現(xiàn)行走驅動的驅動行走機構、控制停車的剎車制動機構、防止脫落的倒耳滑塊機構以及實現(xiàn)越障的手掌開合機構；手掌開合機構的底端固定設置在機械手臂支架上，驅動行走機構設置在手掌開合機構頂端，剎車制動機構設置在驅動行走機構下方的手掌開合機構中部，倒耳滑塊機構分設在手掌開合機構兩側。

上述輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，所述手掌開合機構包括第一伺服電機、B彈性聯(lián)軸器、滑塊、傳動絲桿、左側手掌和右側手掌，所述第一伺服電機垂直設置在機械手臂支架上，傳動絲桿的底端通過B彈性聯(lián)軸器與第一伺服電機的輸出軸連接，滑塊設置在傳動絲桿上，左側手掌和右側手掌對稱設置在滑塊上支撐板的左右兩端。

上述輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，所述倒耳滑塊機構包括導桿和滑動設置在導桿上的倒耳；所述導桿包括對稱設置在手掌開合機構兩側結構相同的左側導桿和右側導桿，導桿包括垂直固定在機械手臂支架上的主體部和主體部頂端、向外彎折并與主體部圓弧過渡連接的彎折部，彎折部的外端與主體部相垂直；所述倒耳包括結構相同的左倒耳和右倒耳，倒耳的一端與導桿滑動配裝，倒耳的另一端與左側手掌和右側手掌固定連接。

上述輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，所述驅動行走機構包括直流驅動電機、A彈性聯(lián)軸器、傳動軸以及相對設置的左驅動半輪和右驅動半輪，直流驅動電機經(jīng)A彈性聯(lián)軸器與傳動軸的一端固定連接，所述左驅動半輪和右驅動半輪設置在傳動軸上；所述左側手掌和右側手掌的頂端設置在左驅動半輪和右驅動半輪的傳動軸上，左側手掌和右側手掌與傳動軸通過軸承連接。

上述輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，所述剎車制動機構包括電磁制動器、壓緊輪和彈簧機構，電磁制動器設置在傳動軸末端，壓緊輪位于左驅動半輪和右驅動半輪的下方，彈簧機構通過支架設置在壓緊輪下方，壓緊輪在彈簧機構的作用下將輸電線路壓緊在左驅動半輪和右驅動半輪之間。

上述輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，所述活動機架包括機架、旋轉機構和上下移動機構，旋轉機構設置在機架上，上下移動機構設置在旋轉機構上，機械手臂固定設置在上下移動機構的頂端。

上述輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，所述機架包括兩個對稱設置的L型連接板，兩個L型連接板的頂端設置有安裝上下移動機構的機座，機座兩側的L型連接板上方設置有翅板。

上述輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，所述旋轉機構共設置有兩套，每套旋轉機構包括第二伺服電機、D彈性聯(lián)軸器和擺動桿；所述擺動桿的一端與機架上翅板的一端鉸接，擺動桿的末端固定連接一安裝上下移動機構的機座；所述第二伺服電機固定設置在L型連接板的水平板上，第二伺服電機的輸出端通過D彈性聯(lián)軸器連接擺動桿的中部。

上述輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，所述上下移動機構共設置有三套，分別設置在機架的機座以及旋轉機構的機座上，每套上下移動機構包括絲桿電機、C彈性聯(lián)軸器、升降絲桿和連接座；所述絲桿電機固定設置在機座上，絲桿電機通過C彈性聯(lián)軸器與升降絲桿的底端固定連接，連接座設置在升降絲桿上；所述機械手臂固定設置在連接座上。

由于采用了以上技術方案，本發(fā)明所取得技術進步如下。

本發(fā)明用于對高壓輸電線路進行日常巡檢，可以近距離接近輸電線路，具有巡檢成本低、精度高以及安全可靠等優(yōu)點，不僅能夠實現(xiàn)輸電線路的日常巡檢，而且還能夠實現(xiàn)越障巡檢，提高輸電線路巡檢的精度和準確度，從而為輸電線路的安全運行提供保障。

本發(fā)明采用三臂懸掛式結構，具有足夠的檢測儀器安裝空間和越障機構與其他物體的安全間距，操作安全；巡檢時，始終能保證至少兩個機械手臂在架空輸電線路上，爬坡與抗風能力強。其中，機械手臂上集裝了驅動行走機構、倒耳滑塊機構、手掌開合機構和剎車制動機構，既滿足越障行走、剎車制動功能性要求，又保證了設備的緊湊型，方便越障機械手臂升降和旋轉運動；當發(fā)生故障或遇到惡劣天氣時，倒耳滑塊機構能夠保證機器人可靠自鎖，以免從輸電線路摔落；手掌開合機構是基于倒耳滑塊機構來實現(xiàn)，而倒耳滑塊機構用于保證手掌開合運動的軌跡準確，運動平穩(wěn)，對中性好，機械手臂的安全裕度較大；剎車制動機構保證機器人斷電后驅動輪不會自行旋轉，兩驅動半輪對中性好，并且剎車制動機構大大增強了機器人的爬坡能力。越障機械手臂與旋轉機構之間設置的上下移動機構，采用了通電時間與豎直方向移動距離成正比的關系進行控制，極為方便，且機構剛度較大，收縮時尺寸小節(jié)省空間，保證機器人的體積緊湊。

本發(fā)明后續(xù)功能開發(fā)轉換空間很大，如手臂上搭載探傷儀就可以實現(xiàn)輸電線路的斷股探傷，改造三個手臂的手掌結構，可以實現(xiàn)除冰、在線故障修復等功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的主視圖；

圖3為本發(fā)明的俯視圖；

圖4為本發(fā)明的左視圖；

圖5為本發(fā)明所述機械手臂的主視圖；

圖6為圖5的側視圖；

圖7為本發(fā)明所述機械手臂的立體圖。

其中：1.機械手臂，11.驅動行走機構，111.直流驅動電機，112.A彈性聯(lián)軸器，113.傳動軸，114.右驅動半輪，115.左驅動半輪；12.剎車制動機構，121.電磁制動器，122.壓緊輪，123.行程開關，124.距離傳感器，125.彈簧機構，126.壓力傳感器；13.倒耳滑塊機構，131.左側導桿，132.左倒耳，133.右側導桿，134.右倒耳；14.手掌開合機構，141.第一伺服電機，142.B彈性聯(lián)軸器，143.滑塊，144.傳動絲桿，145.左側手掌，146.右側手掌；15.機械手臂支架，

2.上下移動機構，21.絲桿電機，22.C彈性聯(lián)軸器，23.升降絲桿，24.連接座；

3.旋轉機構，31.第二伺服電機，32. D彈性聯(lián)軸器，33.擺動桿；

4.機架。

具體實施方式

下面將結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。

一種輸電線路巡檢機器人越障行走裝置，其結構如圖1至4所示，包括活動機架和三個機械手臂1，活動機架用于支撐機械手臂，三個機械手臂1前后依次設置在輸電線路上，并能夠沿輸電線路行走及越過輸電線路上障礙物；機械手臂上可設置檢測裝置，機械手臂在檢測裝置的配合下完成輸電線路的越障巡檢工作。本發(fā)明中將三個越障機械手臂按照位于輸電線路上的前后位置依次命名為前臂、中臂和后臂。

活動機架包括機架4、旋轉機構3和上下移動機構2，旋轉機構3設置在機架4上，上下移動機構2設置在旋轉機構3上，機械手臂1固定設置在上下移動機構2的頂端。

機架4用于固定安裝機械手臂1、旋轉機構3和上下移動機構2，實現(xiàn)整體的越障行走功能。其結構如圖1和圖2所示，包括兩個對稱設置的L型連接板，兩個L型連接板的頂端設置有安裝上下移動機構2的機座，機座兩側的L型連接板上方設置有翅板。

旋轉機構3共設置有兩套，用于帶動機械手臂1和上下移動機構2在水平面上做旋轉運動。每套旋轉機構包括第二伺服電機31、D彈性聯(lián)軸器32和擺動桿33；其中，擺動桿33的一端與機架上翅板的一端鉸接，擺動桿33的末端固定連接一安裝上下移動機構2的機座；第二伺服電機31固定設置在L型連接板的水平板上，第二伺服電機31的輸出端通過D彈性聯(lián)軸器32連接擺動桿33的中部。旋轉機構工作時，第二伺服電機通過D彈性聯(lián)軸器帶動擺動桿進行旋轉，實現(xiàn)機械手臂和上下移動機構的旋轉運動。

上下移動機構2共設置有三套，三套上下移動機構2分別設置在機架4的機座以及旋轉機構3的機座上，用于帶動機械手臂1在豎直方向做上下運動。每套上下移動機構2包括絲桿電機21、C彈性聯(lián)軸器22、升降絲桿23和連接座24；其中，絲桿電機21固定設置在機座上，絲桿電機21通過C彈性聯(lián)軸器22與升降絲桿23的底端固定連接，連接座24設置在升降絲桿23上；機械手臂1固定設置在連接座24上。上下移動機構工作時，絲桿電機通過C彈性聯(lián)軸器帶動升降絲桿做旋轉運動，連接座在絲桿上做直線移動，整體特制成單一控制變量上下移動機構，伸長或者收縮的長度僅與通電時間有關系，速度為24mm/s，功能上實現(xiàn)了手速與伸長的有機統(tǒng)一。

機械手臂1用于完成行走和越障作業(yè)，其結構如圖5至圖7所示，包括機械手臂支架15，機械手臂支架15上設置有驅動行走機構11、剎車制動機構12、倒耳滑塊機構13以及手掌開合機構14。

機械手臂支架15用于固定安裝驅動行走機構11、剎車制動機構12、倒耳滑塊機構13以及手掌開合機構14；其中，手掌開合機構14的底端固定設置在機械手臂支架15上，驅動行走機構11設置在手掌開合機構14頂端，剎車制動機構12設置在驅動行走機構11下方的手掌開合機構14中部，倒耳滑塊機構13分設在手掌開合機構14兩側。該結構實現(xiàn)了整個裝置的準確定位，并滿足了結構緊湊的設計理念。

手掌開合機構14基于倒耳滑塊機構提供機械手臂的張開和合攏的運動，實現(xiàn)越障功能。手掌開合機構14包括第一伺服電機141、B彈性聯(lián)軸器142、滑塊143、傳動絲桿144、左側手掌145和右側手掌146；其中，第一伺服電機141垂直設置在機械手臂支架15上，傳動絲桿144的底端通過B彈性聯(lián)軸器142與第一伺服電機141的輸出軸連接，滑塊143設置在傳動絲桿144上，左側手掌145和右側手掌146對稱設置在滑塊143上支撐板的左右兩端。手掌開合機構工作時，第一伺服電機通過B彈性聯(lián)軸器帶動傳動絲桿旋轉，傳動絲桿推動兩手掌沿兩側倒耳滑塊機構運動，實現(xiàn)手掌的開合動作。

倒耳滑塊機構13為手掌開合機構提供準確的動作軌跡，保證閉合的準確性，防止越障行走裝置沿輸電線路巡檢時發(fā)生脫落現(xiàn)象。倒耳滑塊機構13包括導桿和滑動設置在導桿上的倒耳；其中，導桿包括對稱設置在手掌開合機構14兩側結構相同的左側導桿131和右側導桿133，導桿包括垂直固定在機械手臂支架15上的主體部和主體部頂端、向外彎折并與主體部圓弧過渡連接的彎折部，彎折部的外端與主體部相垂直；倒耳包括結構相同的左倒耳132和右倒耳134，倒耳的一端與導桿滑動配裝，倒耳的另一端與左側手掌145和右側手掌146固定連接。兩側倒耳分別沿兩側導桿滑行，當手掌開合機構打開時，倒耳滑塊機構保證其運動軌跡準確可靠；當手掌開合機構合攏后，倒耳滑塊機構可以保證越障行走裝置不發(fā)生墜落事故。

驅動行走機構11用于實現(xiàn)在輸電線路上行走功能。驅動行走機構11包括直流驅動電機111、A彈性聯(lián)軸器112、傳動軸113以及相對設置的左驅動半輪115和右驅動半輪114，直流驅動電機經(jīng)A彈性聯(lián)軸器與傳動軸的一端固定連接，所述左驅動半輪和右驅動半輪設置在傳動軸上；所述左側手掌145和右側手掌146的頂端設置在左驅動半輪115和右驅動半輪114的傳動軸上，左側手掌145和右側手掌146與傳動軸通過軸承連接。驅動行走機構工作時，由直流驅動電機提供動力，通過A彈性聯(lián)軸器帶動安裝在傳動軸上的左驅動半輪和右驅動半輪實現(xiàn)驅動行走。

剎車制動機構12提供制動摩擦力，保證機器人能夠及時、準確的制動停車。剎車制動機構12包括電磁制動器121、壓緊輪122和彈簧機構125，電磁制動器121設置在傳動軸末端，壓緊輪122位于左驅動半輪115和右驅動半輪114的下方，彈簧機構125通過支架設置在壓緊輪下方，壓緊輪122在彈簧機構125的作用下將輸電線路壓緊在左驅動半輪115和右驅動半輪114之間。本發(fā)明中，裝配壓緊輪的機械手臂支架上還設置有行程開關123，安裝彈簧機構的支架頂端設置有距離傳感器124，用于檢測行程開關的位置；安裝彈簧機構的支架底端面上設置有壓力傳感器126。其中，彈簧機構功能有二：其一是驅動行走機構工作狀態(tài)時，彈簧機構壓力與巡檢機器人自身重力相配合為驅動輪有提供足夠的驅動摩擦力；其二是驅動行走機構停機狀態(tài)時，彈簧機構為驅動輪產生制動摩擦力，保障越障行走裝置及時、準確停車。

剎車制動機構工作時，控制實現(xiàn)電磁制動器與直流驅動電機同時得電與失電。直流驅動電機得電工作時，電磁制動器處于放松狀態(tài)不產生制動摩擦力，一旦直流驅動電機斷電停機，電磁制動器會立刻處于抱緊狀態(tài)產生制動摩擦力，再加上彈簧機構的壓緊力與直流驅動電機的自鎖性配合，可以及時準確的實現(xiàn)剎車制動；其次，在手掌開合機構張開狀態(tài)下，電磁制動器與驅動電機自鎖性能保證兩驅動半輪不發(fā)生自行轉動，兩半輪對中性準確；最后彈簧機構作用在壓緊輪上的制動摩擦力也是保障準確剎車的關鍵。

本發(fā)明中的三個機械手臂均可以實現(xiàn)手掌開合運動、豎直方向上下移動、沿水平面旋轉運動作業(yè)；旋轉機構可提供同一平面的旋轉運動，所以巡檢機器人在沿輸電線路方向上仍保持剛性連接，這樣當其中一個機械手臂的手掌開合機構打開后才能穩(wěn)定定位，實現(xiàn)沿線巡檢功能。當巡檢機器人越障行走裝置遇到障礙物需要越障時，三個手臂按要求依次越過障礙物，越障過程中始終保證至少有兩個機械手臂在輸電線路上，待三個手臂全部越過同一障礙物即為一個越障周期。

本發(fā)明中提到的檢測裝置，主要包括多個行程開關、距離傳感器、壓力傳感器和角度傳感器。因為高壓輸電線路上的障礙物類型繁多，分布規(guī)律性多變，金具、防震錘等障礙物尺寸差異較大，需要距離傳感器進行在線測量，為驅動行走機構提供準確的控制；行程開關為剎車制動機構提供位置定位，保證倒耳滑塊機構與手掌開合機構的準確配合作用；壓力傳感器檢測彈簧機構的壓力數(shù)值，保證上下移動機構在豎直方向的準確定位；巡檢機器人越障行走莊子需要轉彎越障時，角度傳感器用來檢測選裝機構的旋轉角度，進一步用來控制機械手臂的轉彎角度。

本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)沿輸電線路進行越障行走，進而逐步代替人工沿線路巡檢。該越障行走裝置不但能在輸電線路上以一定的速度平穩(wěn)運行，而且能夠靈活穩(wěn)定的跨越輸電線路上的障礙物（包括防震錘、懸垂線夾、跳線線夾桿塔等），進而利用機載設備完成輸電線路巡檢；對比人工巡檢方式，本發(fā)明的效率大大提高，降低了勞動成本，而且整個設備結構簡單、易于操作、加工制造方便、制造成本低。

本發(fā)明用于在輸電線路上進行越障時，其工作過程如下所述。

首先，通過絕緣斗臂車或人工爬到線塔上吊裝的方式將越障行走裝置安裝到輸電線路上；然后，地面監(jiān)控計算機發(fā)出開機控制命令，裝置本體在接收到運行命令后，驅動行走機構開始工作，驅動整個裝置沿輸電線路行走；行走過程中，檢測裝置不斷檢測前方障礙物的情況。

當檢測到1號障礙物時，越障行走裝置停止行走，進行調整，調整步驟如下。

1）所有直流驅動電機斷電，剎車制動機構立刻啟動，巡檢機器人越障行走裝置停車動作完成。

2）前臂上下移動機構得電1s后斷電（使前臂整體稍微向上移動），接通前臂手掌開合機構的第一伺服電機，使兩手掌張開，倒耳滑塊機構隨手掌開合機構同步運動，保證手掌開合機構運動的準確性，待其開合寬度大于障礙寬度時斷電。

3）前臂上下移動機構的絲桿電機得電，帶動升降絲桿做旋轉運動，連接座在升降絲桿上豎直向上移動，內置行程開關會自行斷電。

4）中臂與后臂的直流驅動電機得電，前臂開始穿越障礙物，待距離傳感器發(fā)出到位信號后（不同障礙物發(fā)出長度信號不同），中臂與后臂直流驅動電機斷電，同時接通前臂上下移動機構，到達規(guī)定位置斷電。

5）越障行走裝置判斷旋轉機構旋轉方向與角度，以適應輸電線路轉彎的情形。

6）前臂手掌開合機構的第一伺服電機得電，左側手掌與右側手掌分別沿左側導桿右側導桿合攏，待其完全合攏后斷電，此時倒耳滑塊機構靠兩導桿的擠壓作用防止裝置的脫落，至此完成前臂的越障工作；

7）越障行走裝置的三個直流驅動電機得電，行走過程中，檢測裝置不斷檢測前方障礙物的情況，發(fā)現(xiàn)1號障礙物后，中臂與后臂的越障過程與前臂相同。

8）當越障行走裝置的三個手臂完全越過1號障礙物時，表明一個完整的越障周期結束，機器人三個驅動行走機構驅動電機得電，繼續(xù)進行巡檢工作。

當遇到2號，3號……障礙物時，機器人越障行走裝置的越障過程與1號障礙物越障過程相同。