本實用新型涉及一種機器人，尤其是一種具有輸電線路絕緣子清掃功能的爬桿機器人。

背景技術：

輸電線路絕緣子表面經(jīng)常會積累灰塵，產(chǎn)生污垢，污垢的堆積會使絕緣子表面的絕緣能力下降，使線路增大了產(chǎn)生污閃的現(xiàn)象，所以需要定期檢查清理絕緣子表面，恢復線路絕緣水平、預防線路污閃事故發(fā)生，表面清潔的絕緣子能長期耐受工作電壓的要求，保證絕緣子的安全運行。目前國內(nèi)絕緣子清洗多采用機械清掃、水沖洗、氣沖洗等方法，大部分絕緣子由于高度較高，需要作業(yè)人員攀爬電線桿才能完成，人工爬桿檢查清掃，勞動強度大，存在安全隱患，作業(yè)效率低，在酷暑、嚴寒等惡劣氣候環(huán)境下尤其明顯。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題和提出的技術任務是對現(xiàn)有技術方案進行完善與改進，提供一種具有輸電線路絕緣子清掃功能的爬桿機器人，以安全、快速、高效的實現(xiàn)輸電線路電桿攀爬及絕緣子的檢查與清洗為目的。為此，本實用新型采取以下技術方案。

一種具有輸電線路絕緣子清掃功能的爬桿機器人，包括用于攀爬電桿的爬桿機器人本體、設于爬桿機器人本體上部的用于對絕緣子進行攝像監(jiān)測的帶無線通訊模組的檢測云臺、設于爬桿機器人本體上部的用于對絕緣子進行清洗的清洗機械臂、設于爬桿機器人本體上的用于機器人爬行控制的控制模塊和用于控制人員對機器人工作狀態(tài)進行控制操作的帶有無線通訊模組的機器人地面上位機，所述的地面上位機控制系統(tǒng)包括設有用于監(jiān)測分析檢測云臺所發(fā)送圖像的圖像分析處理器。爬桿機器人可以方便的實現(xiàn)對電桿的攀爬，通過檢測云臺可以方便的實現(xiàn)對絕緣子的攝像，再把照片傳輸給機器人地面上位機進行故障分析，通過機器人地面上位機實現(xiàn)對機器人的姿態(tài)調(diào)整，控制清洗機械臂實現(xiàn)對絕緣子的清洗，杜絕了人工攀爬和普通人工機械清掃、水沖洗和氣沖洗時存在的安全問題，提升了輸電線路維護的方便性和維護效率，降低了勞動強度。

作為對上述技術方案的進一步完善和補充，本實用新型還包括以下附加技術特征。

所述的爬桿機器人本體包括豎向設置的升降導向桿、分別設于升降導向桿上部和下部的用于抱緊電桿的上抱桿臂和下抱桿臂、使上抱桿臂和下抱桿臂在電桿上抱緊張開的張緊裝置、實現(xiàn)上抱桿臂和下抱桿臂以攀爬方式豎向移動的升降機構，所述的上抱桿臂或下抱桿臂的其中之一可沿著升降導向桿豎向滑動，另一個與升降導向桿在高度向固定,所述的張緊裝置和升降機構通過驅(qū)動電機驅(qū)動。通過驅(qū)動電機驅(qū)動升降機構和張緊裝置，實現(xiàn)上抱桿臂和下抱桿臂在電桿上依次抱緊和張開，并使上抱桿臂或下抱桿臂沿著升降導向桿實現(xiàn)向上或向下滑動，并帶動機器人本體實現(xiàn)升降，完成在電桿上的攀爬動作。

所述的升降導向桿包括左升降桿和右升降桿，對稱的設于爬桿機器人本體的左右兩側(cè)，所述的上抱桿臂和下抱桿臂均包括左右相對設置的左抱環(huán)和右抱環(huán)、用于左抱環(huán)和右抱環(huán)抱緊電桿時壓力檢測的壓力傳感器，所述的左抱環(huán)和右抱環(huán)均包括設于前部的用于抱緊電桿的抓手、設于抓手后方的用于套在左升降桿和右升降桿上的滑套、設于滑套后方的尾桿。通過設于左升降桿和右升降桿上的左抱環(huán)和右抱環(huán)，利用左抱環(huán)和右抱環(huán)的抓手，在張緊裝置的支持下，實現(xiàn)對電桿的抱緊和張開，壓力傳感器便于感知抱緊狀態(tài)。

所述的張緊裝置包括設于上抱桿臂的左抱環(huán)和右抱環(huán)之間的上張緊裝置、設于下抱桿臂的左抱環(huán)和右抱環(huán)之間的下張緊裝置，所述的上張緊裝置和下張緊裝置均包括連接于左抱環(huán)和右抱環(huán)后端之間的用于使抓手抱緊電桿的張緊彈簧、設于左抱環(huán)和右抱環(huán)后端之間的用于使抓手松開電桿的凸輪機構，所述的驅(qū)動電機為2個分別獨立驅(qū)動上下凸輪機構的驅(qū)動電機。通過上張緊裝置和下張緊裝置的張緊彈簧和驅(qū)動電機的各自獨立驅(qū)動的上下凸輪機構，實現(xiàn)對電桿的抱緊和張開，結(jié)構簡單可靠。

所述的升降機構為連接于上下凸輪機構之間的曲柄連桿機構，每個凸輪機構均包括凸輪軸、設于凸輪軸上的前后排列的雙凸輪、分別設于左抱環(huán)和右抱環(huán)尾桿上的兩根位于雙凸輪兩側(cè)的帶抵觸輪的觸桿，所述的雙凸輪旋轉(zhuǎn)時，雙凸輪的2個凸輪同時抵觸各自觸桿的抵觸輪，所述的曲柄連桿機構的上下兩端均連接于凸輪軸上，曲柄連桿機構運轉(zhuǎn)一周，上下凸輪機構的雙凸輪在機器人控制模塊的控制下通過傳感器傳感和各自的電機驅(qū)動交替抵觸各自兩側(cè)的抵觸輪。上下雙凸輪的形狀結(jié)構相同，并分別由兩個獨立的電機帶動。雙凸輪旋轉(zhuǎn)可以帶動左抱環(huán)和右抱環(huán)的張緊與閉合，曲柄連桿機構使上下雙凸輪相連接，下部雙凸輪旋轉(zhuǎn)可帶動曲柄連桿機構運動產(chǎn)生距離變化，在上下抱桿手臂的配合下實現(xiàn)上下張緊機構的對電桿的交替抱緊和張開，實現(xiàn)機器人軀體的攀爬運動。

所述的驅(qū)動電機為蝸輪蝸桿減速電機。蝸輪蝸桿減速電機擁有蝸輪蝸桿良好的自鎖性能，能夠有效預防斷電等突發(fā)事件導致機器人下滑情況的發(fā)生。

所述的檢測云臺設有高清攝像頭，所述的高清攝像頭通過其自帶的無線通訊模組與上位機控制系統(tǒng)連接。高清攝像頭圖像清晰，便于提升上位機控制系統(tǒng)的圖像處理精確度。

所述的清洗機械臂包括旋轉(zhuǎn)平臺、可旋轉(zhuǎn)的連接于旋轉(zhuǎn)平臺上部的下臂體、可旋轉(zhuǎn)的連接于下臂體上端的上臂體、設于上臂體前端的可拆卸的清洗毛刷和清洗液噴射器，所述的旋轉(zhuǎn)平臺、下臂體、上臂體、清洗毛刷和清洗液噴射器均電連接到控制模塊，所述的控制模塊設有無線通訊模組。通過多個旋轉(zhuǎn)自由度實現(xiàn)對絕緣子清洗時的控制，操控方便，能夠?qū)崿F(xiàn)有效清洗。

所述的清洗毛刷為電動旋轉(zhuǎn)棒式毛刷，連接于上臂體前端，所述的清洗液噴射器設于上臂體前端的上部。電動旋轉(zhuǎn)棒式毛刷控制簡單，清洗效果好，把清洗液噴射器設于上臂體前端的上部，便于清洗液噴射到清洗的有效部位，清洗效果好。

有益效果：能夠快速方便的實現(xiàn)輸電線路電桿的攀爬、輸電線路檢測和絕緣子清洗，降低了輸電線路維護的勞動強度，提升了作業(yè)維護效率，另外機器人結(jié)構簡單緊湊，便于搬運，智能化程度高、結(jié)構可靠性高，特別在氣候和環(huán)境條件較差時提升了輸電線路維護的安全性。

附圖說明

圖1是本實用新型正視結(jié)構示意圖。

圖2是本實用新型爬桿示意圖。

圖3是本實用新型俯視結(jié)構示意圖。

圖中：1-爬桿機器人本體；2-清洗機械臂；3-檢測云臺；4-電桿；5-絕緣子；101-升降導向桿；102-上抱桿臂；103-曲柄連桿機構；104-雙凸輪；105-驅(qū)動電機；106-控制模塊；107-張緊彈簧；108-下抱桿臂；109-觸桿；110-左抱環(huán)；111-右抱環(huán)；112-尾桿；113-抓手；114-滑套；201-旋轉(zhuǎn)平臺；202-下臂體；203-上臂體；204-清洗毛刷；205-清洗液噴射器。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明。

如圖1-3所示，一種具有輸電線路絕緣子清掃功能的爬桿機器人，包括用于攀爬電桿4的爬桿機器人本體1、設于爬桿機器人本體1上部的用于對絕緣子5進行攝像監(jiān)測的帶無線通訊模組的檢測云臺3、設于爬桿機器人本體1上部的用于對絕緣子5進行清洗的清洗機械臂2、設于爬桿機器人本體1上的用于機器人爬行控制的控制模塊106和用于控制人員對機器人工作狀態(tài)進行控制操作的帶有無線通訊模組的機器人地面上位機，地面上位機控制系統(tǒng)包括設有用于監(jiān)測分析檢測云臺3所發(fā)送圖像的圖像分析處理器。

為了實現(xiàn)在電桿4上的攀爬升降，爬桿機器人本體1包括豎向設置的升降導向桿101、分別設于升降導向桿101上部和下部的用于抱緊電桿4的上抱桿臂102和下抱桿臂108、使上抱桿臂102和下抱桿臂108在電桿4上抱緊張開的張緊裝置、實現(xiàn)上抱桿臂102和下抱桿臂108以攀爬方式豎向移動的升降機構，上抱桿臂102或下抱桿臂108的其中之一可沿著升降導向桿101豎向滑動，另一個與升降導向桿101在高度向固定,張緊裝置和升降機構通過驅(qū)動電機105驅(qū)動。通過驅(qū)動電機105驅(qū)動升降機構和張緊裝置，實現(xiàn)上抱桿臂102和下抱桿臂108在電桿4上依次抱緊和張開，并使上抱桿臂102或下抱桿臂108沿著升降導向桿101實現(xiàn)向上或向下滑動，并帶動機器人本體實現(xiàn)升降，完成在電桿4上的攀爬動作。

為了實現(xiàn)上抱桿臂102和下抱桿臂108對電桿4的抱緊和張開，升降導向桿101包括左升降桿和右升降桿，對稱的設于爬桿機器人本體1的左右兩側(cè)，上抱桿臂102和下抱桿臂108均包括左右相對設置的左抱環(huán)110和右抱環(huán)111、用于左抱環(huán)110和右抱環(huán)111抱緊電桿時壓力檢測的壓力傳感器，左抱環(huán)110和右抱環(huán)111均包括設于前部的用于抱緊電桿4的抓手113、設于抓手113后方的用于套在左升降桿和右升降桿上的滑套114、設于滑套114后方的尾桿112。通過設于左升降桿和右升降桿上的左抱環(huán)110和右抱環(huán)111，利用左抱環(huán)110和右抱環(huán)111的抓手113，在張緊裝置的支持下，實現(xiàn)對電桿4的抱緊和張開，壓力傳感器便于感知抱緊狀態(tài)。

為了使左抱環(huán)110和右抱環(huán)111實現(xiàn)張緊動作，張緊裝置包括設于上抱桿臂102的左抱環(huán)110和右抱環(huán)111之間的上張緊裝置、設于下抱桿臂108的左抱環(huán)110和右抱環(huán)111之間的下張緊裝置，上張緊裝置和下張緊裝置均包括連接于左抱環(huán)110和右抱環(huán)111后端之間的用于使抓手113抱緊電桿4的張緊彈簧107、設于左抱環(huán)110和右抱環(huán)111后端之間的用于使抓手113松開電桿4的凸輪機構，驅(qū)動電機105為2個分別獨立驅(qū)動上下凸輪機構的驅(qū)動電機。通過上張緊裝置和下張緊裝置的張緊彈簧107和上下驅(qū)動電機105各自獨立驅(qū)動的上下凸輪機構，實現(xiàn)對電桿4的抱緊和張開，結(jié)構簡單可靠。

為了使上下抱桿手臂交替抱緊電桿4，實現(xiàn)攀爬升降運動，升降機構為連接于上下凸輪機構之間的曲柄連桿機構103，每個凸輪機構均包括凸輪軸、設于凸輪軸上的前后排列的雙凸輪104、分別設于左抱環(huán)110和右抱環(huán)111尾桿112上的兩根位于雙凸輪104兩側(cè)的帶抵觸輪的觸桿109，雙凸輪104旋轉(zhuǎn)時，雙凸輪104的2個凸輪同時抵觸各自觸桿109的抵觸輪，曲柄連桿機構103的上下兩端均連接于凸輪軸上，曲柄連桿機構103運轉(zhuǎn)一周，上下凸輪機構的雙凸輪104在機器人控制模塊106的控制下通過傳感器傳感和各自的驅(qū)動電機105驅(qū)動交替抵觸各自兩側(cè)的抵觸輪。上下雙凸輪104的形狀結(jié)構相同，并分別由兩個獨立的驅(qū)動電機105帶動。雙凸輪104旋轉(zhuǎn)可以帶動左抱環(huán)110和右抱環(huán)111的張緊與閉合，曲柄連桿機構103使上下雙凸輪104相連接，下部雙凸輪104旋轉(zhuǎn)可帶動曲柄連桿機構103運動產(chǎn)生距離變化，在上下抱桿手臂的配合下實現(xiàn)上下張緊機構的對電桿4的交替抱緊和張開，實現(xiàn)機器人軀體的攀爬運動。

為了再斷電等突發(fā)事件時防止出現(xiàn)墜落等情況發(fā)生，驅(qū)動電機105為蝸輪蝸桿減速電機。蝸輪蝸桿減速電機擁有蝸輪蝸桿良好的自鎖性能，能夠有效預防斷電等突發(fā)事件導致機器人下滑墜落等情況的發(fā)生。

為了提升圖像處理效果，檢測云臺3設有高清攝像頭，高清攝像頭通過其自帶的無線通訊模組與上位機控制系統(tǒng)連接。高清攝像頭圖像清晰，便于提升上位機控制系統(tǒng)的圖像處理精確度和效果。

為了便于控制，實現(xiàn)有效清洗，清洗機械臂2包括旋轉(zhuǎn)平臺201、可旋轉(zhuǎn)的連接于旋轉(zhuǎn)平臺201上部的下臂體202、可旋轉(zhuǎn)的連接于下臂體202上端的上臂體203、設于上臂體203前端的可拆卸的清洗毛刷204和清洗液噴射器205，旋轉(zhuǎn)平臺201、下臂體202、上臂體203、清洗毛刷204和清洗液噴射器205均電連接到控制模塊106，控制模塊106設有無線通訊模組。通過多個旋轉(zhuǎn)自由度實現(xiàn)對絕緣子5清洗時的控制，操控方便，能夠?qū)崿F(xiàn)有效清洗。

為了實現(xiàn)更好的清洗效果，清洗毛刷204為電動旋轉(zhuǎn)棒式毛刷，連接于上臂體203前端，清洗液噴射器205設于上臂體203前端的上部。電動旋轉(zhuǎn)棒式毛刷控制更簡單，清洗效果好，把清洗液噴射器205設于上臂體203前端的上部，便于清洗液噴射到清洗的有效部位，清洗效果更好。

為了實現(xiàn)對圖像的識別，圖像分析處理器設有對接收到的圖像進行灰度化、二值化、圖像去噪、特征提取功能。圖像分析處理器對圖像進行灰度化、二值化、圖像去噪、邊緣特征提取等處理，通過邊緣提取的方法可以獲得圖像處理后物體的輪廓，可以用來診斷輸電導線是否存在導線斷股等故障，便于上位機系統(tǒng)識別出輸電導線斷股、絕緣子5積灰等故障，并將識別到的故障及時通知給工作人員。

在機器人作業(yè)工作時，首先啟動機器人，將機器人放置到電桿4邊，此時上下蝸輪蝸桿驅(qū)動電機105同時轉(zhuǎn)動帶動凸輪機構轉(zhuǎn)動，機器人的上抱桿臂102和下抱桿臂108同時張開，為爬上電桿4做準備；當抱桿臂完全環(huán)繞電桿4后，上下蝸輪蝸桿驅(qū)動電機105再次同時轉(zhuǎn)動，使得上抱桿臂102和下抱桿臂108在彈簧的作用下抱緊電桿4，當上抱桿臂102和下抱桿臂108上的壓力傳感器返回壓緊信號，則證明機器人已經(jīng)完全抱緊電桿4，可以開始向上爬行；當機器人向上爬行時，上蝸輪蝸桿驅(qū)動電機105首先轉(zhuǎn)動一定角度，上抱桿臂102完全張開并且不再與電桿4接觸，當控制模塊106檢測到上抱桿臂102完全張開后，下部的雙凸輪104將旋轉(zhuǎn)一定角度，曲柄連桿機構103在下部雙凸輪104的帶動下推動機器人本體沿兩側(cè)的升降導向桿101向上運動，當傳感器檢測到曲柄連桿機構103到達指定位置后，上部的雙凸輪104將再次旋轉(zhuǎn)一定角度使得上抱桿臂102抱死電桿4，完成爬桿機器人本體1上半部分的上升；當機器人控制模塊106檢測到上抱桿臂102完全抱緊電桿4后，下部雙凸輪104在下蝸輪蝸桿驅(qū)動電機105的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動一定角度，使得下抱桿臂108張開并不再與電桿4接觸，當控制模塊106檢測到下抱桿臂108不與電桿4接觸后，下部的雙凸輪104將繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)過一定角度帶動曲柄連桿機構103運動，曲柄連桿機構103的運動將帶動機器人本體下半部分向上移動，當機器人本體下半部分上升到指定位置后，下抱桿臂108將在彈簧的作用下抱緊電線桿，當壓力傳感器再次檢測到上抱桿臂102和下抱桿臂108都抱緊電線桿時，機器人本體已完成一次上升運動，行程約為曲柄連桿曲柄長度的兩倍，在此過程中，上下凸輪機構的雙凸輪104在機器人控制模塊106的控制下通過傳感器傳感和各自的蝸輪蝸桿減速電機驅(qū)動以1/2周期交替實現(xiàn)對電桿4的抱緊和張開；機器人通過以上不斷重復的過程最終攀爬至電桿4頂部，當控制模塊106檢測到機器人已達到最佳作業(yè)位置時，檢測云臺3的高清攝像頭啟動，采集絕緣子5實時圖像并通過無線通訊模組將采集到的圖像信息發(fā)送給地面上位機控制系統(tǒng)，地面上位機控制系統(tǒng)對接收到的絕緣子5的照片進一步處理，并判斷絕緣子5是否有污穢、裂紋、破損、腐蝕等異常狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)絕緣子5存在污垢，地面控制人員將通過地面上位機控制系統(tǒng)界面遙控絕緣子5清洗機械臂2對絕緣子5進行清洗；完成絕緣子5清洗工作后，清洗機械臂2將收縮至最小狀態(tài)，當?shù)孛婵刂迫藛T發(fā)出下桿指令后，機器人本體在凸輪機構和曲柄連桿機構103的作用下逐漸下降到指定位置，最終由地面控制人員回收。

爬桿機器人方便的實現(xiàn)了電桿4的攀爬，通過檢測云臺3可以方便的實現(xiàn)對絕緣子5的攝像，再把照片傳輸給機器人地面上位機進行故障分析，通過機器人地面上位機實現(xiàn)對機器人的姿態(tài)調(diào)整，控制清洗機械臂2實現(xiàn)對絕緣子5的清洗，杜絕了人工攀爬和普通人工機械清掃、水沖洗和氣沖洗時存在的安全隱患，提升了輸電線路維護的方便性和維護效率，降低了勞動強度。

以上圖1-3所示的一種具有輸電線路絕緣子清掃功能的爬桿機器人是本實用新型的具體實施例，已經(jīng)體現(xiàn)出本實用新型實質(zhì)性特點和進步，可根據(jù)實際的使用需要，在本實用新型的啟示下，對其進行形狀、結(jié)構等方面的等同修改，均在本方案的保護范圍之列。