高壓線除冰巡檢機器人的製作方法

2023-05-16 23:04:01

專利名稱：高壓線除冰巡檢機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及高壓線領域，提出了一種能同時在高壓線上除冰、巡檢和自行越障 的高壓線除冰巡檢機器人。
背景技術：
我國南方部分省市地區冬末春初之際經常遭受低溫、雨雪、冰凍災害，當氣溫 在零度左右時，電網結構上所覆蓋的積雪經融化和二次凍冰過程，使得高壓線上所附冰 柱更加堅固，另輸電線路遭遇重大破壞，造成大規模經濟損失。而在救災搶險的過程 中，電線除冰作業大都是人工進行，不僅增加了人員傷亡的危險，更限制了救災工作的 效率。為此我們綜合巡線機器人和除冰方法方面的研究成果，設計了具有自動巡線並除 去電線結冰的機器人。考慮到電線的常用假設形式為塔橋懸掛式，該機器人主要用於此類電線的除冰 或巡檢工作，它能夠利用隨動機構穿越普通懸垂金具和塔橋懸線等障礙物，避免了工作 人員頻繁上線操作。目前除冰機器人的開發仍處於起步階段，而具有越障、夾緊等其他功能的機器 人更是少之又少。而我們設計的除冰機器人結構簡單緊湊，既可以巡線越障又可以夾緊 除冰；控制部分簡單可靠。在冰雪災害的救援中，可以代替人從事高危環境下作業，能 夠有效減少和避免二次傷亡，提高救災搶險的效率。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於高壓線除冰和巡檢並能自動越障的機器人。它可 以代替人工作業，解決人工除冰和巡檢危險性大、難度大、勞動強度高等問題。並且本 發明的除冰效率更高，效果更好。攝像頭可配備遠程遙控模塊，方便工作人員遠距離隨 時監測除冰效果和電線故障。本發明提供的技術方案是，一種高壓線除冰巡檢機器人，包括除冰刀機構、行 走機構、隨動越障機構、對稱定心機構、和安裝在機身頂部的巡檢攝像頭，所述除冰刀 機構由偏心曲柄滑塊機構帶動；所述行走機構由摩擦輪和夾持裝置組成，摩擦輪靠鏈輪 傳遞動力；所述隨動越障機構由不與摩擦輪固聯的扇輪組成，起懸吊機身的作用，越障 時隨障礙物向後轉動，使障礙物從機身穿過；所述對稱定心機構由對稱的連杆滑塊構 成。除冰刀機構由偏心曲柄滑塊機構帶動，將周期迴轉運動變為30°的往復擺動， 刀具位於擺杆的滑塊和支撐點之間，為力放大機構，為除冰提供衝擊力。除冰刀機構由偏心曲柄滑塊機構帶動，電機軸驅動的一對嚙合齒輪和滑塊4固 接，曲柄滑塊機構的滑槽設在除冰刀6的除冰臂7上。行走機構由水平的摩擦輪和夾持裝置組成，利用四個彈簧將兩對摩擦輪壓在電 線上，利用彈簧伸縮性適應一定範圍內電線直徑的變化。
行走機構的摩擦輪用鏈條帶動，利用滾壓式送料機構的原理，由電線給摩擦輪 的反作用力推動機器人行走；摩擦輪為內空膛雙曲迴轉體，外套膠皮。隨動越障機構由不與摩擦輪固聯的扇輪組成，可隨意轉動，每對扇輪在任意轉 角均有至少兩個輪輻在電線上方。四個摩擦輪的輪軸在機身下部由對稱的連杆滑塊定心，以保證其空間對稱結 構，連杆和滑塊的活動範圍由摩擦輪和扇輪的張開度決定。摩擦輪和扇輪張開最大時， 機體能自由上線或離線；張開最小時，摩擦輪能夾緊最小線徑，可認為縫隙為零。


圖1為本發明的結構示意圖2為本發明的俯視圖3為除冰刀機構的結構示意圖4為除冰刀形狀示意圖5為行走越障單元結構示意圖6為扇輪結構示意圖7為連杆滑塊定心機構的結構示意圖8為摩擦輪行走原理圖9為夾持裝置原理圖10為隨動越障機構工作原理圖11為連杆滑塊定心機構的工作原理圖
圖12為傳動部分原理圖。
具體實施例方式為實現本發明的目的，需完成以下功能和運動(1)將機身懸掛於電線上的機 構，要求穩定可靠，多點定位；(2)機體重心保證在電線正下方，通過定心對稱機構保 證機身關於電線對稱；(3)除冰刀的往復切割運動，要求運動連續平穩，速度快，咬合 時有一定的加速度；(4)機器人的向前行走運動，隨除冰的進行機身不斷前進，除去下 一段冰，速度平穩；(5)能夠順利翻越或穿越障礙高壓線上的障礙物，包括平衡錘，懸 垂金具等。上述除冰刀6由一偏心曲柄滑塊機構帶動，如圖3，通過偏心滑塊將周期迴轉運 動變為一定角度的往復擺動，擺動角度既能除去一定直徑的冰，又不與兩側壁幹涉，不 浪費行程。除冰刀6位於擺杆的滑塊5和支撐點8之間，為力放大機構，除冰瞬間提供 較大的衝擊力。電機軸驅動的一對嚙合齒輪3和滑塊4固接，曲柄滑塊機構的滑槽4設 在除冰臂7上。除冰刀形狀如圖4，可以使被切的冰柱四點受力，易於切碎結冰，又不傷 害電線。上述行走機構由水平的摩擦輪13和夾持裝置組成，利用四個彈簧將兩對摩擦輪 13壓在電線上，利用彈簧伸縮性適應一定範圍內電線直徑的變化。傳動部分用鏈條帶動 摩擦輪16轉動，利用滾壓式送料機構的原理，由電線給摩擦輪的反作用力推動機器人行 走，行進原理如圖8、圖9。為了減輕重量，將摩擦輪13設計成內空膛結構；為增加抓線能力，輪緣設計成雙曲迴轉面，外套膠皮以增加摩擦力，輪緣兩側設計有凸緣，防止 膠皮脫落。由於夾緊軸17尺寸較小，不宜加工鍵槽，因此摩擦輪13與夾緊軸17採用過 盈配合連接。上述隨動越障機構由不與摩擦輪13固聯的扇輪10、11、12組成，如圖6，可隨 意轉動，每對扇輪在任意轉角是均有至少兩個輪輻11、12在電線上方。沒有障礙物時， 扇輪將機身懸吊於電線上；遇到障礙物時，扇輪隨障礙物向後轉動，使障礙物從扇輪間 隙中隨其向後移動，工作原理如圖10。每對行走機構和隨動越障機構安裝在一個半封閉 箱體9中，便於在彈簧力的作用下同時隨線徑變化而移動。上述四個摩擦輪的輪軸17在機身下部由對稱的連杆滑塊定心，如圖7，以保證 其空間對稱結構，連杆18和滑塊20的活動範圍由摩擦輪1和扇輪的張開度決定。摩擦 輪和扇輪張開最大時，機體能自由上線或離線；張開最小時，摩擦輪能夾緊最小線徑， 可認為縫隙為零，如圖11。本發明的傳動部分由單個直流電機帶動。由於除冰周期與摩擦輪行走周期不一 致，故採用二級齒輪減速，由於運動傳至摩擦輪軸處距離較遠，與大齒輪24同軸固連的 鏈輪25通過鏈條與後摩擦輪同軸固連的鏈輪26組成鏈傳動並滿足一定的傳動比，此處為 鏈輪的三級減速。最後，前摩擦輪和後摩擦輪通過齒數相等的鏈輪27和28同步驅動。 傳動系統原理如圖12(虛線代表鏈條)。參照附圖，本發明包括以下幾部分由除冰刀6、除冰臂7、刀架主銷8、除冰 刀齒輪3組成的除冰刀機構；由摩擦輪13、彈簧、夾緊軸17、鏈輪16組成的行走機構； 由扇輪輪轂10、扇輪軸11、滑套12、夾緊軸17、扇輪軸承組成的隨動越障機構；由導軌 14、滑塊15、半封閉箱體9、拉杆18組成的連杆滑塊定心機構；由機身側壁2、機身底 板19、橫梁等組成的支撐結構；照明燈、攝像頭等附屬設備。其中除冰刀齒輪3與電機 軸的軸伸齒輪22嚙合，除冰刀齒輪上有滑槽4，與除冰臂固接的滑塊5設在滑槽4內，除 冰臂7與除冰刀6固接。行走機構的摩擦輪13與夾緊軸17過盈配合，夾緊軸17與傳動 機構的鏈輪16聯接；夾緊軸17上部通過軸承與扇輪輪轂10聯接，扇輪輪轂10上的扇輪 軸11裝有滑套12;每個行走越障單元10、11、12、13、17安裝在一個箱體9內，機身 側板由四個導軌14相連，行走越障單元的箱體9裝在與導軌14配合的滑塊15上，由導 軌兩側安裝的彈簧推動每對摩擦輪13的夾緊。連杆滑塊定心機構的導軌21與機身底板 19固接，導軌上的滑塊20與四個拉杆18鉸接，拉杆18末端與夾緊軸17底端鉸接。本發明的工作過程如下初始狀態每對摩擦輪13間的縫隙為零，上線時手動搬 動每對摩擦輪13或利用該發明配備的螺旋開啟機構作用於機身底板19上的滑塊20上， 直至摩擦輪13張開最大，連杆定心機構位於死點時，摩擦輪13處於不穩定平衡狀態。此 時使電線從上部裝入機體，稍撥動機身底板19上的滑塊20則摩擦輪13自行閉合。運動 時電機1通過齒輪減速帶動除冰刀齒輪3周期轉動，從而實現除冰刀6的往復擺動。與 除冰刀齒輪3同軸的小齒輪通過二級齒輪減速和三級鏈輪減速將動力傳遞給單側的夾緊 軸17，從而帶動摩擦輪13前進。機器人行走除冰時，扇輪10、11、12將機身懸吊於電 線上；越障時，障礙物從扇輪間隙穿過，使扇輪隨障礙物相對於機身向後轉動。本發明的上述運動過程可通過PLC、單片機等多種方式進行簡單控制。
權利要求
1.一種高壓線除冰巡檢機器人，包括除冰刀機構、行走機構、隨動越障機構、對稱 定心機構、和安裝在機身頂部的巡檢攝像頭，其特徵在於所述除冰刀機構由偏心曲柄 滑塊機構帶動，電機軸驅動的一對嚙合齒輪和滑塊(4)固接，曲柄滑塊機構的滑槽設在 除冰刀(6)的除冰臂(7)上，除冰刀(6)位於擺杆的滑塊和支撐點之間；所述行走機構由 摩擦輪和夾持裝置組成，摩擦輪靠鏈輪傳遞動力；所述隨動越障機構由不與摩擦輪固聯 的扇輪組成，起懸吊機身的作用，越障時隨障礙物向後轉動，使障礙物從機身穿過；所 述對稱定心機構由對稱的連杆滑塊構成。
2.如權利要求1所述的高壓線除冰巡檢機器人，其特徵在於除冰刀機構由偏心曲 柄滑塊機構帶動，將周期迴轉運動變為30°的往復擺動。
3.如權利要求1所述的高壓線除冰巡檢機器人，其特徵在於行走機構由水平的摩 擦輪和夾持裝置組成，利用四個彈簧將兩對摩擦輪壓在電線上，利用彈簧伸縮性適應一 定範圍內電線直徑的變化。
4.如權利要求1所述的高壓線除冰巡檢機器人，其特徵在於行走機構的摩擦輪用 鏈條帶動，利用滾壓式送料機構的原理，由電線給摩擦輪的反作用力推動機器人行走； 摩擦輪為內空膛雙曲迴轉體，外套膠皮。
5.如權利要求1所述的高壓線除冰巡檢機器人，其特徵在於隨動越障機構由不與 摩擦輪固聯的扇輪組成，可隨意轉動，每對扇輪在任意轉角是均有至少兩個輪輻在電線 上方。
6.如權利要求1所述的高壓線除冰巡檢機器人，其特徵在於四個摩擦輪的輪軸在 機身下部由對稱的連杆滑塊定心，以保證其空間對稱結構，連杆和滑塊的活動範圍由摩 擦輪和扇輪的張開度決定。摩擦輪和扇輪張開最大時，機體能自由上線或離線；張開最 小時，摩擦輪能夾緊最小線徑，可認為縫隙為零。
全文摘要
本發明涉及一種在高壓線上除冰和巡檢並能穿越障礙物的機器人，包括除冰刀機構、行走機構、隨動越障機構、對稱定心機構、和安裝在機身頂部的巡檢攝像頭；除冰刀由偏心曲柄滑塊機構帶動，通過電機軸齒輪驅動；行走機構由摩擦輪和夾持裝置組成，摩擦輪靠鏈輪傳遞動力；隨動越障機構由不與摩擦輪固聯的扇輪組成，起懸吊機身的作用，越障時隨障礙物向後轉動，使懸垂金具等障礙物從機身穿過。本發明由一個電機驅動，可自行完成高壓線除冰及巡檢工作，避免了人工高空危險事故的發生，提高了救災搶險的效率。
文檔編號H02G1/02GK102013653SQ201010526848
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月1日 優先權日2010年11月1日
發明者馮宇, 周亮, 莊江, 李瑩, 王棟, 陳川 申請人:哈爾濱工業大學