本發(fā)明涉及高壓輸電線路巡檢機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種四分裂高壓直流輸電線磁力驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人。

背景技術(shù)：

架空高壓輸電線路巡檢機(jī)器人已成為國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前國內(nèi)外研究的巡檢機(jī)器人多采用輪臂復(fù)合結(jié)構(gòu)，依靠輪臂結(jié)構(gòu)行走的巡檢機(jī)器人利用行走輪與高壓線間的摩擦力作為驅(qū)動(dòng)力，存在打滑、速度慢、輸電導(dǎo)線與行走輪磨損嚴(yán)重等問題，機(jī)器人巡檢效率低，能耗大，抗風(fēng)載能力弱。專利cn106026781a公開了一種用于高壓線路巡檢機(jī)器人的雙線圈磁力驅(qū)動(dòng)裝置，該方案利用機(jī)器人磁力驅(qū)動(dòng)臂內(nèi)置載流線圈在高壓直流導(dǎo)線周圍分布的磁場(chǎng)中受到的安培力來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的牽引移動(dòng)。這種磁力驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人方案不僅可以極大地提高機(jī)器人的巡檢效率，有效消除打滑問題，而且結(jié)構(gòu)簡單、有效減輕機(jī)器人重量，但是該方案只能適用于單根高壓導(dǎo)線巡檢，并且在碰到間隔棒等障礙物時(shí)難以越障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有越障功能的磁力驅(qū)動(dòng)的巡檢機(jī)器人，在現(xiàn)有磁力驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人的基礎(chǔ)上進(jìn)行了機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過對(duì)三個(gè)原動(dòng)件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)磁力動(dòng)手臂的開合、移動(dòng)，機(jī)器人的越障功能。本發(fā)明另一目的在于對(duì)四分裂磁力驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只進(jìn)行單檔巡檢，巡檢時(shí)安全穩(wěn)定，本次發(fā)明的機(jī)器人主要針對(duì)多分裂高壓輸電導(dǎo)線典型障礙物間隔棒進(jìn)行越障設(shè)計(jì)，通過理論分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、軟件仿真驗(yàn)證了磁力驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人機(jī)構(gòu)的可行性。

本發(fā)明的上述問題主要是通過以下技術(shù)方案得以解決：

一種四分裂高壓直流輸電線磁力驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人，包括機(jī)架和四個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂，其特征在于：所述機(jī)架由矩形的前機(jī)架和后機(jī)架組成，前機(jī)架由上機(jī)架和下機(jī)架可拆卸的相連組和而成，前機(jī)架四個(gè)角上分別設(shè)有向外延伸的導(dǎo)軌支架，前機(jī)架對(duì)角線上的兩個(gè)導(dǎo)軌支架上分別設(shè)有一個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂，后機(jī)架和所述前機(jī)架結(jié)構(gòu)一樣，所述前機(jī)架和后機(jī)架通過絲桿螺母機(jī)構(gòu)相連，通過絲桿螺母機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)前機(jī)架和后機(jī)架之間的相對(duì)距離，前機(jī)架對(duì)角線上的兩個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂和后機(jī)架的對(duì)角線上兩個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂相互交錯(cuò)設(shè)置，每個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂通過均滑移機(jī)構(gòu)安裝導(dǎo)軌支架上，所述磁力驅(qū)動(dòng)臂均為單側(cè)開合的磁力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其開合側(cè)朝機(jī)架內(nèi)設(shè)置，磁力驅(qū)動(dòng)臂可在滑移機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下靠近或遠(yuǎn)離高壓導(dǎo)線。

作為改進(jìn)，所述滑移機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌板、直齒條和固定安裝在導(dǎo)軌支架上的導(dǎo)軌，所述磁力驅(qū)動(dòng)臂與導(dǎo)軌板固定相連，導(dǎo)軌板與導(dǎo)軌配合安裝，所述直齒條固定安裝在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌板上設(shè)有與直齒條相嚙合的主齒輪和驅(qū)動(dòng)主齒輪的第一伺服電機(jī)。

作為改進(jìn)，所述導(dǎo)軌兩端分別設(shè)有限制磁力驅(qū)動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)極限的限位塊。

作為改進(jìn)，所述前機(jī)架和后機(jī)架均由上機(jī)架和下機(jī)架均通過螺釘可拆卸的相連。

作為改進(jìn)，所述磁力驅(qū)動(dòng)臂由磁力驅(qū)動(dòng)線圈、上機(jī)臂和下機(jī)臂組成，所述磁力驅(qū)動(dòng)線圈分成兩半，分別位于上機(jī)臂和下機(jī)臂內(nèi)，上機(jī)臂和下機(jī)臂通過固定軸鉸接相連，所述上機(jī)臂和下機(jī)臂通過開合機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)開合。

作為改進(jìn)，所述開合機(jī)構(gòu)包括固定板和安裝在固定板上的兩個(gè)開合電機(jī)，所述固定板固定連接在固定軸上，上機(jī)臂和下機(jī)臂分別設(shè)有一個(gè)與之固定相連的開合齒輪，兩個(gè)開合電機(jī)的輸出軸上分別設(shè)有與兩個(gè)開合齒輪嚙合傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)齒輪，兩個(gè)開合電機(jī)均與固定軸同軸心設(shè)置。

作為改進(jìn)，所述上機(jī)臂和下機(jī)臂上的固定軸均為兩段，分別位于上機(jī)臂或下機(jī)臂的兩端，上機(jī)臂和下機(jī)臂的中部與固定板相對(duì)處設(shè)有一對(duì)稱的凹槽，兩個(gè)開合齒輪分別設(shè)于相應(yīng)的上機(jī)臂和下機(jī)臂凹槽處，兩個(gè)開合電機(jī)相背的設(shè)置在固定板中部，所述開合電機(jī)分別通過驅(qū)動(dòng)齒輪與相應(yīng)的開合齒輪嚙合傳動(dòng)。

作為改進(jìn)，所述磁力驅(qū)動(dòng)臂內(nèi)設(shè)有多組導(dǎo)向輪，每組導(dǎo)向輪有兩個(gè)，分別安裝在上機(jī)臂和下機(jī)臂上。

作為改進(jìn)，所述導(dǎo)向輪為柔性導(dǎo)向輪，所述柔性導(dǎo)向輪包括行走輪、內(nèi)輪架和外輪架，所述外輪架固定在磁力驅(qū)動(dòng)臂的上機(jī)臂或下機(jī)臂上，外輪架為中空形圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)輪架安裝在外輪架內(nèi)形成滑動(dòng)副，內(nèi)輪架頂部與外輪架內(nèi)頂部之間設(shè)有彈簧，所述行走輪安裝內(nèi)輪架底部。

作為改進(jìn)，所述磁力驅(qū)動(dòng)臂內(nèi)的柔性導(dǎo)向輪有2-5組，多組柔性導(dǎo)向輪均勻分布在磁力驅(qū)動(dòng)臂內(nèi)。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：基于磁力驅(qū)動(dòng)高壓直流巡檢機(jī)器人原理，針對(duì)四分裂導(dǎo)線設(shè)計(jì)，上線閉合后只有一個(gè)自由度，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，越障步驟少，跨越障礙時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，安全性高，可以跨越間隔棒。利用磁力驅(qū)動(dòng)，有效解決目前國內(nèi)外的輪臂式巡檢機(jī)器人存在的打滑問題，巡檢效率有效提高；磁力驅(qū)動(dòng)臂內(nèi)置柔性支撐輪，有效應(yīng)對(duì)多分裂在高壓線弧垂程度不同的情況。以磁力驅(qū)動(dòng)為原理提供了一種巡檢和越障的巡檢機(jī)器人并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，為磁力驅(qū)動(dòng)高壓輸電線的巡檢機(jī)器人提供了一種新的方案和思路。

附圖說明

圖1是本發(fā)明三維機(jī)構(gòu)示意圖。

圖2是滑移機(jī)構(gòu)和磁力驅(qū)動(dòng)臂局部視圖。

圖3是磁力驅(qū)動(dòng)臂背部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是打開狀態(tài)磁力驅(qū)動(dòng)臂前面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是絲桿螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明上線巡檢示意圖。

1-機(jī)架，2-磁力驅(qū)動(dòng)臂，3-導(dǎo)軌支架，4-滑移機(jī)構(gòu)，5-螺釘，6-絲桿螺母機(jī)構(gòu)，7-前機(jī)架，8-后機(jī)架，9-上機(jī)架，10-下機(jī)架，201-上機(jī)臂，202-下機(jī)臂，203-固定板，204-開合電機(jī)，205-固定軸，206-開合齒輪，207-驅(qū)動(dòng)齒輪，208-導(dǎo)向輪，209-行走輪，210-內(nèi)輪架，211-外輪架，212-彈簧，401-導(dǎo)軌板，402-直齒條，403-導(dǎo)軌，404-v型槽滑輪，405-主齒輪，406-第一伺服電機(jī)，601-絲桿，602-導(dǎo)桿，603-滑塊，604-固定塊，605-第二伺服電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述說明。

實(shí)施例：

如圖1至圖6所示，一種四分裂高壓直流輸電線磁力驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人，包括機(jī)架1和四個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂2，所述機(jī)架1由矩形的前機(jī)架7和后機(jī)架8組成，前機(jī)架7由上機(jī)架9和下機(jī)架10通過螺釘5可拆卸的相連組和而成，前機(jī)架7四個(gè)角上分別設(shè)有向外延伸的導(dǎo)軌支架3，前機(jī)架7對(duì)角線上的兩個(gè)導(dǎo)軌支架3上分別設(shè)有一個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂2，后機(jī)架8和所述前機(jī)架7結(jié)構(gòu)一樣，所述前機(jī)架7和后機(jī)上下通過兩個(gè)絲桿螺母機(jī)構(gòu)6相連，通過絲桿螺母機(jī)構(gòu)6可以調(diào)節(jié)前機(jī)架7和后機(jī)架8之間的相對(duì)距離，前機(jī)架7對(duì)角線上的兩個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂2和后機(jī)架8對(duì)角線上的兩個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂2相互交錯(cuò)設(shè)置，滿足越障的第一步，每個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂2通過均滑移機(jī)構(gòu)4安裝導(dǎo)軌支架3上，所述磁力驅(qū)動(dòng)臂2均為單側(cè)開合的磁力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，磁力驅(qū)動(dòng)臂2的開合側(cè)朝機(jī)架1內(nèi)設(shè)置，所述磁力驅(qū)動(dòng)臂2可在滑移機(jī)構(gòu)4的驅(qū)動(dòng)下靠近或遠(yuǎn)離高壓導(dǎo)線。

如圖2所示，所述滑移機(jī)構(gòu)4包括導(dǎo)軌板401、直齒條402和固定安裝在導(dǎo)軌支架3上的導(dǎo)軌403，所述磁力驅(qū)動(dòng)臂2與導(dǎo)軌板401固定相連，導(dǎo)軌板401與導(dǎo)軌403配合安裝，所述導(dǎo)軌403有兩個(gè)，兩個(gè)導(dǎo)軌403平行的固定安裝在導(dǎo)軌支架3，每個(gè)導(dǎo)軌403內(nèi)側(cè)安裝有直齒條402，導(dǎo)軌403靠外側(cè)截面為三角形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌板401上設(shè)有上下兩排v型槽滑輪404，通過兩排v型槽滑輪404卡在兩個(gè)導(dǎo)軌403靠外側(cè)將導(dǎo)軌板401和導(dǎo)軌403組成穩(wěn)定的移動(dòng)副，導(dǎo)軌板401上設(shè)有與直齒條402相嚙合的主齒輪405和驅(qū)動(dòng)主齒輪405的第一伺服電機(jī)406，所述導(dǎo)軌403兩端分別設(shè)有限制磁力驅(qū)動(dòng)臂2運(yùn)動(dòng)極限的限位塊。

如圖3和圖4所示，所述磁力驅(qū)動(dòng)臂2由磁力驅(qū)動(dòng)線圈、上機(jī)臂201和下機(jī)臂202組成，上機(jī)臂201和下機(jī)臂202為兩個(gè)能開合的空腔，磁力驅(qū)動(dòng)臂2表面加工散熱槽，所述磁力驅(qū)動(dòng)線圈分成兩半，分別位于上機(jī)臂201和下機(jī)臂202的空腔內(nèi)，上機(jī)臂201和下機(jī)臂202通過固定軸205鉸接相連，所述上機(jī)臂201和下機(jī)臂202通過開合機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)開合。所述開合機(jī)構(gòu)包括固定板203和安裝在固定板203上的兩個(gè)開合電機(jī)204，所述固定板203固定連接在固定軸205上，所述固定軸205分為兩段，分別位于上機(jī)臂201或下機(jī)臂202的兩端，上機(jī)臂201和下機(jī)臂202的中部與固定板203相對(duì)處設(shè)有一對(duì)稱的凹槽，上機(jī)臂201和下機(jī)臂202分別設(shè)有一個(gè)與之固定相連的開合齒輪206，兩個(gè)開合齒輪206分別設(shè)于相應(yīng)的上機(jī)臂201和下機(jī)臂202凹槽處，兩個(gè)開合電機(jī)204相背的設(shè)置在固定板203中部，所述開合電機(jī)204分別通過驅(qū)動(dòng)齒輪207與相應(yīng)的開合齒輪206嚙合傳動(dòng)，兩個(gè)開合電機(jī)204均與固定軸205同軸心設(shè)置，上機(jī)臂201和下機(jī)臂202開合角度變化范圍0～90°。

所述磁力驅(qū)動(dòng)臂2內(nèi)設(shè)有多組導(dǎo)向輪，每組導(dǎo)向輪208有兩個(gè)，分別安裝在上機(jī)臂201和下機(jī)臂202上。所述導(dǎo)向輪208為柔性導(dǎo)向輪208，所述柔性導(dǎo)向輪208包括行走輪209、內(nèi)輪架210和外輪架211，所述外輪架211固定在磁力驅(qū)動(dòng)臂2的上機(jī)臂201或下機(jī)臂202上，外輪架211為中空形圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)輪架210安裝在外輪架211內(nèi)形成滑動(dòng)副，內(nèi)輪架210頂部與外輪架211內(nèi)頂部之間設(shè)有彈簧212，所述行走輪209安裝內(nèi)輪架210底部。所述磁力驅(qū)動(dòng)臂2內(nèi)的柔性導(dǎo)向輪208有2-5組，多組柔性導(dǎo)向輪208均勻分布在磁力驅(qū)動(dòng)臂2內(nèi)。設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)向輪208結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)多分裂導(dǎo)線由于弧垂現(xiàn)象等導(dǎo)致的導(dǎo)線間距不同的情況。

本實(shí)施的前機(jī)架7和后機(jī)架8結(jié)構(gòu)完全一樣，可以相互對(duì)換使用，前機(jī)架7或后機(jī)架8上均設(shè)有四個(gè)導(dǎo)軌支架3，在前機(jī)架7或后機(jī)架8上任意選擇一個(gè)對(duì)角線上的導(dǎo)軌支架3安裝兩個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂2即可，只需要保證前機(jī)架7和后機(jī)架8上的兩個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂2剛好交錯(cuò)設(shè)置即可，交錯(cuò)設(shè)置保證機(jī)架1四個(gè)角上均有磁力驅(qū)動(dòng)臂2，剛好滿足現(xiàn)有技術(shù)中常見的四導(dǎo)線高壓輸電線的巡檢需求。

所述絲桿螺母機(jī)構(gòu)6包括絲桿601、兩根導(dǎo)桿602、滑塊603、固定塊604和第二伺服電機(jī)605，一個(gè)絲桿螺母機(jī)構(gòu)6的固定塊604安裝后機(jī)架8頂部，絲桿601一端通過軸承安裝在該固定塊604上，第二伺服電機(jī)605安裝在固定塊604上，第二伺服電機(jī)605的輸出軸與絲桿601軸連接，兩根導(dǎo)桿602分別固定安裝在該絲桿601兩側(cè)的固定塊604上，絲桿601另一端通過軸承安裝在滑塊603上，滑塊603上還設(shè)有供兩個(gè)導(dǎo)桿602間隙配合穿過的導(dǎo)向孔，滑塊603與兩根導(dǎo)桿602形成自由滑動(dòng)副，上述滑塊603固定安裝前機(jī)架7頂部；另一個(gè)絲桿螺母機(jī)構(gòu)6的固定塊604對(duì)稱的安裝在前機(jī)架7的底部，該絲桿螺母機(jī)構(gòu)6的滑塊603固定安裝在后機(jī)架8的底部；通過兩個(gè)絲桿螺母機(jī)構(gòu)6穩(wěn)定的調(diào)節(jié)后機(jī)架8和后機(jī)架8之間的距離實(shí)現(xiàn)越障功能。

上述絲桿螺母機(jī)構(gòu)6，由第二伺服電機(jī)605直連絲桿601，配合滑塊603實(shí)現(xiàn)。傳動(dòng)可靠、精確、易于控制。省略聯(lián)軸器和減速機(jī)等部件，減輕機(jī)器人的整機(jī)質(zhì)量。絲桿螺母機(jī)構(gòu)6將電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)形式，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。絲杠本身具有自鎖的特性，配合伺服電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)靈敏的剎車等功能。

工作方法：

以前機(jī)架7在前，并最先接觸到間隔棒為例，如圖7所示，工作時(shí)，四分裂高壓直流輸電線磁力驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人由人工輔助上線，完成上線后，上機(jī)架9和下機(jī)架10閉合，利用螺釘5鎖緊。通過磁力驅(qū)動(dòng)臂2驅(qū)動(dòng)開始在高壓導(dǎo)線上巡檢，當(dāng)機(jī)載傳感器檢測(cè)到障礙物間隔棒，控制磁力驅(qū)動(dòng)臂2內(nèi)的磁力驅(qū)動(dòng)線圈電流大小實(shí)現(xiàn)減速，巡檢機(jī)器人停止后，靠近間隔棒的前機(jī)架7上兩個(gè)磁力驅(qū)動(dòng)臂2，在開合機(jī)構(gòu)作用下打開一定角度，通過滑移機(jī)構(gòu)4沿著導(dǎo)軌支架3向外移動(dòng)遠(yuǎn)離高壓導(dǎo)線，使得前機(jī)架7與高壓導(dǎo)線分離，利用絲桿螺母機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)前機(jī)架7向前移動(dòng)，使前機(jī)架7越過間隔棒，完整前機(jī)架7越障，通過滑移機(jī)構(gòu)4驅(qū)動(dòng)前機(jī)架7的磁力驅(qū)動(dòng)臂2返回高壓輸電線并閉合，然后驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人繼續(xù)向前移動(dòng)，當(dāng)后機(jī)架8接觸到間隔棒時(shí)，通過開合機(jī)架1驅(qū)動(dòng)后機(jī)架8上的磁力驅(qū)動(dòng)臂2打開，然后通過滑移機(jī)構(gòu)4驅(qū)動(dòng)沿著導(dǎo)軌支架3遠(yuǎn)離高壓導(dǎo)線，之后通過絲桿螺母機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)后機(jī)架8向前移動(dòng)，使得后機(jī)架8越過障礙，通過滑移機(jī)構(gòu)4驅(qū)動(dòng)后機(jī)架8的磁力驅(qū)動(dòng)臂2返回高壓輸電線并閉合，此時(shí)整個(gè)巡檢機(jī)器人完成跨越間隔棒越障動(dòng)作，巡檢機(jī)器人繼續(xù)巡檢。當(dāng)后機(jī)架8在前時(shí)，越障步驟與上一樣，這里不再贅述。

本發(fā)明基于磁力驅(qū)動(dòng)原理針對(duì)四分裂高壓直流輸電線的并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，原理同樣適用于其他多分裂輸電線路的巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了機(jī)架1，磁力驅(qū)動(dòng)臂2，導(dǎo)軌支架3，滑移機(jī)構(gòu)4，螺釘5，絲桿螺母機(jī)構(gòu)6，前機(jī)架7，后機(jī)架8，上機(jī)架9，下機(jī)架10，上機(jī)臂201，下機(jī)臂202，固定板203，開合電機(jī)204，固定軸205，開合齒輪206，主齒輪405，導(dǎo)向輪208，行走輪209，內(nèi)輪架210，外輪架211，彈簧212，導(dǎo)軌板401，直齒條402，導(dǎo)軌403，v型槽滑輪404，主齒輪405，第一伺服電機(jī)406，絲桿601，導(dǎo)桿602，滑塊603，固定塊604，第二伺服電機(jī)605等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。