伸臂式刹车功能多ccd全角度线路巡检机器人的制作方法

专利名称：伸臂式刹车功能多ccd全角度线路巡检机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种输电线路自动巡检装置，尤其涉及一种伸臂式刹车功能多 CCD全角度线路巡检机器人。
背景技术：
高压输电线路是现代工业社会和人民生活的生命线，其输送电能的长距离特性和 所处的野外复杂环境容易导致导线、金具、线夹和绝缘子串等设备部件损坏。需要人们及时 发现和修复，否则在持续的交变机械载荷、电器闪落、材料老化和自然灾害等因素的综合作 用下将造成较为严重的停电事故和人身生命安全隐患，从而影响国民经济的正常运行，甚 至带来巨大的经济损失。因此，对输电线路上的导线、金具、绝缘子等电气设备元件进行早 期故障和安全隐患监测和修复，将事故隐患消除在萌芽状态，对确保电力线路的安全运行 具有十分重要的意义。 目前，常用的巡线方法有望远镜巡线法、直升机巡线法、人员上线观察法等。这些 方法劳动强度大、巡线费用高、对气候条件要求严格，而且存在巡线"盲区"、安全隐患等缺 陷。 现有技术中，通过机器人巡线，具有近距离全方位观测、检测精度高、不存在巡检
盲区、费用较低，大大节省了劳动力等优点。
现有技术中的巡线机器人至少存在以下缺点 不能越障、不能爬大坡(坡角> 30度)，因而在山区高差较大的杆塔间无法进行地 线巡检；不能自动调焦改变光圈大小、无法实现地线以外的导线、杆塔、金具等巡检对象的 探测。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种具备爬坡、刹车、伸臂和多角度观测、自动调焦等功 能的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人。 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的 本实用新型的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，包括线上行走车体
部分和自动控制部分，所述的线上行走车体包括支撑连接体，所述支撑连接体上设有主动
轮、从动轮，所述主动轮连接有驱动装置，所述主动轮处设有撑紧刹车装置； 所述支撑连接体上设有二自由度转动红外摄像头装置、双轨伸出机构； 所述双轨伸出机构包括固定式垂直短焦镜头伸出机构和可旋转式斜向长焦镜头
伸出机构； 所述固定式垂直短焦镜头和可旋转式斜向长焦镜头分别设有自动调焦机构。 由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型所述的伸臂式刹车功能 多CCD全角度线路巡检机器人，由于主动轮处设有撑紧刹车装置；支撑连接体上设有二自 由度转动红外摄像头装置、双轨伸出机构；双轨伸出机构包括固定式垂直短焦镜头伸出机构和可旋转式斜向长焦镜头伸出机构；固定式垂直短焦镜头和可旋转式斜向长焦镜头分别 设有自动调焦机构。在高压输电线路地线上自动行走时，具备爬坡、刹车、伸臂和多角度观 测、自动调焦等功能，能用于高压架空线路中地线、导线、杆塔及金具等进行可视化探伤。

图1为本实用新型伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人的线上行走检测 部分主视结构示意图； 图2为本实用新型伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人的线上行走检测 部分左视结构示意图； 图3为本实用新型伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人的线上行走检测 部分俯视结构示意图； 图4为本实用新型中撑紧刹车装置结构示意图； 图5a为本实用新型中二自由度转动红外摄像头装置的结构示意图； 图5b为图5a的俯视图； 图6a本实用新型中固定式垂直短焦镜头伸出机构的结构示意图； 图6b为图6a的俯视图； 图7本实用新型中机器人模块化组合控制方框图； 图8本实用新型中刹车控制、车体行走控制、节点控制方框图； 图9本实用新型中伸臂控制、悬吊CCD双自由度控制方框图； 图IO本实用新型中双路CCD自动调焦控制方框图。
具体实施方式本实用新型的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其较佳的具体实施 方式如图l至图6b所示 包括线上行走车体部分和自动控制部分，所述的线上行走车体包括支撑连接体， 所述支撑连接体上设有主动轮、从动轮，所述主动轮连接有驱动装置，所述主动轮处设有撑 紧刹车装置； 所述支撑连接体上设有二自由度转动红外摄像头装置、双轨伸出机构； 所述双轨伸出机构包括固定式垂直短焦镜头伸出机构和可旋转式斜向长焦镜头
伸出机构； 所述固定式垂直短焦镜头和可旋转式斜向长焦镜头分别设有自动调焦机构。
所述的撑紧刹车装置包括 设于线性滑轨上的滑块，所述滑块通过螺杆、螺母机构驱动沿所述线性滑轨滑 动； 所述滑块上装有顶杆，所述顶杆的一端与所述滑块铰接，并与所述滑块之间设有 拉紧弹簧，另一端在所述拉紧弹簧的作用下向上翘起； 所述顶杆的中部固定有滑轮座，所述滑轮座上装有滑轮，所述滑轮位于所述主动 轮的下方，并通过小连杆与所述滑轮座连接； 所述小连杆的中部与所述滑轮座铰接，其一端与所述滑轮座之间设有压紧弹簧，另一端与所述滑轮铰接； 所述主动轮的下方，靠近所述顶杆的向上翘起的一端设有挡块，当所述顶杆由滑
块带动上升时，所述顶杆的向上翘起的一端恰可越过所述挡块；当所述顶杆上升至所述滑
轮顶在地线上时，所述顶杆向上翘起的一端向下旋转并压在所述档块上，形成一个杠杆机
构，使所述滑轮压紧地线，增大所述主动动轮与地线间的压力，实现提高爬坡能力； 当所述顶杆由滑块带动继续上升时，所述滑轮在压力的作用下，使所述小连杆转
动，并使所述滑轮的下端压在所述滑轮座上，实现刹车。 撑紧刹车装置用来实现机器人车体在线上的大坡度(> 30度)行走，并能保证 机器人车体能够停留在斜坡线上对线路进行详细检测。撑紧刹车装置具体可以包括驱动 电机、固定座、螺母螺杆组、微型线性滑轨、顶杆、弹簧轮。安装在固定座上的驱动电机提供 动力，驱动电机输出轴上装有过盈配合的齿轮，通过齿轮传动副、滑动螺旋副，将电机的旋 转运动转换为线性滑轨上滑块的向上直线运动，从而推动滑块及其上的顶杆沿滑轨向上运 动。顶杆上升时，因其角度向上倾斜而避开挡块。当上升到弹簧轮上的滑轮顶在地线上时， 由于向下的压力克服弹簧的拉力，在上升的同时使顶杆向下旋转，因而使顶杆的另一端压 在档块上，形成一个杠杆机构。此时撑紧刹车装置通过可绕自身转动的滑轮压紧地线，增大 了滚动轮与地线间压力，从而提高行走检测机构的爬坡能力。当需要刹车时，驱动电机继续 转动，使顶杆进一步压紧地线，滑轮在压力的作用下克服弹簧的拉力，绕轴转动，使滑轮的 下端压在滑轮座上而无法转动，通过无法转动的滑动轮压紧地线从而使检测仪刹车。 所述双轨伸出机构分别设于所述支撑连接体两侧的线性滑轨上，并通过齿轮、齿 条驱动伸縮，所述齿条固定在所述双轨伸出机构上，所述齿轮通过蜗轮蜗杆驱动，所述双轨 伸出机构的段部设有镜头固定架。 所述可旋转式斜向长焦镜头伸出机构在所述镜头固定架下安装有自动旋转结构。 双轨伸出机构是用来实现地线断股或散股导致车体不能通过散股段，因而通过伸 出臂的形式实现散股段处的详细视觉检测。双轨伸出机构由固定式垂直短焦镜头伸出机构 和可旋转式斜向长焦镜头伸出机构构成。固定式垂直短焦镜头垂直于地线方向观察，包括 驱动电机、固定装置、线性滑轨、蜗轮蜗杆传动机构、齿轮齿条传动机构、镜头固定架、镜头 亮度调节装置、镜头焦距调节装置、手动位移调节台。固定装置安装在车体上，驱动电机和 线性滑轨的滑块安装在固定装置上，线性滑轨的轨道上装有齿条，轨道前端安装镜头固定 架，镜头及其调节装置安装在固定架上。为防止轨道完全滑出，在轨道下方安装限位块。在 行走检测机构上塔之前根据地线直径，通过手动位移调节台来调节镜头高度，使观测时地 线居于镜头中央。镜头的亮度及焦距则根据行走机构运动过程中的实际情况，在地面上由 镜头亮度调节装置和镜头焦距调节装置自动调节。当行走机构遇到障碍无法通过，而又需 要观察前方具体情况时，驱动电机转动，通过蜗轮蜗杆传动机构和齿轮齿条传动机构，驱动 轨道及其前端的镜头支撑座向前滑动，完成镜头支撑座的伸出运动。可旋转式斜向长焦镜 头伸出机构与固定式垂直短焦镜头伸出机构类似，不同之处在于在镜头固定架下安装有一 自动旋转结构，使镜头可在水平方向转动，配合自动调焦的长焦镜头，观察距离更远。 所述的自动调焦机构包括 所述固定式垂直短焦镜头和可旋转式斜向长焦镜头的光圈调节环和焦距调节环 分别通过齿轮连接有微步进电机。[0044] CCD自动调焦机构用来实现固定在两侧伸出臂的双路CCD镜头的自动对焦和光圈
大小调整，这就能够保证野外光线的强弱变化时通过控制相应的电机来实现光圈大小的改
变以及观看远近不同对象时的焦距调整。主要包括齿轮传动机构和电机以及电机固定座等
元件。通过电机的小角度转动实现齿轮带动镜头上的光圈调节环和焦距调节环转动，进而
实现光圈和焦距的自动调节。 所述的二自由度转动CCD机构包括 X向旋转驱动电机、X向旋转固定座、X向旋转台、Y向旋转驱动电机、Y向旋转固定 座、Y向旋转台、转动支架； 所述X向旋转固定座安装在所述支撑连接体的前端，所述X向旋转驱动电机和X 向旋转台安装在X向固定座上； 所述转动支架一端能随X向旋转台转动，另一端固定有所述Y向旋转固定座，所述 Y向旋转驱动电机和Y向旋转台安装在所述Y向旋转固定座上； 所述红外摄像头固定所述在Y向旋转台上。 二自由度转动CCD机构用来实现悬吊长焦CCD的远距离探测，包括远处的杆塔、金 具和导线等。主要是通过双自由度旋转实现线路的全方位检测。包括X向旋转驱动电机、X 向旋转固定座、X向旋转台、Y向旋转驱动电机、Y向旋转固定座、Y向旋转台、转动支架。其 中，X向旋转固定座安装在车体前端，X向旋转驱动电机和X向旋转台安装在固定座上，转动 支架一端可绕X向旋转台转动，另一端安装Y向旋转固定座，Y向旋转驱动电机和Y向旋转 台安装在该固定座上，红外摄像头固定在Y向旋转台上。当X向旋转驱动电机转动时，通过 蜗杆-蜗轮传动，使转动支架绕X向旋转，从而带动Y向旋转台及其上连接的红外摄像头一 起转动，观察车体前方、后方塔架及下方导线。当Y向旋转驱动电机转动时，通过蜗杆_蜗 轮传动，驱动Y向旋转台旋转，则可观察地线两侧导线。 所述自动控制部分包括机器人模块化组合控制系统，具体包括以下多个控制模 块 如图7所示，包括刹车控制模块、伸臂控制模块、双路CCD自动调焦控制模块、悬吊 CCD双角度控制模块和车体行走控制模块，其中每个控制模块至少包含1个电机控制，每个 电机均带有光电编码器反馈元件； 所述多个控制模块通过CAN总线连接起来，实现多个电机的闭环反馈控制。 整个控制系统为了实现机器人控制通过模块化设计思路，将多MCU通过CAN总线 连接起来，实现ll个电机的闭环反馈控制。包括刹车控制模块，伸臂控制模块，双路CCD自 动调焦模块，悬吊CCD双角度控制模块和车体行走模块。其中，刹车控制模块包含1个电机 控制，伸臂控制模块包括2个电机控制，双路CCD自动调焦模块包括5个电机控制，悬吊CCD 双角度控制模块包括2个电机控制，行走车体控制模块包括1特电机控制，每个电机均带有 光电编码器反馈元件，每个模块包括1个能够实现CAN总线的高性能MCU。这样，整个系统 通过CAN总线连接起来实现系统通信和交互。 如图8所示，所述刹车控制模块通过所述撑紧刹车装置的驱动电机上的光电编码 器实现电机的位置反馈； 所述车体行走控制模块通过行走电机上的光电编码器实现电机的位置、速度反 馈。[0057] 刹车模块控制一个直流电机，带动滚珠丝杠传递撑紧力，其内部控制结构图如图8 所示，光电编码器实现电机的位置反馈。而车体行走控制模块也是控制一个直流电机，实现 位置、速度反馈。 如图9所示，所述伸臂控制模块控制两个直流电机，通过对两个电机的闭环反馈， 实现对双轨伸出机构的机械臂的伸入伸出的控制； 所述悬吊CCD双角度控制模块控制两个电机，实现所述二自由度转动红外摄像头 装置的X和Y两个方向的转动。 伸臂控制模块控制两个直流电机，这里除了需要电机驱动设计外，还需要MCU具 备较强的处理能力，能够实现两个电机的闭环反馈，从而实现对由齿轮齿条构成的机械臂 的伸入伸出的精确控制。悬吊CCD双角度控制模块由于也是控制两个电机实现X和Y两个 方向的转动，因此内部控制结构和伸臂控制模块相当，但是，需要更为精确的电机轴的角度 控制，从而保证电机能够带动悬吊CCD实现更大范围、更为精确的线路、杆塔、金具的视觉 检测。 如图IO所示，所述双路CCD自动调焦模块控制5个电机，分别为 所述固定式垂直短焦镜头和可旋转式斜向长焦镜头的光圈和焦距调整电机，及所
述可旋转式斜向长焦镜头的支架旋转电机。 双路CCD自动调焦模块包括5个电机，包括两侧的光圈和焦距调整电机分别为 MR1， MR2和ML1， ML2，其中MR1是实现右侧CCD光圈的调整，MR2是用来实现右侧CCD焦距 调整；而ML1是实现左侧CCD光圈调整，ML2是实现左侧CCD焦距调整；MRe是实现左侧CCD 支架旋转，这个电机的旋转保证了左侧伸縮臂能够向前方看的更远，具有更大的物距，从而 为散股情况下车体不能通过散股段而同样能够通过CCD检测到散股的具体情况。这里需要 说明的是，4个光圈和焦距调整电机的角度控制精度必须高，从而保证调整精度。 本实用新型的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，在现有的高压输电 线路地线巡检机器人的基础上增加刹车、伸臂、自动调焦等功能，实现由原来的仅仅对地线 进行表面视觉探测到对地线、导线、杆塔、金具等完整线路的视觉检测，设计了新车体结构 并提出了多电机多MCU的模块化组合控制方法。 本实用新型中，线上行走检测部分包括线上行走车体和安装在线上行走车体内的 电子设备两部分。 线上行走车体采用双轮双臂悬挂，电机同步驱动，增加了刹车装置、双轨伸出机构 及红外摄像头等模块的设计。使机器人行走机构设计紧凑、重量轻、便于携带，爬坡能力强， 遇障伸臂、镜头自动调焦。 如图1所示，所述构成机器人线上行走检测部分的线上行走车体主要包括主动轮 3、从动轮4、支撑连接体5、驱动装置6、撑紧刹车装置7、二自由度转动红外摄像头装置8、双 轨伸出机构9和安装在支撑连接体5上的位置传感器等构成。 主动轮3通过主动轮支撑臂10与支撑连接体5相连，从动轮4通过从动轮支撑臂 11与支撑连接体5相连；主动轮3和从动轮4共线水平设计，使得机器人线上行走检测部 分具有双着力点。主动轮3和从动轮4骑在高压输电线路地线上，主动轮3和从动轮4通 过主动轮支撑臂10和从动轮支撑臂11与机器人线上行走检测部分相连，机器人线上行走 检测部分通过主动轮3、从动轮4悬挂在高压输电线路上。[0069] 如图1、图2所示，驱动机器人线上行走车体在高压输电线路地线上爬行的驱动装 置6包括安装在支撑连接体上的直流电机12、主同步带轮13、从同步带轮14、主动轮传动 轴15、主动轮轴16和同步带17。机器人运动动力源直流电机12位于支撑连接体的一侧， 通过电机法兰18固定在支撑连接体上，直流电机12的输出轴与主动轮传动轴15通过联轴 器19相联，在主同步带轮13、从同步带轮14上缠有同步带17，直流电机输出的旋转运动通 过主动轮传动轴15、主同步带轮13、同步带17、从同步带轮14、主动轮轴16传递给主动轮 3，使主动轮3在高压输电线路地线上爬行，主动轮3带动从动轮4 一起沿高压输电线路地 线行走。由于主动轮3与从动轮4通过支撑臂与机器人线上行走车体的支撑连接体相连， 所以，在主动轮3和从动轮4沿高压输电线路地线行走的同时，带动机器人线上爬车部分在 高压输电线路地线上行走。 本实用新型线上行走车体就是通过单电机同步驱动主动轮3、从动轮4转动，带动 机器人线上行走车体在高压输电线路上移动，使机器人行走机构设计紧凑、重量轻、便于携 带。内设刹车装置、双轨伸出机构及红外摄像头等模块，使机器人爬坡能力强，能够遇障伸 臂、镜头自动调焦。 如图2图3所示，构成机器人线上行走车体的支撑连接体5包括钢结构基座20、用 螺栓固定在其上用于支撑主动轮轴16的两块支板21、用螺栓固定在其上用于支撑从动轮 轴22的两块支板23、夹在两块支板顶端的用于固定主动轮轴16的主动轮轴承座24和从动 轮轴承座25、及用于固定直流电机12在钢结构基座20上的电机法兰18。主动轮3通过两 轴承26与夹在两支板21之间的主动轮轴承座24紧固配合，夹在两支板23之间的从动轮 轴承座25通过螺钉与支板进行连接，从动轮4通过两个轴承27与从动轮轴承座25紧固配 合。 主动轮传动轴15通过对肩放置的球轴承28与联轴器19的左端紧固配合，同步带 轮通过其两侧的带轮挡圈29来限制同步带17的掉带。 从动轮4通过从动轮轴22支撑，从动轮轴22 —端通过平键30与从动轮4进行连 接，另一端通过球轴承27内嵌在从动轮轴承座25里。 为增大机器人线上行走检测机构的爬坡能力，使其可在最大爬坡角度内随时刹 车，本实用新型在线上爬车车体上安装了撑紧刹车装置。 如图4所示，撑紧刹车装置7包括驱动电机31、齿轮32、齿轮33、旋转螺母34、螺 杆36、滑块座37、顶杆46、微型线性滑轨38、挡块41、滑轮42、弹簧47。安装在固定座上的 步进电机31提供动力，步进电机31上装有齿轮32，齿轮33与齿轮32啮合，而且与螺母34 通过键35联接在一起，螺母34由两端的轴承安装在固定座上，与螺杆36形成滑动螺旋副。 螺杆36的顶端联接滑块座37，沿滑轨38上下滑动，滑轨38安装在支板40上。顶杆46固 定在滑块座37上，并可绕滑块座37相对转动，由滑块座37上的弹簧47将其往上拉，形成 一定角度。弹簧支撑轮固定在顶杆46上，滑轮42通过轴43安装在滑轮座44上，另一端由 弹簧45拉住。 当电机31转动时，通过齿轮32-齿轮33传动，驱动螺母34转动，由滑动螺旋副使 螺杆36直线上升，从而推动滑块座37及其上的顶杆46沿滑轨38向上运动。顶杆46上升 时，因其角度向上倾斜而避开档块41.当上升到滑轮42顶在地线上时，由于向下的压力克 服弹簧47的拉力，在上升的同时使顶杆46向下旋转，因而使顶杆的另一端压在档块41上，形成一个杠杆机构。此时支撑撑紧机构通过可绕自身转动的滑轮42压紧地线，增大了滚动 轮39与地线间压力，从而提高检测仪的爬坡能力。当检测仪需要刹车时，电机31继续转动， 使顶杆进一步压紧地线，滑轮在压力的作用下克服弹簧45的拉力，绕轴43转动，使滑轮42 的下端压在滑轮座44上而无法转动，通过无法转动的滑动轮42压紧地线从而使检测仪刹 车。其中的滚动轮39可以是主动轮3，也可以是从动轮4或其它单独设置的刹车轮。 线上行走车体主要用来检测高压输电线路地线表皮是否存在损伤、断股及腐蚀等 现象的，故本实用新型在线上行走车体上安装有两个摄像头90、97及红外摄像头56。 如图1图3所示，本实用新型在检测仪前端配有两个CCD镜头，一路为短焦镜头 90，垂直于地线观察。另一路为长焦镜头97，可绕蜗轮轴93转动，与地线成一定倾斜角度， 斜向观察前方较远处地线表面损伤情况。两组镜头均安装在可延伸臂上，当检测仪遇到障 碍而无法前进时，可伸出臂进行观察，最大伸出距离可达500mm。 红外摄像头56通过二自由度转动红外摄像头装置8安装在线上行走检测机构上， 可对导线、塔架等进行探伤，二自由度转动机构的设计保证了对高压输电线路全方位的观 如图5a、图5b所示，二自由度转动红外摄像头装置8包括Y向旋转驱动电机48、 X向旋转驱动电机58、蜗杆49、蜗杆59、蜗轮50、蜗轮60、旋转轴52、旋转轴62、转动座54、 固定板55、镜头56、转动杆57等。 旋转步进电机48通过固定座安装在转动杆57上，蜗杆49固定在电机轴上，与蜗 轮50配合。旋转轴52通过轴承53安装在转动座54上，由螺母51将蜗轮50与旋转轴52 固定。转动座54另一端与转动杆57安装固定。固定板55上安装有CCD，固定板55固定在 旋转轴52上，并可绕其相对运动。 旋转步进电机58通过固定座安装在车体上，蜗杆59固定在电机轴上，与蜗轮60 配合旋转轴62通过轴承63安装在转动座65上，由销61将蜗轮60与旋转轴62固定。另 一端由套筒64顶在旋转固定座65上。转动杆57另两端安装在转轴62上，并可绕其相对 运动。 当Y向旋转驱动电机48转动时，通过蜗杆49蜗轮50传动，驱动转轴52转动。从 而带动固定板55及其上连接的镜头56绕Y向转动。 当X向旋转驱动电机58转动时，通过蜗杆59-蜗轮60传动，驱动转轴62转动。从 而驱动转动杆57及其上连接的镜头56绕X向转动。 双轨伸出机构9包括固定式垂直短焦镜头伸出机构和可旋转式斜向长焦镜头伸 出机构 如图6a、图6b所示，固定式垂直短焦镜头伸出机构包括伸縮电机66、蜗杆67、蜗 轮68、蜗轮传动轴70、伸出传动固定座72、齿轮74、齿条75、线性滑轨76、限位档块77、镜头 支撑座78、支撑架79、上下滑动固定座80、上下滑动块81、高度调节伸杆82、垂直镜头固定 座83、两相微步电机84、电机固定座85、调节齿轮86、两相微步电机87、电机固定座88、调 节齿轮89、垂直短焦镜头90。 步进电机66通过固定座72安装在检测仪车体上，蜗杆67固定在电机轴上，与蜗 轮68配合。传动轴70通过轴承71安装在固定座上，由销69将蜗轮68与传动轴70固定， 齿轮74由螺母73固紧在传动轴70的另一端。齿条75与齿轮84啮合，并与线性滑轨76固定在一起组成延伸臂。线性滑轨底部安装有限位档块77，与线性滑轨配对的线性滑块固定在检测仪车体上。支撑架79底端安装于固定在线形滑轨76上的镜头支撑座78上面。上下滑动固定座80与支撑架79侧面固定，用以固定上下滑动块81。高度调节伸杆82透过上下滑动块81顶在上下滑动固定座80上。上下滑动块81可沿上下滑动固定座80上下滑动。上下滑动块81上安装有垂直镜头固定座83，垂直镜头固定座83 —端上面一侧通过电机固定座85来固定两相微步电机84，另一侧通过电机固定座88来固定两相微步电机87，另一端用来固紧垂直短焦镜头90。调节齿轮86、调节齿轮89分别安装于两相微步电机84、两相微步电机87上。 本结构的运动过程为当伸縮电机66转动时，通过蜗杆67-蜗轮68传动，蜗轮转动轴70转动，通过驱动齿轮74-齿条75传动，带动延伸臂76及其上的镜头支撑座78沿线性滑轨座77横向滑动，完成镜头支撑座的伸出运动。镜头的上下调节由高度调节伸杆82完成，其亮度及焦距由两相微步电机84及87自动调节。 可旋转式斜向长焦镜头伸出机构与固定式垂直短焦镜头伸出机构类似，不同之处在于在镜头固定架下安装有一 自动旋转结构，使镜头可在水平方向转动，配合自动调焦的长焦镜头，观察距离更远。 如图2、图3所示，自动旋转结构包括驱动电机91、转动座92、蜗轮轴93、旋转蜗杆94、旋转端盖95、转动镜头支撑座96、长焦镜头97。驱动电机91安装在固定于镜头伸出机构上的转动座92上，驱动电机91上安装有旋转蜗杆94，与蜗轮93配合。蜗轮93轴通过轴承安装在转动镜头支撑座96上，用螺母固定。旋转端盖95顶住轴承，固定在转动座92上。 本结构的运动过程为当驱动电机91转动时，通过蜗杆94-蜗轮93传动，带动转动镜头支撑座96及其上的长焦镜头97在水平方向转动。 为了更好的控制线上行走车体沿高压输电线路地线爬行，检测机器人车体线上运行是否到头，本实用新型在线上行走车体的前端设有一个前位置传感器，在线上行走车体的后端设有一个后位置传感器，前、后位置传感器的信号输出端与电子设备相连。线上行走车体在高压输电线路上爬行时，当其前、后端碰到高压线上的防震锤时，其前、后端的位置传感器就发出控制信号。 为了使机器人能够平稳的沿高压输电线路爬行，本实用新型在整个机器人车体结构设计的几何形体布局上采用对称布置、镜像布置、一线布置，从而使机器人线上爬车部分机械结构达到动力学、静力学的平衡。所谓对称布置是指，机器人线上行走车体在横向、纵向均具有对称分布的重量和外型尺寸。 如图3所示，钢结构基座20的主动轮3及其支板、从动轮4及其支板以矩形的钢结构基座20的两中线(竖直中线和水平中线)对称分布。而这里的对称分布既包括重量分布，也包括几何尺寸分布。镜像布置是指为了保证机器人不从线上脱落，将两个线性滑轨77，主动轮轴16、主动轮3及其支板21构成的模块与从动轮轴22、从动轮4及其支板23构成的模块沿钢结构基座20的水平中线准镜像分布。从而实现了被检测电缆从车体内穿过，保证了机器人车体不易从线上脱落。所谓一线布置，是指主动轮3轮槽下表面水平切面与从动轮4轮槽下表面水平切面共面，这样就保证了空间中的三个点共线，在电缆线的中心线上。[0095] 以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，包括线上行走车体部分和自动控制部分，所述的线上行走车体包括支撑连接体，所述支撑连接体上设有主动轮、从动轮，所述主动轮连接有驱动装置，其特征在于，所述主动轮处设有撑紧刹车装置；所述支撑连接体上设有二自由度转动红外摄像头装置、双轨伸出机构；所述双轨伸出机构包括固定式垂直短焦镜头伸出机构和可旋转式斜向长焦镜头伸出机构；所述固定式垂直短焦镜头和可旋转式斜向长焦镜头分别设有自动调焦机构。
2. 根据权利要求1所述的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其特征在于， 所述的撑紧刹车装置包括设于线性滑轨上的滑块，所述滑块通过螺杆、螺母机构驱动沿所述线性滑轨滑动；所述滑块上装有顶杆，所述顶杆的一端与所述滑块铰接，并与所述滑块之间设有拉紧 弹簧，另一端在所述拉紧弹簧的作用下向上翘起；所述顶杆的中部固定有滑轮座，所述滑轮座上装有滑轮，所述滑轮位于所述主动轮的 下方，并通过小连杆与所述滑轮座连接；所述小连杆的中部与所述滑轮座铰接，其一端与所述滑轮座之间设有压紧弹簧，另一 端与所述滑轮铰接；所述主动轮的下方，靠近所述顶杆的向上翘起的一端设有挡块，当所述顶杆由滑块带 动上升时，所述顶杆的向上翘起的一端恰可越过所述挡块；当所述顶杆上升至所述滑轮顶 在地线上时，所述顶杆向上翘起的一端向下旋转并压在所述挡块上，形成一个杠杆机构，使 所述滑轮压紧地线，增大所述主动动轮与地线间的压力，实现提高爬坡能力；当所述顶杆由滑块带动继续上升时，所述滑轮在压力的作用下，使所述小连杆转动，并 使所述滑轮的下端压在所述滑轮座上，实现刹车。
3. 根据权利要求1所述的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其特征在于， 所述双轨伸出机构分别设于所述支撑连接体两侧的线性滑轨上，并通过齿轮、齿条驱动伸 縮，所述齿条固定在所述双轨伸出机构上，所述齿轮通过蜗轮蜗杆驱动，所述双轨伸出机构 的段部设有镜头固定架。
4. 根据权利要求3所述的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其特征在于， 所述可旋转式斜向长焦镜头伸出机构在所述镜头固定架下安装有自动旋转结构。
5. 根据权利要求1所述的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其特征在于， 所述的自动调焦机构包括所述固定式垂直短焦镜头和可旋转式斜向长焦镜头的光圈调节环和焦距调节环分别 通过齿轮连接有微步进电机。
6. 根据权利要求1所述的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其特征在于， 所述的二自由度转动红外摄像头装置包括X向旋转驱动电机、X向旋转固定座、X向旋转台、Y向旋转驱动电机、Y向旋转固定座、 Y向旋转台、转动支架；所述X向旋转固定座安装在所述支撑连接体的前端，所述X向旋转驱动电机和X向旋 转台安装在X向固定座上；所述转动支架一端能随X向旋转台转动，另一端固定有所述Y向旋转固定座，所述Y向旋转驱动电机和Y向旋转台安装在所述Y向旋转固定座上；所述红外摄像头固定所述在Y向旋转台上。
7. 根据权利要求1所述的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其特征在于， 所述自动控制部分包括机器人模块化组合控制系统，具体包括以下多个控制模块刹车控制模块、伸臂控制模块、双路CCD自动调焦控制模块、悬吊CCD双角度控制模块 和车体行走控制模块，其中每个控制模块至少包含1个电机控制，每个电机均带有光电编 码器反馈元件；所述多个控制模块通过CAN总线连接起来，所述电机上的光电编码器反馈元件向所述 控制模块反馈信息。
8. 根据权利要求7所述的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其特征在于， 所述刹车控制模块向所述撑紧刹车装置的驱动电机发出控制信号，所述驱动电机上的光电 编码器向所述刹车模块反馈电机的位置信息；所述车体行走控制模块向行走电机发出控制信号，所述行走电机上的光电编码器向所 述车体行走控制模块反馈电机的位置、速度信息。
9. 根据权利要求7所述的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其特征在于， 所述伸臂控制模块向所述双轨伸出机构的机械臂的伸入伸出两个直流电机发出控制信号， 两个直流电机向所述伸臂控制模块反馈电机的位置信息；所述悬吊CCD双角度控制模块控制所述二自由度转动红外摄像头装置的X和Y两个方 向的两个电机。
10. 根据权利要求7所述的伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，其特征在 于，所述双路CCD自动调焦模块控制5个电机，分别为所述固定式垂直短焦镜头和可旋转式斜向长焦镜头的光圈和焦距调整电机，及所述可 旋转式斜向长焦镜头的支架旋转电机。
专利摘要本实用新型公开了一种伸臂式刹车功能多CCD全角度线路巡检机器人，包括线上行走车体部分和自动控制部分，主动轮处设有撑紧刹车装置，车体上设有二自由度转动红外摄像头装置、双轨伸出机构，双轨伸出机构包括固定式垂直短焦镜头伸出机构和可旋转式斜向长焦镜头伸出机构，固定式垂直短焦镜头和可旋转式斜向长焦镜头分别设有自动调焦机构。自动控制部分包括多个控制模块控制多个电机，每个电机均带有光电编码器反馈元件，多个控制模块通过CAN总线连接起来，实现多个电机的闭环反馈控制。在高压输电线路地线上自动行走时，具备爬坡、刹车、伸臂和多角度观测、自动调焦等功能，能用于高压架空线路中地线、导线、杆塔及金具等进行可视化探伤。
文档编号B62D57/02GK201484528SQ20092022294
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者何守印, 张立燕, 陈泉柱 申请人:北京深浪电子技术有限公司