一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，包括可以绕旋转轴向两边打开的环形框架和控制箱，环形框架包括通过多个辅助支架固定相连的上层支架和下层支架、以及通过清扫层升降机构可上下移动的中层支架，上层支架上设有用于夹住绝缘子的上夹爪，上夹爪上设有检测装置，中层支架上设有清扫装置和夹持绝缘子裙部的辅助夹爪，上层支架和下层支架之间还设有通过夹爪层升降机构上下移动的下夹爪，与转轴相对的环形框架上设有对其闭合状态进行锁紧的锁紧机构，控制箱内设有电源和控制上述转动机构和伺服电机的运转以及动作顺序的控制器；本发明结构紧凑，适应性良好，清扫彻底，负载能力强，适用于水平和悬垂绝缘子串带电清扫及检测。
【专利说明】一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种绝缘子串清扫机器人，特别是一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，可用来完成高压输电线路玻璃及陶瓷绝缘子串污物清扫工作与检测，以代替人工作业的绝缘子带电清扫与检测机器人。
[0003]
【背景技术】
[0004]高压输电线路绝缘子由于长期处于户外，表面容易附着灰尘，降低其绝缘能力。在潮湿天气情况下，脏污的绝缘子易发生闪络放电(即污闪)，造成停电事故，给安全供电带来威胁。
[0005]清扫陶瓷及玻璃绝缘子的积污是输电线路检修维护的主要工作之一。目前绝缘子清扫均是在输电线路停电检修期间由人工登塔，用毛刷或抹布进行的。这种清扫方式作业环境危险、恶劣，清扫任务繁重，停电时间短、清扫质量难以得到保证。对于超高压和特高压输电线路，由于绝缘子串长、绝缘子串数量多，使得清扫任务更加繁重，又由于协调停电难度大，往往不能按期清扫而造成绝缘子表面积污严重。
[0006]此外，由于长期处于恶劣环境下，绝缘子可能会出现裂纹、破损等，成为低值甚至零值绝缘子，这无疑加重了对电网安全的威胁。目前在线检测不良绝缘子还需要操作人员爬上杆塔，通过操纵绝缘杆将检测设备送到绝缘子附近，检测结果依赖操纵人员的技术水平，且对于特高压输电线路，绝缘子串长度过大，绝缘杆难以到达绝缘子附近。
[0007]中国专利CA101769971A公开了一种绝缘子检测机器人，包括第一履带轮、箱体、第二履带轮、变距伸缩机构及探头驱动机构，箱体上安装有变距伸缩机构，第一、二履带轮上分别连接有第一、二行程传感器;箱体的下方设有探头驱动机构。综合分析，此专利主要存在以下缺点:只能沿水平双串绝缘子串行走，无法应用在悬垂或单串绝缘子串上。此专利没有配备清扫装置。
[0008]中国专利CN203018352U公开了一种绝缘子串智能清扫机器人系统，包括支架，为约束角度大于180度的半包围结构，且含有曲张部;导向部件;驱动机构;清扫机构；以及控制装置，输出连接所述驱动机构以及所述电机，以控制驱动机构的停靠和所述电机的动作。该机器人可以在带电状态下通过一对驱动轮攀爬臂和配套清扫机构的交替动作完成对绝缘子的清扫。综合分析，此专利的缺点主要在于:只采用单侧攀爬机构，实际操作中攀爬比较困难;清扫时由于没有夹持机构，机器人的稳定性较差;采用驱动轮攀爬臂交替接触绝缘子裙部，会对绝缘子瓷裙部的涂料涂层造成一定磨损；由于安全性的要求，对控制算法的要求很高。
[0009]中国专利号CN104128320A公开了一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，包括三层支架、若干夹紧机构、攀爬伸缩机构、绝缘子带电检测装置、绝缘子清扫机构。夹紧机构、绝缘子带电检测装置和绝缘子清扫机构均设置于支架上，支架通过攀爬伸缩机构连接。该机器人可以实现对绝缘子的带电清扫与检测，但由于采用了交替夹持绝缘子裙部的攀爬方式，夹紧力不能过大，因此负载有限，且由于其清扫机构位置相对固定，针对不同型号的绝缘子难以调整施加到绝缘子表面的清扫力。
[0010]
【发明内容】
[0011]本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，该机器人结构紧凑，负载能力强，可以实现对绝缘子的带电清扫与检测功能。
[0012]本发明的上述目的主要是通过下述技术方案得以实现的:
一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，其特征在于:包括可以绕旋转轴向两边打开的环形框架和控制箱，所述环形框架包括通过多个辅助支架固定相连的上层支架和下层支架、以及通过清扫层升降机构可在上层支架和下层支架之间上下移动的中层支架，所述上层支架上设有多个可以自动伸出用于夹住绝缘子的上夹爪，所述上夹爪上设有对绝缘子进行绝缘检查的检测装置，所述中层支架上设有夹持绝缘子裙部的辅助夹爪和对绝缘子进行清扫的清扫装置，所述上层支架和下层支架之间还设有多个可通过夹爪层升降机构上下移动的下夹爪，所述下夹爪与上夹爪一样可自动伸出夹住绝缘子钢帽，所述夹爪层升降机构包括夹爪滑杆、将下夹爪与夹爪滑杆相连的丝杆螺母机构、以及驱动丝杆螺母机构的电机，所述与转轴相对的环形框架上设有对其闭合状态进行锁紧的锁紧机构，所述控制箱内设有电源和控制所有转动机构和伺服电机的运转以及动作顺序的控制器。
[0013]作为优选，所述环形框架通过旋转机构向两边打开，旋转机构包括旋转轴支架、固设于转轴上的扇形齿轮、旋转轴齿轮组和旋转轴电机，所述旋转轴有两根，每根旋转轴的两端分别将左右环形框架与旋转轴支架铰接，所述旋转轴电机通过旋转轴齿轮组带动扇形齿轮旋转从而打开和关闭环形框架。
[0014]作为优选，所述锁紧机构包括设于一边环形框架上的锁紧座和设于另一边环形框架上带有凹槽的锁紧插销，所述锁紧座内设有锁紧卡销和驱动锁紧卡销旋转的锁紧电机，所述环形框架闭合时，锁紧插销刚好位于锁紧座内，通过锁紧卡销旋转到锁紧插销的凹槽内卡住将环形框架锁住。
[0015]作为优选，所述清扫层升降机构包括设于上层支架和下层支架之间的清扫层滑动导轨、在清扫层滑动导轨上可上下滑动的清扫层滑块、设于清扫层滑动导轨内的丝杆螺母机构、以及驱动丝杆螺母机构的清扫层驱动电机，所述清扫层滑块与中层支架和丝杆螺母机构的螺母均固定相连。
[0016]作为优选，所述上夹爪包括V型爪头、与V型爪头相连的夹爪套、与夹爪套相连的夹爪滑块、设于夹爪架内的夹爪导轨、夹爪丝杆螺母和夹爪丝杆、以及夹爪驱动电机，所述V型夹爪头与绝缘子钢帽的轮廓相适应，所述夹爪滑块与夹爪丝杆螺母相连，所述下夹爪和上夹爪结构一样。
[0017]作为改进，所述辅助夹爪包括与辅助夹爪套相连的辅助夹爪头、辅助夹爪架、以及设于辅助夹爪架内的丝杆螺母机构和辅助夹爪驱动电机。作为优选，所述清扫装置包括设于中层支架上的两组导向轮、在两组导向轮之间可以左右滑动的清扫齿盘、与清扫齿盘咬合的清扫驱动齿轮、驱动清扫驱动齿轮的清扫齿盘驱动电机、以及设有刷毛的清扫滚筒，所述清扫滚筒与清扫齿盘相连。
[0018]作为优选，所述清扫滚筒与清扫齿盘通过舵机相连。
[0019]本发明有益效果是:
1.结构紧凑。本发明兼具绝缘子清扫及检测功能，对输电线路具有很高的实用性;爬行时只短接两片绝缘子，安全性能好;整体呈对称式分布，防止重心偏移；
2.适应性良好，清扫彻底。本发明的下夹爪以及清扫装置可以沿清扫层升降机构滑动，一方面增加了对不同绝缘子型号的适应能力，另一方面避免了清扫死角，提高了清扫能力；
3.负载能力强。本发明是利用夹爪夹持绝缘子的钢帽，具有较大的夹持力，因此可承受较大的负载；
4.爬行稳定。本发明除了通过上下夹爪进行夹持外，还具有辅助夹持功能，可以在攀爬过程中起到一定的导向作用；
5.安全性高。本发明除了具有锁紧装置外，夹爪夹紧时利用了丝杆的自锁性，减小了机器人发生故障坠落的危险。
[0020]
【附图说明】
[0021]图1是本发明的整体结构示意图。
[0022]图2是本发明的展开状态示意图。
[0023]图3是绝缘子清扫装置及辅助夹爪示意图。
[0024]图4是上夹爪结构示意图。
[0025]图5是清扫层的清扫层升降机构示意图。
[0026I图6是旋转机构结构示意图。
[0027]图7是锁紧机构示意图。
[0028]图8是本发明处于准备状态的示意图。
[0029]图9是本发明处于下夹爪下降过程中的示意图。
[0030]图10是本发明处于清扫状态的示意图。
[0031]图11是本发明处于整体框架下降过程中示意图。
[0032]图中:1-锁紧座，2-下层支架，3-清扫层滑动架，4-夹爪连板，5-下夹爪，6_清扫层滑动套，7-清扫滚筒，8-检测装置，9-上夹爪，10-上层支架，11-旋转轴支架，12-旋转轴齿轮组，13-旋转轴，14-控制箱，15-中层支架，16-夹爪滑杆，17-辅助夹爪，18-夹爪滑套，19-辅助支架，20-辅助夹爪驱动电机，21-辅助夹爪架，22-辅助夹爪套，23-导向轮，24-舵机，25-清扫驱动齿轮，26-清扫齿盘驱动电机，27-刷毛，28-清扫齿盘，29-V型夹爪头，30-夹爪套，31-夹爪滑块，32-夹爪丝杆螺母，33-夹爪导轨，34-夹爪丝杆，35-夹爪驱动电机，36-夹爪架，37-清扫层滑动导轨，38-清扫层滑块，39-清扫层丝杆，40-清扫层丝杆螺母，41-清扫层驱动电机，42-扇形齿轮，43-旋转大齿轮，44-旋转小齿轮，45-旋转驱动齿轮，46-旋转驱动电机，47-锁紧电机，48-锁紧卡销，49-锁紧插销。
[0033]
【具体实施方式】
[0034]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0035]实施例:
如图1所示，高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，包括左右两边的环形框架结构，所述环形框架可沿一端的旋转轴13旋转，闭合时可通过锁紧机构将两边的环形框架锁紧；所述环形框架各包括三层支架，分别是上层支架10、中层支架15以及下层支架I;所述上层支架10与下层支架I通过若干清扫层升降机构、夹爪层升降机构以及辅助支架19固结，中层支架15可沿清扫层升降机构在上层支架10及下层支架I之间上下滑动;所述上层支架10上安装有可夹持绝缘子钢帽的上夹爪9;所述夹爪层升降机构上安装有下夹爪5;所述中层支架15安装有对绝缘子清扫的清扫装置及辅助夹爪17;
机器人被放到绝缘子串上部时为展开状态，如图2所示。然后旋转驱动电机46通过旋转驱动齿轮45带动旋转大齿轮43，与旋转大齿轮43同轴的旋转小齿轮44驱动扇形齿轮42，从而机器人的左右环形框架闭合;然后锁紧插销49进入锁紧座I的孔中，锁紧电机47驱动锁紧卡销48旋转卡入锁紧插销49的凹槽中，将机器人左右框架锁紧。
[0036]上夹爪9和下夹爪5伸出，分别夹持第一片和第二片绝缘子的钢帽部分，此时安装在V形夹爪头29的检测装置8检测第一片绝缘子的绝缘性能，如图8所示。
[0037]辅助夹爪17伸出，夹持第一片绝缘子的裙部，然后下夹爪5松开绝缘子，并沿夹爪滑杆16下降，再夹持第三片绝缘子的钢帽，如图9所示。
[0038]辅助夹爪17缩回，然后中层支架15沿清扫层滑动架3下降，开始执行清扫任务:舵机24驱动清扫滚筒7旋转一定角度后，清扫齿盘28在清扫驱动小齿轮25的驱动下左右回转，同时清扫滚筒7高速旋转，刷毛27扫过第一片绝缘子的下表面和第二片绝缘子的上表面，如图1O所示。
[0039]清扫完成后，中层支架15下降一定距离，辅助夹爪17夹持第二片绝缘子的裙部，然后上夹爪9松开，机器人整体框架下降，最后上夹爪9伸出夹持第二片绝缘子的钢帽，并完成对第二片绝缘子的检测。
[0040]当机器人清扫完该绝缘子串的最后一片绝缘子后，则开始向上爬返回绝缘子串的上部。该过程与下降过程相似，只是跳过了清扫与检测过程。
[0041]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【主权项】
1.一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，其特征在于:包括可以绕旋转轴(13)向两边打开的环形框架和控制箱(14)，所述环形框架包括通过多个辅助支架(19)固定相连的上层支架(10)和下层支架(I)、以及通过清扫层升降机构可在上层支架(10)和下层支架(I)之间上下移动的中层支架(15)，所述上层支架(10)上设有多个可以自动伸出用于夹住绝缘子钢帽的上夹爪(9)，所述上夹爪(9)上设有对绝缘子进行绝缘检查的检测装置(8)，所述中层支架(15)上设有夹持绝缘子裙部的辅助夹爪(17)和对绝缘子进行清扫的清扫装置，所述上层支架(10)和下层支架(I)之间还设有多个可通过夹爪层升降机构上下移动的下夹爪(5)，所述下夹爪(5)与上夹爪(9) 一样可自动伸出夹住绝缘子钢帽，所述夹爪层升降机构包括夹爪滑杆(16)、将下夹爪(5)与夹爪滑杆(16)相连的丝杆螺母机构、以及驱动丝杆螺母机构的电机，所述与转轴(13)相对的环形框架上设有对其闭合状态进行锁紧的锁紧机构，所述控制箱(14)内设有电源和控制所有转动机构和伺服电机的运转以及动作顺序的控制器。2.如权利要求1所述一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，其特征在于:所述环形框架通过旋转机构向两边打开，旋转机构包括旋转轴支架(11)、固设于旋转轴(13)上的扇形齿轮(42)、旋转轴齿轮组(12)和旋转轴电机(46)，所述转轴(13)有两根，每根旋转轴(13)的两端分别将左右环形框架与旋转轴支架(11)铰接，所述旋转轴电机(46)通过旋转轴齿轮组(12)带动扇形齿轮(42)旋转从而打开和关闭环形框架。3.如权利要求1所述一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，其特征在于:所述锁紧机构包括设于一边环形框架上的锁紧座(I)和设于另一边环形框架上带有凹槽的锁紧插销(49)，所述锁紧座(I)内设有锁紧卡销(48)和驱动锁紧卡销(48)旋转的锁紧电机(47)，所述环形框架闭合时，锁紧插销(49)刚好位于锁紧座(I)内，通过锁紧卡销(48)旋转到锁紧插销(49)的凹槽内卡住将环形框架锁住。4.如权利要求1所述一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，其特征在于:所述清扫层升降机构包括设于上层支架(10)和下层支架(I)之间的清扫层滑动导轨(37)、在清扫层滑动导轨(37)上可上下滑动的清扫层滑块(38)、设于清扫层滑动导轨(37)内的丝杆螺母机构、以及驱动丝杆螺母机构的清扫层驱动电机(41)，所述清扫层滑块(38)与中层支架(15)和丝杆螺母机构的螺母均固定相连。5.如权利要求1所述一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，其特征在于:所述上夹爪(9)包括V型爪头(29)、与V型爪头(29)相连的夹爪套(30)、与夹爪套(30)相连的夹爪滑块(31)、设于夹爪架(36)内的夹爪导轨(33)、夹爪丝杆螺母(32)和夹爪丝杆(34)、以及夹爪驱动电机(35)，所述V型夹爪头(29)与绝缘子钢帽的轮廓相适应，所述夹爪滑块(31)与夹爪丝杆螺母(32)相连，所述下夹爪(5)和上夹爪(9)结构一样。6.如权利要求1所述一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，其特征在于:所述辅助夹爪(17)包括与辅助夹爪套(22)相连的辅助夹爪头、辅助夹爪架(21)、以及设于辅助夹爪架(21)内的丝杆螺母机构和辅助夹爪驱动电机(20)。7.如权利要求1至6所述任意一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，其特征在于:所述清扫装置包括设于中层支架(15)上的两组导向轮(23)、在两组导向轮(23)之间可以左右滑动的清扫齿盘(28)、与清扫齿盘(28)咬合的清扫驱动齿轮(25)、驱动清扫驱动齿轮(25)的清扫齿盘驱动电机(26)、以及设有刷毛的清扫滚筒(7)，所述清扫滚筒(7)与清扫齿盘(28)相连。8.如权利要求7所述任意一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人，其特征在于:所述清扫滚筒(7)与清扫齿盘(28)通过舵机(24)相连。
【文档编号】B08B1/04GK105855200SQ201610213571
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】吴功平, 胡雨濛, 高春芳, 肖华, 郑树奎, 吴俊锋
【申请人】武汉大学