专利名称：一种高压输电缆线爬行机器人的机构本体的制作方法
技术领域：
一种高压输电缆线爬行机器人的机构本体，属于一种用于电网自动化巡检的特种机器人的部件。
技术背景目前，电力的输送主要依靠高压输电线路，这些输电线路往往位于山林、荒野，跨越江河、湖泊，长期暴露在风吹、日晒、雨淋等自然条件中。日积月累，输电缆线和附属电气件容易产生断股、表面破损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，就可能引发严重的电力事故， 造成大面积的停电和经济损失。例如，2011年1月，在我国南方多个地区发生了严重的雨雪冰冻灾害，不少省市的输电线路出现结冰、覆冰等现象，其中湖北省的部分线路覆冰超过 50毫米，直接造成大量铁塔倒塌、线路断线，变压器烧坏等事故，对当地经济和人民生活产生了极大的危害。为了保证电力系统的正常运营，电力公司每季度会对输电线路进行巡检，对破损、 失效的部位进行修复更新。目前，采用的输电线路巡检方式一般分为人工巡检和机器人巡检。人工巡检是指电力工作人员直接参与线路巡检，包括目测巡检和直升机巡检。目测劳动强度大、工作效率低且危险性高，直升机巡检则利用直升机搭载摄像设备进行检测，探测效率和精度较高，但具体实施的难度较大、运行费用偏高。相对于人工巡检，机器人巡检具有工作效率高、可靠性强、巡检费用低等优点，正逐步成为今后输电线路的主要巡检方式。现有的缆线爬行机器人一般采用轮式滚动或仿手臂式交替爬行实现整机前进。机器人在输电缆线上爬行时，必须跨越多种障碍物，如压接管、防震锤等，机器人在光滑的缆线上爬行时，容易受到外界(风暴、冰雪等)的影响，若接触不够充分，则不但会导致机器人在缆线上打滑，还会使机器人脱离正确的轨道甚至从缆线上掉下，存在越障能力不足、倒退等缺陷；仿手臂交替爬行机器人在越障过程中，手臂部分必须脱离缆线向前迈进，这就导致越障动作的稳定性较差，并且这种机器人由多个手臂构成，其机械结构十分复杂，也不便于自动控制。
发明内容本实用新型要解决的问题就是为了克服现有缆线机器人在机械结构方面的不足之处，提供一种越障能力强、不打滑、防止倒退的高压输电缆线爬行机器人的机构本体。其技术方案如下它包括爬行机构和第一行走轮、第二行走轮，其关键技术是每个行走轮包括一个三角轮架，三角轮架一端相交处是轮架中心轴，三角轮架顶端均勻铰接单向轮；爬行机构包括导向杆和连杆，导向杆一端连接第一行走轮的轮架中心轴，导向杆另一端安装直线滑块， 直线滑块上固定一杆件，杆件另一端连接第二行走轮的轮架中心轴，导向杆还通过拐点连接曲柄，曲柄另一端通过连杆铰接直线滑块。曲柄、导向杆、连杆和直线滑块构成一个曲柄滑块机构。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果1、该机构本体由爬行机构和行走轮构成，前后两套行走轮以串联的方式模拟四足爬行动物的步态，周期性交替爬行实现缆线机器人的整体前进，对高压输电电网进行自动化巡检，提高了对输电缆线的巡检效率、降低了人工作业的成本和防止人身意外事故的发生。2、行走轮减小了机构与缆线之间的摩擦，单向轮具有单向滚动、向后自锁的功能并能跨越防震锤、压接管或其它障碍物，具有防倒退等功能。3、单向轮外圈设计了与缆线外形相适应的轮槽，并在轮槽外表面加套一层由高强度聚氨酯制作成的耐磨圈，这样可以增加行走轮与缆线间的摩擦系数，便于行走轮抓紧缆线，防止打滑；利用该耐磨圈的高弹性还能增加与缆线接触的压力，又消除了对裸缆线的磨损。4、由于行走轮以并排的方式作爬行运动，这就能保证机器人时刻与缆线接触，具有可靠的稳定性。5、前后两套行走轮通过伸缩弹簧联接，可保证越障时，机构本体前后部分具有一定的伸缩性和柔韧性。6、将爬行机构整体平移至缆线下方，保证机器人的重心位于缆线下方从而避免机器人发生倾覆事故。
图1，是本实用新型结构示意图；图2，是本实用新型单向轮结构示意图；图3，是本实用新型单向轮剖示图；图4，是机构本体爬行的初始位置图；图5，是机构本体在连杆的拉力作用下的爬行示意图；图6，是机构本体在曲柄运动到与连杆重叠共线时的爬行示意图；图7，是机构本体在曲柄继续逆时针转动时的爬行示意图；图8，是机构本体在一个周期内爬行运动结束示意图；图9，是本实用新型越障原理图。
具体实施方式
参见图1-图9，本实用新型包括爬行机构和第一行走轮4、第二行走轮5，其关键技术是每个行走轮包括一个三角轮架，三角轮架一端相交处是轮架中心轴，三角轮架顶端均勻铰接单向轮；爬行机构包括导向杆3和连杆11，导向杆3 —端连接第一行走轮4的轮架中心轴，导向杆3另一端安装直线滑块10，直线滑块10上固定一杆件6，杆件6另一端连接第二行走轮5的轮架中心轴，导向杆3还通过拐点2连接曲柄1，曲柄1另一端通过连杆11 铰接直线滑块10，曲柄1、导向杆3、连杆11和直线滑块10构成一个曲柄滑块机构。单向轮包括传动轴17、联轴器20和外圈13，在外圈13上开有轮槽19，在轮槽19 外表面加套有耐磨圈18，在外圈13内设有爪轮14，在爪轮14与外圈13的空隙间设有滚柱16，在爪轮与外圈空隙宽敞部分安装弹簧15，弹簧15另一端接触滚柱16。本实用新型单向轮单向行走的原理是当外圈逆时针转动时，滚柱在挤压面间摩擦力的带动下滚向空隙宽敞的部分，即爪轮和外圈处于分离状态，整个行走轮向左滚动。当外圈有顺时针转动趋势时，摩擦力带动滚柱滚向空隙狭窄的部分，轮爪和外圈处于紧密结合状态；由于轮架的运动一般为平动、爪轮固结于轮架上，这就阻碍外圈转动，使整个行走轮处于自锁状态。为了机器人稳定行走，第一行走轮4和第二行走轮5通过传导杆9连接第三行走轮12和第四行走轮21，为了保证越障时机构本体前后部分具有一定的伸缩性和柔韧性，传导杆9之间还可用螺旋形拉伸弹簧7连接。本实用新型的爬行过程是1)如图4所示，当P = O时G表示曲柄的转角)，给曲柄1施加逆时针方向的旋转运动时，爬行机构开始在缆线8上向左运动；2)如图5所示，当o< w，第一行走轮4、第三行走轮12向右自锁；第二行走轮5、 第四行走轮21在连杆11的拉力作用下，向左运动。3)如图6所示，当曲柄1运动到与连杆11重叠共线时，即ft时，第二行走轮5、第四行走轮21运动至最左端(即最远位置处)；4)如图7所示，曲柄1继续逆时针转动，这时，第二行走轮5、第四行走轮 21向右自锁；第一行走轮4、第三行走轮12在曲柄的反作用力下，向左运动；5)如图8所示，当曲柄1运动到与连杆11拉直共线时，即ρ = ，爬行机构在一个周期内的爬行运动结束。在前半个周期内(Osw)，第一行走轮4、第三行走轮12自锁；第二行走轮5、第四行走轮21向左运动，位移量等于曲柄的长度。在后半个周期内(^^2τ)，第二行走轮5、 第四行走轮21自锁；第一行走轮4、第三行走轮12向左运动，位移量等于曲柄的长度；也就说当曲柄旋转一周时，第二行走轮5、第四行走轮21和第一行走轮4、第三行走轮12交替向左运动。如果曲柄连续作周转运动，那么机器人就可以在缆线上连续向前爬行。本实用新型的越障机理如图9所示当行走轮遇到障碍物时，速度锐减为零，三角轮架在电机驱动力和惯性力的作用下绕单向轮22的中心作逆时针旋转，翻越障碍物；当轮架旋转180°时，单向轮23翻越障碍物。此时，将单向轮23与输电缆线固联，重复翻越动作，则行走轮整体越过障碍物。三角轮架在这里有翻越障碍物、承重的作用。
权利要求1.一种用于高空输电缆线巡检的爬行机器人机构本体，包括爬行机构和第一行走轮 (4)、第二行走轮(5)，其特征是每个行走轮包括一个三角轮架，三角轮架一端相交处是轮架中心轴，三角轮架顶端均勻铰接单向轮；爬行机构包括导向杆C3)和连杆(11)，导向杆(3) 一端连接第一行走轮的轮架中心轴，导向杆(3)另一端滑动安装直线滑块(10)，直线滑块(10)上固定一杆件(6)，杆件(6)另一端连接第二行走轮(5)的轮架中心轴，导向杆 (3)还通过拐点(2)连接曲柄⑴，曲柄⑴另一端通过连杆(11)铰接直线滑块(10)，曲柄 (1)、导向杆(3)、连杆(11)和直线滑块(10)构成一个曲柄滑块机构。
2.根据要求1所述用于高空输电缆线巡检的爬行机器人机构本体，其特征是单向轮包括传动轴(17)、联轴器(20)和外圈(13)，在外圈(13)上开有轮槽(19)，在外圈(13)内设有爪轮(14)，在爪轮(14)与外圈(13)的空隙间设有滚柱(16)，在爪轮与外圈空隙宽敞部分安装弹簧(15)，弹簧(15)另一端接触滚柱(16)。
3.根据要求2所述用于高空输电缆线巡检的爬行机器人机构本体，其特征是在轮槽 (19)外表面加套有耐磨圈(18)。
专利摘要一种高压输电缆线爬行机器人的机构本体，属于一种用于电网自动化巡检的特种机器人的部件。它包括爬行机构和第一行走轮、第二行走轮，其关键技术是每个行走轮包括一个三角轮架，三角轮架一端相交处是轮架中心轴，三角轮架顶端均匀铰接单向轮；爬行机构包括导向杆和连杆，导向杆一端连接第一行走轮的轮架中心轴，导向杆另一端安装直线滑块，直线滑块上固定一杆件，杆件另一端连接第二行走轮的轮架中心轴，导向杆还通过拐点连接曲柄，曲柄另一端通过连杆铰接直线滑块。曲柄、导向杆、连杆和直线滑块构成一个曲柄滑块机构。本实用新型克服了现有缆线机器人在机械结构方面的不足之处，越障能力强、不打滑，具有防倒退等功能。
文档编号H02G1/02GK202308920SQ201120448550
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者周校民, 周正 申请人:周校民