本发明涉及一种输电线巡检设备领域，具体的是一种微小型越障式电力巡检机器人。
背景技术
用于输电线路巡检的机器人大致经历了两个发展阶段。早期的巡检机器人没有越障能力，只能在一个档距内运行。这类巡检机器人的代表机型有日本佐藤建设工业株式会社于1993年研制的“架空输电导线损伤自动检测机器人”。此外，泰国国王科技大学和日本工业大学于2001年合作研制的“自主巡检机器人”也只能在一个档距内运行、不具备越障能力。
国内，中科院自动化研究所的潭民、梁自泽等从2002年开始巡检机器人的研制工作，并从2004年开始发表研究成果。他们研制的巡检机器人采用了“三臂轮”布局形式。武汉水利电力大学的吴功平等人早在1990年代末即开始研制具有自主越障功能的巡检小车，采用了“三臂轮”布局形式，并讨论过两臂轮方案。沈阳自动化所研制的“超高压输电线路巡检机器人”具有两条装有滚轮的手臂，机器人通过绕悬挂臂180°旋转越障。此外，山东科技大学、山东大学、北京航空航天大学、上海大学等多家高校也进行了相关的研究。现有的输电线路巡检的机器人虽然具有越障能力，但其越障机构复杂、结构重量大，机器人工作的稳定性和可靠性不是很好。
技术实现要素：
为了解决现有输电线路巡检机器人的越障机构复杂的问题，本发明提供了一种微小型越障式电力巡检机器人，该微小型越障式电力巡检机器人不需要依靠自身机械结构越障、而是依靠越障桥越障，使得机器人本体结构简单、体积小巧、易于安装维护；在攀爬越障桥时，运行过程安全稳定可靠，是实现输电线路巡检机器人轻量化、产品化、实用化的关键性突破。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微小型越障式电力巡检机器人，包括上下设置的驱动部件和吊挂部件，该驱动部件和吊挂部件之间间隔一段距离，该驱动部件的下端设有主动轮和越障轮，主动轮能够驱动该微小型越障式电力巡检机器人在输电电缆上行走，越障轮能够驱动该微小型越障式电力巡检机器人在越障导轨上行走，主动轮的中心线和越障轮的中心线平行，沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向，主动轮的位置与越障轮的位置错开；该驱动部件和吊挂部件通过连接臂连接，沿主动轮的中心线方向，连接臂位于主动轮和越障轮的同一侧。
该驱动部件的上部含有安装座，主动轮和越障轮均与该安装座连接，安装座位于主动轮和越障轮的上方。
主动轮的中心线和越障轮的中心线重合，主动轮和越障轮共用一根驱动轴和一台驱动电机，驱动电机位于安装座外。
该驱动部件的下端设有两个越障轮，两个越障轮的中心线重合，主动轮位于两个越障轮之间，主动轮和两个越障轮共用一根该驱动轴和一台驱动电机。
两个越障轮分别为第一越障轮和第二越障轮，沿该驱动轴的中心线方向，该第一越障轮、主动轮、第二越障轮和驱动电机依次排列，吊挂部件位于该驱动部件的正下方，连接臂的上端与安装座的边缘连接固定，连接臂位于该第二越障轮和驱动电机之间。
沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向，主动轮的前方或后方设有防脱机构，该防脱机构能够防止该微小型越障式电力巡检机器人脱离该输电电缆，该防脱机构与安装座连接固定，该防脱机构位于安装座的下方。
该防脱机构含有两个柱状的手爪臂，两个手爪臂沿主动轮的中心线方向依次设置，两个手爪臂均能够转动，两个手爪臂的下端能够相互靠近或远离，两个手爪臂的下端均位于吊挂部件的上方，两个手爪臂的上端连接有能够驱动手爪臂转动的蜗轮蜗杆减速器和手爪臂电机，当两个手爪臂的下端相互靠近时，主动轮和两个手爪臂能够共同抱住所述输电电缆。
两个手爪臂互为镜像，两个手爪臂均能够在同一竖直平面内转动，该竖直平面与主动轮的中心线平行，主动轮与两个越障轮之间的距离相等，手爪臂的下端位于主动轮的下方，当两个手爪臂均处于直立状态时，沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向，一个手爪臂位于主动轮与该第一越障轮之间，另一个手爪臂位于主动轮与该第二越障轮之间。
沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向，主动轮的前方或后方还设有辅助臂，辅助臂为倾斜的u形结构，辅助臂的上端与安装座连接固定，辅助臂的下端设有横杆，该横杆与主动轮的中心线平行，该横杆外套设有辅助臂滚套，在该微小型越障式电力巡检机器人行走的过程中，辅助臂滚套能够压在该输电电缆上并滚动。
吊挂部件位于该驱动部件的正下方，该驱动部件与吊挂部件之间间隔的距离为250mm～350mm，吊挂部件的内部设有用于控制该微小型越障式电力巡检机器人运行的控制单元，吊挂部件的外部设有电池，吊挂部件的下端设有摄像头，连接臂的下端与吊挂部件的上端的边缘通过转动轴铰接，该转动轴的中心线与主动轮的中心线平行。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出的巡检机器人越障方式，解决了以往机器人需要人工辅助上线、下线的问题，解决了机器人在多个档距内循环巡检的问题。
2、提出了一种全新的机器人巡检模式，工作人员只需通过远程集控中心，便可实现对机器人进行远程控制和实时观察机器人巡检视频图像，彻底改变了人工巡检和人工辅助机器人巡检方式。
3、设计的双轨越障桥直接跨越铁塔和防震锤，简化了以往巡检机器人越障的复杂动作，避免了机器人在越障时与地线和金具的接触，减少了对输电线路金具的磨损。
4、和以往巡检机器人相比，该机器人的本体机械结构方面，设计更为简单，安装方便易操作；行走和手爪各使用一个驱动电机，减少了机器人的运动关节，有效降低了机器人本体的重量，实现了巡检机器人的轻量化，实用化。
5、机器人本体的三个行走轮和手爪臂共同配合，以达到夹紧地线和越障桥的目的，机器人可以适用于不同类型输电线路和不同直径的地线，行走轮和手爪臂配合的方式大大提高了巡检机器人的使用范围。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述微小型越障式电力巡检机器人的主视图。
图2是本发明所述微小型越障式电力巡检机器人的俯视图。
图3是本发明所述微小型越障式电力巡检机器人的右视图。
图4是本发明所述微小型越障式电力巡检机器人的左视图。
图5是本发明所述微小型越障式电力巡检机器人的仰视立体图。
图6是本发明所述微小型越障式电力巡检机器人的俯视立体图。
图7是手爪臂的工作原来示意图。
图8是本发明所述微小型越障式电力巡检机器人的上桥阶段的示意图。
图9是本发明所述微小型越障式电力巡检机器人的在桥上阶段的示意图。
图10是本发明所述微小型越障式电力巡检机器人的下桥阶段的示意图。
1、摄像头；2、电池；3、辅助臂滚套；4、手爪臂；5、蜗轮蜗杆减速器；6、第一传感器；7、第二传感器；8、主动轮；9、越障轮；10、驱动电机；11、手爪臂电机；12、连接臂；13、吊挂部件；14、安装座；15、辅助臂；16、蜗轮；17、蜗杆；
21、越障导轨；22、连接件；23、防震锤；
31、铁塔；32、地线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种微小型越障式电力巡检机器人，包括上下设置的驱动部件和吊挂部件13，该驱动部件和吊挂部件13之间间隔一段距离，该驱动部件的下端设有主动轮8和越障轮9，主动轮8能够驱动该微小型越障式电力巡检机器人在输电电缆(如地线32)上行走，越障轮9能够驱动该微小型越障式电力巡检机器人在越障导轨21上行走，主动轮8的中心线和越障轮9的中心线平行，沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向垂直于主动轮8的中心线，沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向，主动轮8的位置与越障轮9的位置错开；该驱动部件和吊挂部件13通过连接臂12连接，沿主动轮8的中心线方向，连接臂12位于主动轮8和越障轮9的同一侧，如图1至图6所示。
该微小型越障式电力巡检机器人所述的微小型的含义为该微小型越障式电力巡检机器人的重量为10公斤至15公斤，该微小型越障式电力巡检机器人的重量如15公斤。其中，驱动部件、吊挂部件13和连接臂12围成通槽结构，如图1所示，该通槽结构的开口朝向图1的左侧，该通槽结构用于铁塔31与输电电缆的连接处(所需跨越的障碍)穿过。该微小型越障式电力巡检机器人在巡检时，主动轮8在地线32上行走；该微小型越障式电力巡检机器人在跨障时，越障轮9在越障桥的越障导轨21上行走。地线32与越障导轨21平行，沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向(即垂直于图1纸面的方向)，主动轮8的位置与越障轮9的位置错开，如图1所示，从而可以使主动轮8脱离输电电缆，从而实现主动轮8跨越障碍。该微小型越障式电力巡检机器人的越障方式也可以总结为变换行走轨道跨越障碍，简称换轨越障。
在本实施例中，该驱动部件的上部含有安装座14，安装座14为平板结构，主动轮8和越障轮9均通过连接件与该安装座14连接固定，安装座14位于主动轮8和越障轮9的上方，如图1至图4所示。
在本实施例中，优选主动轮8的中心线和越障轮9的中心线重合，主动轮8的中心线和越障轮9的中心线均沿水平方向设置，主动轮8和越障轮9共用一根驱动轴和一台驱动电机10，驱动电机10位于安装座14外，如图1所示。
在本实施例中，越障轮9可以选择设置一个也可以选择设置多个，越障轮9的数量与越障桥的越障导轨21的数量一一对应。优选该驱动部件的下端设有两个越障轮9，两个越障轮9的中心线重合，主动轮8位于两个越障轮9之间，主动轮8和两个越障轮9共用一根该驱动轴和一台驱动电机10。主动轮8的中心线和越障轮9的中心线即为该驱动轴的中心线。
在本实施例中，两个越障轮9分别为第一越障轮和第二越障轮，沿该驱动轴的中心线方向，该第一越障轮、主动轮8、第二越障轮和驱动电机10从左向右依次排列，如图1所示，吊挂部件13位于该驱动部件的正下方，连接臂12的上端与安装座14的边缘连接固定，连接臂12位于该第二越障轮和驱动电机10之间。主动轮8和越障轮9的大小和结构完全相同，主动轮8的周向设有环形凹槽，越障轮9的周向也设有环形凹槽，如图1所示。
在本实施例中，沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向，主动轮8的前方或后方设有防脱机构，该防脱机构能够防止该微小型越障式电力巡检机器人脱离该输电电缆，该防脱机构与安装座14连接固定，该防脱机构位于安装座14的下方。该防脱机构能够在该微小型越障式电力巡检机器人行走于输电电缆上时环抱住输电电缆，本发明中该微小型越障式电力巡检机器人的越障也是为了实现该防脱机构的越障。
具体的，该防脱机构含有两个柱状的手爪臂4，两个手爪臂4沿主动轮8的中心线方向依次间隔设置，两个手爪臂4均能够转动，两个手爪臂4的下端能够相互靠近或远离，两个手爪臂4的下端均位于吊挂部件13的上方，两个手爪臂4的上端连接有能够驱动手爪臂4转动的蜗轮蜗杆减速器5和手爪臂电机11，蜗轮蜗杆减速器5与两个手爪臂4的连接方式如图7所示，其中蜗轮蜗杆减速器5的两个蜗轮16的旋向相反，两个手爪臂4的上端与两个蜗轮16的转轴一一对应连接固定，蜗杆17与手爪臂电机11连接，手爪臂电机11设置于位于安装座14外。手爪臂电机11能够通过蜗轮蜗杆减速器5使两个手爪臂4同步反向转动，从而形成内八字或外八字形，当两个手爪臂4的下端相互靠近时，主动轮8和两个手爪臂4能够共同抱住所述输电电缆。
在本实施例中，两个手爪臂4互为镜像，两个手爪臂4均能够在同一竖直平面内转动，或分别在两个相互平行的竖直平面内转动，该竖直平面与主动轮8的中心线平行，主动轮8与两个越障轮9之间的距离相等，两个手爪臂4的下端位于主动轮8的下方，两个手爪臂4的上端均位于主动轮8的中心线的上方，当两个手爪臂4均处于直立状态时，沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向，一个手爪臂4位于主动轮8与该第一越障轮之间，另一个手爪臂4位于主动轮8与该第二越障轮之间，如图1所示。
在本实施例中，沿该微小型越障式电力巡检机器人的行走方向，主动轮8的前方或后方还设有辅助臂15，该防脱机构位于辅助臂15和主动轮8之间，即当辅助臂15设置于主动轮8的前方时，该防脱机构也位于主动轮8的前方；当辅助臂15设置于主动轮8的后方时，该防脱机构也位于主动轮8的后方。辅助臂15为倾斜的u形结构，辅助臂15的上端与安装座14连接固定，辅助臂15的下端设有横杆，该横杆与主动轮8的中心线平行，该横杆外套设有辅助臂滚套3，在该微小型越障式电力巡检机器人行走的过程中，辅助臂滚套3能够压在该输电电缆上并滚动。
在本实施例中，吊挂部件13位于该驱动部件的正下方，吊挂部件13的内部设有空腔，吊挂部件13的内部设有用于控制该微小型越障式电力巡检机器人运行的控制单元，如图单片机或plc，吊挂部件13的外部设有电池2，吊挂部件13的下端设有高清的摄像头1，连接臂12的下端与吊挂部件13的上端的边缘通过转动轴铰接，吊挂部件13能够以该转动轴为轴自由转动，该转动轴的中心线与主动轮8的中心线平行，连接臂12位于该驱动部件的边缘和吊挂部件13的边缘的同一侧，如连接臂12位于该驱动部件的边缘和吊挂部件13的边缘的右侧，如图1所示，该驱动部件与吊挂部件13之间间隔的距离为250mm～350mm，如300mm。
其中，辅助臂15是用来保持巡检机器人本体平衡的部件，辅助臂滚套3能够压在输电电缆上并滚动，减小了巡检机器人在行走过程中辅助臂对输电电缆的摩擦。手爪臂4是巡检机器人运行过程中能否稳定运行的关键部件，它可以使巡检机器人在行走过程中，紧紧的夹持在输电电缆上，防止巡检机器人意外脱落。当巡检机器人在输电电缆上行走时，手爪臂电机11控制手爪臂4闭合，与中间的主动轮8共同作用抱紧地线。当机器人在越障桥上行走时，两个手爪臂4的下端张开，两边的越障轮9与辅助臂4夹紧越障桥的两个越障导轨21，共同作用抱紧越障桥。蜗轮蜗杆减速器5可以自锁和传动平稳，噪音很小，承载能力大，蜗轮蜗杆减速器5的反向自锁性可起安全保护作用。中间的主动轮8是维持巡检机器人在地线上行走的驱动轮，两边的越障轮9是维持巡检机器人在越障桥上行走的驱动轮。
蜗轮蜗杆减速器5连接有第一传感器6，第一传感器6用于检测手爪臂4张开的极限位置；安装座14上连接有第二传感器7，第二传感器7为红外传感器，第二传感器7用于检测机器人行走过程中是否遇到了越障桥。高清的摄像头1固定在吊挂部件13上，该机器人安装的高清摄像头带有云台，可以实现360°旋转，可用于观察任何角度的输电线路走廊以及铁塔上设备运行状况。电池2为可充电电池，可为巡检机器人提高稳定可靠电源，供机器人巡检线路使用。第一传感器6、第二传感器7、摄像头1、电池2等电器件均与控制单元连接。
连接臂12与驱动部件的连接为硬连接，如连接臂12的上端与安装座14的连接为硬连接，连接臂12与的下端与吊挂部件13的上端的边缘通过转动轴铰接，可以保证机器人在行驶过程中，可根据机器人的重心自适应调节其重心，使该微小型越障式电力巡检机器人的重心在该微小型越障式电力巡检机器人内，以保持巡检机器人本体在地线上的维持平衡状态。
越障桥是与本发明所述微小型越障式电力巡检机器人匹配使用的专用配件，如图8所示，越障桥含有两个相互平行的越障导轨21，两个越障导轨21通过连接件22连接固定，连接件22连接有防震锤23，越障桥通过连接件22与铁塔31连接固定，输电电缆与铁塔31连接固定，输电电缆与铁塔31的连接点位于连接件22的下方。
下面介绍该微小型越障式电力巡检机器人的工作过程：
巡检机器人攀爬越障桥主要分为以下三个阶段：上桥阶段、在桥上阶段、下桥阶段。
1、上桥阶段
当微小型越障式电力巡检机器人通过第二传感器7检测到越障桥时，该微小型越障式电力巡检机器人的控制单元会先控制该驱动部件使该微小型越障式电力巡检机器人减速到设定速度；当越障轮9接触到越障桥的越障导轨21的端部后，两个手爪臂4会松开，即该微小型越障式电力巡检机器人松开地线32，同时两个手爪臂4的下端继续向外张开，主动轮8脱离地线32，越障轮9登上越障导轨21，将该微小型越障式电力巡检机器人夹持在越障桥上，然后巡检机器人会按照系统设定速度平稳上桥，如图8所示。
2、在桥上阶段
当该微小型越障式电力巡检机器人按设定速度完成上桥阶段后，控制单元使该微小型越障式电力巡检机器人的速度回升高，然后按系统设定速度平稳过桥，如图9所示。
3、下桥阶段
当第二传感器7检测到下桥时，控制单元使该微小型越障式电力巡检机器人先减速到设定速度，然后按系统设定速度下桥，主动轮8登上地线32，越障轮9脱离越障导轨21，两个手爪臂4的下端在加紧，如图10所示。
当巡检机器人攀爬完越障桥后，将夹持小爪闭合，机器人松开越障桥，同时手爪臂夹紧地线，将巡检机器人固定在地线上。然后机器人按照系统设定逻辑，沿地线行走并开始执行巡检任务。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。