一种电力巡线机器人及其运动控制方法与流程

本发明涉及电力检修技术领域，尤其是一种电力巡线机器人及其运动控制方法。

背景技术：

近年来设计智能机器人进行巡线正在兴起，但由于输电线路中各种障碍物、转角线塔、大坡度斜拉线等复杂的工作环境给机器人巡线提出了很大的挑战。目前在单线上悬挂的巡线机器人主要分为两轮和三轮的两种构型。中国发明专利CN 102005705 B公开了一种悬挂型巡线机器人，可以攀爬各种线路障碍。但是，这种巡线机器人在攀爬障碍物时，其下面挂设的各种仪器设备会随着巡线机器人的攀爬发生严重的倾斜和晃动，影响检测数据的准确性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种电力巡线机器人及其运动控制方法，能够解决现有技术的不足，减小了巡线机器人在攀爬障碍物时发生晃动的幅度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种电力巡线机器人,包括第一连接板、第二连接板和第三连接板，第一连接板和第二连接板之间以及第二连接板和第三连接板之间通过第一连接轴连接，第一连接板的自由端与第三连接板的自由端通过第一弹簧体连接有基板，第一连接板和第三连接板上分别通过第二弹簧体连接有第一液压缸，第一液压缸的活塞顶部轴接有第一挂轮，第二连接板上通过第三弹簧体连接有第二液压缸，第二液压缸的活塞顶部轴接有第二挂轮；基板上设置有两个第二连接轴，每个第二连接轴上轴接有一个第三液压缸和一个第四液压缸，两个第三液压缸分别连接至第一连接板和第三连接板，两个第四液压缸连接在第二连接板上；第一挂轮和第二挂轮分别连接有驱动电机，第二弹簧体和第三弹簧体上分别设置有压力传感器，基板上设置有控制器，控制器的信号输入端与压力传感器相连，控制器的信号输出端与第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸、第四液压缸和驱动电机相连。

作为优选，所述第三液压缸的活塞顶部设置有橡胶塞，橡胶塞活动插接在第二弹簧体内并与第二弹簧体过盈配合，第二弹簧体内设置有限位片，橡胶塞的底部设置有气囊，橡胶塞的侧壁设置有与气囊相连通的凸起部。

作为优选，所述第二连接板底部设置有第三连接轴，第三弹簧体与第三连接轴连接，第四液压缸与第三连接轴连接，第三弹簧体位于两个第四液压缸之间，第四液压缸与第三弹簧体之间设置有扭簧，扭簧套接在第三连接轴上。

作为优选，所述第一挂轮和第二挂轮内均设置有挂接机构，挂接机构包括固定在挂轮中心轴外侧的弹片，弹片向挂轮的外侧凸起，弹片的两侧设置有挡片，挡片与挂轮的内侧壁相互贴合，挡片的内侧设置有环形排布的弧形凸缘，两侧挡片上的弧形凸缘反向设置。

作为优选，所述弹片上设置有若干个通孔，挂轮中心轴上固定有若干束绝缘纤维，绝缘纤维插接在通孔内。

一种上述的电力巡线机器人的运动控制方法，包括以下步骤：

A、第一挂轮和第二挂轮驱动电力巡线机器人前进，位于电力巡线机器人前部的第一挂轮碰触到障碍物时，相应的第一液压缸带动第二弹簧体发生变形，压力传感器将这一形变压力传递至控制器；

B、控制器控制第一液压缸拉伸，使第一挂轮越过障碍物，同时控制第二液压缸收缩；

C、位于前进侧的第三液压缸和第四液压缸针对第一液压缸和第二液压缸的伸缩行程进行相应的伸缩调节；

D、当第一挂轮越过障碍物后，第一液压缸收缩，同时第二液压缸拉伸，使第二挂轮越过障碍物，同时两个第四液压缸根据两个第二弹簧体的形变量进行伸缩调节；

E、当第二挂轮越过障碍物后，第二液压缸收缩，同时位于电力巡线机器人尾部的第一液压缸拉伸，使对应的第一挂轮越过障碍物，位于电力巡线机器人尾部的第三液压缸和第四液压缸针对第三弹簧体和对应的第二弹簧体的形变量进行伸缩调节。

作为优选，步骤B中，通过控制第二液压缸收缩，使第三弹簧体与其两侧的第二弹簧体的形变量，由电力巡线机器人的前端至电力巡线机器人的后部呈线性缩小的趋势，且电力巡线机器人后侧第二弹簧体的形变量小于其原始长度的5%。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过设计连接板与液压缸以及基板的连接结构并通过实时调节，使挂轮在攀爬越障时，基板可以基板保持水平，从而减少晃动给挂设在基板下面的仪器所造成的影响。第一液压缸和第二液压缸用来控制挂轮的上下移动，第三液压缸和第四液压缸用来调节连接板之间的相对角度，同时第三液压缸和第四液压缸的伸缩还可以对第二弹簧体和第三弹簧体的受力结构进行调节，从而起到抑制第一液压缸和第二液压缸与其连接的连接板之间产生过多的干涉影响。挂轮内的挂接机构通过弹片与线缆之间的相互挤压，提高了液压缸伸缩调节过程中挂轮与线缆之间的夹持稳定性，同时便于挂轮与线缆的脱离。本发明公开的巡线机器人仅仅通过压力传感器判断障碍物，系统构成十分简单，容错度高，稳定可靠。攀爬障碍物时，通过压力传感器的测量数据和液压缸的实时伸缩数据，对各个液压杆进行调整，从而保持基板的基本水平。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中第一连接板上第三液压缸与第二弹簧体连接的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中第三弹簧体与第四液压缸连接的结构图。

图4是本发明一个具体实施方式中挂接机构的结构图。

图5是本发明一个具体实施方式中弧形凸缘排布的结构图。

图6是本发明一个具体实施方式中平衡机构的结构图。

图中：1、第一连接板；2、第二连接板；3、第三连接板；4、第一连接轴；5、第一弹簧体；6、基板；7、第二弹簧体；8、第一液压缸；9、第一挂轮；10、第三弹簧体；11、第二液压缸；12、第二挂轮；13、第二连接轴；14、第三液压缸；15、第四液压缸；16、驱动电机；17、橡胶塞；18、限位片；19、气囊；20、凸起部；21、第三连接轴；22、扭簧；23、弹片；24、挡片；25、弧形凸缘；26、通孔；27、绝缘纤维；28、平衡机构；29、支架；30、第四弹簧体；31、平衡轮；32、橡胶唇边；33、压力传感器。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1-6，本发明一个具体实施方式包括第一连接板1、第二连接板2和第三连接板3，第一连接板1和第二连接板2之间以及第二连接板2和第三连接板3之间通过第一连接轴4连接，第一连接板1的自由端与第三连接板3的自由端通过第一弹簧体5连接有基板6，第一连接板1和第三连接板3上分别通过第二弹簧体7连接有第一液压缸8，第一液压缸8的活塞顶部轴接有第一挂轮9，第二连接板2上通过第三弹簧体10连接有第二液压缸11，第二液压缸11的活塞顶部轴接有第二挂轮12；基板6上设置有两个第二连接轴13，每个第二连接轴13上轴接有一个第三液压缸14和一个第四液压缸15，两个第三液压缸14分别连接至第一连接板1和第三连接板3，两个第四液压缸15连接在第二连接板2上；第一挂轮9和第二挂轮12分别连接有驱动电机16，第二弹簧体7和第三弹簧体10上分别设置有压力传感器33，基板6上设置有控制器，控制器的信号输入端与压力传感器33相连，控制器的信号输出端与第一液压缸8、第二液压缸11、第三液压缸14、第四液压缸15和驱动电机16相连。第三液压缸14的活塞顶部设置有橡胶塞17，橡胶塞17活动插接在第二弹簧体7内并与第二弹簧体7过盈配合，第二弹簧体7内设置有限位片18，橡胶塞17的底部设置有气囊19，橡胶塞17的侧壁设置有与气囊19相连通的凸起部20。第二连接板2底部设置有第三连接轴21，第三弹簧体10与第三连接轴21连接，第四液压缸15与第三连接轴21连接，第三弹簧体10位于两个第四液压缸15之间，第四液压缸15与第三弹簧体10之间设置有扭簧22，扭簧22套接在第三连接轴21上。第一挂轮9和第二挂轮12内均设置有挂接机构，挂接机构包括固定在挂轮中心轴外侧的弹片23，弹片23向挂轮的外侧凸起，弹片23的两侧设置有挡片24，挡片24与挂轮的内侧壁相互贴合，挡片24的内侧设置有环形排布的弧形凸缘25，两侧挡片24上的弧形凸缘25反向设置。弹片23上设置有若干个通孔26，挂轮中心轴上固定有若干束绝缘纤维27，绝缘纤维27插接在通孔26内。

另外，在第二液压缸11顶部与第二挂轮12同轴设置有平衡机构28，平衡机构28包括对称设置的两个支架29，支架29的顶端轴接有平衡轮31，两个支架29之间通过第四弹簧体30相连，平衡轮31与第二挂轮12的轴向夹角为6°，两个平衡轮31的倾斜方向相反，平衡轮31的外侧边缘设置有橡胶唇边32。通过两个平衡轮31挂接在线缆上，可以有效抑制第一挂轮上下运动的过程中给第二挂轮带来的晃动，从而提高基板的稳定性。

一种上述的电力巡线机器人的运动控制方法，包括以下步骤：

A、第一挂轮9和第二挂轮12驱动电力巡线机器人前进，位于电力巡线机器人前部的第一挂轮9碰触到障碍物时，相应的第一液压缸8带动第二弹簧体7发生变形，压力传感器33将这一形变压力传递至控制器；

B、控制器控制第一液压缸8拉伸，使第一挂轮9越过障碍物，同时控制第二液压缸11收缩；

C、位于前进侧的第三液压缸14和第四液压缸15针对第一液压缸8和第二液压缸11的伸缩行程进行相应的伸缩调节；

D、当第一挂轮9越过障碍物后，第一液压缸8收缩，同时第二液压缸11拉伸，使第二挂轮12越过障碍物，同时两个第四液压缸15根据两个第二弹簧体7的形变量进行伸缩调节；

E、当第二挂轮12越过障碍物后，第二液压缸11收缩，同时位于电力巡线机器人尾部的第一液压缸8拉伸，使对应的第一挂轮越过障碍物，位于电力巡线机器人尾部的第三液压缸14和第四液压缸15针对第三弹簧体10和对应的第二弹簧体7的形变量进行伸缩调节。

步骤B中，通过控制第二液压缸11收缩，使第三弹簧体10与其两侧的第二弹簧体7的形变量，由电力巡线机器人的前端至电力巡线机器人的后部呈线性缩小的趋势，且电力巡线机器人后侧第二弹簧体7的形变量小于其原始长度的5%。

步骤C中，第三液压缸14与第一液压缸8同步拉伸，第三液压缸14的拉伸长度为第一液压缸8的30%；第四液压缸15与第二液压缸11同步收缩，第四液压缸15的收缩长度为：

，

其中，L2为第二液压缸11的收缩量，L3为第三液压缸14的拉伸量，L4为第四液压缸15的收缩量。

步骤D中，第四液压缸15的伸缩方向与第二弹簧体7的形变方向相反，第四液压缸15的伸缩量为第二弹簧体7形变量的6倍。

步骤E中，第四液压缸15的伸缩量与第三弹簧体10的形变量成正比，第三液压缸14的伸缩量与对应的第二弹簧体7的形变量成正比，且第四液压缸15伸缩量与第三液压缸14伸缩量的差值不超过第一弹簧体5原始长度的10%。

本发明可以机器人攀爬障碍物的过程中，保持基板的基本水平，尤其在连续攀爬障碍物的过程中，攀爬反应快，基板稳定性高。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。