一种适应于长距离作业的断股修复机器人机构的制作方法

本发明涉及输电线路断股修复机器人，具体地说是一种适应于长距离作业输电线路断股修复作业机器人机构。

背景技术

输电线路是电力系统极为重要的组成部分。输电线路由于其长期处于野外露天之下，运行的环境很差，受到各种自然条件的影响。输电线路在多种应力的长期作用下会导致材质脆变，而雷击闪络、外力破坏等还会引起导线表面损伤；尤其是在海滨及工业区的输电线更容易受到腐蚀，致使输电线路产生裂纹、断股等缺陷。架空线路的损伤、断股，轻则降低载流量，重则造成断线事故，影响线路的安全运行。因此，一旦发现导线损伤、断股，应立即处理。

目前，电力部门在输电线路断股后采用的措施主要是人工对断股进行补修。由于断股的位置处于一档内线路的中央，需要人出线去作业，捋线、缠绕作业的时间长，劳动强度大，危险性高，因此，需要研制能够快速进行断股修复的装备来代替人工对输电线路断股进行修复，提高效率，减轻人员劳动强度，确保输电线路的安全运行。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种适应于长距离作业的机器人断股修复作业机器人机构，作业机构可对断股进行自动修复，提高效率，减轻人员劳动强度，提高人身安全。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

种适应于长距离作业的断股修复机器人机构，包括修复作业工具、作业工具支撑架、电器箱体支持架、导轨、电器箱体、前臂及后臂，其中前臂和后臂设置于电器箱体支持架的上方，所述作业工具支撑架与前臂和后臂连接，所述修复作业工具设置于所述作业工具支撑架上，所述电器箱体支持架上设有导轨，所述电器箱体位于所述电器箱体支持架的下方、并且与所述导轨可移动地连接。

所述前臂上设有旋转关节a和竖直移动关节a，所述前臂的末端通过前行走轮支撑架安装有前行走轮；

所述后臂与前臂结构相同。

所述前行走轮支撑架上设有行走驱动电机，所述前行走轮设置于所述行走驱动电机的输出轴上。

所述修复作业工具包括缠绕机构、升降机构及旋转机构，其中缠绕机构与升降机构固连，通过升降机构实现缠绕机构的上升或下降，所述升降机构与旋转机构固连，通过旋转机构可实现缠绕机构和升降机构的旋转。

所述缠绕机构包括缠绕机构驱动装置、支撑架、滚动齿轮、线辊及缠绕架，其中支撑架和滚动齿轮均为带有开口的环形结构，所述支撑架与所述升降机构连接，所述滚动齿轮设置于支撑架的内侧、并且与支撑架可滑动地连接，所述缠绕机构驱动装置安装在所述支撑架上、并且与滚动齿轮传动连接，所述缠绕机构驱动装置驱动所述滚动齿轮沿支撑架作周向运动，所述线辊和缠绕架均与所述滚动齿轮固连。

所述缠绕机构驱动装置包括电机a、齿轮a及电机支架a，所述电机a通过电机支架a安装在所述支撑架上，所述电机a的输出轴与齿轮a连接，所述齿轮a与滚动齿轮啮合。

所述缠绕机构驱动装置为两组，所述支撑架的两侧设有通孔，两组所述缠绕机构驱动装置在所述支撑架两侧的通孔处与所述滚动齿轮传动连接。

所述升降机构包括升降机构驱动装置、升降丝母、丝母支撑轴、轴承座、丝杠、导轨、滑块及旋转机构连接架、缠绕机构连接架及连接架，其中丝杠和导轨沿竖直方向设置，所述丝杠的上、下端分别与缠绕机构连接架和连接架可转动地连接，所述导轨的上、下端分别与缠绕机构连接架和连接架固定连接，所述升降丝母与丝杠螺纹连接，并且与所述旋转机构可转动地连接，所述升降机构驱动装置安装在所述旋转机构上，并且与所述升降丝母传动连接，所述滑块安装在旋转机构连接架上、并与导轨滑动连接，所述旋转机构连接架与所述旋转机构连接。

所述升降丝母的上端与所述升降机构驱动装置传动连接，下端设有丝母支撑轴，所述丝母支撑轴通过轴承与轴承座可转动地连接，所述轴承座与所述旋转机构连接，所述丝杠上螺纹连接有位于所述升降丝母下方的锁紧螺母a和锁紧螺母b。

所述旋转机构包括电机d、齿轮c、固定板及齿轮d，其中电机d安装在所述作业工具支撑架上，并且输出轴与齿轮c连接，所述固定板可转动地安装在所述作业工具支撑架上，所述齿轮d与固定板固连、并且与齿轮c啮合，所述升降机构安装在所述固定板上。

本发明具有如下优点及有益效果：

1.本发明断股修复过程简单、有效，效果好。

2.本发明的机器人可在跨越防震锤、单线夹和双线夹等障碍，跨越直线杆塔和耐张杆塔，实现长距离的断股修复作业任务。

3.本发明提高人身安全。本发明代替工人出线实施捋线压接作业，减少了危险，提高了人身安全。

4.本发明减轻人员劳动强度。本发明在线路发生断股后，代替工人出线对断股实施捋线和压接，能够减轻人员的劳动强度，提高效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中前、后臂的结构示意图；

图3是本发明中修复作业工具的结构示意图；

图4是本发明中缠绕机构的结构示意图之一；

图5是本发明中缠绕机构的结构示意图之二；

图6是本发明中升降机构的结构示意图；

图7是本发明中旋转机构的结构示意图；

图8是超高压输电线路单线夹障碍环境示意图；

图9是超高压输电线路双线夹障碍环境示意图。

其中：10为修复作业工具，1为缠绕机构，101为电机a，102为齿轮a，103为电机支架a，104为电机b，105为齿轮b，106为电机支架b，107为支撑架，108为滚动齿轮，109为线辊，110为缠绕架，2为升降机构，201为电机c，202为第一同步带轮，203为第二同步带轮，204为同步带，205为升降丝母，206为丝母支撑轴，207为轴承座，208为锁紧螺母a，209为锁紧螺母b，210为丝杠，211为导轨，212为滑块，213为旋转机构连接架，214为缠绕机构连接架，215为连接架，3为旋转机构，301为电机d，302为齿轮c，303为固定板，304为滑动轴承，305为齿轮d，20为作业工具支撑架，30为电器箱体支持架，40为导轨，50为水平移动关节，60为电器箱体，70为前臂，701为前行走轮支撑架，702为前行走轮，703为旋转关节a，704为竖直移动关节a，80为后臂，801为后行走轮支撑架，802为后行走轮，803为旋转关节b，804为竖直移动关节b，400为架空地线，500为第一防震锤，600为单线夹，900为双线夹。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

图1是本发明的结构示意图；如图1所示，本发明提供的一种输电线路断股股修复作业机器人机构，包括修复作业工具10、作业工具支撑架20、电器箱体支持架30、导轨40、电器箱体600、前臂70及后臂80，其中前臂70和后臂80设置于电器箱体支持架30的上方，所述作业工具支撑架20与前臂70和后臂80连接，所述修复作业工具10设置于所述作业工具支撑架20上。所述电器箱体支持架30上设有导轨40，所述电器箱体600位于所述电器箱体支持架30的下方、并且通过水平移动关节50与所述导轨40可移动地连接。

图2是本发明中前、后臂的结构示意图；如图2所示，所述前臂70上设有旋转关节a703和竖直移动关节a704，所述前臂70的末端通过前行走轮支撑架701安装有前行走轮702。本实施例中，所述竖直移动关节a704位于旋转关节a703的下方。所述前行走轮支撑架701上设有行走驱动电机，所述前行走轮702设置于所述行走驱动电机的输出轴上。通过行走驱动电机驱动可实现前行走轮702的沿线行走，旋转关节a703沿垂直方向放置，通过电机驱动，可实现手臂的水平方向转动，竖直移动关节a704沿垂直方向放置，可实现前臂70的伸长或缩短。

所述后臂80与前臂70结构相同。所述后臂80上设有旋转关节b803和竖直移动关节b804，所述后臂80的末端通过后行走轮支撑架801安装有后行走轮802。本实施例中，所述竖直移动关节b804位于旋转关节b803的下方。

图3是本发明中修复作业工具的结构示意图；如图3所示，所述修复作业工具10包括缠绕机构1、升降机构2及旋转机构3，其中缠绕机构1与升降机构2固连，通过升降机构1实现缠绕机构1的上升或下降。所述升降机构2与旋转机构3固连，通过旋转机构3可实现缠绕机构1和升降机构2的旋转。

图4、图5是本发明中缠绕机构的结构示意图；如图4、图5所示，所述缠绕机构1包括缠绕机构驱动装置、支撑架107、滚动齿轮108、线辊109及缠绕架110，其中支撑架107和滚动齿轮108均为带有开口的环形结构，所述支撑架107与所述升降机构2连接，所述滚动齿轮108设置于支撑架107的内侧、并且与支撑架107可滑动地连接。所述缠绕机构驱动装置安装在所述支撑架107上、并且与滚动齿轮108传动连接，所述缠绕机构驱动装置驱动所述滚动齿轮108沿支撑架107作周向运动，所述线辊109和缠绕架110分别固定连接在与所述滚动齿轮108的两侧。

所述缠绕机构驱动装置可为一组或两组。

本实施例中，所述缠绕机构驱动装置为两组，所述支撑架107的两侧设有通孔，两组所述缠绕机构驱动装置在所述支撑架107两侧的通孔处与所述滚动齿轮108传动连接。

其中一组所述缠绕机构驱动装置包括电机a101、齿轮a102及电机支架a103，其中电机a101通过电机支架a103沿水平方向安装在所述支撑架107的一侧，所述电机a101的输出轴与齿轮a102连接，所述齿轮a102在所述支撑架107一侧的通孔处与滚动齿轮108啮合。

另外一组所述缠绕机构驱动装置包括电机b104、齿轮b105及电机支架b106，所述电机b104通过电机支架b106沿水平方向安装在所述支撑架107的另一侧，所述电机b104的输出轴与齿轮b105连接，所述齿轮b105在所述支撑架107另一侧的通孔处与滚动齿轮108啮合。

所述支撑架107为270度圆环，并且内嵌环形滑动导轨，所述滚动齿轮108为270度环形齿轮，并且与所述环形滑动导轨滑动连接。

所述电机a101和电机b104分别通过同向驱动齿轮a102和齿轮b105实现滚动齿轮108沿支撑架107的圆周转动，由于缠绕架110和线辊109与滚动齿轮108固连，进而实现缠绕架110和线辊109的圆周转动。

如图6所示，所述升降机构2包括升降机构驱动装置、升降丝母205、丝母支撑轴206、轴承座207、丝杠210、导轨211、滑块212及旋转机构连接架213、缠绕机构连接架214及连接架215，其中丝杠210和导轨211沿竖直方向设置，所述丝杠210的上、下端分别与缠绕机构连接架214和连接架215可转动地连接，所述导轨211的上、下端分别与缠绕机构连接架214和连接架215固定连接。所述升降丝母205与丝杠210螺纹连接，并且与所述旋转机构3可转动地连接，所述升降机构驱动装置安装在所述旋转机构3上，并且与所述升降丝母205传动连接，所述滑块212安装在旋转机构连接架213上、并与导轨211滑动连接，所述旋转机构连接架213与所述旋转机构3连接。所述缠绕机构连接架214与所述缠绕机构1固连。

所述升降丝母205的上端与所述升降机构驱动装置传动连接，下端设有丝母支撑轴206，所述丝母支撑轴206通过轴承与轴承座207可转动地连接，所述轴承座207与所述旋转机构3连接。所述丝杠210上螺纹连接有位于所述升降丝母205下方的锁紧螺母a208和锁紧螺母b209，所述丝母支撑轴206通过轴承限制升降丝母205垂直方向移动，并利用锁紧螺母a208和锁紧螺母b209防松。

所述升降机构驱动装置包括电机c201、第一同步带轮202、第二同步带轮203及同步带204，其中电机c201安装在所述旋转机构3上、并且输出轴与第一同步带轮202连接，所述第二同步带轮203与所述升降丝母205固连、并且通过同步带204与第一同步带轮202传动连接。所述第二同步带轮203与升降丝母205同轴。

所述电机c201驱动第一同步带轮202旋转，通过同步带204带动第二同步带轮203转动，从而实现所述升降丝母205的转动，进而实现丝杠210的上升或者下降。由于导轨211通过连接架215和缠绕机构连接架214与丝杠210固连，因此同时实现了导轨211沿滑块212的上升或者下降，导轨211的移动保证了丝杠210上升或者下降运动的平稳性。由于缠绕机构1通过缠绕机构连接架214与升降机构2固连，进而实现了缠绕机构1的上升或者下降。

如图7所示，所述旋转机构3包括电机d301、齿轮c302、固定板303及齿轮d305，其中电机d301安装在机器人本体上，并且输出轴与齿轮c302连接，所述固定板303通过滑动轴承304可转动地安装在机器人本体上，所述齿轮d305与固定板303固连、并且与齿轮c302啮合。所述固定板303上设有与所述升降机构2连接的安装孔，所述升降机构2安装在所述固定板303上的安装孔上。

所述电机d301通过齿轮c302和齿轮d305传动，带动固定板303转动，因滑动轴承304安装在机器人本体上，并且与固定板303固连，进而实现了固定板303沿机器人本体的圆周转动。由于升降机构2和缠绕机构1与固定板303固连，因此实现了升降机构2和缠绕机构1的圆周转动。

图8为超高压输电线路单线夹障碍环境示意图，图9为超高压输电线路双线夹障碍环境示意图。如图8、图9所示，在架空地线400上主要的障碍物为第一防振锤500、单线夹600、双线夹900等障碍。本发明由伺服电机驱动，通过前臂、后臂和箱体的协调运动，可沿线跨越杆塔处的各障碍。

本发明的机构跨越第一防震锤500的过程为，机器人行走第一防震锤500处附近停止，越障过程如下：

第一步：机器人行走至障碍物附近停止，电器箱体600沿导轨40向后臂80方向移动，将机器人的重心移至后臂80，前臂70的竖直移动关节a704伸长，前行走轮702脱线。

第二步：前臂70跨越障碍物，前臂70的竖直移动关节a704收缩，前行走轮702落线，电器箱体600沿导轨50向前臂70方向移动，将机器人的重心移至前臂70和后臂80之间。

第三步：电器箱体600沿导轨40向前臂70方向移动，将机器人的重心移至前臂70，后臂80的竖直移动关节b804伸长，后行走轮802脱线。

第四步：后臂80跨越障碍物，后臂80的竖直移动关节b804收缩，后行走轮802落线，电器箱体600沿导轨40向后臂80方向移动，将机器人的重心移至前臂70和后臂80之间，机器人完成防震锤或者单线夹的跨越。

本发明的机构跨越双线夹900的过程为，机器人行走双线夹900处附近停止，越障过程如下：

第一步：机器人行走至障碍物附近停止，电器箱体60沿导轨40向前臂70方向移动，将机器人的重心移至前臂70，后臂80的竖直移动关节b804伸长，后行走轮802脱线。

第二步：前臂70的旋转关节a703运动，将后臂80转动至双线夹中间位置，后臂80的竖直移动关节b804收缩，后行走轮802落线，电器箱体60沿导轨40向后臂80方向移动，将机器人的重心移至后臂80。

第三步：前臂70的竖直移动关节a704伸长，前行走轮702脱线，后臂80的旋转关节b803运动，将前臂70转动至双线夹的另外一侧，前臂70的竖直移动关节a704收缩，前行走轮702落线。

第四步：后臂80的竖直移动关节b804伸长，后行走轮802脱线，电器箱体60沿导轨40向前臂70方向移动，将机器人的重心移至前臂70，前臂70的旋转关节a703运动，将后臂80转动至双线夹的另一侧，完成机器人的跨越双线夹过程。

本发明的修复作业工具的作业过程如下：

第一步：将铝丝的一端缠绕在缠绕支撑架110上，然后将铝丝按序捋在线辊109上。

第二步：机器人上线，断股修复作业机构沿输电线路行走，行走至断股附近停止。

第三步：升降机构2升起，将缠绕机构1的支撑架107圆心处于输电线路圆心位置附近。

第四步：机器人慢速前进，同时电机a101和电机b104驱动滚动齿轮108在支撑架107内圆周转动，带动线辊109和缠绕架110圆周转动，进而实现铝丝在输电线路的缠绕。

第五步：将输电线路的断股全部缠绕回线路后，升降机构2下降，缠绕机构1下降到输电线路下方，旋转机构3带动升降机构2和缠绕机构1连续圆周旋转，实现线辊109和缠绕架110两端线的连续绞合，避免铝丝末端松开。