蛇形高压线巡检机器人的驱动节及其取放机构的制作方法

本发明涉及高压线巡检装置，确切地说是一种蛇形高压线巡检机器人的驱动节及其取放机构。

背景技术：

高压输电是电力传输的一种普遍方式。其中采用高压及超高压架空电力输送线是长距离输配电力的主要形式。高压线缆及其附件长期暴露于外部环境，长年风吹日晒，材料极易老化，线缆容易破损。目前，大多数依然采用人工巡检方式，劳动强度大，且高空、高压、高危险作业环境难以保证巡检安全性，易造成工人触电及高空坠落等危险。

为解决人工巡检方式存在的问题，有少数采用了机器人巡检及无人飞机巡检方式，但是多数机器人巡检的避障效果差，只能适应部分障碍物的避让作用，而且在越障过程中动作行为繁琐，不可以进行具有成角度交叉电缆的爬行，而且越障稳定性及倾覆问题依然存在，在大风等天气情况下不能保持机器人平衡与稳定。而无人飞机巡检方式造价极高，而且对于具有大风等恶劣天气不能适应。

为解决上述技术问题，根据仿生学，可以设计蛇形高压线巡检机器人，可以仿蛇的运动，实现机器人适应多种障碍的避障及可进行成角度交叉电缆的爬行作业，越障稳定性高，大风等天气情况也能保持机器人平衡与稳定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种蛇形高压线巡检机器人的驱动节及其取放机构，其与线缆连接、脱离连接控制方便，可以组装成蛇形高压线巡检机器人，提高机器人越障稳定性，适应大风等天气情况；其取放机构便于对驱动节进行操作，完成向线缆上放置或取下的工作过程。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：

一种蛇形高压线巡检机器人的驱动节，包括节体，所述的节体上端固接一铰支座、摆动座，摆动座与铰支座通过轴、设置在轴上的扭簧连接；摆动座上固接有摆杆铰支座与滑座；

左摆杆下端与右摆杆下端共同铰接于摆杆铰支座上；左摆杆上端固接有驱动电机，驱动电机的电机轴固接有驱动轮，右摆杆上端铰接一从动轮；驱动轮与从动轮分别挂于电缆上方；

左摆杆与左连杆一端铰接，右摆杆与右连杆一端铰接，左连杆另一端与右连杆另一端共同铰接于滑动杆上；

滑动杆上端铰接一支撑轮，滑动杆下端与滑座滑动连接，弹簧套在滑动杆上，弹簧的刚度小于扭簧的刚度，在弹簧的弹簧力作用下驱动轮、从动轮紧贴于电缆上方，支撑轮顶在电缆下方，驱动电机带动驱动轮实现前进或后退运动；

摆动座垂直部分设有导向轮支座、导向轮及钢丝绳，钢丝绳的一端通过导向轮与滑动杆连接；钢丝绳的另一端通过导向轮与钢绳绞盘固定连接，绞盘电机驱动钢绳拉动滑动杆向下运动压缩弹簧至极限位后继续拉动滑动杆则使摆动座在钢丝绳的拉力作用下，克服扭簧的弹力向外侧摆动，使驱动轮、从动轮及支撑轮完全脱离电缆，让开电缆的上下空间。

本发明的驱动节，头尾顺次铰接连接，就可以组装成蛇形机器人，通过控制驱动轮、从动轮及支撑轮，即可实现节体与线缆连接、脱离；且连接控制方便，有利提高机器人越障稳定性，适应大风等天气情况。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

（1）通过设置驱动轮、从动轮及支撑轮，利用三个轮相互配合，可以实现本节体与线缆的连接；

（2）节体设置的驱动轮，通过驱动电机驱动驱动轮转动，从动轮及支撑轮配合转动，从而可以控制节体的前进、后退；

（3）驱动节的结构相同，使形机器人的装配、控制相对简单、方便，且可以降低成本；

（4）提高户外高压线缆巡检效率，降低人工巡检劳动强度。

（5）降低了高压线缆的故障率，保障线缆安全可靠供电。

进一步的优选技术方案如下：

所述节体的一端设有铰接头；节体的另一端设有铰接座；节体与节体之间通过铰接头与铰接座铰接连接，铰接连接处设有关节转向电机，关节转向电机驱动相铰接的一个节体相对于另一个节体转动。

通过在节体的铰接连接处设置关节转向电机，利用一个节体与关节转向电机固定连接，关节转向电机的轴与另一个节体固定连接，通过关节转向电机的转动控制相铰接的一个节体相对于另一个节体转动，从而更方便实现避障的控制。

所述的扭簧的一端顶在铰支座上，扭簧的另一端顶在摆动座上，在扭簧的作用下使摆动座一端紧贴于节体上表面。

所述的驱动节的每个节体侧面安装一固定座，固定座下方固定安装第一导向轮支座，第一导向轮安装于第一导向轮支座端部，上方固定安装第二导向轮支座，第二导向轮安装于第二导向轮支座端部；摆动座垂直部分外侧上端与下端分别安装第三导向轮支座及第四导向轮支座，第三导向轮与第四导向轮分别安装于第三导向轮支座端部与第四导向轮支座端部。

所述的驱动节的每个节体内部设有绞盘支座，绞盘电机固接于绞盘支座一侧，电机轴固接于钢绳绞盘，钢丝绳缠绕于绞盘上，且从节体上的孔处穿出，先绕过第一导向轮，再绕过第二导向轮，然后绕过第三导向轮，最后绕过第四导向轮，从摆动座竖直部分中间孔处穿过后，固接于钢绳固定环上，钢绳固定环设置在滑动杆上端与左连杆、右连杆的铰接处。

附图说明

图1是驱动节结构示意图一

图2是驱动节结构示意图二。

图3是本发明的驱动节连接成的蛇形机器人整体结构示意图。

图4是取放机构示意图。

图5是取放工作示意图一。

图6是取放工作示意图二。

图中：3-1：节体；3-2：铰支座；3-3：轴；3-4：扭簧；3-5：摆动座；3-6：左摆杆；3-7：左连杆；3-8：驱动轮；3-9：驱动电机；3-10：支撑轮；3-11：滑动杆；3-12：弹簧；3-13：滑座；3-14：摆杆铰支座；3-15：钢绳固定环；3-16：从动轮；3-17：第三导向轮；3-18：第三导向轮支座；3-19：右连杆；3-20：右摆杆；3-21：第四导向轮支座；3-22：第四导向轮；3-23：第二导向轮支座；3-24：第二导向轮；3-25：固定座；3-26：第一导向轮支座；3-27：第一导向轮；3-28：钢丝绳；3-29：钢丝绳绞盘；3-30：绞盘支座；3-31：绞盘电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详述本发明。

参阅图1、图2，本实施例的一种蛇形高压线巡检机器人的驱动节包括：节体3-1、铰支座3-2、轴3-3、扭簧3-4、摆动座3-5、左摆杆3-6、左连杆3-7、驱动轮3-8、驱动电机3-9、支撑轮3-10、滑动杆3-11、弹簧3-12、滑座3-13、摆杆铰支座3-14、钢绳固定环3-15、从动轮3-16、第三导向轮3-17、第三导向轮支座3-18、右连杆3-19、右摆杆3-20、第四导向轮支座3-21、第四导向轮3-22、导向轮支座3-23、第二导向轮3-24、固定座3-25、第一导向轮支座3-26、第一导向轮3-27、钢丝绳3-28、钢丝绳绞盘3-29、绞盘支座3-30、绞盘电机3-31。

驱动轮3-8与从动轮3-16挂于电缆上方，支撑轮3-10靠弹簧力的作用下顶在电缆12下方，实现电缆12的夹持与松开，驱动电机3-9带动驱动轮3-8实现前进或后退运动。

驱动节3的节体3-1上端固接一铰支座3-2，铰支座3-2穿有一轴3-3，摆动座3-5通过轴3-3铰接于铰支座3-2，一扭簧3-4穿于轴3-3上，扭簧3-4的一端顶在铰支座3-2上，另一端顶在摆动座3-5上，在扭簧3-4的作用下使摆动座3-5一端紧贴于节体3-1上表面；扭簧3-4的刚度大于弹簧3-12的刚度，摆动座3-5水平部分的上表面固接有摆杆铰支座3-14与滑座3-13。

左摆杆3-6下端与右摆杆3-20下端共同铰接于摆杆铰支座3-14上；左摆杆3-6上端固接有驱动电机3-9，该电机轴固接有驱动轮3-8，右摆杆3-20上端铰接一从动轮3-16，驱动轮3-8与从动轮3-16分别挂于电缆12上方；左摆杆3-6中间部位与左连杆3-7一端铰接，右摆杆3-20中间部位与右连杆3-19一端铰接，左连杆3-7另一端与右连杆3-19另一端共同铰接于滑动杆3-11上端部位，同时，该铰点处固接有钢绳固定环3-15；滑动杆3-11上端铰接一支撑轮3-10，下端与滑座3-13滑动连接，弹簧3-12套在滑动杆3-11圆柱部位，一端顶在滑动杆3-11上端部位，另一端顶在滑座3-13上表面，该弹簧3-12的刚度小于扭簧3-4的刚度，在弹簧3-12的弹簧力作用下，支撑轮3-10紧贴于电缆3-12下方；

同时，弹簧3-12过滑动杆3-11、左连杆3-7与右连杆3-19将弹簧3-12的弹力传递给左摆杆3-6与右摆杆3-20，使驱动轮3-8、从动轮3-16紧贴于电缆3-12上方，从而驱动轮3-8、从动轮3-16及支撑轮3-10可靠而稳固地将电缆12把持住。

驱动节3节体3-1侧面安装一固定座3-25，固定座3-25下方固定安装第一导向轮支座3-26，第一导向轮3-27安装于第一导向轮支座3-26端部，上方固定安装第二导向轮支座3-23，第二导向轮3-24安装于第二导向轮支座3-23端部；摆动座3-5垂直部分外侧上端与下端分别安装第三导向轮支座3-18及第四导向轮支座3-21，第三导向轮3-17与第四导向轮3-22分别安装于第三导向轮支座3-18端部与第四导向轮支座3-21端部。

绞盘支座3-30固接于节体内部，绞盘电机3-31固接于绞盘支座3-30一侧，电机轴固接于钢绳绞盘3-29，钢丝绳3-28缠绕于绞盘3-29上，且从节体3-1上的孔a处穿出，先绕过第一导向轮3-27，再绕过第二导向轮3-24，然后绕过第三导向轮3-17，最后绕过第四导向轮3-22，从摆动座3-5竖直部分中间孔处穿过后，固接于钢绳固定环3-15上。

该驱动节3可实现电缆的夹持与松开，提供蛇形机器人爬行驱动，以及进行多种障碍物的避让作业，还可进行呈角度交叉电缆的爬行作业，适应性很强。

结合图3可知，本发明的驱动节所组装成的蛇形机器人，其结构包括头节1、头节转向电机2、第一驱动节3、第一关节转向电机4、第二驱动节5、第二关节转向电机6、第三驱动节7、第三关节转向电机8、第四驱动节9、尾节转向电机10、尾节11及电缆12。头节1与第一驱动节3铰接，头节转向电机2固接于头节1与第一驱动节3铰接点处，其轴与第一驱动节3固接；第一驱动节3与第二驱动节5铰接，第一关节转向电机4固接于第一驱动节3与第二驱动节5铰接点处，其轴与第二驱动节5固接；第二驱动节5与第三驱动节7铰接，第二关节转向电机6固接于第二驱动节5与第三驱动节7铰接点处，其轴与第三驱动节7固接；第三驱动节7与第四驱动节9铰接，第三关节转向电机8固接于第三驱动节7与第四驱动节9铰接点处，其轴与第四驱动节9固接；第四驱动节9与尾节11铰接，尾节转向电机10固接于第四驱动节9与尾节11铰接点处，其轴与尾节11固接。

避障作业过程如下：

当蛇形机器人第一驱动节3接近障碍物时，该驱动节3的绞盘电机3-31开始动作，带动钢丝绳绞盘3-29转动，使钢丝绳3-28逐渐收拢于绞盘3-29上，通过钢丝绳3-28拉动钢绳固定环3-15，使滑动杆3-11压缩弹簧3-12向下运动，使支撑轮3-10向下运动，从而使支撑轮3-10脱离电缆12，滑动杆3-11向下运动的同时，带动左连杆3-7与右连杆3-19的共同铰接点向下运动，使左连杆3-7与右连杆3-19分别向内侧摆动，在左连杆3-7与右连杆3-19的带动下，使左摆杆3-6与右摆杆3-20分别向内侧摆动，从而使驱动轮3-8与从动轮3-16分别向上运动而脱离电缆12；

绞盘3-29进一步收拢钢丝绳3-28，使滑动杆3-11继续向下运动，直至将弹簧3-12压缩至极限位，此时，滑动杆3-11不能再往下运动，致使摆动座3-5在钢丝绳3-28的拉力作用下，开始克服扭簧3-4的弹力，向外侧摆动，带动附着于摆动座3-5上的左摆杆3-6、右摆杆3-20及滑动杆3-11向远离电缆12方向摆动，使驱动轮3-8、从动轮3-16及支撑轮3-10完全脱离电缆12，让开电缆12的上下空间，在蛇形机器人第二驱动节5、第三驱动节7及第四驱动节9的驱动下继续前进，使第一驱动节3让开障碍物，从而实现避障作业。

当蛇形机器人进行呈角度交叉电缆爬行时，第一驱动节3与第二驱动节5之间的关节转向电机4开始沿相交电缆方向转动，转至第一驱动节3与该相交电缆平行位置，同时，为保证蛇形机器人整体机构的平衡，头节1与第一驱动节3之间的转向电机2开始动作，驱使头节1向相反方向运动，同时，尾节转向电机10也在动作，尾节11在转向电机10驱动下，向头部伸出的相反方向摆动，以保证机器人整体机构的平衡。

当第一驱动节3经过障碍物后或者第一驱动节3已接近相交电缆位置时，该节绞盘电机3-31开始动作，驱动钢丝绳绞盘3-29释放钢丝绳3-28，扭簧3-4刚度大于弹簧3-12刚度，摆动座3-5开始在扭簧3-4作用下往回摆动，当摆动座3-5摆至与节体3-1紧贴时的初始位置时，绞盘3-29继续释放钢绳3-28，滑动杆3-11开始在弹簧3-12作用下向上运动，驱使支撑轮3-10向上运动，直至紧贴电缆12下方；在滑动杆3-11向上运动的同时，左连杆3-7与右连杆3-19的共同铰接点向上运动，左连杆3-7与右连杆3-19分别向外侧摆动，带动左摆杆3-6与右摆杆3-20分别向外侧摆动，使驱动轮3-8与从动轮3-16分别向下运动，逐渐靠近电缆12，直至紧贴电缆12上方。从而完成了一个驱动节3的避障循环过程。

蛇形机器人继续前进，当第二驱动节5接近障碍物时，其避障过程与第一驱动节3的避障动作过程相同。同样的，第三驱动节7、第四驱动节9的避障过程与第一驱动节3完全相同。

参阅图4，本发明的驱动节配置了挂、取作业的取放机构，该蛇形机器人的驱动节通过取放机构实现往电缆上的取、放作业。

取放机构包括：空心杆13-1、托盘13-2、拉簧13-3、摆动杆13-4、滚轮13-5、拉绳13-6、第一销轴13-7、转轴13-8、扳手13-9、第二销轴13-10。

托盘13-2为一端呈凸起状，此凸起部位用于取放蛇形机器人时卡住节体3-1，托盘13-2远离凸起的部位固接于空心杆13-1上端，摆动杆13-4中间部位与托盘13-2铰接，拉簧13-3的一端与托盘13-2固定，另一端与摆动杆13-4固定；拉簧13-3的刚度大于驱动节3上套在滑动杆3-11上的弹簧3-12的刚度，摆动杆13-4一端铰接一滚轮13-5，另一端固接拉绳13-6一端，拉绳13-6穿过空心杆13-1，绕过空心杆13-1下端第二销轴13-10，然后向上在绕过第一销轴13-7,从空心杆13-1上一孔b处穿出，穿出的拉绳13-6一端固接于扳手13-9的上端，一转轴13-8固定于空心杆13-1上，扳手13-9与空心杆13-1铰接于转轴13-8处。在拉簧13-3的拉力作用下，通过拉绳13-6，使扳手13-9上端紧贴于空心杆13-1上。

参阅图5、图6，利用取放机构完成蛇形机器人的驱动节往电缆上的取、放过程如下：

蛇形机器人往电缆12上挂接作业过程：操作者压下扳手13-9，通过拉绳13-6克服拉簧13-3的拉力作用，驱使摆动杆13-4向外侧摆动，将托盘13-2托住驱动节3下端，使托盘13-2的凸起部位卡住节体3-1一侧，同时，摆动杆13-4上铰接的滚轮13-5处于驱动节3的第一导轮3-27与第二导轮3-24之间位置；操作者松开扳手13-9后，在拉簧13-3作用下，滚轮13-5将压紧在第一导轮3-27与第二导轮3-24之间的钢丝绳3-28上，该拉簧13-3的刚度大于套在滑动杆3-11上的弹簧3-12的刚度，滚轮13-5在拉簧13-3作用下，将使钢丝绳3-28产生较大的拉力，在钢丝绳3-28的拉力作用下，通过钢绳固定环3-15，克服套在滑动杆3-11上的弹簧3-12的弹力，使滑动杆3-11向下运动，带动支撑轮3-10向下运动；滑动杆3-11向下运动的同时，带动左连杆3-7与右连杆3-19的共同铰接点向下运动，从而左连杆3-7与右连杆3-19分别向内侧摆动，进而带动左摆杆3-6与右摆杆3-20向内侧摆动，使驱动轮3-8与从动轮3-16分别向上运动，此时驱动轮3-8和从动轮3-16与支撑轮3-10之间张开一定空间，操作者可将驱动节3的驱动轮3-8与从动轮3-16挂在电缆12上。此时，操作者再次压下扳手13-9，通过拉绳13-6克服拉簧13-3的拉力，使摆动杆13-4向外侧摆动，从而滚轮13-5离开钢丝绳3-28，驱动节3上的滑动杆3-11开始在弹簧3-12的弹力作用下向上运动，直至支撑轮3-10紧贴于电缆12下方，使驱动轮3-8和从动轮3-16与支撑轮3-10夹紧电缆。从而完成蛇形机器人往电缆12上的挂接作用过程。

蛇形机器人从电缆12上取下作用过程：操作者压下扳手13-9，通过拉绳13-6克服拉簧13-3的拉力作用，驱使摆动杆13-4向外侧摆动，将托盘13-2托住驱动节3下端，使托盘13-2的凸起部位卡住节体3-1一侧，同时，摆动杆13-4上铰接的滚轮13-5处于驱动节3的第一导轮3-27与第二导轮3-24之间位置，松开扳手13-9，在拉簧13-3作用下，滚轮13-5将压紧在第一导轮3-27与第二导轮3-24之间的钢丝绳3-28上，在钢丝绳3-28的拉力作用下，通过钢绳固定环3-15，在克服套在滑动杆3-11上的弹簧3-12的弹力，使滑动杆3-11向下运动，带动支撑轮3-10向下运动，进而使支撑轮3-10离开电缆12；同时，滑动杆3-11向下运动的同时，带动左连杆3-7与右连杆3-19的共同铰接点向下运动，从而左连杆3-7与右连杆3-19分别向内侧摆动，进而带动左摆杆3-6与右摆杆3-20向内侧摆动，使驱动轮3-8与从动轮3-16分别向上运动，此时驱动轮3-8和从动轮3-16与支撑轮3-10之间张开了一定空间，当操作者将所有驱动节3的驱动轮3-8和从动轮3-16与支撑轮3-10之间均张开一定空间时，就可以将蛇形机器人从电缆上取下蛇形机器人。从而完成蛇形机器人从电缆12上取下作业过程。

头节1与尾节11是在蛇形机器人进行避障过程中及有风天气情况下，进行左右摆动，对蛇形机器人整体机构起到平衡作用。

以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。