[发明专利]单臂越障式输电线路作业机器人

说明书

技术领域

本发明是关于输电线路检测技术，尤其涉及一种单臂越障式输电线路作业机器人。

背景技术

由于电网输电线路分布点多、面广，绝大部分远离城镇，所处地形复杂，自然环境恶劣，且电力线及杆塔附件长期暴露在野外，会受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，原来微小的破损和缺陷就可能扩大，最终导致严重事故，造成大面积停电，从而造成极大的经济损失和严重的社会影响。所以，必须对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解输电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。

目前，主要利用机器人对输电线路进行巡检，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。国外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”和加拿大魁北克水电研究院的Serge Montambault等人研制的HQ Line Rover。

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。

此后，加拿大魁北克水电研究院开发的Line Scout、日本多家机构合作开发的Expliner等多种机器人可以在一个耐张段内行走，但存在机构复杂、重量大、控制难度大等缺点。

国内方面，中科院自动化研究所从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。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。

输电线路综合作业机器人可以完成多种在架空输电线路上的作业，一般都是由可沿输电线路移动的机器人作业平台携带不同的作业工具完成不同的作业任务，例如巡检、除冰、清障等。其中机器人作业平台是整个作业系统的最重要组成部分，而机器人的越障机构又是机器人作业平台的重要组成部分。不同形式的越障也决定了机器人不同的越障方式和过程。复杂的越障机构使机器人越障过程复杂、结构重量大；而结构简单的越障机构可以简化机器人越障过程，提高机器人工作的稳定性和可靠性，也可以减轻机器人的重量，便于机器人的运输和上下线。

在现有技术中，还存在一种输电线路综合作业机器人，通过驱动轮侧摆式脱、上线技术进行越障，如图1所示，为现有的输电线路综合作业机器人的结构示意图。现有的输电线路综合作业机器人包括前臂101、后臂102、手爪电机103、手爪104、驱动轮电机105、驱动轮106、侧摆关节电机107、侧摆关节108、移动关节109、移动关节电机110、升降关节电机111、升降关节112，驱动轮106置于导线正上方，采用两手爪104抱住导线，将驱动轮106压在导线上，在驱动轮106脱线时，首先打开手爪104，然后通过侧摆的方式使驱动轮106离开导线的正上方。上线的动作正好相反，首先通过侧摆使驱动轮106处于导线的正上方，然后闭合手爪104，抱住导线。驱动轮106置于导线正上方，采用两手爪104抱住导线，将驱动轮106压在导线上，在驱动轮106脱线时，首先打开手爪104，然后通过侧摆的方式使驱动轮106离开导线的正上方。上线的动作正好相反，首先通过侧摆使驱动轮106处于导线的正上方，然后闭合手爪，抱住导线。

在该现有技术中，为适应不同规格（大小、长短等）障碍物，需要在前、后臂上设置导轨，以使前、后臂可以沿横向移动，结构复杂、驱动电机使用数量多、整体质量大、越障动作复杂、越障适应性差。其次，驱动轮脱线需要两个动作——手爪开闭、驱动轮侧摆，这就使驱动部件的控制比较繁琐、结构比较复杂。再者，该现有技术中，手爪的两手指必须具有严格的对称关系，而且必须满足严格的运动规律，否则会严重影响机构特性，对机构的加工、调试有较高的要求。最后，该方案需要前后两个机械臂相互配合才能完成跨越障碍的功能，系统自由度多，结构复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单臂越障式输电线路作业机器人，可以通过一个中间关节，减少越障自由度，使机器人运动关节减少、结构简单，有效降低了机器人重量，便于机器人运输和上下线。