翻转式变胞移动机构

摘要

一种翻转式变胞移动机构，解决了现有检测绝缘子机构的体积偏大，结构较复杂，运行时易对绝缘子表面造成一定的损伤，适应性较差等问题。包括与绝缘子卡接的翻转臂，相互连接成整体环抱绝缘子串的移动单元以及检测元件，其技术要点是：采用结构相同的至少三组移动单元，利用电机驱动的传动机构输出轴端的驱动轮，将内啮合变胞翻转机构组装在支撑架两个联接架之间，作为检测作业的行走装置，充分利用内啮合变胞翻转机构具有的改变工作构态的特点，完成两个构态间的切换，实现整体移动机构的连续向上移动。其结构设计合理，易于安装拆卸，检测作业中运行稳定、安全可靠，减少对绝缘子表面的损伤，适用范围广，可以明显地提高检测工作的效率和准确率。

权利要求

1.一种翻转式变胞移动机构，包括与绝缘子卡接的翻转臂，相互连接成整体环抱绝缘子串的移动单元以及检测元件，其特征在于：采用结构相同的至少三组所述移动单元，每组移动单元包括支撑架，固定在支撑架两端的联接架，组装在一个联接架上的检测元件、电机、传动机构和组装在另一个联接架上的电池箱，设置在电机驱动的传动机构输出轴端的驱动轮，通过驱动轮组装在支撑架两个联接架之间的内啮合变胞翻转机构；各组移动单元之间相互通过相邻的联接架连接成整体，内啮合变胞翻转机构中与驱动轮相啮合的传送带固定连接在腰形的壳体内周，翻转臂的两端对称设置有与绝缘子外部轮廓相吻合的卡爪，两个翻转臂通过锁紧机构分别铰接在壳体的两圆弧端，翻转臂的解锁机构与驱动轮组装在一起，以锁紧机构和解锁机构分别实现翻转臂与壳体的自动锁定和自动解锁，当驱动轮从壳体直线段转动至壳体的圆弧端时，解锁机构自动进行解锁，此时翻转臂可以绕铰接轴进行旋转，驱动轮在壳体圆弧端转动带动相啮合的传送带使内啮合变胞翻转机构改变工作构态，驱动轮在壳体直线段转动带动相互连接成整体的移动单元沿绝缘子串轴向移动。

2.根据权利要求1所述的翻转式变胞移动机构，其特征在于：所述内啮合变胞翻转机构包括由两个圆弧端和直线段组成的腰形壳体，固定连接在壳体内周的与驱动轮相啮合的传送带，组装在壳体上的控制铰接在壳体圆弧端翻转臂锁定的锁紧机构，控制翻转臂与壳体解锁的组装在驱动轮上的解锁机构。

3.根据权利要求1所述的翻转式变胞移动机构，其特征在于：所述内啮合变胞翻转机构在改变工作构态的第一构态时，翻转臂被壳体上的锁紧机构锁紧，翻转臂上的与绝缘子卡接的卡爪保持不动，设置在电机驱动的传动机构输出轴端的驱动轮转动，沿固定连接在壳体内周的传送带直线段移动，带动相互连接成整体的移动单元沿绝缘子串轴向移动；内啮合变胞翻转机构在改变工作构态的第二构态翻转运动时，驱动轮转动至壳体的圆弧端，此时通过壳体上的解锁机构实现翻转臂自动解锁，在继续转动的驱动轮带动下，内啮合变胞翻转机构绕该端翻转臂铰接轴翻转，转至另一端翻转臂上的卡爪与绝缘子卡接时，内啮合变胞翻转机构改变为第一构态。

说明书

翻转式变胞移动机构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种检测架空高压线绝缘子作业用的行走装置，特别是一种用于沿绝缘子串往复爬行作业、综合检测绝缘子运行状态的翻转式变胞移动机构。它适于检测高压线的各种水平、悬垂和倾斜绝缘子，属于变构态移动传动技术领域。

背景技术

[0002] 随着我国经济的高速增长，各行业用电量的需求不断增大，电网的建设与维护越来越受到重视，电力行业新技术的不断问世对现有的一些设备提出了更高的要求，绝缘子是架空高压线的重要组成部分，其能否安全运行直接决定了电力系统的稳定性。由于绝缘子长期暴露在外界，使得它很容易受到自然条件的影响，像长时间的风吹、雨雪天气都会减短其正常的使用寿命。传统的绝缘子检测方法包括：直接观察法、超声波测量法、红外热像仪检测法、激光多普勒法等。上述方法不但检测效率低下，且准确率不高。

[0003] 因此，人们开始利用日益成熟的机器人技术来研制不同的爬行移动机构，目的是满足综合评定检测绝缘子的使用要求，更加深入细致地发现绝缘子在高压输电线上使用时可能存在的一些潜在风险，这对电力行业的发展和国民经济和生活的发展具有重要意义。

[0004] 据专利文献报道，公告号为CN101769971B的“一种绝缘子检测机器人”，公开的检测机器人主要用以检测水平的绝缘子串。其结构包括两个履带轮、箱体、变距伸缩机构以及探头驱动机构等，两个履带轮分别位于箱体两侧，且分别与变距伸缩机构铰接，两个履带轮分别连接有行程传感器，箱体下方连接有探头驱动机构。尽管此机构具有上串操作简单的优点，但是，其所采用的履带式行走机构不能适用于对垂直绝缘子串进行检测，也存在结构复杂，不易携带的缺陷。

[0005] 本申请人曾针对上述问题提出了公开号为CN103753559A的“一种悬垂绝缘子攀爬机构”，其技术要点是：由两个电机驱动，第一驱动电机安装在下环形支撑板上，第二驱动电机安装在上环形支撑板上，通过缆绳来传递动力。采用两个半环的对开门式结构，具有的优点是可以方便快捷地安装在绝缘子串上。导向杆是通过弹簧式伸缩杆固定的，这样才运行到绝缘子有偏移误差的地方，可以尽快调整位置，保证机构在运行过程中不偏移，能够自适应不同工况。通过万向轮与绝缘子表面滚动接触，同时万向轮表面有保护层，防止损伤绝缘子表面。上述装置存在杆连接部分较复杂，对角度的限定要求较高，可能会造成各个万向轮的角度不易调整等问题，会使其与绝缘子接触运行时产生偏差。

[0006] 本申请人还提出了专利公开号为CN104015826A的“绝缘子检测机器人仿足型移动机构”，其记载的移动机构的核心是利用变机架的平行四边形机构来实现整体机构的移动。变机架平行四边形机构包括带有转接杆的驱动杆、带有转接杆的联动杆、两端分别铰接于驱动杆和转接杆之间以及联动杆和转接杆之间的平动杆、两端分别与驱动杆和联动杆铰接的平动杆；驱动杆和联动杆与两个平动杆相间分置，各杆的端部相互铰接，每个平动杆上都对称设置有接触面与绝缘子外部轮廓相吻合的两个卡爪。通过一个电机来驱动一个驱动杆，在运动过程中两个平动杆分别作为机架。实际应用中发现此移动装置还存在有待克服的问题，即当机架发生变换时，四个杆成为一条直线会出现死点位置，容易造成机构运行的停止，严重时将损坏电机，导致整体机构的运行状态不可靠性，影响检测作业的效率和运行的稳定性。

[0007] 韩国电力研究院于2008年发表在《控制自动化和系统》上的文章《345kV输电线路的悬垂绝缘子串巡检机器人的研制》中研制了一种悬垂绝缘子检测机器人，其主要机构是分为上、下两个机器人框架，其配置分别包围绝缘子串，电源是由一个电池模块提供，实际使用时是由三个驱动模块来实现机器人沿绝缘子串移动，同时，整体机构装有一个检测模块进行作业检测任务，机器人的整体移动主要通过与绝缘子表面的滚动接触实现。此机构的使用要求精度较高，其主要问题是在运行过程中对绝缘子表面有磨损，适应性差，且不能沿水平绝缘子串往复行走。

[0008] 公告号为CN203888924U的“绝缘子检测机器人机构”，此爬行机构采用的是蠕动式爬行方式，模仿人类爬树的动作，可以适应不同高度、不同盘径大小的绝缘子盘。此结构采用的是多连杆复合机构，可以适应水平、悬垂、Y型、V型等不同形式的绝缘子串。尽管该检测机构与绝缘子表面采用点接触，通过上下夹爪夹持钢帽，可使机构的运行平稳可靠性提高，但由于此机构机器人的驱动装置结构复杂，整体爬行时各个连杆机构动作复杂，与绝缘子表面的点接触会对绝缘子表面造成一定的损伤，夹持绝缘子盘进行移动时，夹爪提供的夹持力有限，所以会造成运行不稳，产生偏转。

[0009] 公开号为CN105396270A的“一种电杆自动攀爬机构”，采用的结构中包括上抱箍、下抱箍、工作台、连接柱缸、液压站。在进行攀爬作业时，第一伸缩油缸、第二伸缩油缸和第三伸缩油缸都是安装在上抱箍和下抱箍上，以实现它们的夹紧和松开动作。在横向设置有伸缩油缸用以实现整体机构的向上爬升动作。受其结构的限制，它只能夹持圆柱型杆状物体和实现悬垂方向的移动，适用范围受到限制，并且需要的液压缸较多，可能会产生整体重量偏大，在运行时对绝缘子串的制造和安装误差的适应性较差，不利于携带作业工具等问题。

发明内容

[0010] 本发明的目的是提供一种翻转式变胞移动机构，解决了现有检测绝缘子机构的体积偏大，结构较复杂，运行时易对绝缘子表面造成一定的损伤，适应性较差等问题，其结构设计合理，易于安装拆卸，检测作业中运行稳定、安全可靠，减少对绝缘子表面的损伤，适用范围广，可以明显地提高检测工作的效率和准确率。

[0011] 本发明所采用的技术方案是：该翻转式变胞移动机构包括与绝缘子卡接的翻转臂，相互连接成整体环抱绝缘子串的移动单元以及检测元件，其技术要点是：采用结构相同的至少三组所述移动单元，每组移动单元包括支撑架，固定在支撑架两端的联接架，组装在一个联接架上的检测元件、电机、传动机构和组装在另一个联接架上的电池箱，设置在电机驱动的传动机构输出轴端的驱动轮，通过驱动轮组装在支撑架两个联接架之间的内啮合变胞翻转机构；各组移动单元之间相互通过相邻的联接架连接成整体，内啮合变胞翻转机构中与驱动轮相啮合的传送带固定连接在腰形的壳体内周，翻转臂的两端对称设置有与绝缘子外部轮廓相吻合的卡爪，两个翻转臂通过锁紧机构分别铰接在壳体的两圆弧端，翻转臂的解锁机构与驱动轮组装在一起，以锁紧机构和解锁机构分别实现翻转臂与壳体的自动锁定和自动解锁，当驱动轮从壳体直线段转动至壳体的圆弧端时，解锁机构自动进行解锁，此时翻转臂可以绕铰接轴进行旋转，驱动轮在壳体圆弧端转动带动相啮合的传送带使内啮合变胞翻转机构改变工作构态，驱动轮在壳体直线段转动带动相互连接成整体的移动单元沿绝缘子串轴向移动。

[0012] 所述内啮合变胞翻转机构包括由两个圆弧端和直线段组成的腰形壳体，固定连接在壳体内周的与驱动轮相啮合的传送带，组装在壳体上的控制铰接在壳体圆弧端翻转臂锁定的锁紧机构，控制翻转臂与壳体解锁的组装在驱动轮上的解锁机构。

[0013] 所述内啮合变胞翻转机构在改变工作构态的第一构态直线运动时，翻转臂被壳体上的锁紧机构锁紧固定，翻转臂上的与绝缘子卡接的卡爪保持不动，设置在电机驱动的传动机构输出轴端的驱动轮转动，沿固定连接在壳体内周的传送带直线段移动，带动相互连接成整体的移动单元沿绝缘子串轴向移动；内啮合变胞翻转机构在改变工作构态的第二构态翻转运动时，驱动轮转动至壳体的圆弧端，此时通过壳体上的解锁机构实现翻转臂自动解锁，在继续转动的驱动轮带动下，内啮合变胞翻转机构绕该端翻转臂铰接轴翻转，转至另一端翻转臂上的卡爪与绝缘子卡接时，内啮合变胞翻转机构改变为第一构态。

[0014] 本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明的相互连接成整体环抱绝缘子串的移动单元，采用设置在电机驱动的传动机构输出轴端的驱动轮，并通过驱动轮将内啮合变胞翻转机构组装在支撑架两个联接架之间，引入了内啮合变胞翻转机构作为检测作业的行走装置，所以可以通过设定的力约束或结构的几何约束，锁定或释放某运动副的自由度改变其结构拓扑，以新的工作构态实现不同的功能。因此，充分利用内啮合变胞翻转机构具有的改变工作构态实现不同运动的特点，使之与绝缘子检测的过程相结合，来克服现有绝缘子检测机构上存在的诸多问题，从而成为本申请人率先借助于变胞原理，设计出适用于绝缘子检测的翻转式变胞移动机构。因内啮合变胞翻转机构中与驱动轮相啮合的传送带固定连接在腰形的壳体内周，翻转臂的两端对称设置有与绝缘子外部轮廓相吻合的卡爪，两个翻转臂通过锁紧机构分别铰接在壳体的两圆弧端，翻转臂的解锁机构与驱动轮组装在一起，以锁紧机构和解锁机构分别实现翻转臂与壳体的自动锁定和自动解锁，故基于变胞原理设计的翻转式变胞移动机构，结构设计合理，易于安装拆卸，检测作业中运行稳定、安全可靠，减少对绝缘子表面的损伤，适用范围广，可以明显地提高检测工作的效率和准确率。具体说明如下：在一般情况下，翻转臂被锁紧机构锁紧固定，此时卡接在绝缘子上的卡爪固定不动，驱动轮在壳体直线段转动时，带动相互连接成整体的移动单元沿绝缘子串轴向移动，实现直线运动,此时为第一构态的直线运动；当驱动轮在壳体圆弧端转动带动相啮合的传送带时，解锁机构启动进行解锁，锁紧机构失效，与绝缘子串卡接的翻转臂开始翻转，此时为发生变胞的过程，直至壳体另一端翻转臂的卡爪与绝缘子完全接触，翻转完成，这过程为第二构态的翻转运动，此时解锁机构失效，锁紧机构再一次启动锁紧，接着重复以上动作，两个构态之间的切换，实现整体移动机构的连续移动一个周期，并利用组装在联接架上的检测元件同时完成检测工作，达到利用有限的长度可以移动无限距离的目的。因此，本发明解决了现有检测绝缘子机构的体积偏大，结构较复杂，运行时易对绝缘子表面造成一定的损伤，适应性较差等问题。

附图说明

[0015] 以下结合附图对本发明作进一步描述。

[0016] 图1为本发明的一种整体结构示意图；

[0017] 图2为图1中的一种移动单元的结构示意图；

[0018] 图3为图2中的一种翻转变胞移动机构的结构示意图；

[0019] 图4为图3沿A-A线的剖视图；

[0020] 图5为本发明的一种使用状态示意图。

[0021] 图中序号说明：1翻转臂、2内啮合变胞翻转机构、3支撑架、4传动机构、5电机、6检测元件、7联接架、8电池箱、9壳体、10传送带、11锁紧机构、12驱动轮、13解锁机构、14绝缘子串。

具体实施方式

[0022] 根据图1～5详细说明本发明的具体结构。该翻转式变胞移动机构包括与绝缘子卡接的翻转臂1，相互连接成整体环抱绝缘子串14的移动单元以及检测元件6等件。本实施例中采用结构相同的至少三组移动单元,因此，只对其中的一组移动单元和移动一个周期进行详细说明，其余两组移动单元的结构组成与移动一个周期的工作原理都相同，在此不一一赘述。

[0023] 每组移动单元包括支撑架3，固定在支撑架3两端的联接架7，组装在一个联接架7上的检测元件6、电机5、传动机构4和组装在另一个联接架7上的电池箱8，设置在电机5驱动的传动机构4输出轴端的驱动轮12，通过驱动轮12组装在支撑架3两个联接架7之间的内啮合变胞翻转机构2等零部件。其中检测元件6、电机5、传动机构4和电池箱8均采用通常使用的构件。上述三组移动单元之间相互通过相邻的联接架7连接成整体，内啮合变胞翻转机构2中与驱动轮12相啮合的传送带10固定连接在腰形的壳体9内周。

[0024] 内啮合变胞翻转机构2包括由两个圆弧端和直线段组成的腰形壳体9，固定连接在壳体9内周的与驱动轮12相啮合的传送带10，组装在壳体9上的控制铰接在壳体圆弧端翻转臂1锁定的锁紧机构11，控制翻转臂1与壳体9解锁的组装在驱动轮12上的解锁机构13等件。根据实际需要，传送带10可以选用齿型带，也可以选用链条等可以实现啮合运动的形式，驱动轮12与其分别匹配即可。翻转臂1的两端对称设置有与绝缘子外部轮廓相吻合的卡爪，两个翻转臂1通过锁紧机构11分别铰接在壳体9的两圆弧端，翻转臂1的解锁机构13与驱动轮
12组装在一起，以锁紧机构11和解锁机构13在驱动轮与传送带的啮合传动过程中，分别实现翻转臂1与壳体9的自动锁定和自动解锁。一般情况下翻转臂1被锁紧机构11锁住，保持与壳体9之间不动。当驱动轮12从壳体直线段转动至壳体圆弧端时，解锁机构13自动进行解锁，此时翻转臂1可以绕铰接轴进行旋转，驱动轮12在壳体圆弧端转动，带动相啮合的传送带10使内啮合变胞翻转机构2改变工作构态，驱动轮12在壳体直线段转动,带动相互连接成整体的移动单元沿绝缘子串14轴向移动。

[0025] 内啮合变胞翻转机构2在改变工作构态的第一构态直线运动时，翻转臂1被壳体9上的锁紧机构11锁紧固定，翻转臂1上的与绝缘子卡接的卡爪保持不动，设置在电机5驱动的传动机构4输出轴端的驱动轮12转动，沿固定连接在壳体9内周的传送带10直线段移动，带动相互连接成整体的移动单元沿绝缘子串14轴向移动；内啮合变胞翻转机构2在改变工作构态的第二构态翻转运动时，驱动轮12转动至壳体9的圆弧端，此时通过壳体9上的解锁机构13实现翻转臂1自动解锁，在继续转动的驱动轮12带动下，内啮合变胞翻转机构2绕该端翻转臂1铰接轴翻转，转至另一端翻转臂1上的卡爪与绝缘子卡接时，内啮合变胞翻转机构2改变为第一构态。接着重复以上动作不断完成两个构态之间的切换，实现整体移动机构的连续移动一个周期，并利用组装在联接架7上的检测元件6同时完成检测工作，达到利用有限的长度可以移动无限距离的目的。

[0026] 本发明的工作过程如下：

[0027] 一般情况下，翻转臂1通过锁紧机构11锁紧，翻转臂1上的卡爪保持和内啮合变胞移动机构2的垂直位置静止不动，同时与翻转臂1铰接的壳体9以及固定在壳体9内周的传送带10静止不动。在电机5的驱动下，传动机构4输出轴端的驱动轮12转动，与壳体9内传送带10的直线段相啮合运动，带动整体机构的直线运动，此时直线运动过程为改变工作构态的第一构态；当驱动轮12运动到壳体9内传送带10的圆弧端，解锁机构13启动，进行解锁，锁紧机构11失效，此时卡爪与绝缘子卡接的翻转臂1绕铰接轴进行旋转，此时翻转运动过程为改变工作构态的第二构态。当另一端翻转臂1的卡爪与下一个绝缘子完全接触时，内啮合变胞翻转机构2翻转完成，此时驱动轮12与壳体9内传送带10的圆弧端啮合，解锁机构13失效，锁紧机构11启动，翻转臂1再次被锁紧机构11锁紧，完成改变工作构态之间的相互转变。然后再重复以上过程，实现整个移动机构的周期性连续运动；电机5反向转动可以实现整体机构的反向移动，即此移动机构可以实现往复式运动。