一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人

摘要

本发明提出一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，包括行走模块、飞行模块、维修装备搭载平台以及前后摄像头，机器人仿爬虫类蛇与飞禽，具有飞行和行走两种工作模式，能够快速飞行挂线后沿高压输电线路行走。机器人冗余自由度多，在空中及线上均具有变构态，不仅可变换“之”字飞行姿态以穿越狭窄空间，也可变换“O”型飞行姿态以稳定飞行；在线上也能够以缠绕、伸缩、弯蜒等姿态进行翻越各类障碍；此外，机器人前端安装摄像头，末端也安装摄像头并预留维修装备搭载平台，可搭载不同维修装备，辅以机器人变构态特性，不仅可完成巡检工作，也可完成在线维修工作。本发明为高压输电线路智能化巡检提供一定参考。

权利要求

1.一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，包括前置摄像头（1）、飞行模块（2）、行走模块（3）、后置摄像头（51）及维修装备搭载平台（5），其特征在于：所述飞行模块（2）与行走模块（3）排列组合，前一模块的舵盘连接器（231）与后一模块的机身（235）相连接，所述前置摄像头（1）位于机器人最前端，所述后置摄像头（51）及维修装备搭载平台（5）位于机器人最末端，端盖支撑盘（234）与机身（235）相连，可旋转，步进电机（233）与舵机（232）均固定在端盖支撑盘（234）上，所述舵盘连接器（231）与舵机（232）相连，可偏转，涵道风机（21）安装在飞行模块（2）的机身（235）内部，盖板（33）固定在行走模块（3）的机身（235）上，所述行走模块（3）的行走轮（31）与行走电机（32）通过齿轮传动，并固定在盖板（33）之间；

所述飞行模块（2）与行走模块（3）结构类似，均具有舵盘连接器（231）、舵机（232）、步进电机（233）、端盖支撑盘（234）、机身（235），且都能进行偏转，旋转运动；

所述飞行模块（2）与行走模块（3）排列可自由组合；

所述行走轮（31）为凹形轮，其中，行走轮（31）外围上下两端为环形凹台（311）。

2.根据权利要求1所述的一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，其特征在于：所述机器人仿生爬虫类蛇与飞禽，结合二者特点，同时具有飞行，线上行走两种工作模式。

3.根据权利要求2所述的一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，其特征在于：所述机器人具有空中变构态，其中，所述空中变构态指机器人不同的飞行姿态。

4.根据权利要求2所述的一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，其特征在于：所述机器人在线缆（4）上具有线上变构态，其中，所述线上变构态是指机器人在线上不同的越障及工作姿态。

5.根据权利要求1所述的一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，其特征在于：所述摄像头在机器人前后均有安置。

6.根据权利要求1所述的一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，其特征在于：机器人最后方舵盘连接器（231）作为维修装备搭载平台（5），搭载各类维修装备同时后置摄像头（51）也安装在此处，机器人后段可部分脱离线缆（4）辅助维修装备进行维修。

说明书

一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，属于高压输电线路检修装置技术领域。

背景技术

[0002] 高压输电线路是电力输送的中间媒介，其稳定性关系到国计民生。高压输电线路经常架设在高山、大河、森林等野外恶劣环境，由于长期暴露在室外，遭受风吹、雨淋等恶劣环境影响，因此需要定期进行巡检工作，巡检的对象主要是线路金具、杆塔、导线。巡检的手段多采用人工巡视，或者使用无人飞行设备进行巡视。随着机器人技术研究的深入，高压输电线路机器人开始在巡检作业中发挥起重要作用。

[0003] 高压输电线路环境复杂多变，线路上金具的发展日新月异，杆塔结构也是多种多样，作为巡检的机器人应当完成杆塔之间的移动，因此需要其具备越障的能力。高压输电线路环境复杂，本身存在大量种类的金具，加上人工维修以及更换，而且有时缺乏相应的后期维护文档，导致高压输电线路的越障工作存在很大难度。像传统的巡线机器人大多采用2臂或3臂的刚性结构，该种类型的机器人适合工作在特定结构的金具和杆塔环境。而蛇形机器人具有冗余多自由度的特点可使得机器人能够适应各类线路环境。另外，蛇形机器人的研究大多集中在地面、水下、管道等工作环境，将蛇形机器人应用在高压输电线路为巡线机器人研究领域提供了一个新的发展空间，也是蛇形机器人应用领域的全新探索。

[0004] 蛇形机器人冗余自由度多，灵活性强，在越障方面适应度高，特别是高压输电线路上存在多种障碍物，如防震锤、悬垂线夹、接续管等，蛇形机器人在高压输电线路上越障具有很大的优势，但目前蛇形机器人在高压输电线路上的研究相对较少，同时大多数巡线机器人存在：（1）需要人工辅助才能上下线，不方便快捷，同时存在事故风险；（2）不具备检修能力，即只巡不修。（3）不具备三维变形能力，特别是在悬垂线夹处，线缆在垂直水平面上成一定角度，机器人越障存在风险；（4）在线上工作时受风载、弧垂等工况影响较大。

[0005] 为同时解决上述瓶颈问题，本发明提出了一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，机器人仿爬虫类蛇与飞禽，具有飞行和行走两种工作模式，能够在空中盘旋，穿梭，也能够在线缆上行走，可自行飞行挂线进行巡检工作，从而脱离人工辅助上线的限制；机器人在空中及线上均具有变构态，不仅可变换“之”字飞行姿态以穿越狭窄空间，或变换“O”型飞行姿态以稳定飞行；在线上也能够以缠绕、伸缩、弯蜒等姿态进行翻越各类障碍；此外，机器人前端安装摄像头，末端也安装摄像头并预留维修装备搭载平台，可搭载不同维修装备，辅以机器人变构态特性，不仅可完成巡检工作，也可完成在线维修工作。本发明为高压输电线路的智能化巡检，自动化巡检提供一定参考。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是：针对严峻的输电线路巡检形势和巡检技术瓶颈，提出了一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，实现快速上下线，线上快速行走、线上越障、检修等功能。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，包括前置摄像头（1）、飞行模块（2）、行走模块（3）、后置摄像头（51）及维修装备搭载平台（5），其特征在于：所述飞行模块（2）与行走模块（3）排列组合，前一模块的舵盘连接器（231）与后一模块的机身（235）相连接，所述前置摄像头（1）位于机器人前端，所述后置摄像头（51）及维修装备搭载平台（5）位于机器人后端，所述端盖支撑盘（234）与机身（235）相连，可旋转，所述步进电机（233）与舵机（232）均固定在端盖支撑盘（234）上，所述舵盘连接器（231）与舵机（232）相连，可偏转，所述涵道风机（21）安装在飞行模块（2）的机身（235）内部，所述盖板（33）固定在行走模块（3）的机身（235）上，所述行走模块（3）的行走轮（31）与行走电机（32）通过齿轮传动，并固定在盖板（33）之间，所述行走模块（3）的行走轮（31）相互配合夹紧在线缆（4）上。

[0008] 可选的，所述飞行模块（2）与行走模块（3）结构类似，均具有舵盘连接器（231）、舵机（232）、步进电机（233）、端盖支撑盘（234）、机身（235），且都能进行偏转，旋转运动。

[0009] 可选的，所述飞行模块（2）与行走模块（3）排列可自由组合，例如233223322332（飞行模块（2）—行走模块（3）—行走模块（3）—飞行模块（2）—飞行模块（2）—行走模块（3）—行走模块（3）—飞行模块（2）—飞行模块（2）—行走模块（3）—行走模块（3）—飞行模块（2）），23232323232（飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2））。

[0010] 可选的，所述行走轮（31）为凹形轮，其中，行走轮（31）外围两端为环形凹台（311）。

[0011] 可选的，所述机器人仿生爬虫类蛇与飞禽，结合二者特点，同时具有飞行，线上行走两种工作模式。

[0012] 可选的，所述机器人具有空中变构态，在空中可首尾相接呈“O”飞行，也可“之”字形飞行，机身（235）的旋转运动可调整涵道风机（21）朝向辅助飞行。

[0013] 可选的，所述机器人在线缆（4）上具有线上变构态，可进行线上之字缠绕行走，线上等螺旋前进越防震锤（6），线上半脱离伸缩越悬垂线夹（7）。

[0014] 可选的，所述摄像头在机器人前后各安置一个。

[0015] 可选的，机器人最后方舵盘连接器（231）作为维修装备搭载平台（5），搭载各类维修装备同时后置摄像头（51）也安装在此处，机器人后段可部分脱离线缆（4）辅助维修装备进行维修。

[0016] 本发明的有益效果是：

[0017] 1、所述一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人具有冗余多自由度，灵活性高的特点，通过模块间相互配合实现不同姿态用于飞行和越障，能灵活到达指定工作位置进行上下线，也能完成线上障碍的翻越。

[0018] 2、所述一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人结合无人机与仿生蛇机器人的特点，既可以快速飞行上下线，也解决机器巡检的工作续航短的问题。

[0019] 3、所述一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人末端搭载可重构机械装备，可进行简单的维修、清障工作。

[0020] 4、所述一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人功能上，整合了“飞‑走”两类变构态运动方式。

附图说明

[0021] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0022] 图1 是本发明整机结构示意图。

[0023] 图2 是本发明飞行模块示意图。

[0024] 图3 是本发明行走模块示意图。

[0025] 图4 是本发明越防震锤示意图。

[0026] 图5 是本发明越悬垂线夹示意图。

[0027] 图6 是本发明的行走轮示意图

[0028] 图中所示：1、前置摄像头；2、飞行模块；3、行走模块；4、线缆；5、维修装备搭载平台；51、后置摄像头；6、防震锤；7、悬垂线夹；21、涵道风机；31、行走轮；32、行走电机；33、盖板；231、舵盘连接器；232、舵机；233、步进电机；234、端盖支撑盘；235、机身；311、环形凹台；312、凹形面。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 请参阅图1‑3，本实施例提供以下技术方案：一种基于仿生学飞走蛇形高压输电线路变构态检修机器人，包括前置摄像头（1）、飞行模块（2）、行走模块（3）、后置摄像头（51）及维修装备搭载平台（5），飞行模块（2）与行走模块（3）排列组合，前一模块的舵盘连接器（231）与后一模块的机身（235）相连接，前置摄像头（1）位于机器人前端，后置摄像头（51）及维修装备搭载平台（5）位于机器人后端，端盖支撑盘（234）与机身（235）相连，可旋转，步进电机（233）与舵机（232）均固定在端盖支撑盘（234）上，舵盘连接器（231）与舵机（232）相连，涵道风机（21）安装在飞行模块（2）的机身（235）内部，盖板（33）固定在行走模块（3）的机身（235）上，行走模块（3）的行走轮（31）与行走电机（32）通过齿轮传动，并固定在盖板（33）之间，行走模块（3）的行走轮（31）相互配合夹紧在线缆（4）上。

[0031] 具体的，飞行模块（2）与行走模块（3）结构类似，均具有舵盘连接器（231）、舵机（232）、步进电机（233）、端盖支撑盘（234）、机身（235），且都能进行偏转，旋转运动，以图1为例，机器人共30个自由度，其中旋转12个，偏转12个，行走轮6个，首尾旋转、偏转各1个用于调整摄像头，机器人中间旋转、偏转共20个用于调整机器人姿态。

[0032] 具体的，飞行模块（2）与行走模块（3）排列可自由组合，例如233223322332型（飞行模块（2）—行走模块（3）—行走模块（3）—飞行模块（2）—飞行模块（2）—行走模块（3）—行走模块（3）—飞行模块（2）—飞行模块（2）—行走模块（3）—行走模块（3）—飞行模块（2）），例如23232323232型（飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2）—行走模块（3）—飞行模块（2）），当然机器人模块排列自由，不仅仅局限于此两种方式的数量及排列组合。

[0033] 具体的，如图6所示，行走轮（31）为凹形轮，其外围两端为环形凹台（311），行走时，行走轮（31）凹形面（312）与线缆（4）配合，各行走轮（31）相互作用夹紧线缆（4），使机器人固定在线缆（4）上，以图1的233223322332型组合为例进一步说明，六个行走模块（3）两两一组依次分为第一组，第二组，第三组，每一组分布在线缆的两侧并夹紧，三组为机器人在线缆（4）上提供三组支撑，当机器人线上停止行走时，立即调整姿态，使行走轮（31）环形凹台（311）与线缆接触。

[0034] 具体的，机器人仿生爬虫类蛇与飞禽，结合二者特点，同时具有飞行，线上行走两种工作模式。利用机器人基于仿生冗余多自由度与高灵活性的特点，在飞行和线缆（4）上行走过程中，对姿态变换和调整都异常灵活多变。

[0035] 具体的，机器人具有空中变构态，在空中可进行三维变换，可满足不同飞行工况需求，如大风、空中障碍等，机器人首尾相接呈“O”形飞行增加飞行稳定性，或呈“之”字形飞行穿越障碍，同时机身（235）旋转可调整涵道风机（21）朝向，完成在空中的飞行控制。

[0036] 具体的，如图4‑5所示，机器人在线缆（4）上具有线上变构态，在线缆（4）上可进行三维变换，例如线上之字缠绕行走；线上等螺旋前进越防震锤（6），翻越障碍防震锤（6）时，机器人扭转机身（235）偏转舵盘连接器（231），以螺旋前进形式从防震锤上方绕过进行越障；线上半脱离伸缩穿越悬垂线夹（7），翻越悬垂线夹（7）时，机器人张一紧二，先张开第一组最前方夹紧线缆（4）的两个行走模块（3），后两组行走模块（3）保持夹紧，第一组行走模块（3）从障碍下方通过后通过前置摄像头（1）对准并夹紧线缆（4），第二组，第三组以相同方式依次进行翻越。

[0037] 具体的，摄像头在机器人前后各安置一个。前置摄像头（1）与后置摄像头（51）互补，可在飞行姿态转换行走姿态方面用于定位，辅助上线；在行走过程用于机器人线上巡检，例如识别障碍物类型，识别待修理物受损情况及位置等。

[0038] 具体的，机器人最后方舵盘连接器（231）作为维修装备搭载平台（5），各类维修装备如剪刀，扳手，喷火器，灭火器等均可搭载于此，机器人后段可部分脱离线缆（4），利用机器人仿生蛇冗余多自由度，高灵活性的特性，辅以机器人变构态特性及后置摄像头（51），将维修装备送至维修物附近并进行维修，例如搭载万能扳手松紧螺栓，搭载喷火器或剪刀去除线上悬挂物。具体的，机器人工作过程如下：

[0039] 1)首尾相接呈“O”形或蛇身呈“之”字形飞行；

[0040] 2)摄像头识别线缆位置，蛇身变换之字形，精准对线并转换线上行走模式；

[0041] 3)线上行走，通过摄像头识别障碍物，变换蛇身姿态进行越障或检修；

[0042] 4)飞行模块启动，行走模块停止工作，线上行走模式转为飞行模式下线回程。

[0043] 以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。