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越障机器人行走机构结构设计

黄鸣

【摘要】高压架空输电线路的巡检大多采用人工巡线、车辆巡线和直升机巡线.这

些巡线方式效率低,劳动强度大,还受地理环境、天气状况、作业人员经验和个人素

质等因素的影响,有些隐患也不容易被发现,还常常出现漏检和错检.因此,采用巡线机

器人来代替人工巡检已成为大势所趋.文章在对现有同类产品进行分析研究的基础

上,通过一种新型的越障行走机构——四轮耦合夹持行走机构,实现快速自动地越障.

【期刊名称】《湖南城市学院学报(自然科学版)》

【年(卷),期】2015(024)003

【总页数】3页(P154-156)

【关键词】高压架空线路;巡线机器人;越障行走

【作者】黄鸣

【作者单位】集美大学,福建厦门361021

【正文语种】中文

【中图分类】TH114

高压架空输电线路的安全运行是远距离输电的保障。目前,常见的线路巡检大多采

用采用人工巡线、车辆巡线和直升机巡线[1]。人工巡线主要靠供电局维护人员用

肉眼或望远镜察看,巡线效率低,劳动强度大,还受地理环境、天气状况、作业人

员经验和个人素质等因素的影响;车辆巡线受地面交通的限制,遇到跨河或者深山

中的线路,很多地方无法巡检;直升机巡线不仅可以减少人力,效率也比较高,但

其不足在于,成本较高,且很难达到需要的巡视精度。因此,采用巡线机器人来代

替人工巡检已成为大势所趋。这对提高电力部门自动化作业程度,减轻巡检人员劳

动强度,提高巡检人员工作安全条件及提高巡检质量都有及其重要的意义。

1国内外巡线机器人的研究现状

巡线机器人领域的研究在国外起步较早,20世纪80年代末开始,日本、加拿大、

美国等发达国家先后开展了巡线机器人的研究工作,几种遥控机器人己经开发出来

用于高压架空线路的维护[3-8]。可是他们研制的巡线机器人仍需要人工参与或只

能完成两线塔之间电力线路的检查,作业范围小,自动化程度低,且大多不具备越

障功能,不能实现连续巡线[3-8]。直到1991年,Sawada等开发了能机动的绕

过障碍物的自治移动式机器人用来检查电力传输线[3],该机器人利用一对驱动轮

和一对夹持轮沿地线(OPGW)爬行,能跨越地线上防震锤、螺旋减震器等障碍

物。遇到线塔时,机器人采用仿人攀沿机理,先展开携带的弧形手臂,手臂两端勾

住线塔两侧的地线,构成一个导轨,然后本体顺着导轨滑到线塔的另一侧;待机器

人夹持轮抱紧线塔另一侧的地线后,将弧形手臂折叠收起,以备下次使用。

国内关于可越障巡线机器人行走机构大多是通过机械臂攀越的方式来实现架空线路

的越障功能。例如:北京航空航天大学研制的巡线机器人[10],其越障装置采用螺

旋四杆机构。其工作过程中遇到障碍物时,行走轮停止转动,步进电机启动,带动

丝杠旋转,通过丝杠—螺母机构,使四杆机构运动,从而实现行走轮的摆动,脱离

导线,越过障碍物。其不足在于,每通过一个障碍物要停顿三次,每次的越障行走

过程烦琐,严重影响巡线的效率。中国电力科学研究院于2009年研制的巡线机器

人[11],其工作过程中每遇到障碍物时(防震锤、悬垂线夹等),先要将机器人停

止运动→前行走轮脱线→前关节臂旋转角度→后行走轮驱动前进→前臂越过障碍物

→前关节臂反向旋转角度→前行走轮上线→后行走轮重复前轮过程→直到越过障碍

物后继续前进。其不足在于,每次的越障行走过程烦琐,而高压电塔上障碍物种类

繁多且分布密集,严重影响巡线的效率。这些机器人的共同特点是:遇到障碍物时

需要停止前进,调整“手臂”位置,越障后再恢复巡线速度;越障行走时需依赖人

工远程遥控,操作困难、机构复杂且动作时间长;由于受到遥控距离限制,相关控

制设备需沿线路搬运,严重影响巡线工作效率,无法真正实现自动化巡线作业[9-

11]。

2四轮耦合夹持行走机构

本文研究的行走机构采用四轮耦合夹持,四个行走轮交错的分布在导线的两侧,依

靠行走轮与导线之间的摩擦力带动机器人前进,当遇到障碍物时,四个行走轮依次

通过,并保证其中任意的一个行走轮在翻越障碍物时,其它三个行走轮仍始终压紧

在缆线上,保持机器人的受力平衡。

如图1所示,在机器人吊仓上安装四个行走轮,行走轮通过步进电机驱动,并依

靠轮与线缆之间的摩擦,驱动机器人前进。正常行走时,行走轮臂与吊仓之间相对

固定,无相对运动;当遇到障碍物时,四个行走轮在铰链机构的作用下与导线脱离,

并依次通过,越障过程中可以保证至少有三个行走轮始终悬挂在导线上,以维持机

器人平衡,使机器人能够平稳的越过障碍物。

机器人前进过程中越障过

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