一种线上越障行走装置及巡检机器人的制作方法

专利检索2022-05-11  2



1.本发明涉及线上巡检机器人技术领域,尤其涉及一种线上越障行走装置及巡检机器人。


背景技术:

2.接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路,其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成;其中接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件,即通过吊弦固定接触线形成悬挂固定的结构。接触网故障是供电系统故障的主要部分,如果能够及时的发现接触网故障,即可提前解决故障隐患,有效降低故障时间。
3.目前已有可在铁路接触线上行走的巡检机器人,并且为了避免障碍的阻挡还具有越障功能,从而使得巡检机器人可以沿接触线越障行走完成接触线巡检作业,如申请号为“2019112955266”的专利中公开了一种爬线检测机器人;但是,现有的巡检机器人仍存在不足,如巡检机器人在进行接触线巡检的过程中,若遇到没电或自身出现故障等问题时会停滞在接触线上,其不仅导致工作人员将巡检机器人从接触线上取下的操作难度较大,而且还会影响列车的正常通行。


技术实现要素:

4.本发明公开一种线上越障行走装置及巡检机器人,以解决现有的巡检机器人因没电或自身故障等原因而停滞在接触线上,进而所导致的工作人员将巡检机器人从接触线上取下的操作难度大,以及影响列车正常通行的问题。
5.为了解决上述问题,本发明采用下述技术方案:
6.第一方面,本发明提供了一种线上越障行走装置,包括第一行走机构、第二行走机构以及越障控制机构,所述第一行走机构和所述第二行走机构分别与所述越障控制机构连接,所述越障控制机构用于控制所述第一行走机构和所述第二行走机构的开合,所述第一行走机构和所述第二行走机构中的至少一者与所述越障控制机构的连接部设置为弹性结构,所述弹性结构用于所述第一行走机构和/或所述第二行走机构在外力作用下张开从线上脱离。
7.可选地,所述第一行走机构与所述越障控制机构的连接部、所述第二行走机构与所述越障控制机构的连接部均设置为所述弹性结构。
8.可选地,所述第一行走机构和所述第二行走机构分别通过铰接件与所述越障控制机构转动连接,所述弹性结构为套设于所述铰接件上的扭簧结构。
9.可选地,所述越障控制机构包括固定座、升降机构、第一连杆组件和第二连杆组件;所述升降机构设置于所述固定座的下方,所述第一连杆组件和所述第二连杆组件分别设置于所述升降机构的相对两侧;所述第一连杆组件的一端与所述升降机构转动连接,所述第一连杆组件的另一端转动设置于所述固定座上,并与所述第一行走机构连接;所述第
二连杆组件的一端与所述升降机构连接,所述第二连杆组件的另一端转动设置于所述固定座上,并与所述第二行走机构连接;所述第一连杆组件和所述第二连杆组件用于在所述升降机构的升降运动下转动带动所述第一行走机构和所述第二行走机构的开合动作。
10.可选地,所述第一行走机构和所述第一连杆组件的另一端、所述第二行走机构和所述第二连杆组件的另一端分别通过相应的所述铰接件转动连接,且所述铰接件设置于所述固定座上。
11.可选地,所述第一连杆组件的另一端和所述第二连杆组件的另一端分别设置有挡部,且所述第一连杆组件的所述挡部抵住所述第一行走机构,所述第二连杆组件的所述挡部抵住所述第二行走机构,所述第一行走机构和所述第二行走机构在所述挡部的作用下用于向所述扭簧结构施加预受力,并在所述第一连杆组件和所述第二连杆组件转动带动所述第一行走机构和所述第二行走机构张开时,所述挡部可用于推动所述第一行走机构和所述第二行走机构的张开转动。
12.可选地,所述升降机构为丝杠机构;所述丝杠机构包括驱动电机、丝杆以及丝杆螺母;所述丝杆的一端与所述驱动电机的输出轴传动连接,所述丝杆螺母设置于所述丝杆上,并与所述第一连杆组件和所述第二连杆组件的一端转动连接。
13.可选地,所述第一行走机构和所述第二行走机构均分别包括滚轮,所述滚轮包括外檐部和圆台部,所述外檐部沿所述圆台部的下底面周向呈环形设置。
14.第二方面,基于上述线上越障行走装置,本发明还提供了一种巡检机器人,包括机体以及上述的线上越障行走装置,且所述线上越障行走装置的设置数量至少为两个,并沿所述机体的行走方向间隔分布于所述机体上。
15.可选地,所述机体设置有第一线上越障行走装置、第二线上越障行走装置和越障平衡机构,且所述越障平衡机构位于所述第一线上越障行走装置和所述第二线上越障行走装置之间;所述越障平衡机构包括越障控制机构,以及与所述越障控制机构连接的第一悬挂部和第二悬挂部,所述越障控制机构用于控制所述第一悬挂部和所述第二悬挂部的开合,且所述第一悬挂部和所述第二悬挂部中的至少一者与所述越障控制机构的连接部设置为弹性结构;所述第一悬挂部具有第一悬挂接触点,所述第二悬挂部具有第二悬挂接触点,且所述第一悬挂接触点和所述第二悬挂接触点分别位于所述机体的重心前后两侧。
16.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果:
17.本发明公开的线上越障行走装置和巡检机器人,通过与越障控制机构连接连接的第一行走机构和第二行走机构,使得越障控制机构可以控制第一行走机构和第二行走机构的开合,从而实现巡检机器人的越障行走;并且,第一行走机构和第二行走机构中的至少一者与越障控制机构的连接部设置为弹性结构,从而使得巡检机器人因没电或自身故障等原因而滞留在接触线上时,通过弹性结构使得线上越障行走装置的第一行走机构和第二行走机构可以在外力作用下张开从线上脱离;因此,相较于现有技术中的巡检机器人,本发明公开的线上越障行走装置和巡检机器人在出现没电或自身故障而滞留在接触线上的问题时,可以通过操作杆等施加的外部拉力实现线上越障行走装置和巡检机器人从接触线上的脱离,进而既方便于工作人员的操作,又保证了列车的行车安全。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
19.图1为本发明实施例中公开的线上越障行走装置的结构示意图;
20.图2为本发明实施例中公开的线上越障行走装置的正视结构示意图;
21.图3为图2中a部分的局部放大图;
22.图4为本发明实施例中公开的扭簧结构的示意图;
23.图5为本发明实施例中公开的巡检机器人的结构示意图;
24.附图标记说明:
25.100-滚轮、101-圆台部、102-外檐部、110-滚轮驱动电机、120-安装座、
26.200a-第一扭簧、200b-第二扭簧、210a-第一铰接件、210b-第二铰接件、
27.300-驱动电机、310-丝杆、320-丝杆螺母、321-第一连杆组件、322-第二连杆组件、323-挡部、330-固定座、
28.400-机体、410-第一线上越障行走装置、420-第二线上越障行走装置、430-越障平衡机构、431-第一悬挂部、432-第二悬挂部、
29.500-接触线、510-障碍。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例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。
31.以下结合附图,详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
32.实施例一
33.请参考图1至图5所示,本发明实施例公开了一种线上越障行走装置,其通常包括第一行走机构、第二行走机构以及越障控制机构,第一行走机构和第二行走机构分别与越障控制机构连接,从而通过越障控制机构可以控制第一行走机构和第二行走机构的开合,实现越障行走。
34.例如,线上越障行走装置在沿接触线500行走的过程中,若遇到障碍510,则通过越障控制机构控制第一行走机构和第二行走机构张开,进而避开障碍510实现越障;待该线上越障行走装置越过障碍510后,再通过越障控制机构控制第一行走机构和第二行走机构闭合,使得分别位于接触线500相对两侧的第一行走机构和第二行走机构重新与接触线500接触进行行走;需要说明的是,第一行走机构和第二行走机构可以正对设置,也可以错开设置,且第一行走机构和第二行走机构可以连接于同一越障控制机构,也可以分别连接于不同的两个越障控制机构。
35.其中,第一行走机构和第二行走机构中的至少一者与越障控制机构的连接部设置为弹性结构,从而在线上越障行走装置因没电或自身出现故障而滞留在接触线500上时,可以通过操作杆等向线上越障行走装置施加外部拉力,使得第一行走机构和/或第二行走机构在接触线500的抵动作用力下因弹性结构发生适应性形变而张开,并最终将第一行走机
构和第二行走机构从接触线500上脱离,即实现了线上越障行走装置的脱离,进而既方便于工作人员的操作,又保证了列车的行车安全。
36.具体地,可以将第一行走机构与越障控制机构的连接部、第二行走机构与越障控制机构的连接部均设置为弹性结构,使得在向线上越障行走装置施加拉力时,第一行走机构和第二行走机构均可因相应的弹性结构发生适应性形变而同时张开,从而通过两侧张开的方式使得线上越障行走装置更容易从线上脱离。
37.当然,根据实际设计或使用需求,也可以仅将第一行走机构与越障控制机构的连接部设置为弹性结构,或者仅将第二行走机构与越障控制机构的连接部均设置为弹性结构;在向线上越障行走装置施加拉力时,第一行走机构或第二行走机构因弹性结构发生适应性形变而张开,进而仍可实现线上越障行走装置的脱离,但这种单侧张开的方式相较于上述两侧张开的方式会增加线上越障行走装置的脱离操作难度。
38.同时,作为弹性结构的一种可实施方式,第一行走机构和第二行走机构分别通过销轴或铆钉等铰接件与越障控制机构转动连接,弹性结构为套设于铰接件上的扭簧结构;其中,如图1和图4所示,该扭簧结构的轴线设置方向可以与行走机构的行走方向一致,即与接触线500基本呈平行关系,第一行走机构和第二行走机构分别通过第一铰接件210a和第二铰接件210b与越障控制机构转动连接,且第一铰接件210a上套设有第一扭簧200a,第一扭簧200a的两个扭臂分别与第一行走机构和越障控制机构连接,第二铰接件210b上套设有第二扭簧200b,第二扭簧200b的两个扭臂分别与第二行走机构和越障控制机构连接。
39.当线上越障行走装置沿接触线500正常行走时,由于第一扭簧200a和第二扭簧200b的弹性力作用,可以限制第一行走机构和第二行走机构分别通过第一铰接件210a和第二铰接件210b与越障控制机构发生相对的张开转动,从而使得越障控制机构可以正常控制第一行走机构和第二行走机构进行开合动作,实现正常的线上越障和行走。
40.当线上越障行走装置因没电或故障而滞留在接触线500上时,可以向线上越障行走装置或巡检机器人的机体施加外力,从而使得第一行走机构和第二行走机构与接触线500产生作用力,并在接触线500的作用力下抵动第一行走机构压动第一扭簧200a发生扭转形变而通过第一铰接件210a与越障控制机构相对转动,抵动第二行走机构压动第二扭簧200b发生扭转形变而通过第二铰接件210b与越障控制机构相对转动,进而通过外力作用实现第一行走机构和第二行走机构的张开,完成从接触线500的脱离。
41.作为弹性结构的另一种可实施方式,弹性结构也可以为弹片结构,第一行走机构和第二行走机构分别通过弹片或板簧结构与越障行走机构连接;当线上越障行走装置沿接触线500正常行走时,越障控制机构可以控制第一行走机构和第二行走机构进行正常的开合动作,完成线上越障行走;当线上越障行走装置因没电或故障而滞留在接触线500上时,可以向线上越障行走装置施加外力,从而使得第一行走机构和第二行走机构与接触线500产生作用力,并在接触线500的作用力下抵动第一行走机构和第二行走机构分别压动相应的弹片或板簧结构而向外撑开,进而实现第一行走机构和第二行走机构的张开,完成从接触线500上的脱离。
42.本实施例公开的线上越障行走装置中,如图2所示,越障控制机构可以包括固定座330、升降机构、第一连杆组件321和第二连杆组件322;升降机构设置于固定座330的下方,第一连杆组件321和第二连杆组件322分别设置于升降机构的相对两侧;第一连杆组件321
的一端与升降机构转动连接,第一连杆组件321的另一端转动设置于固定座330上,并与第一行走机构连接;第二连杆组件322的一端与升降机构连接,第二连杆组件322的另一端转动设置于固定座330上,并与第二行走机构连接。
43.当升降机构上升顶动第一连杆组件321和第二连杆组件322的一端时,第一连杆组件321和第二连杆组件322的另一端转动带动第一行走机构和第二行走机构相向移动闭合;当升降机构下降拉动第一连杆组件321和第二连杆组件322的一端时,第一连杆组件321和第二连杆组件322的另一端转动带动第一行走机构和第二行走机构相背移动张开;因此,使得第一连杆组件321和第二连杆组件322可以在升降机构的升降运动下转动带动第一行走机构和第二行走机构完成相应的开合动作。
44.具体地,第一行走机构和第一连杆组件321的另一端通过第一铰接件210a转动连接,且第一铰接件210a设置于固定座330上,从而通过一个第一铰接件210a同时实现了第一连杆组件321与第一行走机构、第一连杆组件321与固定座330的转动连接;第二行走机构和第二连杆组件322的另一端通过第二铰接件210b转动连接,且第二铰接件210b设置于固定座330上,从而通过一个第二铰接件210b同时实现了第二连杆组件322与第二行走机构、第二连杆组件322与固定座330的转动连接。
45.其中,由于第一扭簧200a套设于第一铰接件210a上,所以升降机构在升降运动带动第一连杆组件321的另一端绕第一铰接件210a转动的过程中,第一连杆组件321通过与其连接的扭臂可以带动第一扭簧200a绕第一铰接件210a转动,进而使得第一扭簧200a与第一行走机构连接的另一个扭臂可以带动第一行走机构绕第一铰接件210a转动,实现第一行走机构绕第一铰接件210a的转动开合;同理,实现第二行走机构绕第二铰接件210b的转动开合。
46.优选地,为了更好地保障第一行走机构和第二行走机构的闭合强度而承载巡检机器人的重量,弹性结构可以设置预受力,即第一行走机构和第二行走机构的闭合时,弹性结构预设了一定的弹性形变量,以提高第一行走机构和第二行走机构的闭合强度。
47.具体如图3和图4所示,第一连杆组件321的另一端和第二连杆组件322的另一端可以分别设置挡部323,且第一连杆组件321的挡部323位于第一行走机构朝向第二行走机构的一侧,并抵住第一行走机构,第二连杆组件322的挡部323位于第二行走机构朝向第一行走机构的一侧,并抵住第二行走机构,从而通过相应挡块323对第一行走机构和第二行走机构的限位作用,使得第一行走机构和第二行走机构可以与相应的扭簧挤压形成预受力作用,从而保证了第一行走机构和第二行走机构相对闭合时的强度,可以承载巡检机器人的重量。
48.同时,在升降机构驱动第一连杆组件321和第二连杆组件322转动带动第一行走机构和第二行走机构转动张开的过程中,第一连杆组件321和第二连杆组件322的挡部323可以分别抵住第一行走机构和第二行走机构转动,从而更有利于第一连杆组件321和第二连杆组件322转动带动第一行走机构和第二行走机构的转动张开动作。
49.并且,由于第一连杆组件321的挡部323位于第一行走机构朝向第二行走机构的一侧,第二连杆组件322的挡部323位于第二行走机构朝向第一行走机构的一侧,所以线上行走装置在上述的因没电或故障而需要通过施加外部拉力从线上脱离时,第一连杆组件321和第二连杆组件322的挡部323不会对第一行走机构和第二行走机构的转动张开形成阻挡
限位,使得第一行走机构和第二行走机构在外力作用下可以顺利地转动张开从接触线500上脱离。
50.容易理解的是,作为其他的变形结构,第一行走机构和第一连杆组件321的另一端通过第一铰接件210a转动连接,而将第一连杆组件321的另一端通过额外设置的其他铰接件与固定座330转动连接,第二行走机构和第二连杆组件322的另一端通过第二铰接件210b转动连接,而将第二连杆组件322的另一端通过额外设置的其他铰接件与固定座330转动连接,从而通过第一连杆组件321和第二连杆组件322的转动也可以带动第一行走机构和第二行走机构完成相应的开合动作;但是,这种结构会增加铰接件的设置数量,不仅增加了制造成本,而且还会增加线上越障行走装置的结构复杂程度。
51.本发明实施例公开的越障控制机构中,升降机构可以为丝杠机构,其包括驱动电机300、丝杆310以及丝杆螺母320;丝杆310的底端与驱动电机300的输出轴传动连接,丝杆螺母320设置于丝杆310上,并与第一连杆组件321和第二连杆组件322的一端转动连接;从而通过驱动电机300带动丝杆310的正向转动或反向转动,使得丝杆螺母320可以沿丝杆310向上运动或向下运动,进而使得与丝杆螺母320连接的第一连杆组件321和第二连杆组件322可以在丝杆螺母320的升降运动下转动,实现第一行走机构和第二行走机构的开合。
52.优选地,如图3所示,丝杆310的顶端与固定座330转动连接,从而通过固定座330对丝杆310的顶端起到固定作用,有利于保证丝杆310的稳定转动;容易理解的是,为了减小转动摩擦力,可以将丝杆310顶端通过转动轴承与固定座330转动连接。
53.其中,丝杠机构优选为梯形丝杠,其相较于滚珠丝杠具有自锁功能,从而使得越障控制机构可以更好地控制保持第一行走机构和第二行走机构的的开合状态;另外,除了丝杠机构外,升降机构还可以设置为电动伸缩杆等其他现有的升降运动机构,以升降运动带动第一连杆组件321和第二连杆组件322进行相应的转动,本发明实施例对升降机构的形式不进行任何限定。
54.同时,第一连杆组件321和第二连杆组件322可以为由两根连杆转动连接组成的连杆组件,也可以为三根或三根以上的连杆转动连接组成的连杆组件,本发明实施例对组成第一连杆组件321和第二连杆组件322的连杆数量不进行任何限定。
55.本发明实施例公开的线上越障行走装置中,为了减小线上越障行走装置在线上行走时与接触线500的摩擦力,可以将线上越障行走装置的第一行走机构和第二行走机构设置为滚轮结构;具体如图2所示,第一行走机构和第二行走机构可以均分别包括滚轮100、安装座120和滚轮驱动电机110;安装座120与越障控制机构连接,且滚轮驱动电机110设置于安装座120上,并与滚轮100传动连接,从而通过滚轮驱动电机110可以驱动滚轮100转动形成主动轮结构,进而实现线上越障行走装置在接触线500上的行走。
56.其中,滚轮100可以包括外檐部102和圆台部101,且外檐部102沿圆台部101的下底面周向呈环形设置;在第一行走机构和第二行走机构闭合时,滚轮100的此种结构使得滚轮100可以通过外檐部102悬挂在接触线500上,圆台部101紧贴接触线500侧面,并在滚轮驱动电机110的驱动下沿接触线500转动行走。
57.实施例二
58.基于本发明实施例一中公开的线上越障行走装置,本实施例公开了一种巡检机器人,所公开的巡检机器人包括机体400以及实施例一中所述的线上越障行走装置;其中,线
上越障行走装置的设置数量至少为两个,并沿机体400的行走方向间隔设置于机体400上。
59.具体如图5所示,机体400上设置有两个线上越障行走装置,分别为第一线上越障行走装置410和第二线上越障行走装置420;同时,第一线上越障行走装置410和第二线上越障行走装置420的滚轮100可以分别连接有滚轮驱动电机110,从而形成主动轮结构可以提供行走动力;巡检机器人在越障行走过程中,当其中一个线上越障行走装置处于张开状态进行越障时,另一个线上越障行走装置则处于闭合状态,从而与接触线接500触提供行走动力。
60.优选地,机体400还设置有越障平衡机构430,且越障平衡机构430位于第一线上越障行走装置410和第二线上越障行走装置420之间;其中,越障平衡机构430包括设置于机体400上的越障控制机构,以及与该越障控制机构连接的第一悬挂部431和第二悬挂部432,且第一悬挂部431和第二悬挂部432中的至少一者与越障控制机构的连接部设置为弹性结构;从而通过越障控制机构可以控制第一悬挂部431和第二悬挂部432的开合,保证越障平衡结构也可以进行越障通过线上障碍物,并通过弹性结构使得越障平衡机构也可以在外力作用下顺利地从线上脱离释放。
61.并且,第一悬挂部431具有可与接触线500悬挂接触的第一悬挂接触点,第二悬挂部432具有可与接触线500悬挂接触的第二悬挂接触点,且第一悬挂接触点和第二悬挂接触点分别位于机体400的重心前后两侧(重心前侧是指在机体400的行走方向上位于重心前方的位置,重心后侧是指在机体400的行走方向上位于重心后方的位置)。
62.在越障行走过程中,当第一线上越障行走装置410或第二线上越障行走装置420处于张开状态进行越障时,通过第一悬挂部431和第二悬挂部432可以保证机体400的重心前后两侧分别受到相应的悬挂拉力,而当越障平衡机构430处于张开状态进行越障时,第一线上越障行走装置410和第二线上越障行走装置420则回复闭合状态,进而在机体400的重心前后两侧分别提供相应的悬挂拉力;因此,在整个越障行走过程中可以保证始终有两个悬挂拉力位于机体400的重心前后两侧,从而有利于机体400的平衡受力,避免机体400在越障行走过程中发生前后倾斜的问题。
63.作为第一悬挂部431和第二悬挂部432的一种可实施方式,第一悬挂部431和第二悬挂部432可以设计为滚轮结构,从而通过设计为滚轮结构的第一悬挂部431和第二悬挂部432既可以悬挂在接触线500上,又可以通过滚轮的方式减小沿接触线500移动时的摩擦力;具体如图5所示,滚轮结构可以包括外檐部102和圆台部101,且外檐部102沿圆台部101的下底面(圆台直径较大的底面为下底面)周向呈环形设置,圆台部101的上底面则用于与竖直设置的转动轴连接,从而通过外檐部102可以与接触线500悬挂接触,通过圆台部101的侧面则有利于沿接触线500的接触行走。
64.当然,作为其他可实施方式,第一悬挂部431和第二悬挂部432也可以设计为形状呈“7”字形或倒置“l”形的结构件,从而可以通过其弯曲或弯折的部分与接触线500悬挂接触;本实施例不限制第一悬挂部431和第二悬挂部432的形状结构。
65.同时,为了对接触线500进行相应的巡检作业,巡检机器人的机体400上可以设置接触网检测单元、接触线异物清理单元以及接触线维修单元中至少一者;其中,接触网检测单元可以包括接触线几何参数检测单元、图像采集单元、超声波探测单元以及射线探测单元等;接触线异物清理单元可以包括接触线除冰单元以及接触线异物清除单元等;接触线
维修单元可以包括线夹紧固单元等。
66.为了更好地确保巡检机器人在巡检过程中接触线500检测单元能得到准确的检测数据,提高巡检作业的可靠性,巡检机器人的机体400还可以设置有用于防止机体400发生左右倾斜的平衡检测单元以及姿态调整单元;当平衡检测单元检测到机体400发生左右倾斜时,姿态调整单元可以对机体400的倾斜姿态进行调整,使其恢复与接触线500所在水平面平行的水平状态;其中,平衡检测单元可以选用现有的水平仪,姿态调整单元可以选用现有的陀螺仪或动量轮等。
67.需要说明的是,上述线上行走装置以及巡检机器人不仅可以用于在接触线500上行走的应用场景,也可以应用于高压线等其他的线上行走场景,本发明实施例不对其应用场景进行限制。
68.本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同,各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾,均可以组合形成更优的实施例,考虑到行文简洁,在此则不再赘述。
69.以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
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