一种轨道式电力角钢塔检修机器人的制作方法

1.本发明属于电力作业攀爬机器人技术领域，具体涉及一种轨道式电力角钢塔检修机器人。


背景技术：

2.电力的稳定、安全是促进各行各业发展的基本保障，在我国，电力角钢塔数量多、分布广，且长期显露于野外环境甚至多尘强风高湿的恶劣环境下。传统方式下，需由检修人员背负检修设备沿脚钉侧攀爬角钢塔，逐步挂接安全绳防坠，导致巡检周期长，攀爬危险性大，工作效率低。因此，适用于角钢塔的攀爬机器人应运而生，并逐渐衍生出各种形态结构的攀爬种类，如蛇形机器人、轮式机器人及尺蠖式机器人等。如图1所示，由于电力角钢塔是将角钢通过螺栓或焊接而成的桁架结构，主要由四根主角钢主材和一些用于斜拉支撑的辅材构造而成；角钢主材与地基呈一定倾斜角度布置，角钢主材间采用外包角钢并加螺栓固定连接，斜材与角钢主材间采用螺栓直连或外加节点板，同时还会沿角钢塔高度方向布置大量水平外延的脚钉从而供人工检查所用。由此可见，电力角钢塔具备阻碍物众多的特点，包括但不仅限于脚钉、包覆螺栓、节点板等；无论是何种机器人，如何在避障的同时保证攀爬效率是一大难点。此外，在攀爬过程中，机器人的主机必须始终与角钢主材平行，这样才能保证机器人的稳固夹持与平稳攀爬；然而，由于现有机器人自的巨大质量，机器人的主机往往出现角度倾斜状况，使得可靠性存疑。如何研发出一种新型的检修机器人，使之具备结构轻巧可靠的优点，从而实现攀爬效率与攀爬稳定性间的可靠平衡，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种轨道式电力角钢塔检修机器人，其在结构轻巧可靠的同时，亦可同步保证攀爬作业的动作稳定性及动作可靠性，从而能大大节省人力巡检成本，提高检修效率，并保障输电系统安全可靠运行。
4.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
5.一种轨道式电力角钢塔检修机器人，包括主机以及布置于主机上的用于检修的机械臂，其特征在于：主机包括可沿角钢主材的长度方向作行进动作的行走部，行走部为两套且分别配合在相邻的两根角钢主材上；两套行走部上均设置水平滑台，机械臂安装在位于两组行走部之间的基座的正面处，基座处向两侧处的水平滑台处延伸出水平导杆，水平导杆与水平滑台间形成导向方向为水平向的滑移导向配合；该检修机器人还包括用于定中基座位置的定中组件，所述定中组件包括布置在基座背面的铅垂导轨，铅垂导轨上滑轨配合有铅垂滑块；定中连杆的两端分别铰接在铅垂滑块和行走部上，且铰接处轴线垂直铅垂滑块的行进方向；位于基座两侧的两组定中连杆之间存有夹角且该夹角的角端指向铅垂滑块的行进方向。
6.优选的，每根角钢主材上的一套行走部均由沿角钢主材长度方向依序布置的两组
行走模块组成；两套行走部上的位于上层的行走模块等高设置，两套行走部上的位于下层的行走模块等高设置；所述水平导杆为两根且分别配合在两组上层行走模块上的水平滑台处和两组下层行走模块上的水平滑台处；基座固定在水平导杆的中段杆身处且桥接两根水平导杆。
7.优选的，所述铅垂导轨的布置位置与水平导杆的布置位置彼此空间避让；两组定中连杆呈面对称的布置在铅垂导轨的两侧处。
8.优选的，角钢主材上沿其长度方向布置有工字轨，所述行走模块包括行走板以及回转配合在行走板上的行走轮，行走轮与工字轨间形成滚动配合；所述行走轮为主动轮或行走模块通过外部驱动源驱动，从而产生沿工字轨的行走动作。
9.优选的，所述行走板与水平滑台之间夹设有垫板，垫板沿角钢主材方向延伸并向水平滑台上方延伸，从而形成檐口。
10.本发明的有益效果在于：
11.1)、通过上述方案，一方面，依靠布置行走部，如行走轮、行走辊乃至气轨或者行走夹爪等，从而实现主机沿电力角钢塔的上下行动作；再配合机械臂，即能实现预定的对电力角钢塔上螺栓等部件的在线检修功能。另一方面，行走部在逐渐上行时，受相邻角钢主材距离渐近的影响，行走部之间距离会逐渐变短，因此，本发明依靠水平导杆与水平滑台来形成水平导向单元，从而保证不影响行走部的正常功能。此外的，对于检修机器人而言，在满足上述结构稳定性的同时，工作可靠性也是关键，也即如何兼顾“行走部和水平导轨动作”和“基座不动作”之间形成完美平衡。本发明通过采用铅垂滑块、铅垂导轨及定中连杆的配合构造，实现了基座在水平导向单元的位移动作下，仍能始终确保基座始终位于恒定位置如两根角钢主材的正中区域处，从而保证位于基座上的机械臂的工作基准的恒定性，为最终机械臂的定点检修提供了基础保障。
12.综上，本发明不仅具备了高作业稳定性和高工作可靠性，同时仅依靠连杆、导轨及滑块的配合构造，就形成了简洁的框架式的工作结构，具备了结构上的轻巧性，结构上的轻巧性又进一步提升了工作的稳定性和可靠性。至此，本发明能大大节省人力巡检成本，并能有效提高检修效率，并保障输电系统安全可靠运行。
13.2)、作为上述方案的进一步优选方案，每套行走部均包括两组行走模块，而处于同一高度处的行走模块共同负担一根水平导杆，从而实现了对基座的稳定托撑功能。此时，定中连杆的外端可以分别布置在等高的两组行走模块上，而内端则同时铰接在基座上，且存有夹角，从而既实现定中功能，又能避免两组定中连杆处于同一直线上时产生死点效果，进而提升其工作可靠性。
14.3)、对于本发明而言，行走模块优选采用行走轮，从而配合预先焊接在角钢主材上的工字轨，以实现其避障和定向检修功能。当然，实际操作时，也可以使用如行走夹爪等。行走轮在沿工字轨行进时，可以自带动力源如动力电机来驱动行走轮转动，也可以通过外部驱动源如牵引系统等来带动本发明产生沿电力角钢塔的上行及下行动作，此处就不再赘述。
附图说明
15.图1为电力角钢塔的结构示意图；
16.图2为本发明的其中一种工作状态图；
17.图3为图2的俯视示意图；
18.图4为本发明的立体结构示意图；
19.图5为本发明的仰视图；
20.图6为本发明的正视图。
21.本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
22.a
‑
角钢主材
23.11
‑
机械臂 12
‑
行走部
24.12a
‑
水平滑台 12b
‑
行走轮 12c
‑
垫板 12d
‑
檐口 12e
‑
行走板
25.13
‑
水平导杆 14
‑
基座
26.15a
‑
铅垂导轨 15b
‑
铅垂滑块 15c
‑
定中连杆
27.16
‑
工字轨
具体实施方式
28.为便于理解，此处结合图1
‑
6，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
29.本发明的具体结构如图2
‑
5所示，其主要结构包括主机和机械臂11，机械臂11起到检修目的，主机则作为承载主体用于实现相对如图1所示的电力角钢塔的爬升和下降功能。其中：
30.主机外形参照图4
‑
6所示，其类似四足小车，也即通过两根水平导杆13搭配一块四方板状的基座14来形成车身，以四组行走模块来形成四组车轮。工作时，四组行走模块均包括行走轮12b、行走板12e、带有檐口12d的垫板12c以及水平滑台12a。行走轮12b与预先焊固在角钢主材a上的工字轨16形成滚动配合，其配合方式及装配方式较为常见，此处就不再赘述。垫板12c一方面起到过渡衔接行走板12e和水平滑台12a的功能，另一方面依靠檐口12d，来避免行进路径上的障碍物如脚钉甚至是鸟巢等刮蹭水平滑台12a从而引发的一系列不利状况。
31.在上述结构的基础上，本发明还设置了作为核心构造的定中组件。定中组件的设计目的，在于当两套行走部12沿工字轨16产生上行动作或下行动作时，行走部12会因如图1所示的角钢主材a的“八”字结构而产生同步的行进或相离动作；显然，如果完全采用刚性构件，则行走部12只会直接卡死的如图2所示的工字轨16上。因此，本发明一方面设计了正常的水平滑台12a和水平导杆13，从而保证了行走部12既能实现相近及相离动作，又能实现上行及下行动作。另一方面，则布置定中组件，从而在行走部12产生上述xy轴同步动作的同时，又能始终保证位于水平导杆13上的基座14的定中性，也即始终位于如图2
‑
3所示的两根工字轨16的对称轴处。
32.实际设计时，参照图4
‑
6所示的，定中组件包括“八”字布置的两根定中连杆15c，定中连杆15c的外端铰接在上层处的两组行走模块上，定中连杆15c的内端铰接在基座14处的铅垂滑块15b上；同时，铅垂滑块15b再导轨配合在基座14背面处的铅垂导轨15a处。至此，每当行走部12产生上述的xy轴动作时，会挤压或拉伸定中连杆15c，定中连杆15c再搭配铅垂滑块15b相对铅垂导轨15a的滑移动作，最终始终确保与铅垂导轨15a一体的基座14位于水
平导杆13的正中位置处。由于基座14的位置被恒定了，因此位于基座14上的机械臂11的工作基准也就明确了，机械臂11的工作可靠性及稳定性能得到显著保障。
33.当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；如定中连杆15c的外端也可以同时铰接在下层的两组行走模块上，或机械臂11可以使用检修机械臂11也可以使用具备其他功能的机械臂11等。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
34.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
35.本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。