本發明涉及高壓輸電線路巡檢機器人領域，特別涉及一種四分裂高壓直流輸電線磁力驅動巡檢機器人。

背景技術：

架空高壓輸電線路巡檢機器人已成為國內外機器人領域的研究熱點，目前國內外研究的巡檢機器人多采用輪臂復合結構，依靠輪臂結構行走的巡檢機器人利用行走輪與高壓線間的摩擦力作為驅動力，存在打滑、速度慢、輸電導線與行走輪磨損嚴重等問題，機器人巡檢效率低，能耗大，抗風載能力弱。專利cn106026781a公開了一種用于高壓線路巡檢機器人的雙線圈磁力驅動裝置，該方案利用機器人磁力驅動臂內置載流線圈在高壓直流導線周圍分布的磁場中受到的安培力來實現機器人的牽引移動。這種磁力驅動巡檢機器人方案不僅可以極大地提高機器人的巡檢效率，有效消除打滑問題，而且結構簡單、有效減輕機器人重量，但是該方案只能適用于單根高壓導線巡檢，并且在碰到間隔棒等障礙物時難以越障。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種具有越障功能的磁力驅動的巡檢機器人，在現有磁力驅動巡檢機器人的基礎上進行了機械系統設計，內容包括機構設計、結構設計。通過對三個原動件進行控制，實現磁力動手臂的開合、移動，機器人的越障功能。本發明另一目的在于對四分裂磁力驅動巡檢機器人采用并聯式結構設計，只進行單檔巡檢，巡檢時安全穩定，本次發明的機器人主要針對多分裂高壓輸電導線典型障礙物間隔棒進行越障設計，通過理論分析、運動學計算、軟件仿真驗證了磁力驅動巡檢機器人機構的可行性。

本發明的上述問題主要是通過以下技術方案得以解決：

一種四分裂高壓直流輸電線磁力驅動巡檢機器人，包括機架和四個磁力驅動臂，其特征在于：所述機架由矩形的前機架和后機架組成，前機架由上機架和下機架可拆卸的相連組和而成，前機架四個角上分別設有向外延伸的導軌支架，前機架對角線上的兩個導軌支架上分別設有一個磁力驅動臂，后機架和所述前機架結構一樣，所述前機架和后機架通過絲桿螺母機構相連，通過絲桿螺母機構可以調節前機架和后機架之間的相對距離，前機架對角線上的兩個磁力驅動臂和后機架的對角線上兩個磁力驅動臂相互交錯設置，每個磁力驅動臂通過均滑移機構安裝導軌支架上，所述磁力驅動臂均為單側開合的磁力驅動機構，其開合側朝機架內設置，磁力驅動臂可在滑移機構的驅動下靠近或遠離高壓導線。

作為改進，所述滑移機構包括導軌板、直齒條和固定安裝在導軌支架上的導軌，所述磁力驅動臂與導軌板固定相連，導軌板與導軌配合安裝，所述直齒條固定安裝在導軌上，導軌板上設有與直齒條相嚙合的主齒輪和驅動主齒輪的第一伺服電機。

作為改進，所述導軌兩端分別設有限制磁力驅動臂運動極限的限位塊。

作為改進，所述前機架和后機架均由上機架和下機架均通過螺釘可拆卸的相連。

作為改進，所述磁力驅動臂由磁力驅動線圈、上機臂和下機臂組成，所述磁力驅動線圈分成兩半，分別位于上機臂和下機臂內，上機臂和下機臂通過固定軸鉸接相連，所述上機臂和下機臂通過開合機構驅動開合。

作為改進，所述開合機構包括固定板和安裝在固定板上的兩個開合電機，所述固定板固定連接在固定軸上，上機臂和下機臂分別設有一個與之固定相連的開合齒輪，兩個開合電機的輸出軸上分別設有與兩個開合齒輪嚙合傳動的驅動齒輪，兩個開合電機均與固定軸同軸心設置。

作為改進，所述上機臂和下機臂上的固定軸均為兩段，分別位于上機臂或下機臂的兩端，上機臂和下機臂的中部與固定板相對處設有一對稱的凹槽，兩個開合齒輪分別設于相應的上機臂和下機臂凹槽處，兩個開合電機相背的設置在固定板中部，所述開合電機分別通過驅動齒輪與相應的開合齒輪嚙合傳動。

作為改進，所述磁力驅動臂內設有多組導向輪，每組導向輪有兩個，分別安裝在上機臂和下機臂上。

作為改進，所述導向輪為柔性導向輪，所述柔性導向輪包括行走輪、內輪架和外輪架，所述外輪架固定在磁力驅動臂的上機臂或下機臂上，外輪架為中空形圓筒結構，內輪架安裝在外輪架內形成滑動副，內輪架頂部與外輪架內頂部之間設有彈簧，所述行走輪安裝內輪架底部。

作為改進，所述磁力驅動臂內的柔性導向輪有2-5組，多組柔性導向輪均勻分布在磁力驅動臂內。

因此，本發明具有如下優點：基于磁力驅動高壓直流巡檢機器人原理，針對四分裂導線設計，上線閉合后只有一個自由度，運轉靈活，越障步驟少，跨越障礙時運行平穩，安全性高，可以跨越間隔棒。利用磁力驅動，有效解決目前國內外的輪臂式巡檢機器人存在的打滑問題，巡檢效率有效提高；磁力驅動臂內置柔性支撐輪，有效應對多分裂在高壓線弧垂程度不同的情況。以磁力驅動為原理提供了一種巡檢和越障的巡檢機器人并聯機構設計，為磁力驅動高壓輸電線的巡檢機器人提供了一種新的方案和思路。

附圖說明

圖1是本發明三維機構示意圖。

圖2是滑移機構和磁力驅動臂局部視圖。

圖3是磁力驅動臂背部結構示意圖。

圖4是打開狀態磁力驅動臂前面結構示意圖。

圖5是導向輪結構示意圖。

圖6是絲桿螺母機構結構示意圖。

圖7是本發明上線巡檢示意圖。

1-機架，2-磁力驅動臂，3-導軌支架，4-滑移機構，5-螺釘，6-絲桿螺母機構，7-前機架，8-后機架，9-上機架，10-下機架，201-上機臂，202-下機臂，203-固定板，204-開合電機，205-固定軸，206-開合齒輪，207-驅動齒輪，208-導向輪，209-行走輪，210-內輪架，211-外輪架，212-彈簧，401-導軌板，402-直齒條，403-導軌，404-v型槽滑輪，405-主齒輪，406-第一伺服電機，601-絲桿，602-導桿，603-滑塊，604-固定塊，605-第二伺服電機。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細描述說明。

實施例：

如圖1至圖6所示，一種四分裂高壓直流輸電線磁力驅動巡檢機器人，包括機架1和四個磁力驅動臂2，所述機架1由矩形的前機架7和后機架8組成，前機架7由上機架9和下機架10通過螺釘5可拆卸的相連組和而成，前機架7四個角上分別設有向外延伸的導軌支架3，前機架7對角線上的兩個導軌支架3上分別設有一個磁力驅動臂2，后機架8和所述前機架7結構一樣，所述前機架7和后機上下通過兩個絲桿螺母機構6相連，通過絲桿螺母機構6可以調節前機架7和后機架8之間的相對距離，前機架7對角線上的兩個磁力驅動臂2和后機架8對角線上的兩個磁力驅動臂2相互交錯設置，滿足越障的第一步，每個磁力驅動臂2通過均滑移機構4安裝導軌支架3上，所述磁力驅動臂2均為單側開合的磁力驅動機構，磁力驅動臂2的開合側朝機架1內設置，所述磁力驅動臂2可在滑移機構4的驅動下靠近或遠離高壓導線。

如圖2所示，所述滑移機構4包括導軌板401、直齒條402和固定安裝在導軌支架3上的導軌403，所述磁力驅動臂2與導軌板401固定相連，導軌板401與導軌403配合安裝，所述導軌403有兩個，兩個導軌403平行的固定安裝在導軌支架3，每個導軌403內側安裝有直齒條402，導軌403靠外側截面為三角形結構，導軌板401上設有上下兩排v型槽滑輪404，通過兩排v型槽滑輪404卡在兩個導軌403靠外側將導軌板401和導軌403組成穩定的移動副，導軌板401上設有與直齒條402相嚙合的主齒輪405和驅動主齒輪405的第一伺服電機406，所述導軌403兩端分別設有限制磁力驅動臂2運動極限的限位塊。

如圖3和圖4所示，所述磁力驅動臂2由磁力驅動線圈、上機臂201和下機臂202組成，上機臂201和下機臂202為兩個能開合的空腔，磁力驅動臂2表面加工散熱槽，所述磁力驅動線圈分成兩半，分別位于上機臂201和下機臂202的空腔內，上機臂201和下機臂202通過固定軸205鉸接相連，所述上機臂201和下機臂202通過開合機構驅動開合。所述開合機構包括固定板203和安裝在固定板203上的兩個開合電機204，所述固定板203固定連接在固定軸205上，所述固定軸205分為兩段，分別位于上機臂201或下機臂202的兩端，上機臂201和下機臂202的中部與固定板203相對處設有一對稱的凹槽，上機臂201和下機臂202分別設有一個與之固定相連的開合齒輪206，兩個開合齒輪206分別設于相應的上機臂201和下機臂202凹槽處，兩個開合電機204相背的設置在固定板203中部，所述開合電機204分別通過驅動齒輪207與相應的開合齒輪206嚙合傳動，兩個開合電機204均與固定軸205同軸心設置，上機臂201和下機臂202開合角度變化范圍0～90°。

所述磁力驅動臂2內設有多組導向輪，每組導向輪208有兩個，分別安裝在上機臂201和下機臂202上。所述導向輪208為柔性導向輪208，所述柔性導向輪208包括行走輪209、內輪架210和外輪架211，所述外輪架211固定在磁力驅動臂2的上機臂201或下機臂202上，外輪架211為中空形圓筒結構，內輪架210安裝在外輪架211內形成滑動副，內輪架210頂部與外輪架211內頂部之間設有彈簧212，所述行走輪209安裝內輪架210底部。所述磁力驅動臂2內的柔性導向輪208有2-5組，多組柔性導向輪208均勻分布在磁力驅動臂2內。設計的柔性導向輪208結構，可以適應多分裂導線由于弧垂現象等導致的導線間距不同的情況。

本實施的前機架7和后機架8結構完全一樣，可以相互對換使用，前機架7或后機架8上均設有四個導軌支架3，在前機架7或后機架8上任意選擇一個對角線上的導軌支架3安裝兩個磁力驅動臂2即可，只需要保證前機架7和后機架8上的兩個磁力驅動臂2剛好交錯設置即可，交錯設置保證機架1四個角上均有磁力驅動臂2，剛好滿足現有技術中常見的四導線高壓輸電線的巡檢需求。

所述絲桿螺母機構6包括絲桿601、兩根導桿602、滑塊603、固定塊604和第二伺服電機605，一個絲桿螺母機構6的固定塊604安裝后機架8頂部，絲桿601一端通過軸承安裝在該固定塊604上，第二伺服電機605安裝在固定塊604上，第二伺服電機605的輸出軸與絲桿601軸連接，兩根導桿602分別固定安裝在該絲桿601兩側的固定塊604上，絲桿601另一端通過軸承安裝在滑塊603上，滑塊603上還設有供兩個導桿602間隙配合穿過的導向孔，滑塊603與兩根導桿602形成自由滑動副，上述滑塊603固定安裝前機架7頂部；另一個絲桿螺母機構6的固定塊604對稱的安裝在前機架7的底部，該絲桿螺母機構6的滑塊603固定安裝在后機架8的底部；通過兩個絲桿螺母機構6穩定的調節后機架8和后機架8之間的距離實現越障功能。

上述絲桿螺母機構6，由第二伺服電機605直連絲桿601，配合滑塊603實現。傳動可靠、精確、易于控制。省略聯軸器和減速機等部件，減輕機器人的整機質量。絲桿螺母機構6將電機的回轉運動形式轉變為直線運動形式，能實現動力的傳遞。絲杠本身具有自鎖的特性，配合伺服電機，可以實現靈敏的剎車等功能。

工作方法：

以前機架7在前，并最先接觸到間隔棒為例，如圖7所示，工作時，四分裂高壓直流輸電線磁力驅動巡檢機器人由人工輔助上線，完成上線后，上機架9和下機架10閉合，利用螺釘5鎖緊。通過磁力驅動臂2驅動開始在高壓導線上巡檢，當機載傳感器檢測到障礙物間隔棒，控制磁力驅動臂2內的磁力驅動線圈電流大小實現減速，巡檢機器人停止后，靠近間隔棒的前機架7上兩個磁力驅動臂2，在開合機構作用下打開一定角度，通過滑移機構4沿著導軌支架3向外移動遠離高壓導線，使得前機架7與高壓導線分離，利用絲桿螺母機構6驅動前機架7向前移動，使前機架7越過間隔棒，完整前機架7越障，通過滑移機構4驅動前機架7的磁力驅動臂2返回高壓輸電線并閉合，然后驅動巡檢機器人繼續向前移動，當后機架8接觸到間隔棒時，通過開合機架1驅動后機架8上的磁力驅動臂2打開，然后通過滑移機構4驅動沿著導軌支架3遠離高壓導線，之后通過絲桿螺母機構6驅動后機架8向前移動，使得后機架8越過障礙，通過滑移機構4驅動后機架8的磁力驅動臂2返回高壓輸電線并閉合，此時整個巡檢機器人完成跨越間隔棒越障動作，巡檢機器人繼續巡檢。當后機架8在前時，越障步驟與上一樣，這里不再贅述。

本發明基于磁力驅動原理針對四分裂高壓直流輸電線的并聯機器人結構設計，原理同樣適用于其他多分裂輸電線路的巡檢機器人設計。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了機架1，磁力驅動臂2，導軌支架3，滑移機構4，螺釘5，絲桿螺母機構6，前機架7，后機架8，上機架9，下機架10，上機臂201，下機臂202，固定板203，開合電機204，固定軸205，開合齒輪206，主齒輪405，導向輪208，行走輪209，內輪架210，外輪架211，彈簧212，導軌板401，直齒條402，導軌403，v型槽滑輪404，主齒輪405，第一伺服電機406，絲桿601，導桿602，滑塊603，固定塊604，第二伺服電機605等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。