[发明专利]架空高压输电线路巡检机器人的磁力驱动装置

说明书

本发明公开了一种架空高压输电线路巡检机器人的磁力驱动装置，包括磁芯和导线；所述的磁芯以高压导线为轴线、由可开合的上磁芯和下磁芯闭合组成；磁芯和下磁芯均由导磁导电软磁块和导磁不导电软磁块交替连接构成，且整个磁芯中导磁导电软磁块和导磁不导电软磁块也是交替连接；所述的导线为U型导线，包括一条长边和两条短边，采用U型导线将磁芯中所有导磁导电软磁块顺次连接。本发明对导磁导电软磁块通有电流，导磁导电软磁块在高压电流周围的磁场产生的安培力可驱动机器人。本发明装置制作简单，可彻底避免打滑和漏磁。

技术领域

本发明涉及机器人技术和电磁场学领域，尤其涉及一种架空高压输电线路巡检机器人的磁力驱动装置。

背景技术

自上世纪八十年代以来，架空高压输电线路作业机器人一直是机器人技术领域的研究热点。美国、日本、加拿大、中国等国家先后开展了架空高压输电线路作业机器人的研究工作。2008年，日本的Debenest等人专为高压多分裂导线研制出了名为“Expliner”的巡检机器人，该机器人采用轮式驱动方式，依赖轮槽与线路之间的静摩擦力推动机器人移动，对轮槽表面的材料要求较高，而且在大坡度情况下，难以保证机器人不打滑，且结构不紧凑，尺寸较大，效率低下。2000年，加拿大魁北克水电研究院的Montambault等人研制了名为HQ Line-ROVer的遥控小车，该小车起初被用于清除电力传输线地线上的积冰，逐渐发展为用于线路巡检、维护等多用途的移动平台。为了避免打滑，该机器人采用了压紧轮机构，当机器人爬坡时，压紧力过大，难以避免对线路的损伤。2006年至今，Montambault及Pouliot等人在HQ LineROVer的基础上研制并发展了新一代巡检机器人，取名“LineScout”，其技术比较先进，功能比较齐全，该机器人不仅可以巡检线路，还可以完成导线修补、螺栓紧固等相对简单的线路维护作业。但该机器人采用多悬臂轮式驱动方式，运行缓慢，巡检效率低下。

20世纪90年代末，武汉大学的吴功平教授领导的科研团队率先在国内开展架空高压输电线路巡线机器人的研究，在国家“十五”和“十一五”863计划的资助下，该课题组研制成功了沿高压导线行驶的两种自主巡检机器人：沿220kV导线行驶的自主巡检机器人，以及沿(超)高压多分裂导线行驶的自主巡检机器人，这两种机器人均采用轮臂复合反对称结构和轮式驱动方式，虽然都有一定的越障能力，但机身过重，对系统能源要求较高，因而续航能力有限，且在大坡度线路段存在打滑现象，在两段档之间的无障碍线路段的巡航速度不理想。中科院自动化所、山东大学和遵义供电局联合开展了“110kV输电线路自动巡检机器人”的研究，设计了一种三臂悬挂式巡检机器人，该巡检机器人机械机构比较复杂，控制难度大，巡检效率低下。2014年湖北工业大学设计的一种架空高压输电线路作业磁力驱动机器人方法实现机器人靠高压线周围的磁场产生安培力驱动机器人行走，该方法在原理与技术上是可行的，但采用的结合工艺存在缺陷，打孔穿线的结合存在漏磁，当漏磁严重时机器人所获得的安培力将成百倍的下降，导致安培力难以克服驱动机器人的重力和摩擦力。

架空高压输电线路作业机器人的研究已取得了较大进展，但距离实用化还有很大差距。目前，国内外研究的架空高压输电线路作业机器人均采用轮式驱动方式，这种轮式驱动方式主要存在以下几个方面的问题。第一，轮式驱动方式需依赖行走轮与线路表面的静摩擦力牵引机器人移动，当静摩擦力不足以克服重力用时，容易导致行走轮打滑，尤其在上坡线路段和结冰线路段，打滑现象频繁且严重。打滑不仅严重影响机器人的作业效率，而且容易损坏电线，缩短行走轮的使用寿命，同时，严重打滑会让机器人变得难以控制，甚至无法移动。第二，基于直流电机的轮式驱动方式的效率有一定的局限性，因而实际研发的高压输电线路作业机器人在无障碍线路的巡航速度还无法满足实际需要；第三，基于直流电机的轮式驱动方式，需要配备电机及伺服装置、传动机构以及行走轮，研发成本高，机体重，尺寸大。