本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)和磁場(chǎng)學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及高壓輸電線路作業(yè)機(jī)器人的磁力驅(qū)動(dòng)方法。

背景技術(shù)：

高壓輸電線路作業(yè)機(jī)器人主要包括巡檢機(jī)器人、除冰機(jī)器人、絕緣子清掃機(jī)器人等以及其它智能檢測(cè)和維護(hù)設(shè)備。自上世紀(jì)八十年代以來，高壓輸電線路作業(yè)機(jī)器人一直是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。美國、日本、加拿大、中國等國家先后開展了架空高壓輸電線路作業(yè)機(jī)器人的研究工作。2008年，日本的debenest等人專為高壓多分裂導(dǎo)線研制出了名為“expliner”的巡檢機(jī)器人。2000年，加拿大魁北克水電研究院的montambault等人研制了名為hqline-rover的遙控小車，該小車起初被用于清除電力傳輸線地線上的積冰，逐漸發(fā)展為用于線路巡檢、維護(hù)等多用途的移動(dòng)平臺(tái)。2006年至今，montambault及pouliot等人在hqlinerover的基礎(chǔ)上研制并發(fā)展了新一代巡檢機(jī)器人，取名“l(fā)inescout”，其技術(shù)比較先進(jìn)，功能比較齊全，該機(jī)器人不僅可以巡檢線路，還可以完成導(dǎo)線修補(bǔ)、螺栓緊固等相對(duì)簡單的線路維護(hù)作業(yè)。

自20世紀(jì)80年代末，采用移動(dòng)機(jī)器人對(duì)高壓線路進(jìn)行巡檢已成為國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。加拿大魁北克水電公司和日本關(guān)西電力公司(kepco)與日本電力系統(tǒng)公司(jps)是國外研究高壓線路巡檢機(jī)器人的典型代表，前者研制出了名為“l(fā)inescout”巡檢機(jī)器人，后者專為多分裂導(dǎo)線研制出了巡檢機(jī)器人“expliner”。國內(nèi)巡檢機(jī)器人的研究也取得了突破性進(jìn)展，如武漢大學(xué)吳功平教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)已研制出了分別適應(yīng)220kv單分裂線路和220-550kv多分裂線路的兩種自主巡檢機(jī)器人機(jī)型。國內(nèi)外研究的高壓巡檢機(jī)器人大都采用輪臂式結(jié)構(gòu)，依靠驅(qū)動(dòng)輪與線路表面之間靜摩擦力牽引機(jī)器人移動(dòng)，當(dāng)線路表面情況復(fù)雜時(shí)(如覆冰)，靜摩擦力不足以克服重力而導(dǎo)致打滑。打滑會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)器人的巡檢效率，加重機(jī)器人的能源負(fù)擔(dān)，損壞輸電線路，打滑嚴(yán)重時(shí)，機(jī)器人變得難以控制。

架空高壓輸電線路機(jī)器人的研究已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，但距離實(shí)用化還有很大差距。目前，國內(nèi)外研究的架空高壓輸電線路作業(yè)機(jī)器人在無障礙線路多采用輪軌方式牽引機(jī)器人移動(dòng)，這種方式主要存在以下幾個(gè)方面的問題。第一，輪軌系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)輪必須與線路接觸，因而摩擦影響不可避免，摩擦不僅損壞高壓導(dǎo)線，而且會(huì)縮短行走輪的使用壽命；第二，輪軌式移動(dòng)方式受到線路表面粘著條件的限制，容易發(fā)生打滑；第三，輪軌系統(tǒng)的效率有一定的局限性，因而實(shí)際研發(fā)的高壓輸電線路作業(yè)機(jī)器人在無障礙線路的巡航速度還無法滿足實(shí)際需要；第四，輪軌系統(tǒng)的振動(dòng)會(huì)增大架空高壓導(dǎo)線的有害動(dòng)載荷。

磁力驅(qū)動(dòng)技術(shù)早在20世紀(jì)30年代就已經(jīng)被人們所提出,但是由于當(dāng)時(shí)對(duì)這門技術(shù)尚缺乏足夠的認(rèn)識(shí),而且也受到永磁材料發(fā)展局限性的制約，因此在這一時(shí)期內(nèi)雖然對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行過很多的實(shí)驗(yàn)研究，但最終未取得較大進(jìn)展。20世紀(jì)50年代一些科學(xué)技術(shù)工作者又提出對(duì)這一技術(shù)的重新探討、研究和研制，雖有一些進(jìn)步，但由于條件的限制，其結(jié)果基本與以往一樣。20世紀(jì)70年代起隨著現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)日益重視對(duì)新技術(shù)的吸收和對(duì)環(huán)境的保護(hù)，西方發(fā)達(dá)國家還相繼制訂定了嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)和產(chǎn)品可靠性等法規(guī)，促進(jìn)了新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和利用。磁力驅(qū)動(dòng)技術(shù)在這一時(shí)期又被一些科技工作者重視和關(guān)注。從而引起了進(jìn)一步的深入研究，因此有了很大的發(fā)展和工業(yè)的逐步應(yīng)用。

專利號(hào)為201310595442.0，專利名稱為一種高壓輸電線路作業(yè)磁力驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，通過電磁力驅(qū)動(dòng)機(jī)器人能消除打滑的問題，由于加工困難，矩形線圈與磁芯易產(chǎn)生間隙導(dǎo)致漏磁，導(dǎo)致高壓線產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度在矩形線圈處很小，最終導(dǎo)致矩形線圈所受的磁力驅(qū)動(dòng)力很小。在此基礎(chǔ)上，本文專利通過直接給磁芯通電，使其磁芯產(chǎn)生徑向的電流，徑向電流在高壓線產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受到沿著高壓線方向的安培力，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人向前移動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決高壓直流輸電線路巡檢機(jī)器人的打滑、巡線效率低下的問題；提供了一種能徹底消除打滑、巡線效率低下等問題的磁力驅(qū)動(dòng)裝置；極大改善了現(xiàn)有的磁力驅(qū)動(dòng)專利方法因?qū)Ь€與磁芯有間隙而漏磁導(dǎo)致機(jī)器人受到的磁力驅(qū)動(dòng)力比理論磁力驅(qū)動(dòng)力小。

綜上所述，輪式驅(qū)動(dòng)的架空高壓輸電線路作業(yè)機(jī)器人存在打滑、效率低下和驅(qū)動(dòng)模塊成本高和磁力驅(qū)動(dòng)機(jī)器人漏磁等問題，必須采用新的方法來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明就是在這樣的背景下展開的。

本發(fā)明主要是通過下述方案解決上述的技術(shù)問題的：

一種基于導(dǎo)磁導(dǎo)電材料的高壓巡檢機(jī)器人的磁力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，該磁力驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在機(jī)器人本體上，利用高壓電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)通電磁芯的徑向電流產(chǎn)生的安培力使機(jī)器人得以移動(dòng)；包括中心對(duì)稱于高壓線的上磁芯內(nèi)保護(hù)套和下磁芯內(nèi)保護(hù)套；中心對(duì)稱于高壓線的上磁芯外保護(hù)套和下磁芯外保護(hù)套，上磁芯內(nèi)保護(hù)套和下磁芯內(nèi)保護(hù)套的一端鉸接且能開合從而組成一個(gè)筒狀內(nèi)保護(hù)套，高壓線位于筒狀內(nèi)保護(hù)套內(nèi)；上磁芯外保護(hù)套和下磁芯外保護(hù)套一端鉸接且能開合從而組成一個(gè)筒狀外保護(hù)套；筒狀內(nèi)保護(hù)套設(shè)置在筒狀外保護(hù)套內(nèi)且與筒狀外保護(hù)套同圓心，上磁芯內(nèi)保護(hù)套和上磁芯外保護(hù)套之間形成的半圓環(huán)空間內(nèi)設(shè)有上通電磁芯，下磁芯內(nèi)保護(hù)套和下磁芯外保護(hù)套之間形成的半圓環(huán)空間內(nèi)設(shè)有下通電磁芯。

在上述的一種基于導(dǎo)磁導(dǎo)電材料的高壓巡檢機(jī)器人的磁力驅(qū)動(dòng)裝置，上通電磁芯和下通電磁芯呈半圓管狀，采用導(dǎo)電強(qiáng)導(dǎo)磁材料制成，用于強(qiáng)化高壓線產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通電磁芯產(chǎn)生徑向電流，使其受到沿著高壓線方向的驅(qū)動(dòng)力，提供機(jī)器人向前移動(dòng)。

在上述的一種基于導(dǎo)磁導(dǎo)電材料的高壓巡檢機(jī)器人的磁力驅(qū)動(dòng)裝置，保護(hù)套呈半圓管狀，采用絕緣材料制成，保護(hù)磁芯材料。

一種基于導(dǎo)磁導(dǎo)電材料的高壓巡檢機(jī)器人的磁力驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，包括：

機(jī)器人閉合，上通電磁芯、下通電磁芯對(duì)稱布置于水平位置的高壓導(dǎo)線上下兩側(cè)，上通電磁芯、下通電磁芯上有方向相反的徑向電流i1，高壓線中的高壓電流i0產(chǎn)生磁場(chǎng)b，上通電磁芯與下通電磁芯所處的磁場(chǎng)方向剛好相反。上通電磁芯上的徑向電流i1受到安培力f，同理，下通電磁芯上的徑向電流受到安培力f。則上通電磁芯和下通電磁芯的徑向電流受到的合力安培力驅(qū)動(dòng)機(jī)器人向前移動(dòng).

在上述的一種基于導(dǎo)磁導(dǎo)電材料的高壓巡檢機(jī)器人的磁力驅(qū)動(dòng)方法，每一條磁芯徑向電流受到在高壓線產(chǎn)生的磁場(chǎng)環(huán)境中受到的安培力的大小為：

式中：r1、r2分別為磁芯裝置的內(nèi)徑、外徑；i0為高壓線電流；i1為磁芯的徑向電流；ur為相對(duì)磁導(dǎo)率。

定義有n個(gè)相同的電壓的電源給磁芯通電，則磁芯中有n條徑向電流，則磁芯受到的合力安培力的大小為：

本發(fā)明取代傳統(tǒng)的輪軌式驅(qū)動(dòng)方式，從而徹底消除機(jī)器人打滑問題；簡化了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，降低了成本、機(jī)身重量、能耗及機(jī)身尺寸；極大改善了現(xiàn)有的磁力驅(qū)動(dòng)專利方法因?qū)Ь€與磁芯有間隙而漏磁導(dǎo)致機(jī)器人受到的磁力驅(qū)動(dòng)力比理論磁力驅(qū)動(dòng)力小

附圖說明

圖1為導(dǎo)磁導(dǎo)電材料磁力驅(qū)動(dòng)方法示意圖。

圖2為導(dǎo)磁導(dǎo)電材料的磁力驅(qū)動(dòng)方法工作原理圖。

圖3為驅(qū)動(dòng)機(jī)器人上坡受力示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明：機(jī)器人由兩個(gè)中心對(duì)稱于高壓線1的可開合的上磁芯內(nèi)保護(hù)套2、上通電磁芯3、上磁芯外保護(hù)套4、下磁芯內(nèi)保護(hù)套5、下通電磁芯6、下磁芯外保護(hù)套7組成。

實(shí)施例：

參見圖1：基于導(dǎo)磁導(dǎo)電材料的高壓巡檢機(jī)器人的磁力驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，利用高壓電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)通電磁芯的徑向電流產(chǎn)生的安培力使機(jī)器人得以移動(dòng)；機(jī)器人由兩個(gè)中心對(duì)稱于高壓導(dǎo)線1的可開合的上磁芯內(nèi)保護(hù)套2、上通電磁芯3、上磁芯外保護(hù)套4、下磁芯內(nèi)保護(hù)套5、下通電磁芯6、下磁芯外保護(hù)套7組成。

在該實(shí)施例中，基于導(dǎo)磁導(dǎo)電材料的高壓巡檢機(jī)器人的磁力驅(qū)動(dòng)方法提供的驅(qū)動(dòng)力的大小計(jì)算如下：

根據(jù)直流電流周圍產(chǎn)生方向確定的磁場(chǎng)這一特性，通電磁芯產(chǎn)生徑向電流，使其受到沿著高壓線方向的驅(qū)動(dòng)力，提供機(jī)器人向前移動(dòng)。

每一條磁芯徑向電流受到在高壓線產(chǎn)生的磁場(chǎng)環(huán)境中受到的安培力的大小為：

式中：r1、r2分別為磁芯裝置的內(nèi)徑、外徑；i0為高壓線電流；i1為磁芯的徑向電流；ur為相對(duì)磁導(dǎo)率。

假設(shè)有n個(gè)相同的電壓的電源給磁芯通電，則磁芯中有n條徑向電流，則磁芯受到的合力安培力的大小為：

空氣對(duì)磁導(dǎo)率u0＝4π×10^-7h/m，取相對(duì)磁導(dǎo)率ur＝1000，取n為30，高壓線電流i0取1000a，磁芯徑向電流i1為10a，磁芯內(nèi)徑r1為45mm,磁芯外徑r3為100mm。

將以上參數(shù)代入公式(1)，得磁力驅(qū)動(dòng)裝置總推進(jìn)力f：

f≈150.5n(2)

因此，在該實(shí)施例中，本磁力驅(qū)動(dòng)方法可以提供150.5的推力?？紤]到在高壓線路的上坡路段機(jī)器人需要更大的推力，參見圖3，取線路坡度β＝45°(實(shí)際線路很少達(dá)到如此大的坡度)，根據(jù)(2)計(jì)算結(jié)果，140.9n的推力可以驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人的重量為(忽略摩擦力):

g＝f/sinβ＝212.9n.(3)

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神做舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了上磁芯內(nèi)保護(hù)套2、上通電磁芯3、上磁芯外保護(hù)套4、下磁芯內(nèi)保護(hù)套5、下通電磁芯6、下磁芯外保護(hù)套7等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。