CN100594100C - 机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于沿多分裂架空高压输电线路行驶的机器人，尤其是涉及一种对架空高压输电线路全程上行驶的机器人的结构改良。本发明创造性地在大臂的下端通过支撑架连接了一个重心调节机构，该重心调节机构的作用是，在机器人两臂交替换夹前进的过程中，重心调节机构能适时的调节机器人的重心，从而保证机器人在行走过程中的平稳，不会造成整个操作车重心偏移，引起操作车不能平稳的在输电线上行驶的现象发生，另外能够沿架空高压输电线路全程行驶，并可以跨越或避让线路上的各种障碍物，不需要人工从杆塔的一侧搬运到另一侧，大大缩短了机器人运行的辅助时间，提高了工作效率，保证了检测过程的安全性。

Description

机器人

技术领域

本发明涉及一种用于沿多分裂架空高压输电线路行驶的机器人，尤其是涉及一种对架空高压输电线路全程上行驶的机器人的结构改良。

背景技术

目前，架空高压输电线路的带电巡检和作业仍缺乏一种通用的技术载体----机器人技术。2003年加拿大曾有人在《ESMO 2003 The Power is in YourHands》和《RSFDGrC 2003》上分别发表过用于架空高压输电线路巡检的遥控操作车(Remotely Operated Vehicle(ROV))和爬行机器人(aLine-Crawling Robot(LCR))。该遥控小车是由三对夹紧轮夹紧输电线，并驱动小车沿输电线行驶，但因该遥控小车只能在一档线路上工作，不具有越过障物的功能，遇到线路上的各种金具(障碍物)时，需由人工带电作业将其从障碍物的一侧搬运到另一侧。这不仅影响了工作效率，而且也不安全。

为此人们进行了长期的探索，提出了多种多样的改进方案。例如，中国专利文献公开了一种一种沿架空高压输电线路行驶的机器人(200410061316.8)，用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，包括一对沿输电线运动的小臂(1)机械手机构，二小臂(1)机械手的下端被共同联接在一个能改变二小臂(1)相对距离的大臂(2)的传动机构(8)上，各小臂(1)分别具有4个自由度，小臂(1)上方为末端执行机构(3)，该末端执行机构(3)具有一个挂在输电线(4)上的主动轮(5)及其驱动机构(9)、一个从动轮(10)和一个可抓握输电线(4)的夹紧机构(22)。该方案虽然解决了现有技术的部分问题，但是仍然有下述问题没有得到解决：

操作车在夹紧臂交替换夹输电线而前进运动的过程中，由于其中一个或者多个夹紧臂松开了对输电线的夹合，同时旋转一定的角度，造成整个操作车重心偏移，引起操作车不能平稳的在输电线上行驶，引起输电线的晃动，有可能引发安全事故；

另外，由于操作车只能在水平方向选装，因此只能在一档线路上工作，不具有越过障物的功能，遇到线路上的各种金具(障碍物)时，需由人工带电作业将其从障碍物的一侧搬运到另一侧。这不仅影响了工作效率，而且也不安全。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的操作车在夹紧臂交替换夹输电线而前进运动的过程中，由于其中一个或者多个夹紧臂松开了对输电线的夹合，同时旋转一定的角度，造成整个操作车重心偏移，引起操作车不能平稳的在输电线上行驶，引起输电线的晃动，有可能引发安全事故等的技术问题；提供了一种夹紧臂交替换夹输电线而前进运动的过程中，不会因为其中一个或者多个夹紧臂松开了对输电线的夹合，同时旋转一定的角度，从而造成整个操作车重心偏移的，引起操作车不能平稳的在输电线上行驶的现象发生的机器人。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的由于操作车只能在水平方向选装，因此只能在一档线路上工作，不具有越过障物的功能，遇到线路上的各种金具(障碍物)时，需由人工带电作业将其从障碍物的一侧搬运到另一侧，不仅影响了工作效率，而且也不安全等的技术问题；提供了一种能够沿架空高压输电线路全程行驶，并可以跨越或避让线路上的各种障碍物(金具和绝缘子)，不需要人工从杆塔的一侧搬运到另一侧，大大缩短了机器人运行的辅助时间，提高了工作效率，保证了检测过程的安全性的机器人。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

机器人，用于在沿架空高压输电线路上行驶，包括一对沿输电线运动的至少具有4个自由度的机械手机构，该机械手机构下端分别通过绕铅垂轴设置的回转机构连接在一个能改变该机械手机构相对距离的大臂的传动机构上，该机械手机构上方为末端执行机构，其特征在于，所述的大臂的下端通过支撑架连接有重心调节机构。

在上述的机器人，所述的重心调节机构包括能在支撑架上作往复运动的机箱支撑板，沿重心移动丝杆作往复运动的重心移动螺母与机箱支撑板相联结，所述的重心移动丝杆一端与固定在大臂上的重心调节减速器相连。

本发明创造性地在大臂的下端通过支撑架连接了一个重心调节机构，该重心调节机构的作用是，在机器人两臂交替换夹前进的过程中，重心调节机构能适时的调节机器人的重心，从而保证机器人在行走过程中的平稳，不会造成整个操作车重心偏移，引起操作车不能平稳的在输电线上行驶的现象发生。

在上述的机器人，所述的机械手机构包括动臂、能与动臂作相对运动的静臂以及驱动动臂作垂直运动的伸缩驱动机构，所述的伸缩驱动机构包括能带动嵌入静臂内的伸缩螺母作垂直运动的伸缩丝杆以及输出轴与伸缩丝杆相连的伸缩驱动装置，所述的伸缩伸缩丝杆与伸缩驱动装置均设置在动臂内。

本发明将现有技术的单独的机械臂改进为由动臂、能与动臂作相对运动的静臂以及驱动动臂作垂直运动的伸缩驱动机构组成，在运动过程中，动臂可以在伸缩驱动机构的驱动下做伸缩运动，从而改变整个机械手机构的长短，使其能够更好的抓握输电线。

在上述的机器人，所述的回转机构和机械手机构下端之间还设有绕水平轴设置的俯仰机构，所述俯仰机构包括俯仰涡轮蜗杆箱、俯仰涡轮、俯仰蜗杆以及与俯仰蜗杆传动轴相连的俯仰驱动装置，所述的静臂下端固定在由俯仰涡轮输出轴构成的水平轴上，该俯仰机构通过旋转座与铅垂轴输出轴固定。

在上述的机器人，所述的末端执行机构包括一个挂在输电线上并能在输电线上作回转运动的主动轮以及驱动该主动轮运动的并置于卸载轴内的行驶驱动装置，所述的主动轮下方设置有压紧机构，该压紧机构包括一个压紧轮，所述的压紧轮通过L型支架固定在静臂上。

在上述的机器人，所述的末端执行机构还包括一个夹紧机构，所述的夹紧机构包括一对夹爪和夹肝，钢丝绳和动滑轮以及定滑轮组构成的传力机构，传力丝杆、传力螺母导轨组成的驱动机构以及复位钢丝绳和夹紧机构支架。

在上述的机器人，所述的两夹肝的中部与夹紧机构支架铰接，两夹杆的端部分别与夹爪铰接并于夹紧钢丝绳固接，定滑轮被支撑在夹紧机构支架上，动滑轮被支撑在传力螺母上，夹紧钢丝绳依次绕过动滑轮、定滑轮，其端分别与两夹肝的一端相连接，复位钢丝绳的两端分别与两夹肝的另一端相连接。

在上述的机器人，所述的传动机构包括分别对应机械手机构的固定有滑座并能在大臂上作往复运动的一对滑台，所述的滑座设置滑动槽，其中一个机械手机构的滑台通过螺母同时与丝杆和传动带相连接，另一个机械手机构的滑台直接与传动带相连接，电机通过传动减速器与传动丝杆相连接。

在上述的机器人，所述的回转机构包括回转涡轮蜗杆箱、回转涡轮、回转蜗杆以及回转驱动装置，所述的回转驱动装置输出轴与回转蜗杆传动轴相连，回转涡轮输出轴构成了上述的铅垂轴。

因此，本发明具有如下优点：1.夹紧臂交替换夹输电线而前进运动的过程中，不会因为其中一个或者多个夹紧臂松开了对输电线的夹合，同时旋转一定的角度，从而造成整个操作车重心偏移的，引起操作车不能平稳的在输电线上行驶的现象发生；2.能够沿架空高压输电线路全程行驶，并可以跨越或避让线路上的各种障碍物(金具和绝缘子)，不需要人工从杆塔的一侧搬运到另一侧，大大缩短了机器人运行的辅助时间，提高了工作效率，保证了检测过程的安全性；3.设计合理、巧妙。

附图说明

图1是本发明的一种主视结构示意图；

图2是图1的A-A部分剖视结构示意图；

图3是本发明的机械手机构的主视结构示意图；

图4是图2的左视结构示意图；

图5是图4的左视结构示意图；

图6是本发明的末端执行机构的一种剖视结构示意图；

图7是本发明的俯仰机构的一种主视结构示意图；

图8是图7的部分剖视结构示意图；

图9是图7的A-A剖视结构示意图；

图10是图7的仰视结构示意图；

图11是本发明的回转机构的一种主视结构示意图；

图12是图11的A-A剖视结构示意图；

图13是图11的B-B剖视结构示意图；

图14是图11的C-C剖视结构示意图；

图15是本发明的重心调节机构的一种主视结构示意图；

图16是图15的剖视结构示意图；

图17是图15的B-B剖视结构示意图；

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，大臂1、输电线2、机械手机构3、动臂301、静臂302、伸缩螺母303、伸缩丝杆304、伸缩驱动装置305、末端执行机构4、主动轮401、卸载轴402、行驶驱动装置403、从动轮404、驱动盘405、压紧轮406、夹紧机构5、夹爪501、夹杆502、夹紧钢丝绳503、动滑轮504、定滑轮505、传力丝杆506、传力螺母507、复位钢丝绳508、夹紧机构支架509、回转机构6、回转涡轮蜗杆箱601、回转涡轮602、回转蜗杆603、回转驱动装置604、铅垂轴605、传动机构7、滑座701、滑台702、滑动槽703、传动丝杆704、传动带705、传动减速器706、俯仰机构8、水平轴801、俯仰涡轮蜗杆箱802、俯仰涡轮803、俯仰蜗杆804、俯仰驱动装置805、旋转座806、重心调节机构9、机箱支撑板901、支撑架902、重心移动丝杆903、重心移动螺母904、重心调节减速器905。

实施例：

如图所示，机器人，用于在沿架空高压输电线2路上行驶，包括一对沿输电线2运动的至少具有4个自由度的机械手机构3，该机械手机构3下端分别通过绕铅垂轴605设置的回转机构6连接在一个能改变该机械手机构3相对距离的大臂1的传动机构7上，传动机构7包括分别对应机械手机构3的固定有滑座701并能在大臂1上作往复运动的一对滑台702，滑座701设置有滑动槽703，其中一个机械手机构3的滑台702通过传动螺母同时与传动丝杆704和传动带705相连接，另一个机械手机构3的滑台702直接与传动带705相连接，电机通过传动减速器706与传动丝杆704相连接，回转机构6包括回转涡轮602蜗杆箱601、回转涡轮602、回转蜗杆603以及回转驱动装置604，所述的回转驱动装置604输出轴与回转蜗杆603传动轴相连，回转涡轮602输出轴构成了上述的铅垂轴605。该机械手机构3上方为末端执行机构4，大臂1的下端通过支撑架902连接有重心调节机构9。

重心调节机构9包括能在支撑架902上作往复运动的机箱支撑板901，能在重心移动丝杆903带动下作往复运动的重心移动螺母904两端固定在机箱支撑板901上，重心移动丝杆903一端与固定在大臂1上的重心调节减速器905相连。机箱支撑板901和支撑架902之间设置有滚动体。

机械手机构3包括动臂301、能与动臂301作相对运动的静臂302以及驱动动臂301作垂直运动的伸缩驱动机构，静臂302和动臂301之间设置有滚动体，伸缩驱动机构包括能带动嵌入静臂302内的伸缩螺母303作垂直运动的伸缩丝杆304以及输出轴与伸缩丝杆304相连的伸缩驱动装置305，伸缩伸缩丝杆304与伸缩驱动装置305均设置在动臂301内。

回转机构6和机械手机构3下端之间还设有绕水平轴801设置的俯仰机构8，俯仰机构8包括俯仰涡轮803蜗杆箱802、俯仰涡轮803、俯仰蜗杆804以及与俯仰蜗杆804传动轴相连的俯仰驱动装置805，静臂302下端固定在由俯仰涡轮803输出轴构成的水平轴801上，该俯仰机构8通过旋转座806与铅垂轴605输出轴固定。

末端执行机构4包括一个挂在输电线2上并能在输电线2上作回转运动的主动轮401以及驱动驱动该主动轮401运动的并置于卸载轴402内的行驶驱动装置403，它还包括一个从动轮404和一个可抓握输电线2的夹紧机构5，行驶驱动装置403输出轴与驱动盘405相连，驱动盘405与主动轮401相连接，主动轮401下方设置有压紧机构，该压紧机构包括一个压紧轮406，压紧轮406通过L型支架固定在静臂302上，夹紧机构5包括一对夹爪501和夹肝，钢丝绳和动滑轮504以及定滑轮505组构成的传力机构，传力丝杆506、传力螺母507导轨组成的驱动机构以及复位钢丝绳508和夹紧机构5支架，两夹肝的中部与夹紧机构5支架铰接，两夹杆502的端部分别与夹爪501铰接并于夹紧钢丝绳503固接，定滑轮505被支撑在夹紧机构5支架上，动滑轮504被支撑在传力螺母507上，夹紧钢丝绳503依次绕过动滑轮504、定滑轮505，其端分别与两夹肝的一端相连接，复位钢丝绳508的两端分别与两夹肝的另一端相连接。

本发明的机器人在工作时能实现如下运动：

一是滚动行驶，此时两个机械手机构3的夹爪501相对输电线2处于松弛状态，两主动轮401同步在行驶驱动装置403的驱动下，机器人实现在无障碍物直线段输电线2上的滚动运行；

二是爬行行走，两个上的夹爪501交替夹紧输电线2或引流线，传动机构7上的传动丝杠带动传动螺母移动，传动螺母带动滑台702和传动带705运动，传动带705又带动同侧的另一个滑台702移动，从而形成两机械手机构3相对输电线2的相对移动，机器人实现在无障碍物直线段输电线2或引流线上的爬行运动。

三是机械手机构3机构的交替跨越和避障运动，即处于障碍物近端的一个机械手机构3中的主动轮401和从动轮404均与输电线2接触，该机械手机构3中的相应夹爪501夹紧输电线2，使该机械手机构3相对输电线2成为固定臂，另一个机械手机构3的夹爪501相对输电线2张开成为可动臂301，首先，前面一对机械手机构3的夹爪501在夹紧机构5的驱动下夹紧输电线2而形成固定臂，后面机械手机构3的动臂301在伸缩驱动机构的驱动下与静臂302发生相对运动，使整个机械手机构3开始变长，从而该机械手机构3的主动轮401、从动轮404以及夹爪501完全脱离输电线2路形成活动臂301；然后，该活动臂301在回转机构6中的回转驱动装置604的驱动下的绕铅垂轴605回转机构6旋转180度，使其背离输电线2，大臂1上的两个滑台702在传动机构7中的传动减速器706的驱动下再次改变其相对距离，使两机械手机构3产生相对运动而交换其前后位置；然后，固定臂绕俯仰机构8的水平轴801开始俯仰一定的角度，此时活动臂301绕铅垂轴60537回转机构6反方向旋转180度，使其末端执行机构4处于输电线2上方后，再使活动臂301绕回转机构6的水平轴801顺时针回转，则此时运动臂301上的末端执行机构4进入输电线2且主动轮401与输电线2接触；最后，运动臂301上的夹紧机构5夹紧输电线2而成为新的固定臂，原固定臂上的夹紧机构5松开而成为新的运动臂301。重复上述过程，使新的可动臂301移动和固定臂前后位置交换，由于输电线2上的障碍物各自在输电线2轴线和径向方向上占据着固定的空间位置，可动臂301在越障运动中的避障运动和补偿输电线2的变形量所需的运动，也由两机械手机构3中的两个绕俯仰机构8的水平轴801和两个绕回转机构6的铅垂轴605的分别运动或联合运动来实现。在机器人跨越障碍物的时候，

在本实施例中，本发明在大臂1的下端通过支撑架902连接了一个重心调节机构9，该重心调节机构9的作用是，在机器人两臂交替换夹前进的过程中，重心调节机构9能适时的调节机器人的重心，从而保证机器人在行走过程中的平稳，不会造成整个操作车重心偏移，引起操作车不能平稳的在输电线2上行驶的现象发生，在机器人一机械手机构3抓握导线，一机械手机构3离开导线时，重心调节减速器905带动重心移动丝杠转动，重心移动丝杠和重心移动螺母904螺母铰接重心移动螺母904螺母带动支撑架902上的机箱支撑板901一起运动，机箱支撑板901上固定有机箱，可以改变机器人的受力状况。另外，本发明在末端执行机构4下方还设置有压紧机构，该压紧机构包括一个与主动轮401配合的压紧轮406，由于电线特别是有些高压线是裸线，即金属线，主动轮401在电线行走的过程中由于摩擦力不够造成打滑，造成行走效率不高，该压紧轮406的作用是，给主动轮401一定的压力，增大主动轮401与电线的摩擦力，从而提高主动轮401的行走效率，防止打滑现象的产生。

在本实施例中，除所有的钢丝绳、丝杆、螺母外，其余构件均由高强度铝合金材料加工制造，且均进行阳极化处理，这样既保证了结构的强度，又保证了相对运动表面的强度，同时能防腐蚀。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了大臂1、输电线2、机械手机构3、动臂301、静臂302、伸缩螺母303、伸缩丝杆304、伸缩驱动装置305、末端执行机构4、主动轮401、卸载轴402、行驶驱动装置403、从动轮404、驱动盘405、压紧轮406、夹紧机构5、夹爪501、夹杆502、夹紧钢丝绳503、动滑轮504、定滑轮505、传力丝杆506、传力螺母507、复位钢丝绳508、夹紧机构支架509、回转机构6、回转涡轮蜗杆箱601、回转涡轮602、回转蜗杆603、回转驱动装置604、铅垂轴605、传动机构7、滑座701、滑台702、滑动槽703、传动丝杆704、传动带705、传动减速器706、俯仰机构8、水平轴801、俯仰涡轮蜗杆箱802、俯仰涡轮803、俯仰蜗杆804、俯仰驱动装置805、旋转座806、重心调节机构9、机箱支撑板901、支撑架902、重心移动丝杆903、重心移动螺母904、重心调节减速器905等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种机器人，用于在沿架空高压输电线(2)路上行驶，包括一对沿输电线(2)运动的至少具有4个自由度的机械手机构(3)，该机械手机构(3)下端分别通过绕铅垂轴(605)设置的回转机构(6)连接在一个能改变该机械手机构(3)相对距离的大臂(1)的传动机构(7)上，该机械手机构(3)上方为末端执行机构(4)，其特征在于，所述的大臂(1)的下端通过支撑架(902)连接有重心调节机构(9)；所述的重心调节机构(9)包括能在支撑架(902)上作往复运动的机箱支撑板(901)，沿重心移动丝杆(903)作往复运动的重心移动螺母(904)与机箱支撑板(901)相联结，所述的重心移动丝杆(903)一端与固定在大臂(1)上的重心调节减速器(905)相连；所述的机械手机构(3)包括动臂(301)、能与动臂(301)作相对运动的静臂(302)以及驱动动臂(301)作垂直运动的伸缩驱动机构，所述的伸缩驱动机构包括能带动嵌入静臂(302)内的伸缩螺母(303)作垂直运动的伸缩丝杆(304)以及输出轴与伸缩丝杆(304)相连的伸缩驱动装置(305)，所述的伸缩丝杆(304)与伸缩驱动装置(305)均设置在动臂(301)内；所述的回转机构(6)和机械手机构(3)下端之间还设有绕水平轴(801)设置的俯仰机构(8)，所述俯仰机构(8)包括俯仰蜗轮蜗杆箱(802)、俯仰蜗轮(803)、俯仰蜗杆(804)以及与俯仰蜗杆(804)传动轴相连的俯仰驱动装置(805)，所述的静臂(302)下端固定在由俯仰蜗轮(803)输出轴构成的水平轴(801)上，该俯仰机构(8)通过旋转座(806)与铅垂轴(605)输出轴固定。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述的末端执行机构(4)包括一个挂在输电线(2)上并能在输电线(2)上作回转运动的主动轮(401)以及驱动该主动轮运动的并置于卸载轴(402)内的行驶驱动装置(403)，所述的主动轮(401)下方设置有压紧机构，该压紧机构包括一个压紧轮(406)，所述的压紧轮(406)通过L型支架固定在静臂(302)上。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述的末端执行机构还包括一个夹紧机构(5)；所述的夹紧机构(5)包括两个夹爪(501)和两个夹杆(502)，夹紧钢丝绳(503)和动滑轮(504)以及定滑轮(505)组构成的传力机构，传力丝杆(506)和传力螺母(507)导轨组成的驱动机构以及复位钢丝绳(508)和夹紧机构支架。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，两所述的夹杆(502)的中部与夹紧机构(5)支架铰接，两夹杆(502)的端部分别与两夹爪(501)铰接并与夹紧钢丝绳(503)固接，定滑轮(505)被支撑在夹紧机构(5)支架上，动滑轮(504)被支撑在传力螺母(507)上，夹紧钢丝绳(503)依次绕过动滑轮(504)、定滑轮(505)，夹紧钢丝绳(503)两端分别与两夹杆(502)的一端相连接，复位钢丝绳(508)的两端分别与两夹杆(502)的另一端相连接。

5.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述的传动机构(7)包括分别对应机械手机构(3)的固定有滑座(701)并能在大臂(1)上作往复运动的一对滑台(702)，所述的滑座(701)设置有滑动槽(703)，其中一个机械手机构(3)的滑台(702)通过传动螺母同时与传动丝杆(704)和传动带(705)相连接，另一个机械手机构(3)的滑台(702)直接与传动带(705)相连接，电机通过传动减速器(706)与传动丝杆(704)相连接。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的机器人，其特征在于，所述的机箱支撑板(901)和支撑架(902)之间，以及静臂(302)和动臂(301)之间均设置有滚动体。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的机器人，其特征在于，所述的回转机构(6)包括回转蜗轮蜗杆箱(601)、回转蜗轮(602)、回转蜗杆(603)以及回转驱动装置(604)，所述的回转驱动装置(604)输出轴与回转蜗杆(603)传动轴相连，回转蜗轮(602)输出轴构成了上述的铅垂轴(605)。

Images