CN100999216A - 一种轮爪复合式巡检机器人自主越障机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超高压输电线巡检机器人机构。它由质心调节机构、前手臂、前行走夹持机构、后手臂、后行走夹持机构组成，前、后手臂的一端采用螺钉固定在质心调节机构上；另一端与前、后行走夹持机构直接相连，手臂具有两个自由度，分别由前、后回转机构、前、后垂直伸缩机构，其中前、后回转机构一端与前、后行走夹持机构相连，另一端经前、后垂直伸缩机构后与质心调节机构相连；行走夹持机构在架空地线上行走；前、后手臂，前、后行走夹持机构。本发明工作空间大、能耗低且越障能力强。

Description

一种轮爪复合式巡检机器人自主越障机构

技术领域

本发明涉及移动机器人机构，具体地说是一种应用于超高压输电线路巡检的轮爪复合式巡检机器人自主越障机构。

背景技术

在现有的超高压输电线巡检机器人机构中，大部分采用由轮式移动和复合连杆机构组合而成的复合移动机构(文献1：Jun Sawada，KazuyukiKusumoto，Tadashi Munakata，Yasuhisa Maikawa，Yoshinobu Ishikawa，“AMobile Robot For Inspection of Power Transmission Lines”，IEEE Trans.PowerDelivery，1991，Vol.6，No.1：pp..309-315；文献2：Mineo Higuchi，YoichiroMaeda，Sadahiro Tsutani，Shiro Hagihara，“Development of a Mobile InspectionRobot for Power Transmission Lines”，J.of the Robotics Society of Japan，1991，Vol.9，No.4，pp..457-463)，或者采用多组移动单元串联组成的多自由度移动机构(文献3：Shin-ichi Aoshima，Takeshi Tsujimura，TetsuroYabuta，“A Wire Mobile Robot with Multi-unit Structure”.IEEE/RSJIntermational Workshop on Intelligent Robots and Systems’89，Sep.4-6，1989，Tsukuba，Japan，pp..414-421)。这些机构的结构复杂、耗能多、越障能力有限且不易于控制，因此，难以应用于实际的超高压输电线路自主越障巡检作业。

发明内容

为克服上述移动机构结构复杂、重量大、耗能多、越障能力有限且不易于控制之不足，本发明提供一种工作空间大、能耗低且越障能力强的轮爪复合式的超高压输电线巡检机器人自主越障机构。

为了实现上述目的，本发明技术方案是：它由质心调节机构、前手臂、前行走夹持机构、后手臂、后行走夹持机构组成，所述前、后手臂的一端采用螺钉固定在质心调节机构上；另一端与前、后行走夹持机构直接相连，所述手臂具有两个自由度，分别由前、后回转机构、前、后垂直伸缩机构组成，其中前、后回转机构一端与前、后行走夹持机构相连，另一端经前、后垂直伸缩机构后与质心调节机构相连；所述行走夹持机构位于架空地线上；所述前、后手臂，前、后行走夹持机构结构相同。

本发明基于轮、爪复合的原理，采用连续移动与蠕动行走相结合的工作方式，具有沿超高压输电线行走和跨越其上障碍物的功能。

本发明具有如下优点：

1.本发明采用轮爪复合机构，利于行走与越障。该结构结合了轮式移动机构、夹持机构和关节式手臂的优点，既可沿线快速行走，也可跨越障碍。

2.越障能力强。本发明利用行走与夹持机构、手臂及质心调节机构协调运动，带动机器人跨越障碍，并能够跨越超高压输电线路中多种障碍(防振锤、绝缘子、悬垂金具及压接管等)。

3.工作空间大。前后手臂带有伸缩及旋转关节，具有较大的伸长量和旋转角度，使手臂触及的工作范围较大。

4.能耗低。本发明采用质心调节方法，使电机的驱动力矩降低，从而降低了能耗。

5.应用范围较广。本发明可作为高压输电线路及电话线路的巡检机器人移动机构。

附图说明

图1为本发明机构示意图。

图2为本发明质心调节机构结构移动机构示意图。

图3为本发明回转机构示意图。

图4为本发明垂直伸缩机构示意图。

图5为本发明行走夹持机构示意图。

图6为障碍环境示意图。

图7a为越障过程第一个动作描述示意图。

图7b为越障过程第二个动作描述示意图。

图7c为越障过程第三个动作描述示意图。

图7d为越障过程第四个动作描述示意图。

图8为本发明另一实施例机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明的机械结构由质心调节机构1、前手臂2、前行走夹持机构3、后手臂4、后行走夹持机构5组成，所述前、后手臂2、4的一端采用螺钉固定在质心调节机构1上；另一端与前、后行走夹持机构3、5相连，所述手臂2、4分别由前、后回转机构22、52、前、后垂直伸缩机构23、53组成，其中前、后回转机构22、52一端与前、后行走夹持机构3、5直接相连，另一端经前、后垂直伸缩机构23、53后与质心调节机构1相连；所述行走夹持机构位于架空地线上；所述前、后行走夹持机构3、5以及前、后手臂2、4结构相同，本实施例以其中一个为例作详细说明。

所述质心调节机构由电器盒11、丝杠12、滑块螺母14、第一滚轮13、第二滚轮15、承载板16和第一电机17组成，见图2。第一电机17、丝杠12安装在承载板16上，滑块螺母14、第一滚轮13、第二滚轮15安装在电器盒11上，滑块螺母14与丝杠12形成螺旋移动连接，丝杠12的一端与第一电机17相连，另一端支承在承载板16上；承载板16与回转机构中的第一箱体82相连。第一电机17驱动丝杠12转动，通过滑块螺母14带动电器盒11移动，从而实现质心调节，改善行走夹持机构的受力状态。电器盒11的重量通过滚轮13、15传递到承载板16上。

所述前、后回转机构中以前回转机构为例：参见图3，其结构由第三传动轴81、第一箱体82、第二从动齿轮83、第二主动齿轮84、第四传动轴85和第五电机86组成，第三传动轴81、第四传动轴85和第五电机86支撑在第一箱体82上，第二从动齿轮83安装在第三传动轴81上，第二主动齿轮84安装在第四传动轴85上，与第二从动齿轮83啮合，第四传动轴85的一端与第五电机86相连，另一端支撑在第一箱体82上；第三传动轴8 1的一端支撑在第一箱体(82)上，另一端与垂直伸缩机构中的支撑板96相连。第五电机86带动第四传动轴85和第二主动齿轮84转动，第二主动齿轮84通过第二从动齿轮83带动第三传动轴81转动，带动垂直伸缩机构中的支撑板96转动。

所述前、后垂直伸缩机构中以前垂直伸缩机构为例，其结构(参见图4)：由空心轴91、轴承92、升降丝杠93、升降螺母94、支撑板96和第六电机95组成，轴承92支撑在空心轴91内壁上，安装在升降丝杠93一端(用于支撑)，升降丝杠93的另一端与安装在支撑板96上第六电机95相连，旋合于升降丝杠93的升降螺母94固连在空心轴91内，支撑板96与回转机构上的第三传动轴81相连，空心轴91与行走夹持机构中的第二箱体41相连。第六电机95驱动升降丝杠93转动，通过升降螺母94带动空心轴91实现垂直升降。

所述前、后行走夹持机构3、5结构相同，以前行走夹持机构(参见图5)：由31、主动齿轮32、行走轮33和轴肩34、第一、二止推轴承35、36、圆螺母37、第二箱体41、夹紧丝杠42、左夹爪40、右夹爪43、导杆44和第七电机45组成，第三电机31、第七电机45、夹紧丝杠42、导杆44安装在第二箱体41上，导杆44两端安装在第二箱体41内，行走轮33安装在与第七电机45相接的夹紧丝杠42上，并通过轴肩34、第一止推轴承35、第二止推轴承36，采用圆螺母37将行走轮33轴向定位在夹紧丝杠42上，行走轮33与夹紧丝杠42之间为滚动摩擦，主动齿轮32一方面与第三电机31相连，另一方面与行走轮33啮合。左、右夹爪40、43安装在导杆44上，并通过其左、右螺纹与夹紧丝杠42上的左、右螺纹形成螺旋移动连接；具体：夹紧丝杠42上的螺纹分成两段，分别为左螺纹46和右螺纹47，分别对应于左夹爪40的左螺纹48和右夹爪43的右螺纹49，夹持丝杠42的一端与第七电机45相连，另一端安装在第二箱体41上，第二箱体41与伸缩机构中的空心轴91相连。第三电机31转动，带动主动齿轮32转动，从而实现行走轮33在架空地线70上行走。第七电机45转动，带动夹持丝杠42旋转，在导杆44的作用下，使得左、右夹爪40、43相互靠近和分开，从而实现左、右夹爪40、43对架空地线70夹紧和松开功能。

图6所示为超高压输电线路障碍环境，在架空地线70上的主要障碍物为防振锤71、绝缘子72、悬垂金具及线夹73等。本机构由伺服电机驱动，通过质心调节机构、手臂协调动作，可沿线行进并跨越杆塔处的障碍物，参见图7.a、7.b、7.c、7.d。

当前行走夹持机构3在左防振锤71处停下(如图7.a所示)，这时质心调节机构1驱动电器盒11靠近后手臂4，前行走夹持机构3在前手臂2的作用下，升高脱离架空地线70，后行走夹持机构5驱动质心调节机构1及前手臂2向前行走，至左防振锤71处停下。此时前手臂2已越过下方的左防振锤71，前行走夹持机构3在前手臂2的作用下，下降落回到架空地线70上(如图7.b所示)。后手臂4跨越左防振锤71的过程同前手臂2相似。

当前行走夹持机构3在悬垂金具73处停下，这时质心调节机构1驱动电器盒11靠近前手臂2，后行走夹持机构5在后手臂4的作用下，升高脱离架空地线70，并绕前手臂2的旋转机构旋转180°，以避开悬垂金具73，然后后行走夹持机构5在后手臂4的作用下，下降重新回落到架空地线70。质心调节机构1驱动电器盒11靠近后手臂4，前行走夹持机构3在前手臂2的作用下，升高脱离架空地线70，并绕后手臂4的旋转机构旋转180°，以避开悬垂金具73，然后前行走夹持机构3在前手臂2的作用下，下降重新回落到架空地线70(如图7.c所示)。

跨越右防振锤的过程同跨越左防振锤的过程基本相似，越过障碍后的状态如图7.d所示。

实施例2

与实施例1不同之处为：如图8所示，在质心调节机构1内，用主动卷轴12，被动卷轴13、柔索14，代替了原来的丝杠丝母机构，进一步减轻了重量。柔索14两端经主动卷轴12，被动卷轴13与电器盒11连接，主动卷轴12与电机17，带动柔索14移动，从而带动电器盒11在承载板16上移动。

Claims (6)

1.一种轮爪复合式巡检机器人自主越障机构，其特征在于：由质心调节机构(1)、前手臂(2)、前行走夹持机构(3)、后手臂(4)、后行走夹持机构(5)组成，所述前、后手臂(2、4)的一端采用螺钉固定在质心调节机构(1)上；另一端与前、后行走夹持机构(3、5)直接相连，所述手臂(2、4)分别由前、后回转机构(22、52)、前、后垂直伸缩机构(23、53)组成，其中前、后回转机构(22、52)一端与前、后行走夹持机构(3、5)相连，另一端经前、后垂直伸缩机构(23、53)后与质心调节机构1相连；所述行走夹持机构位于架空地线上。

2.按权利要求1所述轮爪复合式巡检机器人自主越障机构，其特征在于：所述质心调节机构由电器盒(11)、丝杠(12)、滑块螺母(14)、第一、二滚轮(13、15)、承载板(16)和第一电机(17)组成，第一电机(17)、丝杠(12)安装在承载板(16)上，滑块螺母(14)、第一、二滚轮(13、15)安装在电器盒(11)上，滑块螺母(14)与丝杠(12)形成螺旋移动连接，丝杠(12)的一端与第一电机(17)相连，另一端支承在承载板(16)上；承载板(16)与回转机构相连。

3.按权利要求2所述轮爪复合式巡检机器人自主越障机构，其特征在于：所述质心调节机构(1)内，用主动卷轴(12)，被动卷轴(13)、柔索(14)，代替丝杠丝母机构，柔索(14)两端经主动卷轴(12)、被动卷轴(13)与电器盒(11)连接，主动卷轴(12)与电机(17)相连。

4.按权利要求1所述轮爪复合式巡检机器人自主越障机构，其特征在于：所述回转机构由第三传动轴(81)、第一箱体(82)、第二从动齿轮(83)、第二主动齿轮(84)、第四传动轴(85)和第五电机(86)组成，第三传动轴(81)、第四传动轴(85)和第五电机(86)支撑在第一箱体(82)上，第二从动齿轮(83)安装在第三传动轴(81)上，第二主动齿轮(84)安装在第四传动轴(85)上，与第二从动齿轮(83)啮合，第四传动轴(85)的一端与第五电机(86)相连，另一端支撑在第一箱体(82)上；第三传动轴(81)的一端支撑在第一箱体(82)上，另一端与垂直伸缩机构中的支撑板(96)相连。

5.按权利要求1所述轮爪复合式巡检机器人自主越障机构，其特征在于：所述垂直伸缩机构由空心轴(91)、轴承(92)、升降丝杠(93)、升降螺母(94)、支撑板(96)和第六电机(95)组成，轴承(92)支撑在空心轴(91)内壁上，安装在升降丝杠(93)一端，升降丝杠(93)的另一端与安装在支撑板(96)上第六电机(95)相连，旋合于升降丝杠(93)的升降螺母(94)上，并固连在空心轴(91)内，支撑板(96)与回转机构上的第三传动轴(81)相连，空心轴(91)与行走夹持机构中的第二箱体(41)相连。

6.按权利要求1所述轮爪复合式巡检机器人自主越障机构，其特征在于：所述前、后行走夹持机构(3，5)结构相同，其中之一由第三电机(31)、主动齿轮(32)、行走轮(33)和轴肩(34)、第一、二止推轴承(35、36)、圆螺母(37)、第二箱体(41)、夹紧丝杠(42)、左夹爪(40)、右夹爪(43)、导杆(44)和第七电机(45)组成，第三、七电机(31、45)、夹紧丝杠(42)、导杆(44)安装在第二箱体(41)上，导杆(44)两端安装在第二箱体(41)内，行走轮(33)与主动齿轮(32)啮合，安装在与第七电机(45)相接的夹紧丝杠(42)上，行走轮(33)与夹紧丝杠(42)之间为滚动摩擦连接，主动齿轮(32)一方面与第三电机(31)相连，另一方面与行走轮(33)啮合，左、右夹爪(40、43)安装在导杆(44)，并通过其左、右螺纹与夹紧丝杠(42)上的左、右螺纹形成螺旋移动连接；前、后行走夹持机构(3，5)与前、后手臂(2，4)之间分别通过第二箱体(41)与伸缩机构相连。

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