CN101168253A - 输电线路巡检机器人机械手装置 - Google Patents

Abstract

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于沿高压输电线路地线自动巡检机器人的末端结构。主要由滚轮机构、夹紧机构、手腕机构和连接支座等组成。其中夹紧机构采用了行星齿轮以及丝杠螺母二级大速比减速传动方式，从而保证了该机构可达到1000N的夹紧力，结构非常紧凑。手腕机构则从机械结构上保证了手爪空间位置与姿态的解耦，大大简化了机器人在攀爬运动过程中的操作步骤。本发明不仅能实现机器人在高压线上运行时对地线的抓紧，而且能实现机器人从输电塔的一侧翻越至另一侧过程中对铁塔角钢的抓紧。

Description

输电线路巡检机器人机械手装置

技术领域

本发明是一种为高压输电线路自动巡检机器人定制的机械手装置，属机器人技术领域。

技术背景

高压输电线路是电力系统的动脉，其安全运行越来越受到各级部门的重视。输电线路不仅要承受固有的机械载荷和电力负荷的内部压力，而且还要经受自然环境的各种外部侵害，如：腐蚀、污秽、雷击、强风、洪水、滑坡、沉陷、地震和鸟害等，以及人为的破坏。随着时间的日积月累，势必造成线路上出现各种故障，如：接触电阻增大、导线断股、避雷线断裂、杆塔倾斜、绝缘子闪烁、金具脱落，如不及时发现和消除，将对电力系统的构成灾难性的危害。

在我国，超高压输电线路的巡检、维护基本上采用人工沿线逐塔巡视的作业方式，劳动强度大、费用多且危险性较高。电力部门迫切需要取代人力进行线路维护的自动化巡检设备。以此减轻巡线作业强度，降低费用，提高巡检作业质量和管理技术水平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于沿高压输电线路的地线自动巡检机器人的末端结构。本发明还要求机器人不是在火线上作业，而要求在地线行驶，从而避免了检修工人在高压条件下的带电作业。为此该机器人的末端机械手不仅要能实现在机器人在高压输线上行驶时对输电线的抓紧，而且还要能实现机器人从输电铁塔的一侧翻越至另一侧过程中对铁塔角钢的抓紧。避免了由人工将机器人从杆塔一侧搬运到另一侧，大大的缩短了机器人运行的辅助时间。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案为：

提供一种高压输电线路自动巡检机器人的末端结构，其由抓紧机构、滚轮机构、姿态控制机构和连接支座组成。

该机械手作为自动巡检机器人手臂上方的末端执行机构，具有一个悬挂在地线上的滚轮，该滚轮必须能自主驱动，为其结构紧凑起见，电动机与行星减速机构安装于与滚轮同轴的空心圆筒内。该圆筒固接于连接支座上。

该机械手的夹紧机构包括一对用于抓紧地线或铁塔角铁的夹爪，该夹爪由一对与其固连的圆柱齿轮驱动，而该对齿轮通过齿轮-齿条机构驱动，齿条又与一个螺母固连，于是齿条的直线运动是通过丝杠螺母机构实现的。电机通过行星减速器与丝杠连接。通过控制电机转速与方向可以控制夹爪的张开或闭合角度，从而控制夹爪的抓紧力。

该机械手的姿态控制机构，为机械手提供一个手腕转动自由度，夹紧机构与滚轮机构通过一对蜗轮蜗杆连接，在该传动机构中，蜗轮与空心圆筒固连，蜗杆跟电机减速器连接，蜗杆在电机的驱动下沿蜗轮转动。从而带动夹紧机构沿滚轮机构水平轴旋转，实现机械手的手腕转动。

本发明所采用的末端结构可实现在线路上的稳定行走、跨越障碍物、自动翻越铁塔的功能，可到达人工不能到达的线路。从而实现在输电线路全程自主巡检运动。

附图简介

在附图中，图1是输电线路自动巡检机器人末端执行机构的立体图，图2是输电线路自动巡检机器人末端执行机构的前视图，图3是A-A剖视图，图4是B-B剖视图，图5是C-C剖视图。

具体实施方式

参阅图1，本发明所述的是一种用于高压输电线路地线上行驶机器人的手臂末端执行机构，手齿箱4内装有丝杠、螺母齿条、一对啮合齿轮和一对手爪。3为驱动丝杠转动的电机与行星齿轮减速箱，1为支座板，与空心圆筒即蜗轮轴2为过盈配合。8为驱动蜗杆的电机，在该电机作用下手腕蜗轮箱7绕蜗轮轴2旋转，而手齿箱4和手腕蜗轮7是通过螺钉固结的，因此手齿箱4也会随手腕蜗轮7一起绕蜗轮轴2旋转，实现手腕转动运动，即实现机械手的姿态调整运动。该种实施方式，从机械结构上保证了手爪空间位置与姿态的解耦，大大简化了机器人在攀爬运动过程中的操作步骤。

图3描述了机械手中滚轮驱动机构的实施结构。蜗轮轴2为一个空心圆筒，筒内用于安装滚轮驱动电机及行星齿轮减速箱12，行星齿轮减速箱输出轴与轴盖14相连接，轴盖14与滚轮6相连接，滚轮6与蜗轮轴2之间设有滚动体13。在滚轮电机12的驱动下，滚轮6可在地线上行驶。

图4描述了机械手中的抓紧机构的实施结构，手爪电机及行星齿轮减速箱3与丝杠17连接，螺母齿条20通过螺纹与丝杠17连接，螺母齿条20外围带有齿条齿廓，与主动齿轮19相啮合，齿宽比主动齿轮窄的从动齿轮18与主动齿轮相啮合。两齿轮分别与手爪相连接，这样由丝杠17、螺母齿条20、主动齿轮19、从动齿轮18和一对手爪5构成手爪驱动传动链。通过控制手爪电机的转速和方向可以控制手爪的张开角度。从而控制手爪的抓取力。本发明采用了行星齿轮以及丝杠螺母二级大速比减速，从而保证了该机构可达到1000N的夹紧力，结构非常紧凑。

其中，丝杆外层由高分子材料制成，可减小丝杆螺母副的摩擦力并避免高压电线击穿，内层钳套铝合金层，可增加丝杆的强度。其他部件均采用高分子材料制成，可避免高压电线击穿并减轻重量。

采用本发明的机器人机械手，在高空对输电线路进行巡检时的典型动作过程如下：

当机器人在输电线下垂与平缓上行段上行驶时，机械手手爪处于松开状态，采用滚动驱动方式工作，无须调节手腕机构。

当巡线机器人电器箱内的电子水平仪感知到机器人已处在输电线陡坡上升段时，电器箱内置的计算机会发出切换机器人工作模式的指令，即由滚动行驶方式改为攀爬前进方式。此时机械手的一只夹爪抓紧地线不动，另一只手的夹爪依然处于松开状态，而手腕机构与手臂机构等进行联动控制，以使该手臂沿着输电线方向前移。然后将该机械手上的夹爪夹紧，而将原来夹紧的夹爪松开，再通过手腕机构与手臂机构等进行联动控制，以使该机械手臂沿着输电线前移，然后夹紧原来松开的夹爪，松开原来夹紧的夹爪，完成了一次攀爬。如此周而复始，可使机器人在输电线陡坡上升段上一步一步地前进。

当机器人翻越输电线上的防振锤、耐张夹等障碍物时，二只机械手的手爪功能依旧是适时地夹紧、松开，再辅以必要的手腕运动，而跨越线上障碍物是通过机器人的手臂机构完成的。机器人翻越铁塔时，二个机械手的交替操作步骤与越障操作基本雷同，唯一区别是手爪抓夹的是角铁，这靠二只夹爪5内下側的二条直边实现的，而夹地线是靠二只夹爪5内側的V型面实现的。无论夹地线或角铁，其夹紧力都是通过驱动电机的电流控制的。

本发明的机械手装置具有多个自由度，通过多自由度联动控制，可实现不同垂直平面之间的各种复杂操作，越障能力强，能满足在无外力干预的情况下，不仅能自动跨越在输电线上进行巡检时可能碰到的如绝缘子、防震锤等障碍物，并可利用其多用途夹爪攀爬各种不同结构形式的输电线铁塔，是一种通用型输电线巡检机器人机械手，既可用于手臂升降式自动巡线机器人，也可用于摆臂式自动巡线机器人。本发明的机械手结构紧凑、夹紧力大、重量轻，特别适用于小型悬挂式机器人。

Claims (5)

1.一种用于沿架空高压输电线路行驶的机器人手臂末端执行机构，包括：由蜗轮轴2、支座板1、滚轮电机12和滚轮6构成的滚轮机构；由手爪电机3、丝杠17、螺母齿条20、主动齿轮19、从动齿轮18和一对相同尺寸的手爪5构成的夹紧机构；由蜗轮电机8、蜗杆23、蜗轮轴2、手腕蜗轮箱7和手齿箱4构成的手腕机构。

2.根据权利要求1所述的末端执行机构中的夹紧机构采用了行星齿轮以及丝杠螺母二级大速比减速传动方式，从而保证了该机构可达到很大的夹紧力，结构非常紧凑。手爪电机3与丝杠17连接，螺母齿条20通过螺纹与丝杠17连接，螺母齿条20外围带有齿条齿廓，与主动齿轮19相啮合，齿宽比主动齿轮窄的从动齿轮18与主动齿轮相啮合。两齿轮再分别与手爪相连接，这样由丝杠17、螺母齿条20、主动齿轮19、从动齿轮18和一对手爪5构成抓紧传动链。通过控制手爪电机的转速和方向可以控制手爪的张开角度。从而控制手爪的抓取力。

3.根据权利要求2，其特征是螺母齿条20外部的齿条齿廓用于与主动齿轮19啮合，螺母齿条为螺母状，内部有螺纹用于与丝杠配合。

4.根据趋利要求2，其特征为手爪5的夹紧部分90度的V形轮廓和端部的直线段，其中V形轮廓用于夹紧地线，夹爪5端部的直线段可实现抓取铁塔角钢的功能。

5.根据权利要求1，其特征为由蜗轮电机8、蜗杆23、蜗轮轴2、手腕蜗轮箱7和手齿箱4构成的手腕机构，蜗杆电机8与蜗杆23连接。蜗杆23与蜗轮轴2的蜗轮部分相啮合。在蜗杆电机8的驱动下。蜗杆绕固定的蜗轮旋转，从而带动抓紧机构也绕蜗轮轴旋转。根据权利要求5，蜗轮轴为中空的轴，其内部配置滚轮驱动电机。

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