CN101771246B - 一种具有升降夹持功能的巡检机器人机构 - Google Patents

一种具有升降夹持功能的巡检机器人机构 Download PDF

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本发明涉及移动机器人,具体地说是一种具有升降夹持功能的巡检机器人机构,包括前手臂、前行走轮、后手臂、后行走轮、箱体及升降夹持机构,箱体上分别设有前、后手臂,前、后手臂上分别安装有可转动的前、后行走轮,前、后行走轮分别通过安装在前、后手臂上的前、后行走电机驱动行走;在箱体内位于前后手臂之间设有增加前、后行走轮对架空地线正压力的升降夹持机构;升降夹持机构包括前、后夹紧轮及一组升降组件、多组导向组件,前、后夹紧轮安装在升降组件上,升降组件的外围均布有多组导向组件。本发明采用能够升降夹持的夹持机构,能增大行走轮与架空地线的正压力,有利于行走、爬坡和越障,安全保护性好,越障过程简单、越障时间短。

Description

一种具有升降夹持功能的巡检机器人机构
技术领域
[0001] 本发明涉及移动机器人,具体地说是一种具有升降夹持功能的巡检机器人机构。 背景技术
[0002] 输电线路是电力系统极为重要的组成部分,为了保证其安全稳定的运行,需要定期进行巡视检查。目前采用的方法主要有人工巡检和直升机巡检。人工巡检的效率低, 劳动强度大,危险性高;直升机巡检的成本高,巡检质量易受气候影响。因此,需要研制能够携带通信和巡检仪器的机器人来代替人工对输电线路进行自动巡检,以提高效率, 确保输电线路的安全运行。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(参见文献1 Jun Sawada, Kazuyuki Kusumoto,Tadashi Munakata,Yasuhisa Maikawa,Yoshinobu Ishikawa,"A Mobile Robot ForInspection of Power Transmission Lines,,,IEEE Trans. PowerDelivery, 1991, Vol. 6, No. 1 :pp. . 309-315 ;文献 2 :Mineo Higuchi, Yoichiro Maeda, Sadahiro Tsutani, Shiro Hagihara,"Developmentof a Mobile Inspection Robot for Power Transmission Lines",J. of the Robotics Society of Japan,Japan, Vol. 9, No. 4, pp. 457-463,1991),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/ RSJ Intermational Workshop on Intelligent Robots andSystems' 89, Sep.4-6,1989, Tsukuba, Japan,pp. 414-421)。这些巡检机器人的结构复杂、重量大,跨越障碍过程复杂,越障时间长,行走速度慢,爬坡角度小,在行走时安全保护性差,因此,难以应用于实际的超高压输电线路巡检作业中。
发明内容
[0003] 针对现在技术中存在的上述不足之处,本发明的目的在于提供一种具有升降夹持功能的巡检机器人机构,具有重量轻、越障过程简单、越障时间短、爬坡角度大、行走速度快、安全保护好的特点。
[0004] 本发明的目的是通过以上技术方案来实现的:
[0005] 本发明包括前手臂、前行走轮、后手臂、后行走轮、箱体及升降夹持机构,箱体上分别设有前、后手臂,前、后手臂上分别安装有可转动的前、后行走轮,前、后行走轮分别通过安装在前、后手臂上的前、后行走电机驱动行走;在箱体内位于前后手臂之间设有增加前、 后行走轮对架空地线正压力的升降夹持机构;升降夹持机构包括前、后夹紧轮及一组升降组件、多组导向组件,前、后夹紧轮安装在升降组件上,升降组件的外围均布有多组导向组件。
[0006] 其中:升降组件包括连接架、丝杠端座、丝杠、丝母、主动齿轮、从动齿轮、升降电机及固定架,升降电机安装在固定架上,升降电机的输出轴上设有主动齿轮,丝杠端座安装在连接架上,丝杠的一端与丝杠端座相连,另一端为自由端,丝杠上螺纹连接有丝母,丝母上设有与主动齿轮啮合传动的从动齿轮;丝母的下方设有套接在丝杠上的支撑套,支撑套的外部设有固接于固定架上的轴承座,支撑套与轴承座之间自上而下依次设有推力轴承、角接触轴承,角接触轴承的下方设有与支撑套螺纹连接的锁紧螺母;连接架的两端分别与伸缩导轨的一端相连接,固定架上安装有两个第二直线轴承,两根伸缩导轨的另一端由第二直线轴承穿过、设有第二导轨挡片;其中任一伸缩导轨靠近与连接架相连的一端设有上触发片,靠近第二导轨挡片的一端设有下触发片;在固定架上、带有触发片的伸缩导轨穿过的一侧设有接近开关;接近开关通过安装座安装在固定架上,在安装座的上下两侧均安装有接近开关;所述导向组件为四组,结构相同,均布于固定架上,每组导向组件包括导轨、导轨挡片、压缩弹簧及弹簧挡片,导轨的顶端固接于箱体,固定架上均布有四个第一直线轴承, 四根导轨的末端由第一直线轴承穿过、安装有弹簧挡片,在弹簧挡片与固定架之间的导轨上套接有压缩弹簧,导轨的顶端设有导轨挡片;所述前、后夹紧轮分别安装在支撑板的两端,在两夹紧轮之间、位于支撑板的中间位置设有转动轴,转动轴的两端分别与支撑板相连;连接架套设在转动轴上;转动轴的两端通过挡片、螺钉固接在支撑板上,挡片与连接架之间的转动轴上设有套筒,连接架可相对于转动轴转动;所述前、后手臂上分别设有与箱体连接的封闭板。
[0007] 本发明的优点与积极效果为:
[0008] 1.安全保护性好。本发明在行走过程中除了两个行走轮在线上,还有升降夹持机构的两个夹紧轮从下边夹紧架空地线,使机器人机构在行走和越障过程中避免从地线上掉下来,起到安全保护作用。
[0009] 2.爬坡角度大。本发明机器人机构有两个主动驱动的行走轮,行走能力强,并且在爬大坡度线路时有两个夹紧轮可从下边压紧架空地线,增大了行走轮对架空地线的正压力,从而增加了摩擦力,可爬40°以上线路。
[0010] 3.越障过程简单且越障时间短。本发明行走轮的轮槽宽且深,遇到防振锤、压接管等障碍可采取直接开过障碍的方式越障,越障过程简单,所耗的时间短。
[0011] 4.重量轻。本发明结构简单,前后手臂自由度少,所用电机数量少,从而降低了整个机构的重量。
[0012] 5.应用范围广。本发明的行走轮可在不同直径的线路上行走,对线路的直径变化适应性好,可广泛应用于高压输电线路和电话线路的巡检机器人移动机构。
附图说明
[0013] 图1为本发明的结构主视图;
[0014] 图2为图1的俯视图;
[0015] 图3为图1的左视图;
[0016] 图4为图1中升降夹持机构的结构主视图;
[0017] 图5为图4的俯视图;
[0018] 图6为图4中的A-A剖视图;
[0019] 图7为图4的右视图;
[0020] 其中:1为前手臂,2为前行走轮,3为封闭板,4为箱体,5为升降夹持机构,6为后手臂,7为后行走轮,8为后行走电机,9为前夹紧轮,10为后夹紧轮,11为支撑板,12为导轨,13为第一导轨挡片,14为第一直线轴承,15为固定架,16为压缩弹簧,17为弹簧挡片, 18为伸缩导轨,19为第二导轨挡片,20为转动轴,21为连接架,22为套筒,23为挡片,24为螺钉,25为丝杠端座,26为丝杠,27为丝母,28为主动齿轮,29为从动齿轮,30为支撑套,31 为推力轴承,32为角接触轴承,33为轴承座,34为锁紧螺母,35为升降电机,36为下触发片, 37为上触发片,38为接近开关,39为安装座,40为第二直线轴承,41为前行走电机,42为架空地线。
具体实施方式
[0021 ] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0022] 如图1〜7所示,本发明用于架空输电线路上进行巡检作业操作,包括前手臂1、前行走轮2、后手臂6、后行走轮7、箱体4及升降夹持机构5,箱体4上分别设有前、后手臂1、 6,前、后行走轮2、7分别通过轴承安装在前、后手臂1、6上,前、后手臂1、6上分别设有前、 后行走电机41、8,前、后行走电机41、8分别驱动前、后行走轮2、7转动,实现在架空地线42 上行走。在箱体4内设有增加前、后行走轮2、7对架空地线正压力的升降夹持机构5。前、 后手臂1、6上分别设有与箱体4连接的封闭板3,可防止行走轮从架空地线42上滑落。
[0023] 升降夹持机构5包括前、后夹紧轮9、10及一组升降组件、多组导向组件(本实施例为四组),前、后夹紧轮9、10安装在升降组件上,升降组件的外围均布有多组导向组件。
[0024] 前、后夹紧轮9、10的两侧设有两个支撑板11,前、后夹紧轮9、10分别安装在支撑板11的两端,在两夹紧轮之间、位于支撑板11的中间位置设有转动轴20,转动轴20的两端通过挡片23、螺钉M固接在支撑板11上,挡片23与连接架21之间的转动轴20上设有套筒22。
[0025] 升降组件包括连接架21、丝杠端座25、丝杠26、丝母27、主动齿轮28、从动齿轮四、支撑套30、推力轴承31、角接触轴承32、轴承座33、锁紧螺母34、升降电机35、伸缩导轨 18、第二导轨挡片19、上触发片37、下触发片36、接近开关38、安装座39、第二直线轴承40 及固定架15,升降电机35通过螺钉固定安装在固定架15上,升降电机35的输出轴由固定架15穿过、并设有主动齿轮观,丝杠端座25固定在丝杠沈的顶端并通过螺钉安装在连接架21上,连接架21套接在转动轴20上,丝杠沈的一端与丝杠端座25固接,另一端为自由端,丝杠沈上螺纹连接有丝母27,丝母27的下方设有套接在丝杠沈上的支撑套30,丝母 27上设有与主动齿轮28啮合传动的从动齿轮四,从动齿轮29、丝母27及支撑套30通过螺钉固定在一起。支撑套30的外部设有固接于固定架15上的轴承座33,支撑套30与轴承座33之间自上而下依次设有推力轴承31、角接触轴承32,角接触轴承32的下方设有与支撑套30螺纹连接的两个锁紧螺母34。升降电机35运转,通过主、从动齿轮观、四的啮合传动,带动丝母27转动,通过丝母27与丝杠沈的螺纹连接传动,将丝母27的转动副变为丝杠沈的移动副,使丝杠沈升高或降低,进而使连接架21和丝杠端座25升高或降低,实现了前、后夹紧轮9、10的升高或降低。
[0026] 连接架21的两端分别与伸缩导轨18的一端相连接,固定架15上安装有两个第二直线轴承40,两根伸缩导轨18的另一端由第二直线轴承40穿过、设有第二导轨挡片19 ;其中任一伸缩导轨18靠近与连接架21相连的一端设有上触发片,靠近第二导轨挡片19的一端设有下触发片36 ;在固定架15上、带有触发片的伸缩导轨穿过的一侧通过安装座39设有接近开关38,安装座39的上下两侧均安装有接近开关38。
[0027] 导向组件为四组,结构相同,均布于固定架15上,每组导向组件包括导轨12、导轨挡片13、压缩弹簧16及弹簧挡片17,导轨12的顶端固接于箱体4的上盖,固定架15上均布有四个第一直线轴承14,四根导轨12的末端由第一直线轴承14穿过、安装有弹簧挡片 17,在弹簧挡片17与固定架15之间的导轨上套接有压缩弹簧16,导轨12的顶端设有导轨挡片13。前、后夹紧轮9、10受到架空地线42很大的压力时,会使支撑板11、连接架21、主动齿轮观、从动齿轮29、固定架15及前、后夹紧轮9、10沿四根导轨12下移,实现了夹紧轮受力移动时的导向功能。
[0028] 箱体4内安装有控制器,控制器为现有技术,可为PLC、单片机等。
[0029] 本发明的工作原理为:
[0030] 当线路角度较小时,巡检机器人机构的前、后行走轮2、7都在架空地线42上方, 前、后行走电机41、8上电后分别驱动前、后行走轮2、7正向或反向转动,实现机器人机构在架空地线42上前进或后退。当遇到防振锤或压接管时,行走电机直接驱动行走轮从障碍上开过去,实现了跨越障碍的功能。
[0031] 当线路角度较大时,前、后行走轮2、7的驱动力不足以带动机器人机构沿架空地线42往上爬时,启动升降夹持机构5。升降夹持机构的升降电机35上电驱动主动齿轮观转动,通过主、从动齿轮观、29的啮合传动,带动从动齿轮四及丝母27转动;丝母27通过与丝杠沈的螺纹连接,带动了丝杠沈升高,使固定在丝杠沈顶端的支撑板11、连接架21 上升,从而使前、后夹紧轮9、10升高,从下方夹紧架空地线42,增大了前、后行走轮2、7对架空地线42的正压力,从而增加了摩擦力,使机器人机构能沿着大角度的架空地线42向上爬行。在连接架21升高的过程中,连接架21两端的伸缩导轨18随着连接架21共同升高,当伸缩导轨18末端的下触发片36到达固定架15下方的接近开关38时,接近开关38向控制器发出信号,控制器控制升降电机35停止工作。
[0032] 当遇到压接管时,前行走轮骑上压接管后,前、后夹紧轮9、10在架空地线42下方碰到压接管时,在压接管的力作用下,升降组件会沿四组导向组件的导轨12向下移动,使压接管进入到两夹紧轮与架空地线之间的空间,同时由于压缩弹簧16向上弹力的作用,两夹紧轮从下方夹紧压接管,行走轮带动机器人从压接管上直接开过,实现了对压接管的跨越。
[0033] 当机器人完成巡检任务,需要从线上取下时,启动升降夹持机构,将其落回箱体内,具体为:升降电机35上电驱动主动齿轮28转动,通过主、从动齿轮观、29的啮合传动, 带动从动齿轮四及丝母27转动;丝母27通过与丝杠沈的螺纹连接,带动了丝杠沈降低, 使固定在丝杠沈顶端的支撑板11、连接架21下降,从而使前、后夹紧轮9、10降低,松开架空地线42往箱体内部下降。在前、后夹紧轮9、10及连接架21下降的过程中,连接架21两端的伸缩导轨18随着连接架21 —起下降,当伸缩导轨18的上触发片37到达固定架15上方的接近开关38时,接近开关38向控制器发出信号,控制器控制升降电机35停止工作,此时升降夹持机构已经下降到达箱体内部。随后,将前、后手臂1、6上连接的封闭板3打开, 取下巡检机器人。
[0034] 本发明采用能够升降夹持的夹持机构,能增大行走轮与架空地线的正压力,有利于行走、爬坡和越障,安全保护性好,越障过程简单、越障时间短,适合野外作业和上下线路的需要。

Claims (9)

1. 一种具有升降夹持功能的巡检机器人机构,其特征在于:包括前手臂(1)、前行走轮 (2)、后手臂(6)、后行走轮(7)、箱体(4)及升降夹持机构(5),箱体(4)上分别设有所述前、 后手臂(1、6),前、后手臂(1、6)上分别安装有可转动的所述前、后行走轮0、7),前、后行走轮(2、7)分别通过安装在前、后手臂(1、6)上的前、后行走电机Gl、8)驱动行走;在箱体 (4)内位于前后手臂之间设有增加前、后行走轮(2、7)对架空地线正压力的所述升降夹持机构(5);升降夹持机构(¾包括前、后夹紧轮(9、10)及一组升降组件、多组导向组件,前、 后夹紧轮(9、10)安装在升降组件上,升降组件的外围均布有所述多组导向组件。
2.按权利要求1所述的具有升降夹持功能的巡检机器人机构,其特征在于:升降组件包括连接架(21)、丝杠端座(25)、丝杠(¾)、丝母(27)、主动齿轮(¾)、从动齿轮(¾)、升降电机(35)及固定架(15),升降电机(35)安装在固定架(15)上,升降电机(35)的输出轴上设有主动齿轮(¾),丝杠端座0¾安装在连接架上,丝杠06)的一端与丝杠端座 (25)相连,另一端为自由端,丝杠06)上螺纹连接有所述丝母(27),丝母07)上设有与主动齿轮08)啮合传动的所述从动齿轮09)。
3.按权利要求2所述的具有升降夹持功能的巡检机器人机构,其特征在于:所述丝母 (27)的下方设有套接在丝杠06)上的支撑套(30),支撑套(30)的外部设有固接于固定架 (15)上的轴承座(33),支撑套(30)与轴承座(3¾之间自上而下依次设有推力轴承(31)、 角接触轴承(32),角接触轴承(3¾的下方设有与支撑套(30)螺纹连接的锁紧螺母(34)。
4.按权利要求2所述的具有升降夹持功能的巡检机器人机构,其特征在于:所述连接架的两端分别与伸缩导轨(18)的一端相连接,固定架(15)上安装有两个第二直线轴承(40),两根伸缩导轨(18)的另一端由第二直线轴承GO)穿过、设有第二导轨挡片(19); 其中任一伸缩导轨(18)靠近与连接架相连的一端设有上触发片,靠近第二导轨挡片 (19)的一端设有下触发片(36);在固定架(1¾上、带有触发片的伸缩导轨穿过的一侧设有接近开关(38)。
5.按权利要求4所述的具有升降夹持功能的巡检机器人机构,其特征在于:所述接近开关(38)通过安装座(39)安装在固定架(15)上,在安装座(39)的上下两侧均安装有所述接近开关(38)。
6.按权利要求1所述的具有升降夹持功能的巡检机器人机构,其特征在于:所述导向组件为四组,结构相同,均布于固定架(15)上,每组导向组件包括导轨(12)、导轨挡片 (13)、压缩弹簧(16)及弹簧挡片(17),导轨(12)的顶端固接于箱体G),固定架(15)上均布有四个第一直线轴承(14),四根导轨(12)的末端由第一直线轴承(14)穿过、安装有弹簧挡片(17),在弹簧挡片(17)与固定架(15)之间的导轨上套接有压缩弹簧(16),导轨(12) 的顶端设有所述导轨挡片(13)。
7.按权利要求1所述的具有升降夹持功能的巡检机器人机构,其特征在于:所述前、后夹紧轮(9、10)分别安装在支撑板(11)的两端,在两夹紧轮之间、位于支撑板(11)的中间位置设有转动轴(20),转动轴OO)的两端分别与支撑板(11)相连;连接架套设在转动轴(20)上。
8.按权利要求7所述的具有升降夹持功能的巡检机器人机构,其特征在于:所述转动轴OO)的两端通过挡片(23)、螺钉04)固接在支撑板(11)上,挡片03)与连接架之间的转动轴OO)上设有套筒(22),连接架可相对于转动轴OO)转动。
9.按权利要求1所述的具有升降夹持功能的巡检机器人机构,其特征在于:所述前、后手臂(1、6)上分别设有与箱体⑷连接的封闭板(3)。
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