CN102145487A - 用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于架空输电线路性能测试机器人领域，尤其涉及一种用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，该机器人包括机架和末端执行器，其中末端执行器的一侧通过第一分支与机架相连接、其另一侧通过第二分支I或第二分支II与机架相连接。该机器人既可提高机器人的刚度，又可增大了机器人的负载能力，有利于其承受测试输电线路舞动时的大载荷，尤其采用平行四杆机构构成的机器人，效果更为显著；该机器人通过转动副驱动机器人进行转动输入，方便转动副的安装布置，降低了机器人的惯性负载，使其安装布置更加方便；该机器人的末端执行器不具有转动运动，仅具有平面内的移动，可以降低编制机器人控制程序的复杂程度。

Description

用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人

技术领域

本发明属于架空输电线路性能测试机器人领域，尤其涉及一种用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人。

背景技术

当水平方向的风吹到因覆冰而变为非圆断面的输电导线时，将产生一定的空气动力，在一定的件下，会诱发导线产生低频(约为0.1-3Hz)、大振幅(约为导线直径的5～300倍)的自激振动。舞动产生的危害是多方面的，轻者发生闪络、跳闸，重者造成金具及绝缘子损坏，导线断骨、断线，杆塔螺栓松动、脱落，甚至倒塔，从而导致重大电网事故。

舞动发生的情况下，导线能经受住舞动的次数是衡量导线性能的重要指标，对输电线路防舞工作也有重要的参考价值。根据大量的观测资料可知，导线舞动的轨迹在垂直于导线轴线的截面内呈椭圆形。椭圆的长轴与铅垂方向的夹角在0°～90°间变化，而长轴与短轴的长度之比一般在2∶1～5∶1的范围内。经对现有技术文献的检索发现，可以利用机械装置实现测试架空线舞动性能的目的。例如，专利号为ZL200420110381.0的中国实用新型专利公开了一种测试架空线舞动性能的试验机，其利用一只马达输出轴输出动力，通过曲柄连杆机构、动力传动机构等可以合成椭圆运动的轨迹。该方案通过分别调整两个滑块在两个滑槽中的位置实现椭圆轨迹长短轴比例的变化、通过调节两个滑槽中心线的相对角度可以实现斜的椭圆轨迹。该方案中的测试机运行时，椭圆轨迹不能在线调整。如需调整该椭圆轨迹，必须停机后才能进行调节。由于该方案仅采用了一个马达，椭圆轨迹长短轴比例以及椭圆轨迹倾斜程度的调节均需手动或者通过其他动力装置实现，增加了该方案使用的复杂性。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，该机器人不但可以提高机器人的刚度，还可以承受测试输电线路舞动时的大载荷。

为此，本发明提出了一种用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，该机器人包括机架和末端执行器，其改进之处在于：所述末端执行器的一侧通过第一分支与机架相连接、其另一侧通过第二分支I或第二分支II与机架相连接，所述第一分支包括两个第一连架杆、两个第一连杆和第一连接件；所述第二分支I包括两个第二连架杆、第二连杆和第二连接件；所述第二分支II包括第三连杆、第三连架杆和用于连接第三连杆与第三连架杆的移动副。

其中，所述第一分支中的两个第一连架杆通过第一转动副与机架和第一连接件相连接构成第一套平行四杆机构；所述第一分支中的两个第一连杆通过第二转动副分别与第一连接件和末端执行器相连接构成第二套平行四杆机构。

其中，所述第二分支I中的两个第二连架杆通过第三转动副分别与第二连接件和机架相连接构成第三套平行四杆机构；所述第二连杆通过第四转动副分别与第二连接件和末端执行器相连接。

其中，所述第一转动副、第二转动副和第三转动副均由轴和轴承构成。

其中，所述第一转动副、第二转动副、第三转动副与第四转动副的轴线相互平行。

其中，所述第二分支II中的第三连杆通过移动副与第三连架杆相连，所述第三连杆通过一个第五转动副与末端执行器相连，所述第三连架杆通过另一第五转动副与机架相连。

其中，所述移动副包括活塞和液压缸。

其中，所述第一转动副、第二转动副与第五转动副的轴线相互平行。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的机器人不但可以提高机器人的刚度，还增大了机器人的负载能力，有利于其承受测试输电线路舞动时的大载荷，尤其采用平行四杆机构构成的机器人，效果更为显著；

2、本发明的机器人通过转动副驱动机器人进行转动输入，方便转动副的安装布置，降低了机器人的惯性负载，使其安装布置更加方便；

3、本发明的机器人的末端执行器不具有转动运动，仅具有平面内的移动，可以降低编制机器人控制程序的复杂程度。

附图说明

图1是本发明实施例1中机器人的结构示意图；

图2是末端执行器的结构示意图；

图3是第一连架杆、第一连杆和第二连架杆的结构示意图；

图4是第一连接件的结构示意图；

图5是第二连接件的结构示意图；

图6是本发明实施例2中机器人的结构示意图；

其中，1-机架，2、3-第一连架杆，4-第一连接件，5、6-第一连杆，7-末端执行器，8、9、10、11-第一转动副，12、13、14、15-第二转动副，16、17-第二连架杆，18-第二连接件，19-第二连杆，20、21、22、23-第三转动副，24、25-第四转动副，26-第三连架杆，27-移动副，28、29-第五转动副，30-第三连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的机器人做进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，该机器人包括机架1和末端执行器7，末端执行器7的一端通过第一分支与机架1相连接、末端执行器7的另一端通过第二分支与机架1相连接。

第一分支包括第一连接件4，两个第一连架杆2、3，两个第一连杆5、6，四个第一转动副8、9、10、11以及四个第二转动副12、13、14、15。第一分支的第一转动副8连接机架1与第一连架杆3，第一连架杆3通过第一转动副11与第一连接件4连接，第一转动副9连接第一连架杆2，第一连架杆2通过转动副10与连接件4连接，即机架1、第一连架杆2、第一连架杆3以及第一连接件4构成第一套平行四杆机构；第一连接件4通过第二转动副13与第一连杆5连接，第一连杆5通过第二转动副15与末端执行器7连接，第一连接件4通过第二转动副12与第一连杆6连接，第一连杆6通过第二转动副14与末端执行器7连接，即第一连接件4，第一连杆5、6以及末端执行器7构成第二套平行四杆机构。

第二分支I包括第二连接件18，第二连杆19，两个第二连架杆16、17，四个第三转动副20、21、22、23以及两个第四转动副24、25。第二分支的第三转动副20连接机架1与第二连架杆16，第二连架杆16通过第三转动副22与第二连接件18连接，第三转动副21连接机架1与第二连架杆17，第二连架杆17通过第三转动副23连接第二连接件18，即机架1、第二连架杆16、第二连架杆17以及第二连接件18构成第三套平行四杆机构；第二连接件18通过第四转动副24与第二连杆19连接，第二连杆19通过第四转动副25与末端执行器7连接。四个第一转动副8、9、10、11，四个第二转动副12、13、14、15，四个第三转动副20、21、22、23与两个第四转动副24、25的轴线相互平行。本例中的四个第一转动副、四个第二转动副、四个第三转动副和两个第四转动副可由轴和轴承构成，或者采用本领域技术人员所公知的现有技术。本例中末端执行器5的结构如图2所示，两个第一连架杆2、3，两个第一连杆5、6、两个第二连架杆16、17的结构如图3所示，在实际应用中可根据需要对末端执行器和各连架杆的结构做相适应的变形。

如图4所示，第一连接件4为工型结构，即第一连接件的上下两边是相互平行的；也可以根据实际需求将第一连接件4的上下边设置成不平行结构。如图5所示，第二连接件18为扁T形结构。

在实际使用时，控制第一连架杆2或3与第二连架杆16或17分别相对于机架1的相对位置实现末端执行器7在其移动平面内具有椭圆轨迹且椭圆的长轴与铅垂方向的夹角在0°～90°间变化。例如，当第一连架杆3与第二连架杆16相向转动时，末端执行器7可以在其移动平面内上下移动；当第一连架杆3与第二连架杆16同向转动时，末端执行器7可以在其移动平面内左右移动。可见，经过合理的协调第一连架杆3与第二连架杆16的转动，可以使末端执行器7具有预期的椭圆轨迹。该机器人的第一分支既可以驱动第一连架杆2、也可以驱动第一连架杆3相对于机架1转动；第二分支I既可以驱动第二连架杆16、也可以驱动第二连架杆17相对于机架1转动。

实施例2

本例中所述机器人的结构和工作原理基本同于实施例1，唯有不同的在于：

如图6所示，将实施例1机器人的第二分支I用本例中的第二分支II进行替换，第二分支II包括第三连架杆26、移动副27、第三连杆30和两个第五转动副28、29，第三连杆30通过移动副27与第三连架杆26相连，第三连杆30通过第五转动副28与末端执行器7相连，第三连架杆26通过第五转动副29与机架1相连；该机器人第一分支的结构与实施例1完全相同，此处不再赘述。本例中的四个第一转动副8、9、10、11，四个第二转动副12、13、14、15与两个第五转动副28、29的轴线相互平行。本例中的移动副27可由活塞和液压缸构成，或者采用本领域技术人员所公知的现有技术。本例中的四个第一转动副、四个第二转动副、和两个第五转动副可由轴和轴承构成，或者采用本领域技术人员所公知的现有技术。

在实际使用时，控制第一连架杆2或3与第四连接杆26分别相对于机架1的相对位置实现末端执行器7在其移动平面内具有椭圆轨迹且椭圆的长轴与铅垂方向的夹角在0°～90°间变化。例如，当第一连架杆3与第三连架杆26相向转动时，末端执行器7可以在其移动平面内上下移动；当第一连架杆3与第三连架杆26同向转动时，末端执行器7可以在其移动平面内左右移动。可见，经过合理的协调第一连架杆3与第三连架杆26的转动，可以使末端执行器7具有预期的椭圆轨迹。该机器人的第一分支既可以驱动第一连架杆2、也可以驱动第一连架杆3相对于机架1转动，第二分支II驱动第三连架杆26相对于机架1转动。

本发明提出的机器人可以实现自动调整椭圆轨迹，仅需修改、调用相关控制程序即可，无需手动调节。平行四杆机构和并联机构(实施例1中末端执行器7与机架1分别通过第一分支和第二分支I进行并联构成并联机构；实施例2中末端执行器7与机架1分别通过第一分支和第二分支II进行并联构成并联机构)提高了机器人的刚度，应用前景良好。

本发明提出的机器人包含两个分支：第一分支由两套轴线平行四杆机构组成，两套平行四杆机构包含的转动副轴线相互平行；第二分支可以由一套平行四杆机构与两个轴线相互平行的转动副(第四转动副24、25)构成，也可以由两个轴线相互平行的转动副(第五转动副28、29)和一个移动副27构成。通过合理协调第一连架杆3和第二连架杆16相对于机架1的转动速度，可以使末端执行器7产生任意的椭圆轨迹，即椭圆轨迹的长短轴长度比例以及椭圆的倾斜程度可任意调整。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，该机器人包括机架(1)和末端执行器(7)，其特征在于：所述末端执行器(7)的一侧通过第一分支与机架(1)相连接、其另一侧通过第二分支I或第二分支II与机架(1)相连接，所述第一分支包括两个第一连架杆(2、3)、两个第一连杆(5、6)和第一连接件(4)；所述第二分支I包括两个第二连架杆(16、17)、第二连杆(19)和第二连接件(18)；所述第二分支II包括第三连杆(30)、第三连架杆(26)和用于连接第三连杆与第三连架杆的移动副(27)。

2.如权利要求1所述的用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，其特征在于：所述第一分支中的两个第一连架杆(2、3)通过第一转动副与机架(1)和第一连接件(4)相连接构成第一套平行四杆机构；所述第一分支中的两个第一连杆(5、6)通过第二转动副分别与第一连接件(4)和末端执行器(7)相连接构成第二套平行四杆机构。

3.如权利要求2所述的用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，其特征在于：所述第二分支I中的两个第二连架杆(16、17)通过第三转动副分别与第二连接件(18)和机架(1)相连接构成第三套平行四杆机构；所述第二连杆(19)通过第四转动副分别与第二连接件(18)和末端执行器(7)相连接。

4.如权利要求3所述的用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，其特征在于：所述第一转动副、第二转动副和第三转动副均由轴和轴承构成。

5.如权利要求3或4所述的用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，其特征在于：所述第一转动副、第二转动副、第三转动副与第四转动副的轴线相互平行。

6.如权利要求2所述的用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，其特征在于：所述第二分支II中的第三连杆(30)通过移动副(27)与第三连架杆(26)相连，所述第三连杆(30)通过一个第五转动副与末端执行器(7)相连，所述第三连架杆(26)通过另一第五转动副与机架(1)相连。

7.如权利要求6所述的用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，其特征在于：所述移动副(27)包括活塞和液压缸。

8.如权利要求6或7所述的用于测试架空输电线路舞动性能的转动输入式机器人，其特征在于：所述第一转动副、第二转动副与第五转动副的轴线相互平行。

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