CN104209900A - 高压线巡检机器人操作专用扳手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压线巡检机器人操作专用扳手，包括依次相连整体呈Z字形的扳手头、扳手臂、手柄和手柄头；扳手头两端各有一个旋向相反的棘轮机构，形成两个不同方向的单向间歇转动以传递单向扭矩；扳手头通过其中部的径向孔与扳手臂的圆柱端配合，并通过一个弹簧和另一侧的凸点定位，这样能绕扳手臂扭转，以选用不同方向的棘轮机构，换向非常方便；扳手头可根据不同大小的螺栓或螺母而更换。手柄通过螺栓和推力轴承与扳手臂的末端连接，能绕其自身的轴线转动；手柄球通过螺纹连接安装在手柄末端，能与机器人末端执行器的夹子形成一个类似于球铰的活动连接，以降低对机器人末端执行器的姿态要求，便于机器人操作。

Description

高压线巡检机器人操作专用扳手

技术领域

本发明涉及一种机器人操作和五金工具，尤其是一种高压线巡检机器人操作专用扳手，可用于高压输电线上拆卸防震锤等作业，亦可用作人工工具。

背景技术

高压输电线的日常维护等高空作业基本上都是由人工完成，这些高空作业包括调整防震锤、清除高压线上的挂物和缠绕预绞丝等。由于此类高空作业的具有挑战性和危险性，采用机器人将成为代替人类执行这些作业的有效解决途径。

目前，国内外已开发了一些高压线巡检机器人，但往往只有沿线移动检测功能而缺乏操作功能。高压线上调整防震锤时需要将其固定螺母拧松或拧紧。典型的解决方案是在高压线巡检机器人的平台上安装一台操作臂，操作臂对防震锤上的螺母进行拧动。但由于驱动力矩、自由度、工作空间或构型等限制，操作臂难以用末端执行器对螺纹连接进行直接操作，而需要象人类一样借助扳手之类的工具。

目前虽然五金工具中有各种各样的人工用的板手，又由于操作臂末端执行器缺乏象人手一样的灵巧性，人类用的普通扳手难以为机器人所采用，因此需要设计开发一种适合于机器人用的扳手。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高压线巡检机器人操作专用扳手，该扳手适合机器人对螺母或螺栓进行操作的专用扳手，使得操作臂能够顺利完成诸如调整防震锤等作业。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种高压线巡检机器人操作专用扳手，包括依次相连整体呈Z字形的扳手头、扳手臂和手柄；

所述扳手臂上沿其长度方向开有一滑槽，扳手臂一端的滑槽中安装手柄，另一端为圆柱轴，圆柱轴与扳手臂的主体接触处为尺寸大于圆柱轴直径的轴肩，与圆柱轴相邻的轴肩端面为竖向设置的平面，且平面上设有两个沿圆柱轴的轴线对称设置的球形凸起；

所述手柄一端固定安装有手柄球，手柄球与高压线巡检机器人的末端执行器的两个夹子闭合时组成的圆柱槽相配合且能形成球铰结构，另一端安装在扳手臂的滑槽上，且手柄能够绕自身轴线转动，手柄还能够在扳手臂的滑槽中不同位置被固定；

所述扳手头为圆筒状结构，其两端内部各有一个棘轮机构，两个棘轮机构旋向相反，形成不同方向的单向间歇转动，传递单向扭矩；扳手头的中心处设有一径向通孔，径向通孔一端的扳手头外表面局部为平面，该平面上有两个沿径向通孔中心对称分布的球形凹坑，扳手臂的圆柱轴穿过所述通孔并伸出该通孔一段距离，扳手头径向通孔外部的平面与扳手臂的轴肩接触，所述球形凸起正好卡入球形凹坑中，圆柱轴伸出所述通孔部分上套有一预紧力的弹性件，将扳手头与扳手臂压紧定位。

所述滑槽沿扳手臂长度方向正反两面通透的长条槽。

所述手柄通过滚针轴承和螺母安装在扳手臂的滑槽上，通过滚针轴承，能够使手柄绕自身轴线转动，通过调整螺母的松紧度，手柄能够在扳手臂的滑槽中不同位置被固定。

所述圆柱轴的末端设有卡环槽，卡环槽中卡有一卡环，弹性件一端顶在扳手头侧面上，另一端抵在圆柱轴末端的卡环上。

所述圆柱轴的末端设有螺纹，圆柱轴穿过所述径向通孔后，圆柱轴上套上弹性件，通过带螺纹孔的部件紧固到圆柱轴的末端上，弹性件一端顶在扳手头侧面上，另一端抵在圆柱轴末端的部件上。

所述部件为带螺纹孔的挡环，且挡环的外径大于等于弹性件端面最大尺寸。

所述扳手头与扳手臂在人工拉压弹性件并沿圆柱轴的轴线能相互转动，在旋转180°的整数倍时，球形凸起正好卡入球形凹坑中，松开弹性件，弹性件恢复预紧力将扳手头与扳手臂压紧定位。 

所述弹性件为弹簧。

所述手柄的末端与手柄球通过螺纹连接固定。

所述手柄球为一个沿其径向设有螺纹孔的球状体，且所述螺纹孔为盲螺纹孔。

本发明中，扳手头与扳手臂在人工拉压弹簧并扭动下能相互作转动，以选用不同方向的棘轮机构，换向非常方便。就是通过外力压缩弹簧，并使扳手头侧面远离扳手臂的圆柱轴，让球形凸起和球形凹坑分离，即球形凹坑和球形凸起之间起不到限位作用，然后沿扳手臂的圆柱轴的轴向旋转扳手头，旋转180°后，两个沿圆柱轴的轴线对称设置球形凹坑和球形凸起再次对应，松开压缩弹簧，在压缩弹簧预紧力作用下，扳手头侧面上球形凹坑与球形凸起卡接，限制扳手头转动。扳手头可根据不同大小的螺栓或螺母而更换。

手柄通过推力滚针轴承和螺母固定在扳手臂的滑槽上，手柄能够绕自身轴线转动，便于机器人末端执行器的夹持操作，大大提高了操作臂作业的灵活性；手柄末端有个手柄球，能与其对应的末端执行器的两个夹子闭合时组成的圆柱槽形成一个类似于球铰的连接，以适应手柄与末端执行器相对姿态的变化，提高了操作臂作业时末端执行器的灵活性，降低了作业任务对操作臂末端姿态要求，便于机器人操作。

该扳手结构简单，使用方便，用于辅助机器人进行螺纹操作，克服机器人的末端驱动力、工作空间和构型等方面的限制。典型的应用是高压输电线作业中作为操作臂末端执行器的一种必要工具拧防震锤上的螺母。除了高压线上的作业之外，这种扳手还能辅助操作臂用于工业生产，以及日常中人们对螺母或螺栓的操作。

本发明的有益效果是：

1、结构简单，使用方便，适应性好；

2、扳手头上的棘轮机构能够实现单向间歇传动，使得机器人拧螺纹操作不需绕着螺栓轴作整周转动（只需要往复圆弧运动），使运动范围大为缩小，大大降低了对操作空间的要求。扳手头可根据螺纹连接的大小而更换，而且换向选用不同旋向的棘轮非常简单方便。

3、手柄球能够与机器人末端执行器两个夹子闭合时组成的圆柱槽形成一个类似于球铰的连接，允许末端执行器两个夹子与手柄不完全垂直；换句话，扳手降低了对末端执行器的姿态要求，可以用少一些自由度的操作臂（例如五自由度操作臂）完成复杂的拧螺母操作；

4、手柄在扳手臂上的安装位置可以在滑槽移动而改变，根据拧螺母或螺栓所需的最大力矩和机器人能施加的末端力的大小调整扳手施力的有效长度。

附图说明

图1是本发明一个实施例的爆炸视图；

图2是扳手头换向示意图；

图3是棘轮扳手剖视图；

图4是球铰结构示意图；

图5是拧防震锤螺母作业示意图。

图中：1-扳手头；2-扳手臂；3-螺母；4-推力滚针轴承；5-手柄；6-手柄球；7-压缩弹簧；8-卡环，9.球形凹坑与球形凸起，10. 滑槽，11.圆柱轴，12.轴肩，13.机器人末端执行器两个夹子，14.球铰机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示为专用扳手爆炸视图，零部件包括扳手头1、扳手臂2、手柄5、手柄球6、推力滚针轴承4等。手柄球6为一个沿其径向设有螺纹孔的球状体，且所述螺纹孔为盲螺纹孔。手柄球6通过螺纹固定在手柄5上，手柄5通过推力滚针轴承4和螺母3固定在扳手臂2的滑槽10上，扳手头1通过压缩弹簧7压在扳手臂2上，扳手整体呈Z字形。

扳手臂2上沿其长度方向开有一滑槽10，滑槽10为沿扳手臂2长度方向正反两面通透的长条槽。扳手臂2一端的滑槽10中安装手柄5，另一端为圆柱轴11，圆柱轴11与扳手臂2的主体接触处为尺寸大于圆柱轴直径的轴肩12，与圆柱轴11相邻的轴肩12端面为竖向设置的平面，且平面上设有两个沿圆柱轴11的轴线对称设置的球形凸起9。

扳手头1为圆筒状结构，其两端内部各有一个棘轮机构，两个棘轮机构旋向相反，形成不同方向的单向间歇转动，传递单向扭矩，使得机器人拧螺纹操作不需绕着螺栓轴作整周转动（只需要往复圆弧运动），使运动范围大为缩小，大大降低了对操作空间的要求。扳手头1可根据螺纹连接的大小而更换，而且换向选用不同旋向的棘轮非常简单方便。

扳手头1的中心处设有一径向通孔，径向通孔一端的扳手头1外表面局部为平面，该平面上有两个沿径向通孔中心对称分布的球形凹坑9，扳手臂2的圆柱轴11穿过所述通孔并伸出该通孔一段距离，扳手头1径向通孔外部的平面与扳手臂2的轴肩12接触，所述球形凸起正好卡入球形凹坑中，圆柱轴11伸出所述通孔部分上套有一预紧力的弹性件，将扳手头1与扳手臂2压紧定位。

圆柱轴11上卡设预紧力弹性件至少有两种不同的机构：

一是：圆柱轴的末端设有卡环槽，卡环槽中卡有一卡环8，弹性件一端顶在扳手头1侧面上，另一端抵在圆柱轴11末端的卡环8上。如图1-图5所示。

二是：圆柱轴11的末端设有螺纹，圆柱轴11穿过所述径向通孔后，圆柱轴11上套上弹性件，通过带螺纹孔的挡环紧固到圆柱轴11的末端上，弹性件一端顶在扳手头侧面上，另一端抵在圆柱轴末端的挡环上，且挡环的外径大于等于弹性件端面最大尺寸。该结构未提供相应的附图，但是根据说明书文字记载，本领域技术人员能够实施。

本实施例中的弹性件均为压缩弹簧7。

如图2所示为扳手头1换向示意图，扳手头1与扳手臂2在人工拉压弹性件并沿圆柱轴11的轴线能相互转动，在旋转180°的整数倍时，球形凸起正好卡入球形凹坑中，松开弹性件，弹性件恢复预紧力将扳手头1与扳手臂2压紧定位。

图2中，换向时，扳手头1向外侧拉压压缩弹簧7并同时将扳手头1转动180°，使扳手头1上的球形凹坑与扳手臂2上的球形凸起9相配合后即可，球形凹坑与球形凸起9的位置如图3所示；具体换向为：通过外力压缩弹簧7，并使扳手头1侧面远离扳手臂2的圆柱轴22，让球形凸起和球形凹坑分离，即球形凹坑和球形凸起之间起不到限位作用，然后沿扳手臂2的圆柱轴11的轴向旋转扳手头1，旋转180°后，两个沿圆柱轴11的轴线对称设置球形凹坑和球形凸起再次对应，松开压缩弹簧7，在压缩弹簧7预紧力作用下，扳手头1侧面上球形凹坑与球形凸起卡接，限制扳手头1转动。

扳手头1可根据不同大小的螺栓或螺母而更换。

如图4所示为机器人操作时球铰结构示意图，手柄5一端固定安装有手柄球6，另一端通过滚针轴承4和螺母3安装在扳手臂2的滑槽10上，通过滚针轴承4，能够使手柄5绕自身轴线转动，便于机器人末端执行器的夹持操作，大大提高了操作臂作业的灵活性；通过调整螺母3的松紧度，手柄5能够在扳手臂2的滑槽10中不同位置被固定。手柄5在扳手臂2上的安装位置可以在滑槽2移动而改变，根据拧螺母或螺栓所需的最大力矩和机器人能施加的末端力的大小调整扳手施力的有效长度。

专用扳手上的手柄球6能够与机器人末端执行器两个夹子13闭合时形成的圆柱腔形成一个类似于球铰机构14的连接，以放宽对机器人夹持器姿态的要求，允许末端执行器两个夹子与手柄不完全垂直，提高了操作臂作业时末端执行器的灵活性，降低了作业任务对操作臂末端姿态要求，便于机器人操作，可以用少一些自由度的操作臂（例如五自由度操作臂）完成复杂的拧螺母操作。若机器人末端姿态能任意控制，夹持器亦可抓夹手柄部分。

如图5所示为拧螺母作业的示意图，以高压线上防震锤螺母操作为例。机器人末端夹持器抓夹手柄球6后围绕螺栓中心轴线作往复圆弧运动即可将螺母拧卸下来。

该扳手结构简单，使用方便，用于辅助机器人进行螺纹操作，克服机器人的末端驱动力、工作空间和构型等方面的限制。典型的应用是高压输电线作业中作为操作臂末端执行器的一种必要工具拧防震锤上的螺母。除了高压线上的作业之外，这种扳手还能辅助操作臂用于工业生产，以及日常中人们对螺母或螺栓的操作。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (10)

1.一种高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，包括依次相连整体呈Z字形的扳手头、扳手臂和手柄；

所述扳手臂上沿其长度方向开有一滑槽，扳手臂一端的滑槽中安装手柄，另一端为圆柱轴，圆柱轴与扳手臂的主体接触处为尺寸大于圆柱轴直径的轴肩，与圆柱轴相邻的轴肩端面为竖向设置的平面，且平面上设有两个沿圆柱轴的轴线对称设置的球形凸起；

所述手柄一端固定安装有手柄球，手柄球与高压线巡检机器人的末端执行器的两个夹子闭合时组成的圆柱槽相配合且能形成球铰结构，另一端安装在扳手臂的滑槽上，且手柄能够绕自身轴线转动，手柄还能够在扳手臂的滑槽中不同位置被固定；

所述扳手头为圆筒状结构，其两端内部各有一个棘轮机构，两个棘轮机构旋向相反，形成不同方向的单向间歇转动，传递单向扭矩；扳手头的中心处设有一径向通孔，径向通孔一端的扳手头外表面局部为平面，该平面上有两个沿径向通孔中心对称分布的球形凹坑，扳手臂的圆柱轴穿过所述通孔并伸出该通孔一段距离，扳手头径向通孔外部的平面与扳手臂的轴肩接触，所述球形凸起正好卡入球形凹坑中，圆柱轴伸出所述通孔部分上套有一预紧力的弹性件，将扳手头与扳手臂压紧定位。

2.如权利要求1所述的高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，所述滑槽沿扳手臂长度方向正反两面通透的长条槽。

3.如权利要求1所述的高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，所述手柄通过滚针轴承和螺母安装在扳手臂的滑槽上，通过滚针轴承，能够使手柄绕自身轴线转动，通过调整螺母的松紧度，手柄能够在扳手臂的滑槽中不同位置被固定。

4.如权利要求1所述的高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，所述圆柱轴的末端设有卡环槽，卡环槽中卡有一卡环，弹性件一端顶在扳手头侧面上，另一端抵在圆柱轴末端的卡环上。

5.如权利要求1所述的高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，所述圆柱轴的末端设有螺纹，圆柱轴穿过所述径向通孔后，圆柱轴上套上弹性件，通过带螺纹孔的部件紧固到圆柱轴的末端上，弹性件一端顶在扳手头侧面上，另一端抵在圆柱轴末端的部件上。

6.如权利要求5所述的高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，所述部件为带螺纹孔的挡环，且挡环的外径大于等于弹性件端面最大尺寸。

7.如权利要求1所述的高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，所述扳手头与扳手臂在人工拉压弹性件并沿圆柱轴的轴线能相互转动，在旋转180°的整数倍时，球形凸起正好卡入球形凹坑中，松开弹性件，弹性件恢复预紧力将扳手头与扳手臂压紧定位。

8.如权利要求1或4-7中任一项所述的高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，所述弹性件为弹簧。

9.如权利要求1所述的高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，所述手柄的末端与手柄球通过螺纹连接固定。

10.如权利要求1或9所述的高压线巡检机器人操作专用扳手，其特征是，所述手柄球为一个沿其径向设有螺纹孔的球状体，且所述螺纹孔为盲螺纹孔。