CN104332893B - 一种高压巡线机器人机械臂 - Google Patents
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Abstract
一种高压巡线机器人机械臂，包括主臂摆动臂、主臂支撑横杆、夹紧机构和凸轮组件，主臂摆动臂上设有行走电机和行走轮，其左右两侧对称开设有外侧斜行滑槽、内侧斜行滑槽，且下端与主臂支撑横杆垂直相连。夹紧机构一端通过柱销杆与主臂摆动臂相连，另一端通过圆形滚轮在凸轮组件的轨迹槽中滑动；凸轮组件中盘形凸轮顶端与主臂支撑横杆底端相接触；圆柱凸轮中心设有圆柱凸轮轴，圆柱凸轮轴通过下部轴承与横式锥齿轮相连；横式锥齿轮与立式锥齿轮垂直并外啮合。其优点是：通过凸轮运动控制机械臂主臂摆动臂和夹紧机构的升降与保持，遇到障碍物可以避开，并可以回归原位夹紧；是一种凸轮带动式、电机数量少、爬坡性能好的高压巡线机器人机械臂。
Description
技术领域
本发明涉及高压巡线机器人技术领域，具体的说是一种高压巡线机器人机械臂。
背景技术
高压输电线路是长距离输电的主要方式，输电线路巡检是保证高压输电线路正常运行的必要措施，将巡线机器人运用于高压线路的巡检，以一定速度沿线路爬行，并可以跨越防震锤，耐张线夹，悬垂线夹，杆塔等障碍物。利用携带的仪器对杆塔，导线及避雷线，绝缘子、线路夹具，等实施检测，不仅可以减轻工人的劳动力度，降低巡检作业费用，而且可以提高巡线的质量和力度。高压巡线机器人具有强烈的市场需求和广阔的发展前景，因而得到国内外科技人员的关注。
目前使用的巡线机器人，采用轮式爬行的机器臂，电机驱动实现爬行。缺少夹紧机构且电机装载过多，机身重量大，导致电机带动爬行爬坡能力差，爬行过慢，结构复杂且不易控制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出了一种凸轮带动式、电机数量少、结构简单、爬坡性能好、行走稳定、控制精度高的高压巡线机器人机械臂。
一种高压巡线机器人机械臂，包括主臂摆动臂5、主臂支撑横杆8、夹紧机构2和凸轮组件，所述主臂摆动臂5上设有行走电机1和行走轮16，主臂摆动臂5上左右两侧对称开设有外侧斜行滑槽7、内侧斜行滑槽；主臂摆动臂5下端与主臂支撑横杆8垂直并相连；
所述夹紧机构2，包括夹紧轮15、矩形连杆4、圆形滚轮31和滚轮横臂32，矩形连杆4一端和夹紧轮15的轴相连，矩形连杆4另一端和滚轮横臂32转轴连接，滚轮横臂32的自由端设有圆形滚轮31；夹紧机构2一端通过柱销杆3与主臂摆动臂5相连，另一端通过圆形滚轮31在凸轮组件的轨迹槽36中滑动；
所述凸轮组件，包括支架9、圆柱凸轮12，所述支架9底部内设转动轴19，所述转动轴19一侧连有摆动电机20，转动轴19的中部套设有盘形凸轮28和立式锥齿轮27，盘形凸轮28顶端与主臂支撑横杆8底端相接触；圆柱凸轮12中心设有圆柱凸轮轴13，圆柱凸轮轴13通过上部轴承23与支架9顶端横梁相连，圆柱凸轮轴13通过下部轴承11与横式锥齿轮25相连；所述横式锥齿轮25与立式锥齿轮27互相垂直并相啮合；所述圆柱凸轮12外表面开设有轨迹槽36；所述支架9与主臂摆动臂5通过对称设置的外支撑臂6、内支撑臂22相连。
所述转动轴19一侧设有外侧轴承26，另一侧设有内侧轴承29。
圆柱凸轮轴13下端与支架支撑17相连，继而通过螺栓24与横式锥齿轮25相连。
所述外支撑臂6一端设有外支撑臂滚轮38，用于在外侧斜行滑槽7中滑动；内支撑臂22一端设有内支撑臂滚轮39，用于在内侧斜行滑槽中滑动；所述外支撑臂6、内支撑臂22的另一端与支架9的顶端横梁相连。
盘形凸轮28的基圆半径为90-110mm，推程为30-50mm，推程运动角为60度，近休止角为180度，远休止角为0度，回程运动角为120度，盘形凸轮28上端推程运动角的起始端点连有主臂支撑横杆8。
圆柱凸轮12的轨迹槽36的转动角与盘形凸轮28的各个转动角大小对应一致，夹紧机构2的圆形滚轮31镶嵌在轨迹槽36推程运动角的起始端。圆柱凸轮12的轨迹槽36分为四个部分，运动轨迹一对应的凸轮转动角为推程运动角a，轨迹二对应的凸轮转动角为远休止角b，此时圆柱凸轮12不转动，轨迹为0；轨迹三对应的凸轮转动角为回程运动角c，轨迹四对应的凸轮转动角为近休止角d。
本发明高压巡线机器人机械臂的优点是：
1）本发明的转动轴上有一个盘形凸轮，设计凸轮基圆、推程运动角、近休止角、远休止角、回程运动角，通过凸轮运动控制机械臂主臂摆动臂的升降与保持，机械臂遇到障碍物可以避开，并且可以回归原位；
2)凸轮转动带动主臂支撑横杆上移，由于内、外支撑臂与横梁固定，滚轮只能在滑槽内滚动，主臂摆动臂通过柱销摆动，脱离高压线；结构巧妙，零件结构也比较简单，易于加工，因此零件的加工精度容易保证；
3)本发明的机械臂圆柱凸轮，圆柱凸轮固定在圆柱凸轮轴上，通过两个锥齿轮啮合，转动轴带动圆柱凸轮转动；圆柱凸轮设计推程运动角、近休止角、远休止角、回程运动角，且各个角度均与盘形凸轮相同，故盘形凸轮与圆柱凸轮的运动行程一致，即当盘形凸轮转动一定角度主臂上升时，圆柱凸轮转动相同角度保证夹紧机构同时下降，保证主臂与夹紧机构运动的同时性，当盘形凸轮转动一定角度主臂下降时，圆柱凸轮转动相同角度保证夹紧机构上升，当盘形凸轮基圆转动时主臂没位移时，圆柱凸轮主动相同角度且保证夹紧机构不运动；保证主臂与夹紧机构同时脱离高压线，同时夹紧高压线，保证运动的同时性、一致性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1的A-A向剖面示意图；
图5是主臂摆动臂的结构示意图；
图6是图5的右视图；
图7是图5俯视图；
图8是夹紧机构的结构示意图；
图9是图8的右视图；
图10是图8的俯视图；
图11是盘形凸轮的结构示意图；
图12是图11的左视图；
图13是图11的右视图；
图14是图11的俯视图；
图15是图11的仰视图；
图16是横式锥齿轮的结构示意图；
图17是图16的左视图；
图18是图16的右视图；
图19是图16的俯视图；
图20是圆柱凸轮的结构示意图；
图21是图20的左视图；
图22是图20的右视图；
图23是图20的俯视图；
图24是内外支撑臂的结构示意图；
图25是图24的左视图。
图中，1为行走电机，2为夹紧机构，3为柱销杆，4为矩形连杆，5为主臂摆动臂，6为外支撑臂，7为外侧斜行滑槽，8为主臂支撑横杆，9为支架，10为下部轴承端盖，11为下部轴承，12为圆柱凸轮，13为圆柱凸轮轴，14为上部轴承端盖，15为夹紧轮，16为行走轮，17为支架支撑，18为外侧轴承端盖，19为转动轴，20为摆动电机，21为内侧轴承端盖，22为内支撑臂，23为上部轴承，24为螺栓，25为横式锥齿轮，26为外侧轴承，27为立式锥齿轮，28为盘形凸轮，29为内侧轴承，30为圆形孔槽，31为圆形滚轮，32为滚轮横臂，33为键槽，34为螺钉孔，35为横式锥齿轮螺栓孔，36为轨迹槽，37为圆柱凸轮轴螺栓孔，38为外支撑臂滚轮，39为内支撑臂滚轮。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行进一步说明。
一种高压巡线机器人机械臂，主要部件包括行走电机1、夹紧机构2、主臂摆动臂5、主臂支撑横杆8、支架9、外支撑臂6和内支撑臂22、圆柱凸轮12、圆柱凸轮轴13、支架支撑17、转动轴19、摆动电机20、横式锥齿轮25、立式锥齿轮27、盘形凸轮28等。
所述转动轴19前端装有摆动电机20，固定安装在支架9上。盘形凸轮28和立式锥齿轮27均与转动轴19垂直，并固定在转动轴19的中部，盘形凸轮28上部推程运动角a起始点装有水平放置的主臂支撑横杆8，主臂支撑横杆8与主臂摆动臂5成90度并通过柱销连接。主臂摆动臂5与支架9通过外支撑臂6与内支撑臂22固定安装。夹紧机构2与主臂摆动臂5通过柱销杆3连接，夹紧机构2底端滚轮横臂32上的圆形滚轮31镶嵌在圆柱凸轮12上的轨迹槽36内，圆柱凸轮12与圆柱凸轮轴13固定安装，圆柱凸轮轴13上端与支架9的横梁固定安装，圆柱凸轮轴13下端与支架支撑17固定安装。圆柱凸轮轴13与横式锥齿轮25通过螺栓24固定连接，横式锥齿轮25与立式锥齿轮27外啮合。摆动电机20带动转动轴19转动，转动轴19带动盘形凸轮28和立式锥齿轮27运动，从而带动整个机械臂运动。
所述主臂摆动臂5与主臂支撑横杆8，包括圆形行走轮16、圆型孔槽30、外侧斜行滑槽7与内侧斜行滑槽。圆形行走轮16同中心固定安装在主臂摆动臂5顶部左端伸出轴，压紧高压线，行走电机1同中心的固定安装在主臂摆动臂5的顶部右端伸出轴，带动机械臂向前运动。外侧斜行滑槽7与内侧斜行滑槽均为斜行向下的滚轮滑槽，外侧斜行滑槽7开设在主臂摆动臂5外侧中下部，内侧斜行滑槽开设在主臂摆动臂5内侧中下部。圆形孔槽30开设在主臂摆动臂5的上部，柱销杆3镶嵌在圆形孔槽30内。主臂支撑横杆8与主臂摆动臂5成90度并通过柱销连接。主臂支撑横杆8底端安装有盘形凸轮28，并与盘形凸轮28推程运动角a的起始端点重合，主臂支撑横杆8由支架9进行限位支撑。
所述夹紧机构2，包括圆形夹紧轮15、矩形连杆4、圆形滚轮31、滚轮横臂32。柱销杆3同中心的镶嵌在主臂摆动臂5上的圆形孔槽30内，夹紧机构2与主臂摆动臂5通过柱销杆3连接，并且夹紧机构2可围绕柱销杆3相对于主臂摆动臂5摆动。圆形夹紧轮15同中心固定安装在夹紧机构2顶部左端的伸出轴，与行走轮16相配合夹紧高压线向前运动。矩形连杆4固定安装在夹紧机构2的中部并向下伸出，与竖直方向呈一定角度，矩形连杆4底端开有螺栓孔，滚轮横臂32右端开有螺栓孔，两者通过螺栓固定连接在一起。圆形滚轮31同中心固定安装在滚轮横臂32左端伸出轴，并镶嵌在圆柱凸轮12的轨迹槽36内，圆形滚轮31安装放置位置与圆柱凸轮12推程运动角a起始端点重合。
所述盘形凸轮28为可绕固定轴线转动且有变化直径的圆盘形构件，盘形凸轮28上开有键槽33，键槽33上开有螺钉孔34。盘形凸轮28与转动轴19通过平键与螺钉同中心垂直固定连接，盘形凸轮28固定在转动轴19的中部。盘形凸轮28轮廓即运动轨迹分为四个部分。运动轨迹一对应凸轮转动角为推程运动角a，运动轨迹二对应凸轮转动角为远休止角b，此时盘形凸轮28不转动，运动轨迹二为0；运动轨迹三对应凸轮转动角为回程运动角c，运动轨迹四对应凸轮转动角为近休止角d,盘形凸轮28上端推程运动角a起始端点装有主臂支撑横杆8。
所述横式锥齿轮25自身轴上部开有螺栓孔35，圆柱凸轮轴13下端开有螺栓孔37，横式锥齿轮25水平横式放置，与圆柱凸轮轴13通过螺栓24连接固定在一起。同时横式锥齿轮25与固定在转动轴19上的立式锥齿轮27成90度外啮合。经转动轴19转动，带动横式锥齿轮25转动，从而带动圆柱凸轮轴13转动。
所述圆柱凸轮12为轨迹槽36环绕圆柱的圆柱形凸轮构件。圆柱凸轮12同中心固定安装在圆柱凸轮轴13中部，圆柱凸轮12的轨迹槽36分为四个部分一、二、三和四。轨迹一对应的凸轮转动角为推程运动角a，轨迹二对应的凸轮转动角为远休止角b，此时圆柱凸轮12不转动，轨迹为0；轨迹三对应的凸轮转动角为回程运动角c，轨迹四对应的凸轮转动角为近休止角d。圆柱凸轮12各个转动角与盘形凸轮28各个转动角大小对应一致。夹紧机构2底端圆形滚轮31镶嵌在轨迹槽36推程运动角a的起始端，随着圆柱凸轮12转动，圆形滚轮31在轨迹槽36中上下运动，从而带动夹紧机构2上下移动。
所述外支撑臂6和内支撑臂22左端固定在固定在支架9的横梁上，外支撑臂6右端装有外支撑臂滚轮38，外支撑臂滚轮38镶嵌安装在外侧斜行滑槽7内；内支撑臂22右端装有内支撑臂滚轮39，内支撑臂滚轮39镶嵌安装在内侧斜行滑槽内。当主臂摆动臂5受到向上的作用力时，外支撑臂滚轮38可在外侧斜行滑槽7内滚动，内支撑臂滚轮39可在内侧斜行滑槽内滚动；主臂摆动臂5向斜上方运动，行走轮脱离高压线。
本发明是这样实现的：
由于采用上述技术方案，本发明的摆动电机旋转角度a时，可通过转动轴上的盘形凸轮旋转相同角度a，凸轮完成推程运动到达最高点，由于主臂支撑横杆由支架支撑限位，带动机械臂主臂支撑横杆向上运动，且主臂摆动臂一端通过支撑臂固定在支架横梁上，支撑臂的另外一端装有滚轮，可在主臂摆动臂上滑槽内滚动，主臂摆动臂与主臂支撑横杆间通过柱销连接而转动，主臂摆动臂向斜上方摆动，行走轮与高压线分离达到最高点。
夹紧机构上机械臂前端的滚轮初始位置位于圆柱凸轮的轨迹槽推程运动角的起始位置。摆动电机带动转动轴转动，转动轴上的锥齿轮与圆柱凸轮轴下端的锥齿轮啮合，转动轴转动角度a带动圆柱凸轮轴转动相同的角度a，机械臂前端的滚轮在圆柱凸轮轨迹槽行走轨迹与盘形凸轮运动轨迹同步，滚轮在圆柱凸轮内滚动，从而带动夹紧机构向下运动，夹紧机构夹紧轮与高压线分离，当盘形凸轮转动角度a，运动到顶端时候，滚轮运动在圆柱凸轮轨迹槽内运动到轨迹槽最低端，夹紧机构夹紧轮运动到最低点。
由于盘形凸轮及圆柱凸轮的远休止角均为0度，所以盘形凸轮及圆柱凸轮运动直接进入回程运动角转动。随着转动轴带动凸轮转动角度c，凸轮由最高点向下转动，由于机械臂主臂中间支架固定在横梁上，滚轮在机械臂主臂中部滑槽内滚动，机械臂主臂下行，当凸轮运动到最低点时，机械臂主臂由最高点运动到原位。同时转动轴带动锥齿轮转动，由于锥齿轮啮合，盘形凸轮转动角度与圆柱凸轮相同，带动圆柱凸轮转动，滚轮在轨迹槽中由最低点向上运动相同角度c，当盘形凸轮运动到最低点时，滚轮运动到轨迹槽最高端，夹紧机构向上运动到初始位置，夹紧轮重新夹紧高压线。
随着转动轴转动带动盘形凸轮转动近休止角角度d，主臂支撑横杆沿盘形凸轮基圆运动，主臂支撑横杆没有位移，主臂摆动臂不摆动，行走轮与高压线不脱离，当运动恰好完成到近休止角度d时，盘形凸轮转动到初始位置。同时，圆柱凸轮转动相同的近休止角d，滚轮在圆柱凸轮的轨迹槽水平段运动，当运动恰好完成到近休止角度d时，滚轮正好运动到初始位置，夹紧轮与高压线不脱离，机械臂正常工作。一个工作周期完成。
Claims (6)
1.一种高压巡线机器人机械臂，其特征在于：包括主臂摆动臂(5)、主臂支撑横杆(8)、夹紧机构(2)和凸轮组件，所述主臂摆动臂(5)上设有行走电机(1)和行走轮(16)，主臂摆动臂(5)上左右两侧对称开设有外侧斜行滑槽(7)、内侧斜行滑槽；主臂摆动臂(5)下端与主臂支撑横杆(8)垂直并相连；
所述夹紧机构(2)，包括夹紧轮(15)、矩形连杆(4)、圆形滚轮(31)和滚轮横臂(32)，矩形连杆(4)一端和夹紧轮(15)的轴相连，矩形连杆(4)另一端和滚轮横臂(32)转轴连接，滚轮横臂(32)的自由端设有圆形滚轮(31)；夹紧机构(2)一端通过柱销杆(3)与主臂摆动臂(5)相连，另一端通过圆形滚轮(31)在凸轮组件的轨迹槽(36)中滑动；
所述凸轮组件，包括支架(9)、圆柱凸轮(12)，所述支架(9)底部内设转动轴(19)，所述转动轴(19)一侧连有摆动电机(20)，转动轴(19)的中部套设有盘形凸轮(28)和立式锥齿轮(27)，盘形凸轮(28)顶端与主臂支撑横杆（8）底端相接触；圆柱凸轮(12)中心设有圆柱凸轮轴(13)，圆柱凸轮轴(13)通过上部轴承(23)与支架(9)顶端横梁相连，圆柱凸轮轴(13)通过下部轴承(11)与横式锥齿轮(25)相连；所述横式锥齿轮(25)与立式锥齿轮(27)互相垂直并相啮合；所述圆柱凸轮(12)外表面开设有轨迹槽(36)；所述支架(9)与主臂摆动臂(5)通过对称设置的外支撑臂(6)、内支撑臂(22)相连。
2.如权利要求1所述的高压巡线机器人机械臂，其特征在于：所述转动轴(19)一侧设有外侧轴承(26)，另一侧设有内侧轴承(29)。
3.如权利要求1所述的高压巡线机器人机械臂，其特征在于：圆柱凸轮轴(13)下端与支架支撑(17)相连，继而通过螺栓(24)与横式锥齿轮(25)相连。
4.如权利要求1所述的高压巡线机器人机械臂，其特征在于：所述外支撑臂(6)一端设有外支撑臂滚轮(38)，用于在外侧斜行滑槽(7)中滑动；内支撑臂(22)一端设有内支撑臂滚轮(39)，用于在内侧斜行滑槽中滑动；所述外支撑臂(6)、内支撑臂(22)的另一端与支架(9)的顶端横梁相连。
5.如权利要求1所述的高压巡线机器人机械臂，其特征在于：盘形凸轮(28)的基圆半径为90-110mm，推程为30-50mm，推程运动角为60度，近休止角为180度，远休止角为0度，回程运动角为120度，盘形凸轮(28)上端推程运动角的起始端点连有主臂支撑横杆(8)。
6.如权利要求5所述的高压巡线机器人机械臂，其特征在于：圆柱凸轮(12)的轨迹槽(36)的转动角与盘形凸轮(28)的各个转动角大小对应一致，夹紧机构(2)的圆形滚轮(31)镶嵌在轨迹槽(36)推程运动角的起始端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181205 Address after: 430081 No. 743 Peace Avenue, Qingshan District, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: Wuhan University of Science and Technology Asset Management Co., Ltd. Address before: 430081 construction of Qingshan District, Hubei, Wuhan Patentee before: Wuhan University of Science and Technology |