CN104659706B - 一种手掌开合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手掌开合装置，手掌开合装置包括两个对立设置的夹具臂，主驱动轮和从动轮、丝杆传动机构；丝杆传动机构用于驱动其中一个夹具臂相对另一个夹具臂往复运动；夹具臂上还设置有用于驱动主驱动轮旋转行走的驱动轮直流伺服电机，且主驱动轮的中心位置还设置有驱动轮外花键；另一侧夹具臂上的从动轮的中心位置还设置有驱动轮内花键；在两个夹具臂靠近配合后，主驱动轮的驱动轮外花键与从动轮的驱动轮内花键形成花键连接。上述手掌开合装置采用中间对开式行走轮的开合手掌结构，其不仅具有行走功能，还具有张开躲避功能，手掌开合装置可驱动行走轮在线路上行走时闭合两个行走轮夹紧避雷线，并在遇到障碍物后张开两个行走轮躲避障碍物。

Description

一种手掌开合装置

技术领域

本发明涉及电力设施检测领域，尤其涉及一种手掌开合装置。

背景技术

目前，由于国内的电网规模不断扩大，且输电线路分布面广点多，绝大部分输电线路远离城镇，所处地形复杂(即很多输电线路分布在崇山峻岭之间)，自然环境恶劣，且电力线及杆塔附件长期暴露在野外。这些输电线路不仅要受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，还要经受污秽、雷击、强风、滑坡、沉陷、鸟害及人为破坏等外界侵害。

因此，线路定期巡检管理是有效保证输配电线路及其设备安全的一项基础工作；随着机器人科技的发展，架空输电线路的巡检经常使用巡线机器人进行巡检作业；巡线机器人巡检高压输电线路时，需要携带检测仪器或作业工具，跨越线路上的障碍物以及杆塔完成相应的作业任务。巡线机器人必须具备较强的行走爬坡能力以及跨越线路障碍物的能力，故机器人的行走越障机构是巡线机器人最为核心和关键的部分。

但是现有的行走越障机构仅仅是能够行走，实际使用中功能单一，同时也往往是通过旋转行走越障机构进行障碍物的躲避，具有一定的局限性，技术缺陷比较明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手掌开合装置，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

所述手掌开合装置包括两个对立设置的夹具臂，分别设置在两个所述夹具臂的顶部的主驱动轮和从动轮、设置其中一个所述夹具臂底部的丝杆传动机构；

所述丝杆传动机构用于驱动其中一个夹具臂相对另一个夹具臂往复运动；位于设置所述主驱动轮的一侧夹具臂上还设置有用于驱动所述主驱动轮旋转行走的驱动轮直流伺服电机，且所述主驱动轮的中心位置还设置有驱动轮外花键；另一侧夹具臂上的从动轮的中心位置还设置有驱动轮内花键；在两个夹具臂靠近配合后，所述主驱动轮的驱动轮外花键与从动轮的驱动轮内花键形成花键连接。

优选的，作为一种可实施方案，所述手掌开合装置上的主驱动轮和从动轮可作为相对的行走轮；

所述驱动轮直流伺服电机用于驱动所述手掌开合装置上的主驱动轮旋转行走；所述丝杆传动机构用于所述手掌开合装置在线路上行走时，驱动闭合两个行走轮夹紧避雷线，并在遇到障碍物后张开两个行走轮躲避障碍物。

优选的，作为一种可实施方案，位于设置有主驱动轮的一侧夹具臂上还设置有驱动轮联轴器、驱动轮外花键、联轴器和驱动轮电机编码器；

其中，所述驱动轮直流伺服电机与所述联轴器连接，所述联轴器又通过驱动轮外花键与所述驱动轮联轴器连接；所述驱动轮联轴器与所述主驱动轮连接。

优选的，作为一种可实施方案，位于设置有主驱动轮的一侧夹具臂上还设置有刹车机构，所述刹车机构用于直接对所述主驱动轮进行制动。

优选的，作为一种可实施方案，所述夹具臂的底部还设置有夹具支架板。

优选的，作为一种可实施方案，所述丝杆传动机构具体包括位于所述夹具支架板上部的丝杆直流伺服电机、张开传动齿轮和位于所述夹具支架板下部的传动齿轮和张开臂丝杆以及丝杆螺母；

其中，所述丝杆直流伺服电机与所述张开传动齿轮连接，所述张开传动齿轮还与设置在夹具支架板底部的传动齿轮啮合，所述传动齿轮与所述张开臂丝杆同轴转动连接，所述张开臂丝杆与丝杆螺母形成螺旋运动副；且所述丝杆螺母还与设置有主驱动轮的所述夹具臂的底部固定连接。

优选的，作为一种可实施方案，所述主驱动轮和所述从动轮的外层均套接设置有驱动轮外轮；所述驱动轮外轮为聚氨酯耐磨外轮。

优选的，作为一种可实施方案，所述手掌开合装置为三个，分别沿着车身的前、中、后依次设置。

优选的，作为一种可实施方案，所述手掌开合装置还包括连接任意两个所述手掌开合装置之间的三维柔性臂机构，其中：

所述三维柔性臂机构包括依次连接的伸缩臂、旋转关节和肘关节；所述伸缩臂可用于实现两个所述手掌开合装置之间的水平伸缩；所述旋转关节用于实现水平旋转和仰俯旋转所述肘关节；所述肘关节用于实现旋转驱动前置的所述手掌开合装置和后置的所述手掌开合装置。

优选的，作为一种可实施方案，在所述三维柔性臂机构的具体结构中：

所述伸缩臂通过齿轮齿条传动机构实现两个所述手掌开合装置之间的水平伸缩；所述旋转关节由两个电机驱动齿轮副，实现水平旋转和仰俯旋转；所述肘关节由一个电机实现上下旋转运动。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：

本发明提供的一种手掌开合装置，其主要是通过驱动轮直流伺服电机对主驱动轮(即充当行走轮)驱动行进，通过花键连接方式实现主驱动轮与从动轮联动；同时，通过丝杆传动机构驱动两个夹具臂实现离合，进而实现对避雷线的挂载和离开。丝杆传动机构可以驱动两个夹具臂以及两个夹具臂上设置的主驱动轮和从动轮实现夹紧和张开。因此本发明实施例提供的手掌开合装置采用的是中间对开式行走轮的开合手掌结构，手掌开合装置可驱动行走轮在线路上行走时闭合两个行走轮夹紧避雷线，并在遇到障碍物后张开两个行走轮躲避障碍物。本发明实施例提供的手掌开合装置不仅具有行走功能，还具有张开躲避功能，其具有良好的障碍物跨越适应性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本发明实施例提供的手掌开合装置的立体示意图；

图1b为本发明实施例提供的手掌开合装置的主视图；

图1c为本发明实施例提供的手掌开合装置的侧视图；

图2为本发明实施例提供的巡线车的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的手掌开合装置中的三维柔性臂机构局部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参见图1a，本发明实施例提供的一种手掌开合装置，所述手掌开合装置包括两个对立设置的夹具臂5，分别设置在两个所述夹具臂5的顶部的主驱动轮A和从动轮B、设置其中一个所述夹具臂5底部的丝杆传动机构；

所述丝杆传动机构用于驱动其中一个夹具臂相对另一个夹具臂往复运动；位于设置所述主驱动轮A的一侧夹具臂上还设置有用于驱动所述主驱动轮A旋转行走的驱动轮直流伺服电机14，且所述主驱动轮A的中心位置还设置有驱动轮外花键16；另一侧夹具臂上的从动轮B的中心位置还设置有驱动轮内花键3；在两个夹具臂靠近配合后，所述主驱动轮A的驱动轮外花键16与从动轮B的驱动轮内花键3形成花键连接。

分析上述手掌开合装置的具体结构可知：其主要是通过驱动轮直流伺服电机对主驱动轮(即充当行走轮)驱动行进，通过花键连接方式实现主驱动轮与从动轮联动；同时，通过丝杆传动机构驱动两个夹具臂实现离合，进而实现对避雷线的挂载和离开。丝杆传动机构可以驱动两个夹具臂以及两个夹具臂上设置的主驱动轮和从动轮实现夹紧和张开。因此本发明实施例提供的手掌开合装置采用的是中间对开式行走轮的开合手掌结构，手掌开合装置可驱动行走轮在线路上行走时闭合两个行走轮夹紧避雷线，并在遇到障碍物后张开两个行走轮躲避障碍物。本发明实施例提供的手掌开合装置不仅具有行走功能，还具有张开躲避功能，其具有良好的障碍物跨越适应性和实用性。

首先，需要说明的是，现有技术中绝大多数巡线车均采用在输电线路上行走方式，其本身存在较多的技术缺陷；巡线车机械系统总体设计：巡线车采用对称结构设计，可实现在线往复巡查，车体主要由五大部分组成：驱动装置、刹车制动装置、手掌开合装置、柔性臂、电源箱和控制箱，基本结构原理图如图2所示。巡线车机械系统需提供全部的机械运动：(一)、在有障碍物直线线路上蠕动爬行，自动探测障碍物具体位置，自主开合避障机构，避让压接管、垂悬线夹和防振锤等障碍物；(二)、在无障碍物直线线路上自主滚动爬行；(三)、在变向行走段，巡线车利用伸缩三维柔性臂机构自动探测跳线位置，同时自主定位夹取跳线，控制箱沿着跳线位置蠕动爬行，并夹取跳线，之后后臂按前臂方式蠕动爬行，并夹取跳线，完成跨越跳线障碍。

需要说明的是，本发明实施例提供的开合手掌装置的功能是抓取避雷线，并带动整体手臂在避雷线上行走。根据功能设计要求及运动方案，行走机构主要采用轮式行走机构。因此，其结构设计内容包括行走轮的结构设计、行走减速器的设计、行走电机的选择、手掌的开合机构设计和保险刹车装置等，本项目采用中间对开式行走轮开合手掌结构。

A：行走轮的结构设计：行走轮作为巡线车行走机构的部件之一，不仅要完成在线滚动和抓住避雷线的功能，而且要承受整个机械臂的重量，因此要有足够的承载能力和强度。

该行走机构由瑞士maxon RE35大功率直流无刷电机、传动轴和驱动轮组成。驱动轮设计成中间分离式，由主驱动轮(即动半轮)和从动轮(即静半轮)组成，使其在跨越线夹、悬垂及跳线时能够打开，实现跨越，主驱动轮和从动轮通过花键连接，两半轮外表面采用高弹性、高强度的聚氨酯耐磨材料，增加驱动轮运动时与线路的摩擦系数，防止打滑。该材料的高弹性又增加了与避雷线接触的压力，还可消除对裸线的磨损。

B：手掌开合机构设计：手掌开合机构的作用是保证行走轮在线路行走时夹紧避雷线，同时保证手掌顺利开合完成越障任务。手掌开合由驱动电机带动丝杠转动，以实现手掌的开合。

柔性臂的设计：柔性臂机构是为了巡线车能够自主适应跨越障碍时位置和姿态的要求，以及适应不同的跳线长度要求。柔性机械臂由伸缩臂、旋转关节和肘关节等机构等组成，伸缩臂通过齿轮齿条传动，实现前后手的伸缩；旋转关节由两个电机驱动齿轮副，实现水平旋转和仰俯旋转；肘关节由一个电机实现上下旋转运动。

下面对本发明实施例提供的手掌开合装置的具体结构和技术原理，以及具体技术效果做一下详细的说明：

在手掌开合装置的具体结构中：

所述手掌开合装置上的主驱动轮A和从动轮B可作为相对的行走轮；所述驱动轮直流伺服电机14用于驱动所述手掌开合装置上的主驱动轮旋转行走；所述丝杆传动机构用于所述手掌开合装置在线路上行走时，驱动闭合两个行走轮夹紧避雷线，并在遇到障碍物后张开两个行走轮躲避障碍物。

其中，参见图1a(另参见图1b和图1c)，位于设置有主驱动轮的一侧夹具臂上还设置有驱动轮联轴器18、驱动轮外花键16、联轴器15和驱动轮电机编码器13；

其中，所述驱动轮直流伺服电机14与所述联轴器15连接，所述联轴器15又通过驱动轮外花键16与所述驱动轮联轴器18连接；所述驱动轮联轴器18与所述主驱动轮A连接。位于设置有主驱动轮的一侧夹具臂上还设置有刹车机构17，所述刹车机构17用于直接对所述主驱动轮A进行制动。所述夹具臂5的底部还设置有夹具支架板12；(另外，还分别示意了驱动轮外轮1、驱动轮轮毂2、从动轴4、丝杆直流伺服电机6、张开传动齿轮7、张开臂丝杆8、丝杆螺母9和张开臂运动滑轨10、丝杆轴支座11、驱动轮电机编码器13和驱动轮直流伺服电机14、联轴器15、驱动轮外花键16和刹车机构17，驱动轮联轴器18等结构，具体结构如下)。

在丝杆传动机构的具体结构中：

所述丝杆传动机构具体包括位于所述夹具支架板12上部的丝杆直流伺服电机6、张开传动齿轮7和位于所述夹具支架板下部的传动齿轮和张开臂丝杆8以及丝杆螺母9；

其中，所述丝杆直流伺服电机6与所述张开传动齿轮7连接，所述张开传动齿轮7还与设置在夹具支架板底部的传动齿轮啮合，所述传动齿轮与所述张开臂丝杆8同轴转动连接，所述张开臂丝杆8与丝杆螺母9形成螺旋运动副；且所述丝杆螺母9还与设置有主驱动轮的所述夹具臂的底部固定连接。

分析上述结构可知，通过丝杆传动机构结构中主要结构即张开臂丝杆8与丝杆螺母9等形成螺旋副，上述螺旋副可驱动控制两个夹具臂实现离合，继而有效的完成“手掌”开合。

在具体结构中，所述主驱动轮A和所述从动轮B的外层均套接设置有驱动轮外轮1；所述驱动轮外轮1为聚氨酯耐磨外轮。

需要说明的是，两半轮(即主驱动轮和从动轮)外表面采用高弹性、高强度的聚氨酯耐磨材料，增加驱动轮运动时与线路的摩擦系数，防止打滑。该材料的高弹性又增加了与避雷线接触的压力，还可消除对裸线的磨损。这样一来通过驱动轮外轮的设计可有效地保证行走轮带动整个手掌开合装置在避雷线上平稳行进。

另外，参见图2，纵观手掌开合装置和巡线车的主体结构可知：所述手掌开合装置20为三个，分别沿着车身的前、中、后依次设置。

另参见图3，所述手掌开合装置还包括连接任意两个所述手掌开合装置之间的三维柔性臂机构30，其中：所述三维柔性臂机构30包括依次连接的伸缩臂31、旋转关节32和肘关节33；所述伸缩臂可用于实现两个所述手掌开合装置之间的水平伸缩；所述旋转关节用于实现水平旋转和仰俯旋转所述肘关节；所述肘关节用于实现旋转驱动前置的所述手掌开合装置和后置的所述手掌开合装置。

在所述三维柔性臂机构的具体结构中：

所述伸缩臂通过齿轮齿条传动机构实现两个所述手掌开合装置之间的水平伸缩；所述旋转关节由两个电机驱动齿轮副，实现水平旋转和仰俯旋转；所述肘关节由一个电机实现上下旋转运动。

需要说明的是，所述三维柔性臂机构包括柔性臂机构是为了巡线车能够自主适应跨越障碍时位置和姿态的要求，以及适应不同的跳线长度要求。柔性机械臂由伸缩臂、旋转关节和肘关节等机构等组成，伸缩臂通过齿轮齿条传动，实现前后手的伸缩；旋转关节由两个电机驱动齿轮副，实现水平旋转和仰俯旋转；肘关节由一个电机实现上下旋转运动；

综上所述，本发明提供的一种手掌开合装置，通过花键连接方式实现主驱动轮与从动轮联动；同时，通过丝杆传动机构驱动两个夹具臂实现离合，进而实现对避雷线的挂载和离开。丝杆传动机构可以驱动两个夹具臂以及两个夹具臂上设置的主驱动轮和从动轮实现夹紧和张开。因此本发明实施例提供的手掌开合装置采用的是中间对开式行走轮的开合手掌结构，手掌开合装置可驱动行走轮在线路上行走时闭合两个行走轮夹紧避雷线，并在遇到障碍物后张开两个行走轮躲避障碍物。本发明实施例提供的手掌开合装置不仅具有行走功能，还具有张开躲避功能，同时其具有良好的机械联动性能和实用性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种手掌开合装置，其特征在于，

所述手掌开合装置包括两个对立设置的夹具臂、分别设置在两个所述夹具臂的顶部的主驱动轮和从动轮、设置其中一个所述夹具臂底部的丝杆传动机构；

所述丝杆传动机构用于驱动其中一个夹具臂相对另一个夹具臂往复运动；位于设置所述主驱动轮的一侧夹具臂上还设置有用于驱动所述主驱动轮旋转行走的驱动轮直流伺服电机，且所述主驱动轮的中心位置还设置有驱动轮外花键；另一侧夹具臂上的从动轮的中心位置还设置有驱动轮内花键；在两个夹具臂靠近配合后，所述主驱动轮的驱动轮外花键与从动轮的驱动轮内花键形成花键连接；

位于设置有主驱动轮的一侧夹具臂上还设置有刹车机构，所述刹车机构用于直接对所述主驱动轮进行制动；

所述夹具臂的底部还设置有夹具支架板；

所述丝杆传动机构具体包括位于所述夹具支架板上部的丝杆直流伺服电机、张开传动齿轮和位于所述夹具支架板下部的传动齿轮和张开臂丝杆以及丝杆螺母；

其中，所述丝杆直流伺服电机与所述张开传动齿轮连接，所述张开传动齿轮还与设置在夹具支架板底部的传动齿轮啮合，所述传动齿轮与所述张开臂丝杆同轴转动连接，所述张开臂丝杆与丝杆螺母形成螺旋运动副；且所述丝杆螺母还与设置有主驱动轮的所述夹具臂的底部固定连接；

所述主驱动轮和所述从动轮的外层均套接设置有驱动轮外轮；所述驱动轮外轮为聚氨酯耐磨外轮；

所述手掌开合装置上的主驱动轮和从动轮可作为相对的行走轮；

所述驱动轮直流伺服电机用于驱动所述手掌开合装置上的主驱动轮旋转行走；所述丝杆传动机构用于所述手掌开合装置在线路上行走时，驱动闭合两个行走轮夹紧避雷线，并在遇到障碍物后张开两个行走轮躲避障碍物；

位于设置有主驱动轮的一侧夹具臂上还设置有驱动轮联轴器、驱动轮外花键、联轴器和驱动轮电机编码器；

其中，所述驱动轮直流伺服电机与所述联轴器连接，所述联轴器与所述驱动轮联轴器连接；所述驱动轮联轴器与所述主驱动轮连接。

2.一种巡线车，包括权利要求1所述的手掌开合装置，其特征在于，

所述手掌开合装置为三个，分别沿着车身的前、中、后依次设置。

3.如权利要求2所述的巡线车，其特征在于，

还包括连接任意两个所述手掌开合装置之间的三维柔性臂机构，其中：

所述三维柔性臂机构包括依次连接的伸缩臂、旋转关节和肘关节；所述伸缩臂可用于实现两个所述手掌开合装置之间的水平伸缩；所述旋转关节用于实现水平旋转和仰俯旋转所述肘关节；所述肘关节用于实现旋转驱动前置的所述手掌开合装置和后置的所述手掌开合装置。

4.如权利要求3所述的巡线车，其特征在于，

在所述三维柔性臂机构的具体结构中：

所述伸缩臂通过齿轮齿条传动机构实现两个所述手掌开合装置之间的水平伸缩；所述旋转关节由两个电机驱动齿轮副，实现水平旋转和仰俯旋转；所述肘关节由一个电机实现上下旋转运动。