CN104779558B - 电缆铺设机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆铺设机器人，包括依次连接的第一顶壁机构、第一剪叉推进机构、被动式伪并联转向机构、第二剪叉推进机构以及第二顶壁机构，其中，第一顶壁机构和第二顶壁机构均包括卡盘体、安装于卡盘体上且相对于其径向可伸缩移动的顶壁撑、以及第一驱动机构；第一剪叉推进机构上设有第二驱动机构以驱动其相对于第一顶壁机构伸缩运动；被动式伪并联转向机构包括相对设置的两剖分底盘，以及转向装置，剖分底盘套设于电缆外；第二剪叉推进机构上设有第三驱动机构以驱动其相对于第二顶壁机构伸缩运动。本发明提出的电缆铺设机器人，可在水平、竖直或倾斜等各种管道内爬行，实现了对电缆的铺设，并且不受电缆粗细或电缆长度的限制。

Description

电缆铺设机器人

技术领域

本发明涉及电缆铺设辅助设备技术领域，尤其涉及一种电缆铺设机器人。

背景技术

近年来，随着经济的迅速发展，我国城市建设的步伐也越来越快，城市用电负荷快速增长，对供电可靠性提出了越来越高的要求。与此同时，城市规划建设和市容美观，也逐渐受到社会的关注，因此，现今城市建设都采用电缆线路入地工程。电缆线路入地工程，将电力电缆敷设在地下，不占地面空间，有利于市容美观和人生安全；雷电、风雨、盐雾、污秽等自然环境对电缆的影响较小，电缆供电可靠性提高。

目前，电缆的敷设方式多使用传统的人工方法，该方法操作不便，尤其是当电缆长度到达100－200米以上时，由于管道过长、弯曲，电缆直径、重量大，如果使用人力牵引电缆穿过管道就非常困难了。目前普遍采用机械牵引法，但是该方法不能完成长距离的电缆敷设，在牵拉的过程中会产生很多问题。后来针对机械牵引法的这些问题，又出现了“气吹敷设”法，但“气吹敷设”难以完成较粗电缆的敷设，常用于光缆的敷设。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电缆铺设机器人，旨在方便在电力管道中进行电缆的敷设。

为实现上述目的，本发明提供一种电缆铺设机器人，包括依次连接的第一顶壁机构、第一剪叉推进机构、被动式伪并联转向机构、第二剪叉推进机构以及第二顶壁机构，其中，

所述第一顶壁机构和第二顶壁机构均包括套设于电缆外的卡盘体、安装于所述卡盘体上且相对于其径向可伸缩移动的顶壁撑、以及用于驱动所述顶壁撑伸缩移动的第一驱动机构；

所述第一剪叉推进机构的两端分别与所述第一顶壁机构和被动式伪并联转向机构连接，所述第一剪叉推进机构上设有第二驱动机构以驱动其相对于所述第一顶壁机构伸缩运动；

所述被动式伪并联转向机构包括相对设置的两剖分底盘，以及用于驱动所述两剖分底盘相互错动以实现其在管道内进行转向的转向装置，所述剖分底盘套设于电缆外；

所述第二剪叉推进机构的两端分别与所述第二顶壁机构和被动式伪并联转向机构连接，所述第二剪叉推进机构上设有第三驱动机构以驱动其相对于所述第二顶壁机构伸缩运动。

优选地，所述第一顶壁机构和第二顶壁机构均包括容纳于所述卡盘体内的转盘，所述转盘的一侧设有多圈平面螺纹，所述顶壁撑安装于所述转盘上且一侧凸伸于所述卡盘体外，所述顶壁撑相对于所述平面螺纹可转动，所述第一驱动机构与所述转盘连接以驱动其转动、进而带动所述顶壁撑相对于所述转盘的径向运动以与管道内壁相抵接。

优选地，所述转盘背离所述平面螺纹的一侧设有锥齿螺纹，所述第一驱动机构包括与所述锥齿螺纹啮合的锥齿轮，以及与该锥齿轮固定连接用于驱动其转动的电机。

优选地，所述第一剪叉推进机构和第二剪叉推进机构均包括剪叉机构，所述剪叉机构包括多个相互铰接的剪叉杆，所述剪叉机构两端的剪叉杆分别与所述剖分底盘和卡盘体连接，所述第二驱动机构与所述第一剪叉推进机构的剪叉杆连接以驱动其伸缩运动，所述第三驱动机构与所述第二剪叉推进机构的剪叉杆连接以驱动其伸缩运动。

优选地，所述第二驱动机构和第三驱动机构均包括步进电机以及与该步进电机的输出轴固定连接的丝杠，所述剪叉杆的铰接点套于所述丝杠上，所述丝杠转动时带动所述剪叉机构伸缩运动。

优选地，所述转向装置为多个阻尼气缸，所述阻尼气缸的两端分别与所述两剖分底盘连接。

优选地，所述剖分底盘上设有用于将电缆放于其内的剖分盖，所述剖分盖与所述剖分底盘为可拆卸连接；所述剖分底盘上还设有用于监测电缆是否异常的直流电压电流功率电量检测模块。

优选地，所述剖分底盘的外环侧还设有多个无动力滚轮组。

优选地，所述剖分底盘的内环侧设有电缆托辊，该电缆托辊上套设有滚轮轴承组。

优选地，所述卡盘体上开设有注油孔。

本发明提出的电缆铺设机器人，通过设置第一顶壁机构、第一剪叉推进机构、被动式伪并联转向机构、第二剪叉推进机构以及第二顶壁机构的共同作用，第一顶壁机构和第二顶壁机构完成对管道内壁的顶臂作用，第一剪叉推进机构和第二剪叉推进机构的伸缩带动电缆的前进，被动式伪并联转向机构带动电缆进行转向，本电缆铺设机器人可在水平、竖直或倾斜等各种管道内爬行，实现了对电缆的铺设，并且不受电缆粗细或电缆长度的限制。另外，本电缆铺设机器人铺设电缆的过程简单方便，同时其结构简单、容易实现。

附图说明

图1为本发明电缆铺设机器人优选实施例的结构示意图；

图2为本发明电缆铺设机器人中第一顶壁机构或第二顶壁机构的结构示意图；

图3为本发明电缆铺设机器人中第一顶壁机构或第二顶壁机构的局部结构示意图；

图4为本发明电缆铺设机器人中第一剪叉推进机构或第二剪叉推进机构的结构示意图；

图5为本发明电缆铺设机器人中被动式伪并联转向机构的结构示意图；

图6为本发明电缆铺设机器人中第一剪叉推进机构或第二剪叉推进机构的局部结构示意图。

图中，1—第一顶壁机构、2—第一剪叉推进机构、3—被动式伪并联转向机构、4—第二剪叉推进机构、5—第二顶壁机构、6—卡盘体、7—顶壁撑、8—工字形槽、9—注油孔、10—转盘、11—电机、12—锥齿轮、14—步进电机、15—剪叉杆、16—丝杠、19—剖分底盘、20—无动力滚轮组、21—螺栓、22—剖分盖、23—气缸支座、24—阻尼气缸、25—电缆托辊、26—滚轮轴承组。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，并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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1至图5，本优选实施例中，电缆铺设机器人，包括依次连接的第一顶壁机构1、第一剪叉推进机构2、被动式伪并联转向机构3、第二剪叉推进机构4以及第二顶壁机构5，其中，

第一顶壁机构1和第二顶壁机构5均包括套设于电缆外的卡盘体6、安装于卡盘体6上且相对于其径向可伸缩移动的顶壁撑7、以及用于驱动顶壁撑7伸缩移动的第一驱动机构；

第一剪叉推进机构2的两端分别与第一顶壁机构1和被动式伪并联转向机构3连接，第一剪叉推进机构2上设有第二驱动机构以驱动其相对于第一顶壁机构1伸缩运动；

被动式伪并联转向机构3包括相对设置的两剖分底盘19，以及用于驱动两剖分底盘19相互错动以实现其在管道内进行转向的转向装置，剖分底盘19套设于电缆外；

第二剪叉推进机构4的两端分别与第二顶壁机构5和被动式伪并联转向机构3连接，第二剪叉推进机构4上设有第三驱动机构以驱动其相对于第二顶壁机构5伸缩运动。

具体地，结合参照图1至图3，第一顶壁机构1和第二顶壁机构5均包括容纳于卡盘体6内的转盘10，转盘10的一侧设有多圈平面螺纹，顶壁撑7安装于转盘10上且一侧凸伸于卡盘体6外，顶壁撑7相对于平面螺纹可转动，第一驱动机构与转盘10连接以驱动其转动、进而带动顶壁撑7相对于转盘10的径向运动以与管道内壁相抵接。

转盘10背离平面螺纹的一侧设有锥齿螺纹，第一驱动机构包括与锥齿螺纹啮合的锥齿轮12，以及与该锥齿轮12固定连接用于驱动其转动的电机11。进一步地，卡盘体6上开设有注油孔9，从而实现对转盘10进行润滑，减少其与多个顶壁撑7之间的摩擦。

本实施例中，结合参照图1至图3，每一转盘10上安装有三个顶壁撑7，三个顶壁撑7在转盘10的圆周方向均匀分布，以实现将本电缆铺设机器人稳定地支撑于管道内壁上。卡盘体6上还设有三个工字形槽8，顶壁撑7的一侧穿设于工字形槽8外。第一顶壁机构1和第二顶壁机构5的工作原理如下：电机11驱动锥齿轮12转动，进而带动转盘10转动，因顶壁撑7安装于转盘10的平面螺纹上，故顶壁撑7随着转盘10转动在转盘10的径向上进行伸缩运动，当顶壁撑7的伸出长度到达最大值时，三个顶壁撑7均与管道内壁相抵接，从而将第一顶壁机构1和第二顶壁机构5固定于管道内。

具体地，结合参照图1、图4和图6，第一剪叉推进机构2和第二剪叉推进机构4均剪叉机构，剪叉机构包括多个相互铰接的剪叉杆15，剪叉机构两端的剪叉杆15分别与剖分底盘19和卡盘体6连接，第二驱动机构与第一剪叉推进机构2的剪叉杆15连接以驱动其伸缩运动，第三驱动机构与第二剪叉推进机构4的剪叉杆15连接以驱动其伸缩运动。

结合参照图1、图4和图6，第二驱动机构和第三驱动机构均包括步进电机14以及与该步进电机14的输出轴固定连接的丝杠16，剪叉杆15的铰接点套于丝杠16上，丝杠转动时带动剪叉机构伸缩运动。

第一剪叉推进机构2和第二剪叉推进机构4的工作原理如下：步进电机14带动丝杠16旋转，从而推动剪叉机构做伸缩运动，从而实现第一剪叉推进机构2和第二剪叉推进机构4向前推进的功能。

通过控制步进电机14的正反转，从而实现了第一剪叉推进机构2和第二剪叉推进机构4的推进与收缩。

具体地，参照图1和图5，转向装置为多个阻尼气缸24（本实施例中设置有6个），阻尼气缸24的两端分别与两剖分底盘19连接。

6个阻尼气缸24通过气缸支座23与剖分底盘19相固接。当通过弯曲段的管道时，受管壁阻力影响通过阻尼气缸24的作用使其左右两端的两个剖分盘相对错动，从而实现本电缆铺设机器人在弯曲处的被动式转向。

进一步地，剖分底盘19的外环侧还设有多个无动力滚轮组20；剖分底盘19的内环侧设有电缆托辊25，该电缆托辊25上套设有滚轮轴承组26（每组5个）。每个剖分底盘19的圆周方向上均匀分布着六组无动力滚轮组20，在第一剪叉推进机构2和第二剪叉推进机构4向前推进的过程中，6组滚轮组可贴着管道内壁滚动前进，从而减少本电缆铺设机器人前进时的阻力。铺设时，将电缆放置于电缆铺设机器人内腔中，电缆铺设机器人沿着电缆向前蠕动，电缆托辊25、滚动轴承组与电缆之间为滚动摩擦，可减小电缆对电缆铺设机器人的阻力，并能起到保护电缆的作用。

本电缆铺设机器人的工作原理如下：初始时，第一剪叉推进机构2和第二剪叉推进机构4均处于收缩状态，第一顶壁机构1的顶壁撑7（三个同时）向外伸张，顶住管道内壁。当顶壁撑7对管道内壁压力施加到一定阈值后，第一剪叉推进机构2中的步进电机14带动丝杠16转动，从而使第一剪叉推进机构2伸开，把被动式伪并联转向机构3（在带动电缆经过直管段的管道时阻尼气缸24不工作，只有在弯管时才工作）、第二剪叉推进机构4（此时第二剪叉推进机构4处于收缩状态）和第二顶壁机构5向前推进，此时，第二顶壁机构5中的顶壁撑7还未与管道内壁接触，同时被动式伪并联转向机构3上的无动力滚轮组20可有效减小本电缆铺设机器人运动部分与管道内壁的摩擦，使被动式伪并联转向机构3、第二剪叉推进机构4和第二顶壁机构5顺利向前推进。第一剪叉推进机构2完全伸开后，第二剪叉推进机构4的步进电机14开始工作，从而带动第二剪叉推进机构4伸开；当第二剪叉推进机构4完全伸开后，第二顶壁机构5上面的顶壁撑7顶住管道内壁，随后，第一顶壁机构1上的顶壁撑7与管道内壁分离，通过第二推进剪叉机构4的收缩，拉动被动式伪并联转向机构3、第一剪叉推进机构2和第一顶壁机构1前进。

本实施例提出的电缆铺设机器人，通过设置第一顶壁机构1、第一剪叉推进机构2、被动式伪并联转向机构3、第二剪叉推进机构4以及第二顶壁机构5的共同作用，第一顶壁机构1和第二顶壁机构5完成对管道内壁的顶臂作用，第一剪叉推进机构2和第二剪叉推进机构4的伸缩带动电缆的前进，被动式伪并联转向机构3带动电缆进行转向，本电缆铺设机器人可在水平、竖直或倾斜等各种管道内爬行，实现了对电缆的铺设，并且不受电缆粗细或电缆长度的限制。另外，本电缆铺设机器人铺设电缆的过程简单方便，同时其结构简单、容易实现。

进一步地，参照图5，剖分底盘19上设有用于将电缆放于其内的剖分盖22，剖分盖22与剖分底盘19为可拆卸连接。剖分盖22可通过螺栓21与剖分底盘19相连。剖分底盘19上还设有用于监测电缆是否异常的直流电压电流功率电量检测模块（安装于剖分底盘19的内环侧）。

当需要检测某一段电缆时，打开剖分盖22，将电缆置入本电缆铺设机器人的内腔即可进行检测，通过直流电压电流功率电量检测模块移动监测带电运行电缆的电缆温度、局部放电等信息，根据这些信息可以检测出电缆是否有异常。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电缆铺设机器人，其特征在于，包括依次连接的第一顶壁机构、第一剪叉推进机构、被动式伪并联转向机构、第二剪叉推进机构以及第二顶壁机构，其中，

所述第一顶壁机构和第二顶壁机构均包括套设于电缆外的卡盘体、安装于所述卡盘体上且相对于其径向可伸缩移动的顶壁撑、以及用于驱动所述顶壁撑伸缩移动的第一驱动机构；

所述第一剪叉推进机构的两端分别与所述第一顶壁机构和被动式伪并联转向机构连接，所述第一剪叉推进机构上设有第二驱动机构以驱动其相对于所述第一顶壁机构伸缩运动；

所述被动式伪并联转向机构包括相对设置的两剖分底盘，以及用于驱动所述两剖分底盘相互错动以实现其在管道内进行转向的转向装置，所述剖分底盘套设于电缆外；

所述第二剪叉推进机构的两端分别与所述第二顶壁机构和被动式伪并联转向机构连接，所述第二剪叉推进机构上设有第三驱动机构以驱动其相对于所述第二顶壁机构伸缩运动。

2.如权利要求1所述的电缆铺设机器人，其特征在于，所述第一顶壁机构和第二顶壁机构均包括容纳于所述卡盘体内的转盘，所述转盘的一侧设有多圈平面螺纹，所述顶壁撑安装于所述转盘上且一侧凸伸于所述卡盘体外，所述顶壁撑相对于所述平面螺纹可转动，所述第一驱动机构与所述转盘连接以驱动其转动、进而带动所述顶壁撑相对于所述转盘的径向运动以与管道内壁相抵接。

3.如权利要求2所述的电缆铺设机器人，其特征在于，所述转盘背离所述平面螺纹的一侧设有锥齿螺纹，所述第一驱动机构包括与所述锥齿螺纹啮合的锥齿轮，以及与该锥齿轮固定连接用于驱动其转动的电机。

4.如权利要求1所述的电缆铺设机器人，其特征在于，所述第一剪叉推进机构和第二剪叉推进机构均包括剪叉机构，所述剪叉机构包括多个相互铰接的剪叉杆，所述剪叉机构两端的剪叉杆分别与所述剖分底盘和卡盘体连接，所述第二驱动机构与所述第一剪叉推进机构的剪叉杆连接以驱动其伸缩运动，所述第三驱动机构与所述第二剪叉推进机构的剪叉杆连接以驱动其伸缩运动。

5.如权利要求4所述的电缆铺设机器人，其特征在于，所述第二驱动机构和第三驱动机构均包括步进电机以及与该步进电机的输出轴固定连接的丝杠，所述剪叉杆的铰接点套于所述丝杠上，所述丝杠转动时带动所述剪叉机构伸缩运动。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的电缆铺设机器人，其特征在于，所述转向装置为多个阻尼气缸，所述阻尼气缸的两端分别与所述两剖分底盘连接。

7.如权利要求1至5中任意一项所述的电缆铺设机器人，其特征在于，所述剖分底盘上设有用于将电缆放于其内的剖分盖，所述剖分盖与所述剖分底盘为可拆卸连接；所述剖分底盘上还设有用于监测电缆是否异常的直流电压电流功率电量检测模块。

8.如权利要求1至5中任意一项所述的电缆铺设机器人，其特征在于，所述剖分底盘的外环侧还设有多个无动力滚轮组。

9.如权利要求1至5中任意一项所述的电缆铺设机器人，其特征在于，所述剖分底盘的内环侧设有电缆托辊，该电缆托辊上套设有滚轮轴承组。

10.如权利要求1至5中任意一项所述的电缆铺设机器人，其特征在于，所述卡盘体上开设有注油孔。