CN105119202B - 架空电缆巡线机器人的搭脱线器及方法 - Google Patents

Abstract

一种架空电缆巡线机器人的搭线脱线器，具有一机架；机架一侧竖架的顶端活动连接行走机构，该行走机构的框架上套设有行走轮和传动涡轮；同在该侧竖架上部安设有一灵敏杆、一圆弧形的传动杆和一可触动行走机构动作的触发机构；所述传动杆的一端抵在灵敏杆的下端，另一端可在转动时触及触发机构；在该机架另一侧顶部由下至上依次安装有行走电机、减速机构和输出涡轮，所述的行走电机通过减速机构与输出涡轮连接，在该侧竖架的顶部同时还安设一个上部带有卡口的脱扣器；当所述机架一侧的框架被另一侧竖架上的脱扣器上部卡口咬合时，传动涡轮与输出涡轮相互齿接。利用其可使机器人跨越障碍物时实现快速的搭线、脱线，尽量保证能量不被吸收且损失最小。

Description

架空电缆巡线机器人的搭脱线器及方法

技术领域

本发明涉及一种架空电缆巡线机器人的搭线脱线器和方法，属于机器人技术领域。

背景技术

在当代工业中，机器人可用以取代或协助人类工作。

架空电缆需要长期的保养和维护，人工维护劳动强度大、工作环境危险、工作效率低。如果采用机器人对高空电缆进行巡检作业，可减轻人工巡检劳动强度，提高工作效率，减少人工伤害等不足，将有很好的市场前景。因此，我国主管单位对巡检机器人研究非常重视，国内很多科研单位在863计划中陆续推出了多款巡检机器人，并在电力部门获得一定程度的支持。国外对此也很重视，如日本东京电力公司于上世纪80年代末开始研制光纤复合架空电缆巡检机器人。但是，就目前推出的机器人而言，在跨越障碍物长度、稳定性和快捷度等方面不仅不能满足实际需求而且容易对电力工人造成新的威胁。新型的荡越式机器人不仅能够完成上述功能，还可以减少配重提高机器人的带载在能力。然而，荡越式机器人欲实现其荡越功能，还需要一个特殊的机构。它是一个能够帮助行走轮快速实现搭线脱线的机构。因此，研究新型的电缆巡检机器人的搭脱线器变得非常迫切。

现有的电缆巡检机器人的行走轮直接安装在机器臂上，采用搭钩式搭脱线，即，无论搭线过程还是脱线过程，行走轮均要高过电缆，然后落搭在电缆上。这样的后果不仅是动作慢，还浪费了大量的搭线、脱线过程中的动能和势能。原有的机器人无法完成快速搭线和脱线过程，尤其是脱线过程，机器人的势能就不能快速转化为动能，机器人就不容易实现荡越功能。还有，当机器人质量过大时，在有倾斜角度的电缆上越障时，由于无法快速完成搭线、脱线功能，各机构(主要是两臂)长时间处于受力的工作状态，还容易造成机器人行走机构的损害。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种架空电缆巡线机器人的搭线脱线器，该机构可以使机器人跨越障碍物时可以快速的搭线、脱线。

为实现该目的，本发明采取以下设计方案：

一种架空电缆巡线机器人的搭线脱线器，其具有一“U”式的机架；

在该机架一侧竖架的顶端上通过一活动支点连接一行走机构，该行走机构具有一框架，该框架上套设有行走轮和传动涡轮；在该侧竖架的上部安设有一灵敏杆、一圆弧形的传动杆和一可触动行走机构动作的触发机构；所述灵敏杆的一端与该机架竖架上的一支点活动连接并绕该支点转动；所述的传动杆通过一活动支点与该侧的竖架连接，该传动杆的一端抵在灵敏杆的下端，另一端可在转动时触及触发机构，在该传动杆的中部与机架该机架的竖架间连有复位弹簧；在该侧竖架的顶端上设有用于限定行走机构的限位卡；

在该机架另一侧竖架的顶部由下至上依次安装有行走电机、减速机构和输出涡轮，所述的行走电机通过减速机构与输出涡轮连接，在该侧竖架的顶部同时还安设一个上部带有卡口的脱扣器；

当所述机架一侧的框架被另一侧竖架上的脱扣器上部卡口咬合时，所述的传动涡轮与输出涡轮相互齿接。

所述架空电缆巡线机器人的搭线脱线器中，所述的触发机构包括有一个可锁定行走机构的锁扣，该锁扣由触发杆实施放松、由拉紧弹簧实施拉紧；在行走机构的框架上安设一传动块，该传动块安设的位置使得其可被触发时的触发杆抵住向下带动行走机构的框架一起下行。

所述架空电缆巡线机器人的搭线脱线器中，所述的脱扣器包括一对主纵杆和一对位置对应的副支架，各主纵杆的顶部带有卡头，该主纵杆顶部的卡头与副支架的顶端间构成脱扣器上部的卡口；在各主纵杆和与其对应的副支架间连接有支撑弹簧，在主纵杆上设有一个脱扣器支点；该脱扣器还配设有一个脱线电机和一个偏心凸轮，所述的偏心凸轮套设在脱线电机的输出轴上，该偏心凸轮的转动可推动脱扣器的带有卡头的主纵杆逆时针转动。

本发明的另一目的是提供一种电缆巡检机器人的搭线脱线方法。

为实现该目的，本发明采取以下设计方案：

一种架空电缆巡线机器人的搭线脱线方法，该机器人具有上述的任一种搭线脱线器；

所述的搭线方法如下：

当所述的搭线脱线器被机器人举到能够抓到电缆高度时，电缆触到其灵敏杆，此灵敏杆向下运动，触动传动杆，该传动杆绕支点转动又触动触发杆，触发杆放松锁扣并使整个行走机构下行；受传动杆推力和自身重力的作用，所述行走机构撑开脱扣器上的卡口，脱扣器将行走机构锁紧，输出涡轮与传动涡轮接触，将来自行走电机的动力传送到行走轮，以完成相应运动；

所述的脱线方法如下：

当需要脱线时，脱线电机转动，带动偏心凸轮转动，偏心凸轮推动脱扣器的主纵杆逆时针转动，使得脱扣器上部的卡口放松对框架的咬合；整个搭线脱线器相对电缆向下移动，电缆相对上行，带动行走机构上移，当行走机构上移至限位卡时停止运动，此时的锁扣也被拉紧弹簧拉紧，扣住行走机构，灵敏杆在复位弹簧的作用下回复原位，等待下一次搭线工作。

本发明的优点是：

利用本发明的搭线脱线机构，可提高机器人(特别是荡越式机器人)在越障时的快捷性。并在其将越障时，机器人以一个行走轮为圆心，以机器人两臂+机体的长度为半径做圆弧运动。在这个运动中，其“势能”→“动能”→“势能”转化过程中，尽量使能量不被吸收，损失最小。

附图说明

图1为本发明架空电缆巡线机器人的搭线脱线器结构示意图(主视，脱线状态，未示出框架的外框)。

图2为本发明架空电缆巡线机器人的搭线脱线器结构示意图(主视，搭线状态，未示出框架的外框)。

图3为本发明框架所在位置的结构示意图。

图4为本发明架空电缆巡线机器人的搭线脱线器结构示意图(侧视，搭线状态)。

图5为本发明脱扣器的工作原理图(局部放大)。

图6为并联柔索双臂机器人侧旋式越障过程示意图。

图7为并联柔索双臂机器人荡越式越障过程示意图。

图中：1.灵敏杆；2.传动杆；3.机架；4.支点；5.触发杆；6.锁扣；7.限位卡；8.框架；9.行走轮；10.传动涡轮；11.行走电机；12.减速机构；13.输出涡轮；14.脱线电机；15.脱扣器；16.复位弹簧；17.拉紧弹簧；18.电缆；19.脱扣器支点；20.副支架；21.支撑弹簧；22.偏心凸轮；23.传动块；24.主纵杆。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。

具体实施方式

以现有机器人的机器臂结构与灵长类动物前肢结构进行对比，灵长类前肢有抓握绳索、枝条的手指关节，而之前的机器人都没有此构件。

本发明则针对上述问题，实施对机器人(尤其是并联柔索双臂机器人)进行的结构改进，以实现机器人的手指关节和行走轮等部件的复合体在机器人跨越障碍物时可以快速的搭线、脱线，提高机器人通行越障速度、提高机器人的越障距离、提高机器人的带载能力。

参见图1至图5所示，本发明架空电缆巡线机器人的搭线脱线器具有一“U”式的机架3；

在该机架3一侧竖架的顶端上通过一活动支点连接一行走机构，该行走机构具有一框架8(该框架包括一外框和一个中心轴，参见图3)，该框架8上套设有行走轮9和传动涡轮10；在该侧竖架的上部安设有一灵敏杆1、一圆弧形的传动杆2和一可触动行走机构动作的触发机构；所述灵敏杆1的一端与该机架竖架上的一支点活动连接并绕该支点转动；所述的传动杆2通过一活动的支点4与该侧的竖架连接，该传动杆的一端抵在灵敏杆1的下端，另一端可在转动时触及触发机构。所述的触发机构包括有一个可锁定行走机构的锁扣6，该锁扣6由触发杆5实施放松、由拉紧弹簧17实施拉紧；在行走机构的框架上安设一传动块23，触发机构被触发时，触发杆可以抵住该传动块以使其向下行走。在该传动杆的中部与机架该机架的竖架间连有复位弹簧16；在该侧竖架的顶端上设有用于限定行走机构的限位卡7。

在该机架3的另一侧竖架的顶部由下至上依次安装有行走电机11、减速机构12和输出涡轮13，所述的行走电机11通过减速机构12与输出涡轮13连接，在该侧竖架的顶部同时还安设一个上部带有卡口的脱扣器15。

当所述机架一侧的框架8被另一侧竖架上的脱扣器15上部卡口咬合时，所述的传动涡轮与输出涡轮可以实现相互齿接。

参见图5所示，所述的脱扣器包括一对主纵杆24和一对位置对应的副支架20，各主纵杆24的顶部带有卡头，该主纵杆顶部的卡头与副支架20的顶端间构成脱扣器上部的卡口；在各主纵杆和与其对应的副支架间连接有支撑弹簧20，在主纵杆上设有一个脱扣器支点19；该脱扣器还配设有一个脱线电机14和一个偏心凸轮22，所述的偏心凸轮套设在脱线电机的输出轴上，该偏心凸轮的转动可推动脱扣器逆时针转动。

所述的灵敏杆1的作用是在该机构被机器人举到能够抓到电缆8的高度时，电缆8触到灵敏杆1，此灵敏杆1向下运动，触动传动杆2，传动杆2再绕支点转动，继而触动触发杆5。触发杆5放松锁扣6并使整个行走机构下行。受传动杆2推力和重力的作用，行走机构撑开脱扣器15，随后脱扣器锁紧行走机构，此时的输出涡轮13与传动涡轮10刚好接触上，将动力送到行走轮9，完成了相应的搭线运动。

当需要脱线时，脱线电机14转动，偏心凸轮22转动，偏心凸轮22推动脱扣器的主纵杆24逆时针转动，使得脱扣器的上部卡口放松对框架8的咬合。整个搭脱线器相对电缆8向下移动。电缆8相对上行，带动行走机构上移，上移至限位卡7时停止运动，此时的锁扣6也被拉紧弹簧17拉紧，扣住了行走机构，灵敏杆2在复位弹簧16的作用下回复原位，等待下一次搭线工作。

机器人正常行走时，行走电机11驱动行走轮9在线路上行进；遇到障碍物时，本发明架空电缆巡线机器人的搭线脱线器使行走轮9能够快速的脱线、调整机器臂型、再抓握、搭线等动作，该机构在改变身体重心、以及利用自身重量作为能量通过障碍物起到关键作用。图6和图7示出了一种并联柔索双臂机器人侧旋式越障和荡越式越障过程的示意图，该种并联柔索双臂机器人如采用本发明架空电缆巡线机器人的搭线脱线器，则在越障时，机器人可以很方便的以一个行走机构的行走轮为圆心，以机器人两臂+机体的长度为半径做圆弧运动。在这个运动中，其“势能”→“动能”→“势能”的转化过程中，可以做到尽量使能量不被吸收，损失为最小，且稳定性好、快捷性高。

在侧旋式越障时，如果没有本发明的搭线脱线器，则行走机构在搭线时，需要绕过并高过电缆才能完成任务，机器人控制机器臂上升、平移、下降多个步骤，难度大。而有此搭线脱线器的优点是机器臂直接上升，象人类“抓线”简单，省去平移、下降多个步骤，省时省力，控制简单。在荡越式越障时，除了具有前述的优点，还有突然释放的功能，达到势能转化动能的能力。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种架空电缆巡线机器人的搭线脱线器，其特征在于：

具有一“U”式的机架；

在该机架一侧竖架的顶端上通过一活动支点连接一行走机构，该行走机构具有一框架，该框架上套设有行走轮和传动涡轮；

在该侧竖架的上部安设有一灵敏杆、一圆弧形的传动杆和一可触动行走机构动作的触发机构；该触发机构包括有一个可锁定行走机构的锁扣，该锁扣由触发杆实施放松、由拉紧弹簧实施拉紧；在行走机构的框架上安设一传动块，该传动块安设的位置使得其可被触发时的触发杆抵住向下带动行走机构的框架一起下行；

所述灵敏杆的一端与该侧竖架上的一支点活动连接并绕该支点转动；所述的传动杆通过一活动支点与该侧竖架连接，该传动杆的一端抵在灵敏杆的下端，另一端可通过转动触及触发机构，在该传动杆的中部与该侧竖架间连有复位弹簧；在该侧竖架的顶端上设有用于限定行走机构回位的限位卡；

在该机架另一侧竖架的顶部由下至上依次安装有行走电机、减速机构和输出涡轮，所述的行走电机通过减速机构与输出涡轮连接；在该侧竖架的顶部同时还安设一个上部带有卡口的脱扣器；该脱扣器包括一对主纵杆和一对位置对应的副支架，各主纵杆的顶部带有卡头，该主纵杆顶部的卡头与副支架的顶端间构成脱扣器上部的卡口；在各主纵杆和与其对应的副支架间连接有支撑弹簧，在主纵杆上设有一个脱扣器支点；该脱扣器还配设有一个脱线电机和一个偏心凸轮，所述的偏心凸轮套设在脱线电机的输出轴上，该偏心凸轮的转动可推动脱扣器的带有卡头的主纵杆逆时针转动；

当所述机架一侧竖架上的框架被另一侧竖架上的脱扣器上部卡口咬合时，所述的传动涡轮与输出涡轮相互齿接。

2.一种架空电缆巡线机器人的搭线脱线方法，该机器人具有如权利要求1所述的搭线脱线器，其特征在于，

所述的搭线方法如下：

当所述的搭线脱线器被机器人举到能够抓到电缆高度时，电缆触到其灵敏杆，此灵敏杆向下运动，触动传动杆，该传动杆绕支点转动又触动触发杆，触发杆放松锁扣并使整个行走机构下行；受传动杆推力和自身重力的作用，所述行走机构撑开脱扣器上的卡口，脱扣器将行走机构锁紧，输出涡轮与传动涡轮接触，将来自行走电机的动力传送到行走轮，以完成相应运动；

所述的脱线方法如下：

当需要脱线时，脱线电机转动，带动偏心凸轮转动，偏心凸轮推动脱扣器的主纵杆逆时针转动，使得脱扣器上部的卡口放松对框架的咬合；整个搭线脱线器相对电缆向下移动，电缆相对上行，带动行走机构上移，当行走机构上移至限位卡时停止运动，此时的锁扣也被拉紧弹簧拉紧，扣住行走机构，灵敏杆在复位弹簧的作用下回复原位，等待下一次搭线工作。