CN105226565A - 一种高压输电线路在线作业操作装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压输电线路在线作业操作装置，包括肩关节、肘关节和移动关节，肩关节包括第一驱动机构，肘关节包括第二驱动机构和第一执行机构，移动关节包括第三驱动机构和第二执行机构；肩关节带动肘关节和移动关节旋转，肘关节带动移动关节旋转，移动关节以肘关节为中心左右移动。结构简单、操作方便，具有独立性，易于与不同的巡线作业机器人连接。

Description

一种高压输电线路在线作业操作装置

技术领域

本发明涉及高压输电线路在线作业技术领域，具体涉及一种高压输电线路在线作业操作装置。

背景技术

目前，机器人在高压输电领域的研究和应用越来越多，由于高压输电线路经常发生导线断股、螺母松脱、异物缠绕等危害线路安全运行的状况，通常由人员登塔进行修复工作，由于需要高空作业，增加了工作人员的危险性，这就需要高压输电线路巡线机器人同时拥有在线作业的能力。

目前应用比较广泛的工业机械臂，虽然在机械机构和结构设计等方面发展的比较完善，但工业机械臂一般体积大、质量重、控制复杂等问题，主要应用在工业生产线、码头、仓储等领域。对于需要在高空作业的线路机器人，由于机器人平台的承重及空间有限，要求机器人所搭载的操作臂体积小、重量轻，在满足作业需求的情况下自由度尽可能的少，机械机构尽可能的简单。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种高压输电线路在线作业操作装置，具有3个自由度，其结构简单紧凑，能够适应高压输电线路多分裂导线的在线作业，操作臂末端可搭载多用途作业工具，能够完成多种高压输电线路在线作业。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种高压输电线路在线作业操作装置，包括操作臂及与操作臂相配合工作的末端执行器，所述操作臂包括肩关节、肘关节和移动关节，肩关节包括第一驱动机构，肘关节包括第二驱动机构和第一执行机构，移动关节包括第三驱动机构和第二执行机构；

肩关节的第一驱动机构与肘关节的第二驱动结构相配合，肘关节的第二驱动机构带动肘关节的第一执行机构运动，肘关节的第一执行机构带动移动关节的第三驱动机构运动，移动关节的第三驱动机构及肘关节第二驱动机构带动移动关节的第二执行机构运动。

进一步的，所述末端执行器包括执行部分、驱动部分和转接件，执行部分与驱动部分紧固连接，驱动部分通过支架与转接件相连，且转接件固定在支架上，末端与操作臂的移动关节连接。

其中，驱动部分包括驱动电机、电机支架、法兰、联轴器和驱动齿轮，所述驱动电机通过法兰与电机支架紧固连接，驱动电机输出轴末端固定有联轴器，所述驱动齿轮一端通过铜套与电机支架相连，另一端与联轴器紧固连接；

执行部分包括支架、蜗轮、蜗杆、蜗杆齿轮、蜗轮轴和万用套筒；所述蜗杆的两端分别通过轴承与支架相连，蜗杆一端与蜗杆齿轮紧固连接，蜗杆中间紧固连接蜗轮，所述蜗轮轴末端紧固连接万用套筒；

执行部分的蜗杆齿轮与驱动部分的驱动齿轮相啮合，从而实现驱动部分带动执行部分运动。

进一步的，所述肩关节的第一驱动机构与肘关节的第二驱动结构均设置在肩关节部位。肩关节和肘关节的传动机构都位于操作臂底部的肩关节上，减小操作臂的末端重量，减轻肩关节的负载。

进一步的，所述肩关节的第一驱动机构包括第一电机、第一蜗杆、第一蜗轮及第一传动轴，所述肘关节的第二驱动机构包括第二电机、第二传动轴、第二蜗杆及第二蜗轮；

其中，第一蜗杆和第二蜗杆均铰接于底座上，分别通过齿轮传动与对应的第一电机和第二电机相连，第一蜗杆与第一蜗轮啮合；第二蜗杆与第二蜗轮啮合，第一蜗轮和第二蜗轮分别固定在各自对应的第一传动轴和第二传动轴上。

第一电机驱动第一蜗杆、第一蜗轮带动肩关节旋转，第二电机通过第二蜗杆、第二蜗轮、第一链轮、第二链轮及链条带动肘关节旋转。

进一步的，所述第一传动轴为中空，第一传动轴通过轴承分别与第二传动轴和衬套铰接，第二传动轴通过轴承与衬套铰接。

进一步的，所述第一传动轴和第二传动轴可独自旋转。

进一步的，肘关节的第二驱动机构和第一执行机构由第一壳体进行连接，所述第一壳体一端固定在肩关节第二驱动机构的第二传动轴上，第二传动轴并连接有第一链轮；所述第一执行机构位于第一壳体的末端，包括第三传动轴和第二链轮，第二链轮固定在第三传动轴上，第三传动轴通过轴承与第一壳体末端铰接；所述第一链轮和第二链轮通过链条相连。

进一步的，所述移动关节包括第三驱动机构包括电机、支架、蜗杆蜗轮、第四传动轴和同步带轮；所述蜗杆蜗轮铰接在支架上，与电机相连，所述蜗轮固定在第四传动轴上，第四传动轴末端固定有同步带轮。

进一步的，所述第三传动轴为中空；移动关节通过第四传动轴与第三传动轴铰接，第四传动轴穿过第三传动轴的中心孔。

进一步的，所述移动关节第二执行机构包括第二壳体、同步带、直线导轨、压紧轮和滑块；所述滑块和压紧轮固定在肘关节的第二传动轴上，所述导轨固定在第二壳体上，与滑块形成直线运动副；所述同步带与第三驱动机构的同步带轮相啮合，带动导轨沿滑块移动。

进一步的，所述肘关节的第二驱动机构的第二电机通过第二蜗杆、第二蜗轮、第一链轮二链轮及链条带动肘关节旋转。

进一步的，肩关节带动肘关节和移动关节旋转，肘关节带动移动关节旋转，移动关节以肘关节为中心左右移动。

本发明的有益效果：

1.结构简单、操作方便，具有独立性，易于与不同的巡线作业机器人连接。

2.功能可扩展性强，在操作臂的末端可换不同的操作工具，即可实现不同的功能，例如高压线线路修补、航标球拆装等任务。

3.可适应性强，操作臂采用3自由度，经过数据分析及模拟实验，可满足分裂导线的作业需求。

4.结构简单紧凑，合理有效的布局整体结构，将肘关节驱动设置在操作臂的底部，有效减轻了操作臂前端的重量，减小了肩关节的负载。

5.操作臂体较小，重量轻，可有效减小线路机器人的负担。

附图说明

图1是操作臂总装图；

图2是肩关节总装图；

图3是肘关节爆炸视图；

图4是移动关节的总装图；

图5是移动关节驱动机构的图；

图6是移动关节执行机构的装配图；

图7是末端执行器总装图；

图8是末端执行器驱动机构的装配图；

图9是末端执行器执行机构的装配图；

图中，1肩关节、2肘关节、3移动关节、4底座、5第一电机、6第二电机、7第一蜗杆、8第一蜗轮、9第二蜗轮、10第一传动轴、11第二传动轴、12衬套、13第二蜗杆、14第一壳体、15第一链轮、16链条、17第三传动轴、18第二链轮、19驱动机构、20执行机构、21电机、22支架、23蜗杆、24蜗轮、25第四传动轴、26同步带轮、27第二壳体、28同步带、29直线导轨、30压紧轮、31滑块、32执行部分、33驱动部分、34转接件、35支架、36蜗杆、37蜗轮、38蜗轮轴、39万用套筒、40蜗杆齿轮、41电机支架、42驱动齿轮、43联轴器、44法兰、45驱动电机。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

本发明可搭载在线路巡线及作业机器人上，如图1所示，包括肩关节1、肘关节2和移动关节3，肩关节1可带动肘关节2和移动关节3旋转，肘关节2带动移动关节3旋转，移动关节3以肘关节2为中心左右移动。

如图2所示，肩关节1和肘关节2的驱动机构均位于肩关节1部位，有利于减轻操作臂前段的重量，减小肩关节1的负荷，肩关节1包括底座4、第一电机5、第一蜗杆7、第一蜗轮8、第二蜗轮9、第一传动轴10、第二电机6、第二传动轴11、衬套12、第二蜗杆13；其中，第一电机5、第一蜗杆7、第一蜗轮8、第一传动轴10组成肩关节1的驱动机构；第二电机6、第二传动轴11、第二蜗杆13、第二蜗轮9组成肘关节2的驱动机构；第一蜗杆7和第二蜗杆13均铰接于底座4上，通过齿轮传动分别与第一电机5和第二电机6相连；第一蜗轮8和第二蜗轮9分别固定在第一传动轴10和第二传动轴11上；所述第一传动轴10为中空，第一传动轴10通过轴承分别与第二传动轴11和衬套12铰接，第二传动轴11通过轴承与衬套12铰接；第一蜗杆7与第一蜗轮8啮合；第二蜗杆13与第二蜗轮9啮合；第一电机5和第二电机6可通过齿轮、蜗轮蜗杆机构分别带动第一传动轴10和第二传动轴11独自转动，不受彼此影响。

如图3所示，肘关节2包括驱动机构和执行机构，包括第一壳体14、第一链轮15、链条16、第三传动轴17和第二链轮18；驱动机构和执行机构由第一壳体14进行连接；第一壳体14一端固定在肩关节1的第二传动轴11上，并连接有第一链轮15；执行机构位于第一壳体14的末端，包括第三传动轴17和第二链轮18，第二链轮18固定在第三传动轴上17，第三传动轴17通过轴承与第一壳体14末端铰接；肘关节2的第二电机6通过第二蜗杆13、蜗轮9、第一链轮15、第二链轮18及链条16带动肘关节2旋转。

如图4所示，移动关节3包括驱动机构19和执行机构20，如图5所示，所述移动关机的驱动机构19包括电机21、支架22、蜗杆23、蜗轮24、第四传动25和同步带轮26；蜗杆23、蜗轮24铰接在支架22上，与电机21相连，所述蜗轮24固定在第四传动轴25上，传动轴25末端固定有同步带轮26。

如图6所示，移动关节的执行机构20包括第二壳体27、同步带28、直线导轨29、压紧轮30和滑块31；滑块31和压紧轮30固定在肘关节2的第三传动轴17上，所述导轨29固定在第二壳体27上，与滑块31形成直线运动副；同步带28与驱动机构的同步带轮26相啮合，带动导轨29沿滑块31移动。

第三传动轴17为中空；移动关节3通过第四传动轴25穿过第三传动轴17的中心孔与第三传动轴17并与之铰接，移动关节3的驱动机构19通过传动机构带动执行机构20进行水平移动。移动关节3的两端有端口，可扩展多种作业工具及摄像机等。

如图7所示，末端执行器包括执行部分32、驱动部分33和转接件34，如图9所示，执行部分32包括支架35、蜗轮37、蜗杆36、蜗杆齿轮40、蜗轮轴38和万用套筒39；蜗杆36的两端分别通过轴承与支架35相连，蜗杆36一端与蜗杆齿轮40紧固连接，蜗杆36两端通过轴承与支架35相连，蜗杆36中间紧固连接蜗轮37，蜗轮轴38末端紧固连接万用套筒39。所述蜗杆与蜗轮相啮合，带动万用套筒转动，完成螺母的拆装工作。

如图8所示，驱动部分33包括驱动电机45、电机支架41、法兰44、联轴器43和驱动齿轮42。驱动电机45通过法兰44与电机支架41紧固连接，驱动电机45的输出轴末端固定有联轴器43，驱动齿轮42一端通过铜套与电机支架41相连，另一端与联轴器43紧固连接。

末端执行器的执行部分32与驱动部分33紧固连接；蜗杆齿轮与驱动齿轮相啮合，转接件34固定在支架35上，末端与操作臂连接。所述末端执行器是一个特制的可适应多种规格型号螺母。

高压输电线路在线作业操作装置中，肩关节带动肘关节和移动关节旋转，肘关节带动移动关节旋转，移动关节以肘关节为中心左右移动。移动关节的执行机构与末端执行器相连。

高压输电线路在线作业操作装置的工作原理或使用过程：第一电机驱动第一蜗杆、第一蜗轮带动肩关节旋转，第二电机通过第二蜗杆、第二蜗轮、第一链轮、第二链轮及链条带动肘关节旋转。

肩关节第一蜗轮带动第一传动轴转动，肘关节第二蜗轮带动第二传动轴转动，第二传动轴与一端固定有第一壳体，肘关节通过驱动机构带动肘关节执行机构运动，肘关节的执行机构带动移动关节的驱动机构运动，移动关节的驱动机构带动移动关节的执行机构运动。

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)

1.一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，包括操作臂及与操作臂相配合工作的末端执行器，所述操作臂包括肩关节、肘关节和移动关节，肩关节包括第一驱动机构，肘关节包括第二驱动机构和第一执行机构，移动关节包括第三驱动机构和第二执行机构；

肩关节的第一驱动机构与肘关节的第二驱动结构相配合，肘关节的第二驱动机构带动肘关节的第一执行机构运动，肘关节的第一执行机构带动移动关节的第三驱动机构运动，移动关节的第三驱动机构及肘关节第二驱动机构带动移动关节的第二执行机构运动。

2.如权利要求1所述的一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，所述肩关节的第一驱动机构与肘关节的第二驱动结构均设置在肩关节部位。

3.如权利要求1或2所述的一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，所述肩关节的第一驱动机构包括第一电机、第一蜗杆、第一蜗轮及第一传动轴，所述肘关节的第二驱动机构包括第二电机、第二传动轴、第二蜗杆及第二蜗轮；

其中，第一蜗杆和第二蜗杆均铰接于底座上，分别通过齿轮传动与对应的第一电机和第二电机相连，第一蜗杆与第一蜗轮啮合；第二蜗杆与第二蜗轮啮合，第一蜗轮和第二蜗轮分别固定在各自对应的第一传动轴和第二传动轴上。

4.如权利要求3所述的一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，所述第一传动轴为中空，第一传动轴通过轴承分别与第二传动轴和衬套铰接，第二传动轴通过轴承与衬套铰接。

5.如权利要求1所述的一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，肘关节的第二驱动机构和第一执行机构由第一壳体进行连接，所述第一壳体一端固定在肩关节第二驱动机构的第二传动轴上，第二传动轴并连接有第一链轮；所述第一执行机构位于第一壳体的末端，包括第三传动轴和第二链轮，第二链轮固定在第三传动轴上，第三传动轴通过轴承与第一壳体末端铰接；所述第一链轮和第二链轮通过链条相连。

6.如权利要求1所述的一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，所述移动关节包括第三驱动机构包括电机、支架、蜗杆蜗轮、第四传动轴和同步带轮；所述蜗杆蜗轮铰接在支架上，与电机相连，所述蜗轮固定在第四传动轴上，第四传动轴末端固定有同步带轮。

7.如权利要求5所述的一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，所述第三传动轴为中空；移动关节通过第四传动轴与第三传动轴铰接，第四传动轴穿过第三传动轴的中心孔。

8.如权利要求6所述的一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，所述移动关节第二执行机构包括第二壳体、同步带、直线导轨、压紧轮和滑块；所述滑块和压紧轮固定在肘关节的第二传动轴上，所述导轨固定在第二壳体上，与滑块形成直线运动副；所述同步带与第三驱动机构的同步带轮相啮合，带动导轨沿滑块移动。

9.如权利要求3所述的一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，所述肘关节的第二驱动机构的第二电机通过第二蜗杆、第二蜗轮、第一链轮二链轮及链条带动肘关节旋转。

10.如权利要求1所述的一种高压输电线路在线作业操作装置，其特征是，所述末端执行器包括执行部分、驱动部分和转接件，执行部分与驱动部分紧固连接，驱动部分通过支架与转接件相连，且转接件固定在支架上，末端与操作臂的移动关节连接；

其中，驱动部分包括驱动电机、电机支架、法兰、联轴器和驱动齿轮，所述驱动电机通过法兰与电机支架紧固连接，驱动电机输出轴末端固定有联轴器，所述驱动齿轮一端通过铜套与电机支架相连，另一端与联轴器紧固连接；

执行部分包括支架、蜗轮、蜗杆、蜗杆齿轮、蜗轮轴和万用套筒；所述蜗杆的两端分别通过轴承与支架相连，蜗杆一端与蜗杆齿轮紧固连接，蜗杆中间紧固连接蜗轮，所述蜗轮轴末端紧固连接万用套筒；执行部分的蜗杆齿轮与驱动部分的驱动齿轮相啮合。