CN105538340B - 一种用于架空高压输电线路越障机器人的嵌入式复合机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于输电线路越障机器人的嵌入式复合机械臂，包括压紧轮联动机构,包含伸缩臂、两个伸缩导轨、伸缩臂内传动机构在内的机械臂内臂,包含摆动臂、两个导轨、摆动臂内传动机构、拉杆、拉杆座在内的机械臂外臂。机械臂内臂内电机带动丝杆传动,伸缩臂沿伸缩导轨相对机械外臂纵向移动。压紧机构为伸缩关节的随动机构,内侧钢丝绳与伸缩臂同步同向运动，外侧钢丝绳与压紧机构固接，与伸缩臂同步反向运动。机械臂外臂中电机带动摆动丝杆转动，通过曲柄连杆机构实现机械臂和机体之间的摆动。故整个嵌入式复合机械臂结构简单，功能完全，实用价值较高。

Description

一种用于架空高压输电线路越障机器人的嵌入式复合机械臂

技术领域

本发明涉及一种嵌入式复合机械臂，特别是一种用于架空高压输电线路越障机器人的嵌入式复合机械臂。

背景技术

目前,机器人在架空高压输电线路上越障巡检技术发展较快,国内外从事架空高压输电线路机器人的研究机构主要有加拿大魁北克水电研究院、日本Kyushu公司、日本chubu电气公司、美国North Carolina大学等。sawada等人研究了能够在地线上移动机器人，它可以通过自身携带导轨实现越障，但适应性较差；NicolasPouliot提出一种基于LineScout技术的巡线机器人，它具有两个并列臂，一个臂用于在线缆上滚动另一个臂用于爬行；Paulo Debenset设计出一种能在四分裂导线上攀爬的巡线机器人。

国内巡线机器人的研究技术方案大多是双臂或三臂的攀爬模式。中国科学院沈阳自动化所研究一种超高压输电巡检机器人机构，它由移动车体、后手臂、前手臂组成，其中本体通过转动副分别与前、后手臂相连，手臂末端为手爪；所述前手臂、后手臂结构相同，其中每一手臂由上臂、下臂两部分组成，上臂为连杆及滚珠丝杠组合结构，通过水平转动副与下臂相连接，下臂为大行程伸缩机构。综合分析，此专利有如下缺点：在单股导线上运行，跨院防震锤和绝缘子等障碍物时，越障效率低，狭窄的移动平台不利于集成多种检测和作业工具。中国专利也曾公布一种超高压输电线路巡检机器人，它包括机器人本体、行走夹持机构和充电装置，行走夹持机构为两组，其通过具有中空管结构的手臂与机器人本体相连。综合分析，此机器人越障能力低，对障碍物适应性低。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题：提供了一种3自由度嵌入式复合机械臂，它基于巡检机器人平台，通过控制机械臂实现巡检机器人跨越障碍物(金具和绝缘子),实现机器人越障的安全可靠性，操作简单性。本发明的上述目的主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种3自由度嵌入式复合机械臂，其特征在于，包括：

一机械臂内臂：所述内臂主要包括伸缩臂、两个伸缩导轨、伸缩臂内传动机构。

一机械臂外臂：所述外臂主要包括摆动臂、两个导轨、摆动臂内传动机构、拉杆、拉杆座。

一压紧轮联动机构：所述压紧轮联动机构主要包括钢丝垫、钢丝压块、滑块、钢丝绳、两个定滑轮、滑轮轴、轴支板、钢丝支架、钢丝垫片、内钢丝卡。内侧钢丝绳通过滑块与伸缩臂中的伸缩螺母连接固接。定滑块通过滑轮轴与摆动臂固接。内侧钢丝绳在靠近定滑轮处卡在内钢丝卡内，内钢丝卡通过钢丝压块固定在钢丝支架上。钢丝支架嵌套在螺母支杆上。绕过定滑轮的外侧钢丝绳在靠近定滑轮处穿过钢丝压块，钢丝压块与压紧轮机构固接。

上述的一机械臂内臂，所述的伸缩臂内传动机构包括一电机、电机接盘、轴承、伸缩丝杆、伸缩螺母、螺母支杆。电机通过电机接盘连接伸缩丝杆，两轴承安装于伸缩丝杆上，将伸缩丝杆定位。螺母支杆相对于机械臂外臂固定,伸缩螺母与螺母支杆固接，与伸缩丝杆形成移动副。

上述的一机械臂外臂，所述的摆动臂内传动机构包括一电机、电机接盘、轴承、摆动丝杆、摆动螺母。电机通过电机接盘连接摆动丝杆，两轴承安装于摆动丝杆上，给摆动丝杆定位。摆动螺母嵌套在摆动丝杆上，与摆动丝杆形成移动副。摆动丝杆、摆动螺母与拉杆、转台形成曲柄连杆机构。

因此，本发明具有如下优点：1.机械臂内臂中电机带动伸缩丝杆转动，伸缩螺母固接在螺母支杆上，故伸缩螺母将伸缩丝杆转动转化为伸缩丝杆沿轴向的移动，即机械臂的伸缩。在机器人越障之前或越障之后，一机械臂通过伸缩机构将机械臂和输电线分离或接触。2.压紧机构为伸缩关节的联动机构，内侧钢丝绳与伸缩臂同步同向运动，外侧钢丝绳与压紧机构固接，与伸缩臂同步反向运动，即机械臂升长，压紧机构下降；机械臂缩短，压紧机构上升。3.机械臂外臂中电机带动摆动丝杆转动，嵌套在摆动丝杆上的摆动螺母沿摆动丝杆轴向移动，通过曲柄连杆机构实现机械臂和机体在铅垂面上角度的变化。当障碍物两侧的输电线与水平面产生坡度偏差时，机器人通过它可实现对坡度偏差的适应。4.曲柄连杆机构包括拉杆、摆动丝杆、摆动螺母、转台，摆动丝杆相对摆动螺母沿轴向运动，带动机械臂实现摆动。5.整个嵌入式复合机械臂结构简单，功能完全，实用价值较高。

附图说明

图1是本发明在越障机器人中的装配示意图。

图2是本发明结构示意图。

图3是机械臂外臂结构示意图。

图4是机械臂内臂、压紧轮联动机构结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，行走轮1、压紧轮2、复合机械臂3、夹爪4、移动平台5、绝缘子6、输电线7、压紧轮联动机构8、导轨9、机械臂外臂10、机械臂内臂11、电机12、电机接盘13、轴承14、摆动螺母15、摆动丝杆16、拉杆17、转台18、摆动臂19、摆动臂内传动机构20、伸缩导轨21、滑轮轴22、钢丝绳23、钢丝垫24、钢丝压块25、钢丝支架26、内钢丝卡27、钢丝垫片28、定滑轮29、电机30、电机接盘31、轴承32、伸缩丝杆33、伸缩螺母34、螺母支杆35、滑块36、伸缩臂37、拉杆座38、伸缩臂内传动机构39。

实施例：

一、首先介绍一下本发明的具体结构：本发明主要包括：

本装置为一种3自由度嵌入式复合机械臂，包括一机械臂内臂、一机械臂外臂、一压紧轮联动机构。

机械臂内臂11主要包括伸缩臂37、伸缩臂内传动机构39、两个伸缩导轨21。伸缩臂内传动机构39包括一电机30、电机接盘31、轴承32、伸缩丝杆33、伸缩螺母34、螺母支杆35。电机30通过电机接盘31连接伸缩丝杆33，两轴承32安装于伸缩丝杆33上，将伸缩丝杆33定位。机械臂外臂10主要包括摆动臂19、两个导轨9、摆动臂内传动机构20、拉杆17、拉杆座38。摆动臂内传动机构20包括一电机12、电机接盘13、轴承14、摆动丝杆16、摆动螺母15。电机12通过电机接盘13连接摆动丝杆16，两轴承14安装于摆动丝杆16上，给摆动丝杆16定位。摆动螺母15嵌套在摆动丝杆16上，与摆动丝杆16形成移动副。摆动丝杆16、摆动螺母15与拉杆17、转台18形成曲柄连杆机构。压紧轮联动机构8主要包括钢丝垫24、钢丝压块25、滑块36、钢丝绳23、两个定滑轮29、滑轮轴22、钢丝支架26、内钢丝卡27。内侧钢丝绳23通过滑块36与伸缩臂37中的伸缩螺母34连接固接。定滑轮29通过滑轮轴22与摆动臂19固接。内侧钢丝绳23在靠近定滑轮29处卡在内钢丝卡27内，内钢丝卡27通过钢丝压块25固定在钢丝支架26上。钢丝支架26嵌套在螺母支杆35上。绕过定滑轮29的外侧钢丝绳23在靠近定滑轮29处穿过钢丝压块25，钢丝压块25与压紧轮2固接。

二、下面介绍一下本发明的工作流程：工作时，机器人挂于输电线上，越障时，一机械臂夹爪4夹紧输电线7后，机械臂内臂伸缩臂37内电机30带动伸缩丝杆33转动，伸缩螺母34将伸缩丝杆33转动转化为沿螺母支杆35纵向下移，复合机械臂3缩短，即机器人相对输电线7重心上移，同时压紧轮2与复合机械臂3运动同步，即压紧轮联动机构8中与伸缩丝杆33固连的滑块36向下移动，带动钢丝压块25下移，钢丝绳23绕定滑轮29逆时针转动，与外侧钢丝绳23固接的压紧轮2向上移动，压紧输电线7，实现一复合机械臂3固定在输电线7上。另一复合机械臂伸缩臂37内电机30带动伸缩丝杆33转动，伸缩螺母34将伸缩丝杆33转动转化为沿螺母支杆35纵向上移，复合机械臂3升长，同时压紧轮2与复合机械臂3运动同步，即压紧轮联动机构8中与伸缩丝杆33固连的滑块36向上移动，带动钢丝压块25上移，钢丝绳23绕定滑轮29顺时针转动，与外侧钢丝绳23固接的压紧轮2向下移动，脱离输电线7，实现另一复合机械臂3脱离输电线7；其次，控制与复合机械臂3连接的行走轮1转离输电线7，机器人移动平台5向前移动跨越障碍。一复合机械臂3越障完成后，控制与复合机械臂3连接的行走轮1转至输电线7上方，电机12带动摆动丝杆16转动，嵌套在摆动丝杆16上的摆动螺母15沿摆动丝杆16轴向移动，通过曲柄连杆机构实现复合机械臂3和移动平台5之间的角度的调整，使复合机器臂3能适应障碍物两侧输电线7与水平面之间的夹角。最后，调节机械臂伸缩臂37使其缩短，行走轮1位于线上。此时完成一个复合机械臂3的越障。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了行走轮1、压紧轮2、复合机械臂3、夹爪4、移动平台5、绝缘子6、输电线7、压紧轮联动机构8、导轨9、机械臂外臂10、机械臂内臂11、电机12、电机接盘13、轴承14、摆动螺母15、摆动丝杆16、拉杆17、转台18、摆动臂19、摆动臂内传动机构20、伸缩导轨21、滑轮轴22、钢丝绳23、钢丝垫24、钢丝压块25、钢丝支架26、内钢丝卡27、钢丝垫片28、定滑轮29、电机30、电机接盘31、轴承32、伸缩丝杆33、伸缩螺母34、螺母支杆35、滑块36、伸缩臂37、拉杆座38、伸缩臂内传动机构39等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种用于架空高压输电线路越障机器人的嵌入式复合机械臂,其特征包括: 包含伸缩臂(37)、两个伸缩导轨(21)、伸缩臂内传动机构(39)在内的机械臂内臂(11)，压紧轮联动机构(8)，包含摆动臂(19)、两个导轨(9)、摆动臂内传动机构(20)、拉杆(17)、拉杆座(38)在内的机械臂外臂(10) ；

所述的伸缩臂内传动机构(39)包括一电机(30)、电机接盘(31)、轴承(32)、伸缩丝杆(33)、伸缩螺母(34)、螺母支杆(35)，电机(30)通过电机接盘(31)连接伸缩丝杆(33)，两轴承(32)安装于伸缩丝杆(33)上，将伸缩丝杆(33)定位，螺母支杆(35)相对于机械臂外臂(10)固定,伸缩螺母(34)与螺母支杆(35)固接，与伸缩丝杆(33)形成移动副。

2.根据权利要求1所述的一种用于架空高压输电线路越障机器人的嵌入式复合机械臂，其特征在于，所述压紧轮联动机构(8)主要包括钢丝垫(24)、钢丝压块(25)、滑块(36)、钢丝绳(23)、两个定滑轮(29)、滑轮轴(22)、钢丝支架(26)、钢丝垫片(28)、内钢丝卡(27)。

3.根据权利要求2所述的一种用于架空高压输电线路越障机器人的嵌入式复合机械臂，其特征在于，所述压紧轮联动机构(8)内侧钢丝绳(23)通过滑块(36)与伸缩臂(37)中的伸缩螺母(34)连接固接，绕过定滑轮(29)的外侧钢丝绳(23)在靠近定滑轮(29)处穿过钢丝压块(25)，钢丝压块(25)与压紧轮(2)固接。

4.根据权利要求2所述的一种用于架空高压输电线路越障机器人的嵌入式复合机械臂，其特征在于，所述压紧轮联动机构(8)的定滑轮(29)通过滑轮轴(22)固定在摆动臂(19)，内侧钢丝绳(23)在靠近定滑轮(29)处卡在内钢丝卡(27)内，内钢丝卡(27)通过钢丝压块(25)固定在钢丝支架(26)上，钢丝支架(26)嵌套在螺母支杆(35)上。

5.根据权利要求1所述的一种用于架空高压输电线路越障机器人的嵌入式复合机械臂，其特征在于，所述的摆动臂内传动机构(20)包括一电机(12)、电机接盘(13)、轴承(14)、摆动丝杆(16)、摆动螺母(15)；电机（12）通过电机接盘（13）连接摆动丝杆（16），两轴承（14）安装于摆动丝杆（16）上，给摆动丝杆（16）定位，摆动螺母（15）嵌套在摆动丝杆（16）上，与摆动丝杆（16）形成移动副，摆动丝杆（16）、摆动螺母（15）与拉杆（17）、转台（18）形成曲柄连杆机构。