CN105826861B - 基于滑块机构的六臂机器人机械结构及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于滑块机构的六臂机器人机械结构及其越障方法，属于机器人技术领域，所述六臂机器人机械结构包括机架，机架上设置有能够前后滑动的第一机械臂底座、第二机械臂底座和第三机械臂底座，机械臂底座的两侧分别设置有能够沿行走方向前后屈伸的第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂、第五机械臂和第六机械臂，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍的优点。

Description

基于滑块机构的六臂机器人机械结构及其越障方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种基于滑块机构的六臂机器人机械结构及其越障方法。

背景技术

超高压输电线路分布地点多、面积广，所处地形复杂，自然环境恶劣。电力线及杆塔附件长期受机械张力、电气闪络、材料老化等的影响，会产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复，将导致严重事故，给电力传输带来极大隐患。因此，必须对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解输电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况，及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。

对输电线路的巡检的传统方式是主要采用地面人工目测巡检和直升飞机航测。前者巡检精度低，劳动强度大，存在巡检盲区，森林疾病及野生动物也给巡视人员带来安全隐患；后者存在飞行安全隐患且巡线费用昂贵，直接限制了直升机巡检的广泛推广。

机器人技术的发展为输电线路的巡检与清障作业提供了一种新的平台。机器人能够带电工作，以一定的速度沿输电线爬行，并能跨越防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、杆塔等障碍，利用携带的传感仪器对杆塔、导线及避雷线、绝缘子、线路金具、线路通道等实施接近检测，利用自身携带的装置进行线路清障，代替工人进行电力线路的巡检与清障工作。因此，输电线路巡线清障机器人成为机器人技术研究的热点。

目前国内外研究的高压、超高压输电线路机器人多为双臂反对称结构、三臂结构及多臂结构，其运行环境多为架空地线。安装于架空地线上的线路机器人不仅运行过程中易受自然环境中的外力影响，导致运行不稳定，甚至从输电线路上掉落，而且还存在巡检清障范围有限，工作效率低的缺点。日本、加拿大、美国等发达国家先后开展了巡线机器人的研究工作，对于输电线路上存在绝缘子串、压接管和悬垂线夹等情况，无法跨越，不能实现超高压输电线路的连续巡检。中科院沈阳自动化所、山东大学、武汉大学、北京航空航天大学等单位也针对超高压输电线路的连续巡检需求开展这方面技术和设备的研制，取得了一定的相应成果，但也都不具备越障功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍的基于滑块机构的六臂机器人机械结构及其越障方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

机架上设置有滑块结构，滑块结构上设置能够前后滑动的第一滑块、第二滑块和第三滑块；

第一滑块的两侧分别设置有可屈伸的第一机械臂和第二机械臂；

第二滑块的两侧分别设置有可屈伸的第三机械臂和第四机械臂；

第三滑块的两侧分别设置有可屈伸的第五机械臂和第六机械臂；

第一至第六机械臂上分别设置有用于从侧面抓持线路的第一机械手、第二机械手、第三机械手、第四机械手、第五机械手和第六机械手。

另一方面，提供一种上述的基于滑块机构的六臂机器人机械结构的越障方法，包括：

未遇到障碍时，所述第五机械手和第六机械手张开，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手抓持线路保持不动，然后第三滑块及所述第五机械臂和第六机械臂共同向前滑动至与所述第二滑块贴紧，所述第五机械手和第六机械手闭合抓持住线路，然后所述第三机械手和第四机械手张开，所述第二滑块及第三机械臂和第四机械臂向前滑动至与所述第一滑块贴紧，所述第三机械手和第四机械手闭合抓持住线路，然后所述第一机械手和第二机械手张开，所述第一滑块及第一机械臂和第二机械臂向前滑动至所述机架前端，所述第一机械手和第二机械手依次闭合抓持住线路；

中间遇到障碍时，各机械手通过屈伸避开障碍物后再抓持住线路；重复执行本步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明的基于滑块机构的六臂机器人机械结构，第一滑块、第二滑块和第三滑块均可在机架上前后滑动，第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂、第五机械臂和第六机械臂均为可屈伸结构，第一机械手、第二机械手、第三机械手、第四机械手、第五机械手和第六机械手均可从侧面抓持线路、脱离线路，行走过程中未遇到障碍物时，第五机械手和第六机械手张开，第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手抓持线路保持不动，然后第三滑块及第五机械臂和第六机械臂共同向前滑动至与所述第二滑块贴紧，第五机械手和第六机械手闭合抓持住线路，然后第三机械手和第四机械手张开，第二滑块及第三机械臂和第四机械臂向前滑动至与第一滑块贴紧，第三机械手和第四机械手闭合抓持住线路，然后第一机械手和第二机械手张开，第一滑块及第一机械臂和第二机械臂向前滑动至机架前端，第一机械手和第二机械手依次闭合抓持住线路；中间遇到障碍时，各机械手通过屈伸避开障碍物后再抓持住线路。本发明能够在平直及各种耐张线、引流线等非平直线路上行走，解决了现有技术中，人工巡线劳动强度大和飞机巡线运行成本高的问题，并能翻越常规障碍物(如绝缘子串、压接管，悬垂线夹等)，实现了对高压线的连续巡检。因此，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍的优点。

附图说明

图1为本发明的基于滑块机构的六臂机器人机械结构的结构示意图；

图2-图3为本发明的基于滑块机构的六臂机器人机械结构的越障方法的每个步骤对应的状态示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种巡线机器人机械结构，如图1所示，包括机架1，其中：

机架1上设置有滑块结构，滑块结构上设置能够前后滑动的第一滑块2、第二滑块3和第三滑块4；

第一滑块2的两侧分别设置有可屈伸的第一机械臂5和第二机械臂6；

第二滑块3的两侧分别设置有可屈伸的第三机械臂7和第四机械臂8；

第三滑块4的两侧分别设置有可屈伸的第五机械臂9和第六机械臂10；

第一至第六机械臂上分别设置有用于从侧面抓持线路的第一机械手11、第二机械手12、第三机械手13、第四机械手14、第五机械手15和第六机械手16。

本发明的基于滑块机构的六臂机器人机械结构，第一滑块2、第二滑块3和第三滑块4均可在机架上前后滑动，第一机械臂5、第二机械臂6、第三机械臂7、第四机械臂8、第五机械臂9和第六机械臂10均为可屈伸结构，第一机械手11、第二机械手12、第三机械手13、第四机械手14、第五机械手15和第六机械手16均可从侧面抓持线路、脱离线路。与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍的优点。

优选的，第一机械臂5、第二机械臂6、第三机械臂7、第四机械臂8、第五机械臂9和第六机械臂10上分别包括依次铰接的第一连杆17和第二连杆18。这种设计能够使各机械臂实现屈伸运动，从而带动各机械手运动，提高巡线机器人的行走速度。

进一步的，各机械手均为可旋转结构，这种设计能够提高巡线机器人行走和越障时的灵活性和稳定性。

进一步的，各机械手均包括相互配合的机械手爪，机械手爪包括上机械手爪19和下机械手爪20，这种结构设计可以提高机器人在线路上运动时的牢固性。

进一步的，上机械手爪19和下机械手爪20均为L钩型结构，这种结构设计能使机械手爪的动作更加精细，进一步提高抱抓的准确性。

作为本发明的一种优化，滑块和机械臂之间、机械臂和机械手之间、机械手和机械手爪之间以及第一连杆17和第二连杆18之间的铰接轴均通过电机驱动，电机驱动能够为巡线机器人的运动提供能源，铰接轴设计可以兼顾简化整体结构，减轻重量。

优选的，滑块通过丝杠连接在机架1上，这种设计可以使机器人在前进越障过程中运动流畅自如。

高压输电过程是一个多样化的过程，根据输电电压的不同以及输电地形特征的不同，整个输电线路结构也不尽相同。本发明的巡线机器人机械结构仅仅介绍了机器人本体的机械结构，并未涉及其他辅助装置(如行走观测用的摄像头、垃圾清除用的机械手等)的设计。另外，在控制系统方面，本发明可以采用地面远程控制平台或者机器人自身智能化控制两种方式。

另一方面，本发明还提供一种上述的基于基于滑块机构的六臂机器人机械结构的越障方法，如图2和图3包括：

未遇到障碍时，第五机械手9和第六机械手10张开，第一机械手11、第二机械手12、第三机械手13和第四机械手14抓持线路保持不动，然后第三滑块4及第五机械臂9和第六机械臂10共同向前滑动至与第二滑块3贴紧，第五机械手15和第六机械手16闭合抓持住线路，然后第三机械手13和第四机械手14张开，第二滑块3及第三机械臂7和第四机械臂8向前滑动至与所述第一滑块2贴紧，第三机械手13和第四机械手14闭合抓持住线路，然后第一机械手11和第二机械手12张开，第一滑块2及第一机械臂5和第二机械臂6向前滑动至机架1前端，第一机械手11和第二机械手12依次闭合抓持住线路；

遇到障碍时，第五机械手9和第六机械手10张开，第一机械手11、第二机械手12、第三机械手13和第四机械手14抓持线路保持不动，然后第三滑块4及第五机械臂9和第六机械臂10屈伸越过障碍并共同向前滑动，第五机械手15和第六机械手16闭合抓持住线路，然后第三机械手13和第四机械手14张开，第二滑块3及第三机械臂7和第四机械臂8屈伸越过障碍并向前滑动，第三机械手13和第四机械手14闭合抓持住线路，然后第一机械手11和第二机械手12张开，第一滑块2及第一机械臂5和第二机械臂6屈伸越过障碍并向前滑动，第一机械手11和第二机械手12依次闭合抓持住线路。

这种工作过程使得机器人在行走和越障的过程中，始终至少一只机械手和滚轮作用在线路上，可以维持系统的稳定。本发明能够在平直及各种耐张线、引流线等非平直线路上行走，解决了现有技术中，人工巡线劳动强度大和飞机巡线运行成本高的问题，并能翻越常规障碍物(如绝缘子串、压接管，悬垂线夹等)，实现了对高压线的连续巡检。因此，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够翻越障碍的优点。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于滑块机构的六臂机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述基于滑块机构的六臂机器人机械结构包括机架，其中：

所述机架上设置有滑块结构，滑块结构上设置能够前后滑动的第一滑块、第二滑块和第三滑块；

所述第一滑块的两侧分别设置有可屈伸的第一机械臂和第二机械臂；

所述第二滑块的两侧分别设置有可屈伸的第三机械臂和第四机械臂；

所述第三滑块的两侧分别设置有可屈伸的第五机械臂和第六机械臂；

各机械臂上分别包括依次铰接的第一连杆和第二连杆；

所述第一至第六机械臂上分别设置有用于从侧面抓持线路的第一机械手、第二机械手、第三机械手、第四机械手、第五机械手和第六机械手，各机械手均为可旋转结构，各机械手均包括相互配合的机械手爪，所述机械手爪包括上机械手爪和下机械手爪，所述上机械手爪和下机械手爪均为L钩型结构；

所述基于滑块机构的六臂机器人机械结构的越障方法包括：

未遇到障碍时，所述第五机械手和第六机械手张开，所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手抓持线路保持不动，然后所述第三滑块及所述第五机械臂和第六机械臂共同向前滑动至与所述第二滑块贴紧，所述第五机械手和第六机械手闭合抓持住线路，然后所述第三机械手和第四机械手张开，所述第二滑块及第三机械臂和第四机械臂向前滑动至与所述第一滑块贴紧，所述第三机械手和第四机械手闭合抓持住线路，然后所述第一机械手和第二机械手张开，所述第一滑块及第一机械臂和第二机械臂向前滑动至所述机架前端，所述第一机械手和第二机械手依次闭合抓持住线路；中间遇到障碍时，各机械手通过屈伸避开障碍物后再抓持住线路；重复执行本步骤。

2.根据权利要求1所述的基于滑块机构的六臂机器人机械结构的越障方法，其特征在于，滑块和机械臂之间、机械臂和机械手之间、机械手和机械手爪之间以及第一连杆和第二连杆之间的铰接轴均通过电机驱动。

3.根据权利要求2所述的基于滑块机构的六臂机器人机械结构的越障方法，其特征在于，所述滑块通过丝杠连接在所述机架上。