CN105914651B - 单臂驱动双臂越障式巡线机器人 - Google Patents

单臂驱动双臂越障式巡线机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单臂驱动双臂越障式巡线机器人，包括机架(4)、越障前臂(3)、越障后臂(1)和驱动轮(2)，所述越障前臂(3)位于机架(4)两侧，由前臂夹持机构(31)、前臂伸缩机构(34)和前臂整体旋转机构(36)组成；所述越障后臂(1)从机架(4)中部向外伸出，越障后臂(1)由后臂夹持机构(11)、后臂伸缩机构(14)和后臂整体旋转机构(15)组成；所述驱动轮(2)位于机架(4)中央正上方，通过轴承支座连接机架(4)，驱动轮(2)由橡胶轮(21)、左右滚珠丝杆(22)和驱动装置(23)组成。本发明具有更强的越障能力，在不改变线路结构的基础加上能够跨越地线上所有障碍。同时在越障过程中，所需控制电机少，降低了控制难度。

Description

单臂驱动双臂越障式巡线机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体地说是一种单臂驱动双臂越障式巡线机器人。
背景技术
为了保证输电线路安全、稳定地运行，需要对输电线路进行定期的巡检。而对巡线机器人的研制成为了一大热点，国内外有不少研究机构对此进行了大量研究。
加拿大研制开发了Line Scout电力线带电维护机器人，机器人整体为四臂式结构，能跨越直线线路障碍，重达100公斤。武汉大学吴功平教授研发团队针对220kV高压输电线，研制了一种两臂巡线机器人，在对线路进行改造的基础上，能够跨越直线线路障碍和转角塔障碍。中国科学院沈阳自动化研究所开展了“沿500kV地线巡检机器人”的研制，采用两臂的越障方式，在越障过程中需要额外机构对巡线机器人进行质心调整。
从现有的研究情况可以看出，由于实际输电线路环境复杂，跨越障碍是巡线机器人研发的一大难点。很多设计方案不具备越障功能或者需要对线路进行专门改造才能完成越障任务。同时，复杂的机构和过重的质量将给机器人带来控制带来很大的麻烦。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种单臂驱动双臂越障式巡线机器人，该机器人具有更强的越障能力，能够跨越地线上所有障碍。同时在越障过程中，所需控制自由度少，降低了控制难度。
本发明单臂驱动双臂越障式巡线机器人，包括机架4、越障前臂3、越障后臂1和驱动轮2，所述越障前臂3位于机架4两侧，由前臂夹持机构31、前臂伸缩机构34和前臂整体旋转机构36组成；
所述越障后臂1从机架4中部向外伸出，越障后臂1由后臂夹持机构11、后臂伸缩机构14和后臂整体旋转机构15组成；
所述驱动轮2位于机架4中央正上方，通过轴承支座连接机架4，驱动轮2由橡胶轮21、左右滚珠丝杆22和驱动装置23组成；
驱动轮2两侧设置有越障前臂弧形导轨41和越障后臂弧形导轨44，四个导轨固接在机架4上，机架4为中空。
所述越障前臂3，通过轴承连接在机架4的旋转主轴43上，前臂伸缩机构34的前臂直线电机39中间安装有前臂旋转机构电机37，用于驱动前臂旋转机构齿轮35绕越障前臂弧形导轨41转动，前臂直线电机39顶端连接前臂夹持机构31。
所述前臂夹持机构31，包括左钩爪32、右钩爪33和锁紧机构；
所述前臂伸缩机构34，包括前臂直线电机39和伸缩杆；
所述前臂整体旋转机构36，包括前臂旋转机构电机37、旋转轴、限位挡板和旋转机架，伸缩杆端部连接件与自适应旋转机构连接，自适应旋转机构包括扭簧、旋转轴。
所述越障后臂1，通过轴承座连接在机架4的旋转主轴43上，越障后臂1底部装有后臂整体旋转机构15，通过后臂旋转机构电机18带动后臂旋转机构齿轮17使得后臂整体旋转机构15绕后臂弧形导轨44转动，后臂直线电机16固接在后臂整体旋转机构15底部，后臂直线电机16顶部为后臂夹持机构11，后臂夹持机构11由后臂直线电机16带动双向丝杆12控制机械爪13的闭合与张开。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：具有更强的越障能力，在不改变线路结构的基础加上能够跨越地线上所有障碍。同时在越障过程中，所需控制电机少，降低了控制难度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明直线行走示意图。
图3为本发明跨越直线线路障碍过程示意图。
图4为本发明跨越防震锤障碍示意图。
图5为本发明跨越转角塔障碍示意图。
图6为本发明跨越跳线示意图。
图中，1-越障后臂、11-后臂夹持机构、12-双向丝杆、13-机械爪、14-后臂伸缩机构、15-后臂整体旋转机构、16-后臂直线电机、17-后臂旋转机构齿轮、18-后臂旋转机构电机、19-自旋转机构；
2-驱动轮、21-橡胶轮、22-左右滚珠丝杆、23-驱动装置；
3-越障前臂、31-前臂夹持机构、32-左钩爪、33-右钩爪、34-前臂伸缩机构、35-前臂旋转机构齿轮、36-前臂整体旋转机构、37-前臂旋转机构电机、38-前臂旋转电机；39为前臂直线电机；
4-机架、41-越障前臂弧形导轨、42-轴支座、43-旋转主轴、44-越障后臂弧形导轨；
5-跳线、6-地线。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，单臂驱动双臂越障式巡线机器人，包括机架4、越障前臂3、越障后臂1和驱动轮2，所述越障前臂3位于机架4两侧，由前臂夹持机构31、前臂伸缩机构34和前臂整体旋转机构36组成；
所述越障后臂1从机架4中部向外伸出，越障后臂1由后臂夹持机构11、后臂伸缩机构14和后臂整体旋转机构15组成；
所述驱动轮2位于机架4中央正上方，通过轴承支座连接机架4，驱动轮2由橡胶轮21、左右滚珠丝杆22和驱动装置23组成；两侧的夹具由小电机驱动来控制橡胶轮21的闭合与张开，驱动装置23如大功率电机转动使得巡线机器人能够在地线上行走。
驱动轮2两侧设置有越障前臂弧形导轨41和越障后臂弧形导轨44，四个导轨固接在机架4上，机架4为中空。
所述越障前臂3，通过轴承连接在机架4的旋转主轴43上，前臂伸缩机构34的前臂直线电机39中间安装有前臂旋转机构电机37，用于驱动前臂旋转机构齿轮35绕越障前臂弧形导轨41转动，前臂直线电机39顶端连接前臂夹持机构31。
所述前臂夹持机构31，包括左钩爪32、右钩爪33和锁紧机构；
所述前臂伸缩机构34，包括前臂直线电机39和伸缩杆；
所述前臂整体旋转机构36，包括前臂旋转机构电机37、旋转轴、限位挡板和旋转机架，伸缩杆端部连接件与自适应旋转机构连接，自适应旋转机构包括扭簧、旋转轴。
所述越障后臂1，通过轴承座连接在机架4的旋转主轴43上，越障后臂1底部装有后臂整体旋转机构15，通过后臂旋转机构电机18带动后臂旋转机构齿轮17使得后臂整体旋转机构15绕后臂弧形导轨44转动，后臂直线电机16固接在后臂整体旋转机构15底部，后臂直线电机16顶部为后臂夹持机构11，后臂夹持机构11由后臂直线电机16带动双向丝杆12控制机械爪13的闭合与张开。
实施例一
如图2所示，本发明在直线上行走时，越障前、后臂分别向左右旋转一定角度使夹持机构与驱动轮平行，上线后，驱动轮带动巡线机器人在地线6上行走。
实施例二
如图3所示，巡线机器人在直线线路检测到障碍时，越障前后臂夹持机构与地线6锁紧，驱动轮夹具张开，前臂伸缩机构34调整前臂长度使中心位于前臂下方，释放后臂夹持机构11，越障后臂整体旋转机构15旋转使后臂转到前方，后臂伸缩机构14调整长度使后臂重新上线并锁紧，再次调整两臂伸缩机构使重心转移到越障后臂1处，释放越障前臂夹持机构31，前臂整体旋转再次到前方，调整前臂长度重新上线，再次调整长度使驱动轮2上线，巡线机器人本体完成越障。
实施例三
如图4所示，巡线机器人正在跨越防震锤，此时越障前臂3准备调整长度上线，后臂夹持机构11处于锁紧状态，驱动轮2处于释放状态。
实施例四
如图5所示，巡线机器人在行走过程中检测到耐张线夹时，越障前后臂夹具与地线6锁紧，驱动轮2张开与地线6脱离，两臂伸缩机构调整长度使重心位于后臂下方，后臂旋转使前臂能接触跳线5，调整好角度后，调节前臂长度使前臂夹持机构31上跳线并锁紧；再次调整两臂长度使重心转移到越障前臂3，释放后臂夹持机构11，后臂整体旋转机构15旋转使越障后臂1转到前方，后臂伸缩机构14调整长度并旋转角度使越障后臂1对上地线6并上线锁紧，再次通过重心前移并旋转越障前臂3，使得越障前臂3再次到巡线机器人前方，调整越障前臂3长度重新上线，并调整两臂长度使驱动轮2上线，巡线机器人本体完成越障。
实施例五
如图6所示，巡线机器人在行走过程中检测到耐张线夹时，越障前臂3释放前臂夹持机构31，驱动轮2释放夹具，越障后臂夹紧地线6，重心处于越障后臂1下方，越障后臂1旋转β角到跳线方向。

Claims (3)

1.一种单臂驱动双臂越障式巡线机器人，其特征在于：包括机架(4)、越障前臂(3)、越障后臂(1)和驱动轮(2)，所述越障前臂(3)位于机架(4)两侧，由前臂夹持机构(31)、前臂伸缩机构(34)和前臂整体旋转机构(36)组成；
所述越障后臂(1)从机架(4)中部向外伸出，越障后臂(1)由后臂夹持机构(11)、后臂伸缩机构(14)和后臂整体旋转机构(15)组成；
所述驱动轮(2)位于机架(4)中央正上方，通过轴承支座连接机架(4)，驱动轮(2)由橡胶轮(21)、左右滚珠丝杆(22)和驱动装置(23)组成；
驱动轮(2)两侧设置有越障前臂弧形导轨(41)和越障后臂弧形导轨(44)，四个导轨固接在机架(4)上，机架(4)为中空；
所述越障前臂(3)，通过轴承连接在机架(4)的旋转主轴(43)上，前臂伸缩机构(34)的前臂直线电机(39)中间安装有前臂旋转机构电机(37)，所述前臂旋转机构电机(37)用于驱动前臂旋转机构齿轮(35)绕越障前臂弧形导轨(41)转动，前臂直线电机(39)顶端连接前臂夹持机构(31)。
2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述前臂夹持机构(31)，包括左钩爪(32)、右钩爪(33)和锁紧机构；
所述前臂伸缩机构(34)，包括前臂直线电机(39)和伸缩杆；
所述前臂整体旋转机构(36)，包括前臂旋转机构电机(37)、旋转轴、限位挡板和旋转机架，伸缩杆端部连接件与自适应旋转机构连接，自适应旋转机构包括扭簧、旋转轴。
3.如权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述越障后臂(1)，通过轴承座连接在机架(4)的旋转主轴(43)上，越障后臂(1)底部装有后臂整体旋转机构(15)，通过后臂旋转机构电机(18)带动后臂旋转机构齿轮(17)使得后臂整体旋转机构(15)绕后臂弧形导轨(44)转动，后臂直线电机(16)固接在后臂整体旋转机构(15)底部，后臂直线电机(16)顶部为后臂夹持机构(11)，后臂夹持机构(11)由后臂直线电机(16)带动双向丝杆(12)控制机械爪(13)的闭合与张开。
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