CN106695852B - 机械夹爪机构、无人机及实现巡线机器人上下线的方法 - Google Patents

机械夹爪机构、无人机及实现巡线机器人上下线的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机械夹爪机构、无人机及实现巡线机器人上下线的方法。实现巡线机器人上下线的方法包括：巡线机器人上线时，将巡线机器人放置于无人机的机械夹爪机构的平台上，夹爪驱动装置驱动夹爪同时夹紧，使得巡线机器人与无人机结合，利用无人机搭载巡线机器人接近输电线路；当巡线机器人稳定上线后，夹爪驱动装置驱动夹爪同时张开，使得巡线机器人与无人机分离；巡线机器人下线时，无人机飞行至巡线机器人下部，夹爪驱动装置驱动夹爪同时张开，使巡线机器人的待抓紧部位处于夹爪的范围内；然后，夹爪驱动装置驱动夹爪同时夹紧，使得巡线机器人与无人机结合，当巡线机器人脱离输电线路后，无人机搭载着巡线机器人回到地面。

Description

机械夹爪机构、无人机及实现巡线机器人上下线的方法
技术领域
本发明属于机器人领域，尤其涉及一种机械夹爪机构、无人机及实现巡线机器人上下线的方法。
背景技术
机械夹爪机构是机械领域中一种常见的机构，通常用来夹取物料、转移物料及将物料释放至其他装置中。现有的适用于体积大物体的机械夹爪机构，容易出现被夹取的物体不能稳定固定于机械夹爪机构上或与物体与机械夹爪机构脱离速度慢，最终影响了机械夹爪机构的工作效率，而且现有的机械夹爪机构体积大，占空间多。因此，如何再保证被夹取的物体稳定固定于机械夹爪机构上的同时，还能够尽量减小机械夹爪机构的体积，且实现物体与机械夹爪机构稳定结合及迅速脱离，成为亟需解决的问题。
其次，现有的机械夹爪机构未与无人机相结合，未实现采用无人机与机械夹爪机构相结合的方式来搭载物体飞行运输，且保证机械夹爪机构稳定牢固地抓紧物体，以及被搭载物体飞行，避免物体搭载飞行的过程中从机械夹爪机构的夹爪范围内脱落。
最后，在输电线路巡线领域，目前的巡线机器人越来越多地用在输电线路，代替人工完成巡检、故障修复及清理等工作，大大提高了巡线效率和安全性。巡线机器人上下线通常有两种方式：(1)由工作人员攀爬至杆塔上，放置或取下机器人。巡线机器人跨档距工作、检修或充电时都要上线和下线，因此采用这种方式工作量大，且有一定的危险性；(2)利用云梯车将工作人员和巡线机器人升至输电线路附近，工作人员放置或取下巡线机器人。由于很多输电线路架设在高山等复杂的地理条件上，体积庞大的云梯车往往难以到达，而且必须停电操作，造成巨大经济损失，这就限制了这种方式的应用。因此，亟需一种安全稳定且不受地理条件限制的利用无人机实现巡线机器人上下线的方法。
发明内容
为了解决上述缺陷，本发明的第一目的是提供一种机械夹爪机构。
本发明的一种机械夹爪机构，包括：
底座；
平台，其通过支撑柱固定连接于所述底座上；
夹爪结构，其铰接于所述平台的外部；所述夹爪结构包括若干个夹爪，所述夹爪用于固定落入这些夹爪包围区域内的物体；
夹爪驱动装置，其固定安装于底座与平台之间；所述夹爪驱动装置用于驱动所述夹爪同时夹紧或张开。
优选地，所述平台为长方体，所述夹爪结构包括四个夹爪，这四个夹爪分别铰接于所述平台的左侧面、右侧面、前表面和后表面。这样能够稳定固定落入这些夹爪包围区域内的物体。
优选地，所述平台为圆柱体，所述夹爪结构包括至少三个夹爪，所述夹爪等间隔铰接于所述平台的外部。这样能够稳定固定落入这些夹爪包围区域内的物体。
进一步地，夹爪的内表面设有防滑突起。这样能够增强夹爪与被抓紧物体之间的摩擦力。
优选地，所述夹爪驱动装置包括若干个夹爪驱动模块，夹爪驱动模块的个数与夹爪数量相等；每个夹爪驱动模块包括驱动电机，驱动电机通过联轴器与丝杠机构连接，使得驱动电机驱动丝杠机构旋转；
丝杠机构通过螺母机构与连杆机构连接，连杆机构与相应方向的夹爪铰接，在丝杠机构旋转驱动下，使螺母机构与连杆机构配合来实现夹爪夹紧或张开。该夹爪驱动装置采用驱动电机、丝杠机构、螺母机构与连杆机构之间的配合实现了夹爪夹紧或张开，保证了夹爪运动的稳定性。
进一步地，所述螺母机构为具有自锁特性的螺母机构。丝杠螺母机构的自锁性，这样可以保证机械夹爪机构能够稳定牢固地抓紧物体，避免物体从机械夹爪机构的夹爪范围内脱落。
本发明的机械夹爪机构适用于稳定抓夹体积大的物体，被抓紧的物体能够恰好落入机械夹爪机构的夹爪的范围内；而且，夹爪驱动装置固定安装底座与平台之间，节省了整个机械夹爪机构的占用空间，减小了整个机械夹爪机构的体积；在夹爪驱动装置的驱动作用下，使得驱动夹爪同时夹紧或张开，实现物体与机械夹爪机构稳定结合或迅速脱离，提高了机械夹爪机构的工作效率。
本发明的第二目的是提供一种无人机。
该无人机，包括机体，所述机体连接有若干个机臂，每个机臂连接有旋翼；
所述无人机还包括上述机械夹爪机构，所述机械夹爪机构安装于机体上且使得所述无人机保持平衡；
所述无人机的机体内设有中央处理器，所述中央处理器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧或张开。
进一步地，所述平台上还设有距离传感器，所述距离传感器用于检测平台与所述平台上搭载的物体之间的距离信息并传送至中央处理器。
更进一步地，所述中央处理器还与远程服务器相互通信，所述远程服务器与监控终端相互通信。
本发明的无人机与机械夹爪机构相结合，使得在中央处理器的控制下，控制夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧或张开，保证机械夹爪机构稳定牢固地抓紧物体，被搭载物体飞行，还能避免物体搭载飞行的过程中从机械夹爪机构的夹爪范围内脱落。
本发明的第三目的是提供一种应用所述的无人机实现巡线机器人上下线的方法。
本发明的应用所述的无人机实现巡线机器人上下线的方法，包括：
巡线机器人上线时，将巡线机器人放置于无人机的机械夹爪机构的平台上，夹爪驱动装置驱动夹爪同时夹紧，使得巡线机器人与无人机结合，利用无人机搭载巡线机器人接近输电线路；当巡线机器人稳定上线后，夹爪驱动装置驱动夹爪同时张开，使得巡线机器人与无人机分离；
巡线机器人下线时，无人机飞行至巡线机器人下部，夹爪驱动装置驱动夹爪同时张开，使巡线机器人的待抓紧部位处于夹爪的范围内；然后，夹爪驱动装置驱动夹爪同时夹紧，使得巡线机器人与无人机结合，当巡线机器人脱离输电线路后，无人机搭载着巡线机器人回到地面。
本发明的应用所述的无人机实现巡线机器人上下线的方法，还包括：设置在平台上的距离传感器检测平台与巡线机器人之间的距离信息并传送至中央处理器，再由中央处理器传送至监控终端进行实时监控。
本发明的应用无人机实现巡线机器人上下线的方法，利用与机械夹爪机构相结合的无人机实现巡线机器人的上下线，取代了人工和云台车，提高了工作效率和安全性；克服了地理环境的限制，比如有些河流、高山地区，人工和云台车难以到达；夹爪保证巡线机器人与无人机可靠的接合，自锁结构保证无人机飞行时，巡线机器人不会意外脱落。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的机械夹爪机构适用于稳定抓夹体积大的物体，被抓紧的物体能够恰好落入机械夹爪机构的夹爪的范围内；而且，夹爪驱动装置固定安装底座与平台之间，节省了整个机械夹爪机构的占用空间，减小了整个机械夹爪机构的体积；在夹爪驱动装置的驱动作用下，使得驱动夹爪同时夹紧或张开，实现物体与机械夹爪机构稳定结合或迅速脱离，提高了机械夹爪机构的工作效率。
(2)本发明的无人机与机械夹爪机构相结合，使得在中央处理器的控制下，控制夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧或张开，保证机械夹爪机构稳定牢固地抓紧物体，被搭载物体飞行，还能避免物体搭载飞行的过程中从机械夹爪机构的夹爪范围内脱落。
(3)本发明的应用无人机实现巡线机器人上下线的方法，利用与机械夹爪机构相结合的无人机实现巡线机器人的上下线，取代了人工和云台车，提高了工作效率和安全性；克服了地理环境的限制，比如有些河流、高山地区，人工和云台车难以到达；夹爪保证巡线机器人与无人机可靠的接合，自锁结构保证无人机飞行时，巡线机器人不会意外脱落。
附图说明
图1是本发明的机械夹爪机构的一个实施例结构示意图；
图2是本发明的机械夹爪机构与物体结合的结构示意图；
图3是本发明的无人机与巡线机器人相结合的示意图。
其中，1、底座；2、平台；3、夹爪；4、支撑柱；5、驱动电机；6、联轴器；7、丝杠机构；8、螺母机构；9、连杆机构；10、底座安装孔；11、巡线机器人电控箱；12、电控箱安装孔；13、机体；14、机臂；15、旋翼；16、机械夹爪机构；17、巡线机器人。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面描述的本发明不同实施例方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明中所涉及到的巡线机器人的电控箱与机械夹爪机构的夹爪范围相匹配。
实施例一
图1是本发明的机械夹爪机构的一个实施例结构示意图。如图1所示的本发明的该实施例的机械夹爪机构，包括：底座1；
平台2，其通过支撑柱4固定连接于所述底座1上；
夹爪结构，其铰接于所述平台2的外部；所述夹爪结构包括若干个夹爪3，所述夹爪3用于固定落入这些夹爪包围区域内的物体；
夹爪驱动装置，其固定安装于底座上且位于底座1与平台2之间；所述夹爪驱动装置用于驱动所述夹爪3同时夹紧或张开。
如图1所示，平台2为长方体，所述夹爪结构包括四个夹爪3，这四个夹爪3分别铰接于所述平台2的左侧面、右侧面、前表面和后表面。
此外，当平台2为长方体时，夹爪结构中夹爪3的数量也可以多于四个，为了稳定固定落入这些夹爪包围区域内的物体，至少设置为四个。
此外，平台也可以设置为其他形状。
优选地，平台2设置为圆柱体，夹爪结构包括至少三个夹爪3，所述夹爪3等间隔铰接于所述平台2的外部。这样能够稳定固定落入这些夹爪包围区域内的物体。
进一步地，夹爪2的内表面设有防滑突起。这样能够增强夹爪与被抓紧物体之间的摩擦力。
优选地，夹爪驱动装置包括若干个夹爪驱动模块，夹爪驱动模块的个数与夹爪数量相等；每个夹爪驱动模块包括驱动电机5，驱动电机5通过联轴器6与丝杠机构7连接，使得驱动电机5驱动丝杠机构7旋转；
丝杠机构7通过螺母机构8与连杆机构9连接，连杆机构9与相应方向的夹爪3铰接，在丝杠机构7旋转驱动下，使螺母机构8与连杆机构9配合来实现夹爪夹紧或张开。该夹爪驱动装置采用驱动电机5、丝杠机构7、螺母机构8与连杆机构9之间的配合实现了夹爪3夹紧或张开，保证了夹爪3运动的稳定性。
其中，丝杠机构7、螺母机构8和连杆机构9均为现有结构。
进一步地，所述螺母机构8为具有自锁特性的螺母机构。丝杠螺母机构的自锁性，这样可以保证机械夹爪机构能够稳定牢固地抓紧物体，避免物体从机械夹爪机构的夹爪范围内脱落。
本实施例的机械夹爪机构适用于稳定抓夹体积大的物体，被抓紧的物体能够恰好落入机械夹爪机构的夹爪的范围内；而且，夹爪驱动装置固定安装底座与平台之间，节省了整个机械夹爪机构的占用空间，减小了整个机械夹爪机构的体积；在夹爪驱动装置的驱动作用下，使得驱动夹爪同时夹紧或张开，实现物体与机械夹爪机构稳定结合或迅速脱离，提高了机械夹爪机构的工作效率。
另外，本发明的机械夹爪机构中的夹爪驱动装置结构也可以采用现有的其他结构形式来实现。
实施例二
如图2和图3所示，巡线机器人的电控箱与机械夹爪机构的夹爪范围相匹配。以无人机上机械夹爪机构抓紧巡线机器人电控箱为例：
本发明提供的无人机，具体包括：机体13，所述机体13连接有若干个机臂14，每个机臂14连接有旋翼15。
无人机还包括机械夹爪机构16，所述机械夹爪机构16安装于机体13上且使得所述无人机保持平衡。其中，机械夹爪机构16的具体结构如图1所示，此处将不再累述。
无人机的机体13内设有中央处理器，所述中央处理器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧或张开。
机械夹爪机构16的底座1上设有底座安装孔10，机械夹爪机构16通过螺钉及底座安装孔10固定在机体13上。
当机械夹爪机构16抓取巡线机器人电控箱11时，中央处理器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧或张开巡线机器人电控箱11。
为了防止机械夹爪机构16的夹爪3损伤巡线机器人17，还在夹爪3的内表面设置橡胶类软性材料层。
其中，巡线机器人电控箱11上还设有电控箱安装孔12，巡线机器人电控箱11通过螺钉及电控箱安装孔12固定在巡线机器人17上。
进一步地，平台2上还设有距离传感器，所述距离传感器用于检测平台与所述平台上搭载的物体之间的距离信息并传送至中央处理器。
更进一步地，中央处理器还与远程服务器相互通信，所述远程服务器与监控终端相互通信。
本实施例的无人机与机械夹爪机构相结合，使得在中央处理器的控制下，控制夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧或张开，保证机械夹爪机构稳定牢固地抓紧物体，被搭载物体飞行，还能避免物体搭载飞行的过程中从机械夹爪机构的夹爪范围内脱落。
实施例三
在该实施例中，巡线机器人的电控箱与机械夹爪机构的夹爪范围相匹配。巡线机器人的结构为现有结构，此处将不再累述。
本发明提供的一种应用所述的无人机实现巡线机器人上下线的方法，具体包括以下步骤：
巡线机器人上线时，将巡线机器人放置于无人机的机械夹爪机构的平台上，夹爪驱动装置驱动夹爪同时夹紧，使得巡线机器人与无人机结合，利用无人机搭载巡线机器人接近输电线路；当巡线机器人稳定上线后，夹爪驱动装置驱动夹爪同时张开，使得巡线机器人与无人机分离；
巡线机器人下线时，无人机飞行至巡线机器人下部，夹爪驱动装置驱动夹爪同时张开，使巡线机器人的待抓紧部位处于夹爪的范围内；然后，夹爪驱动装置驱动夹爪同时夹紧，使得巡线机器人与无人机结合，当巡线机器人脱离输电线路后，无人机搭载着巡线机器人回到地面。
在具体实施过程中，应用所述的无人机实现巡线机器人上下线的方法，还包括：设置在平台上的距离传感器检测平台与巡线机器人之间的距离信息并传送至中央处理器，再由中央处理器传送至监控终端进行实时监控。
本实施例的应用无人机实现巡线机器人上下线的方法，利用与机械夹爪机构相结合的无人机实现巡线机器人的上下线，取代了人工和云台车，提高了工作效率和安全性；克服了地理环境的限制，比如有些河流、高山地区，人工和云台车难以到达；夹爪保证巡线机器人与无人机可靠的接合，自锁结构保证无人机飞行时，巡线机器人不会意外脱落。
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 (9)

1.一种无人机，其特征在于，包括机体和机械夹爪机构，所述机体连接有若干个机臂，每个机臂连接有旋翼；
所述机械夹爪机构安装于机体上且使得所述无人机保持平衡；
所述无人机的机体内设有中央处理器，所述中央处理器控制所述夹爪驱动装置来驱动夹爪同时夹紧或张开；
所述机械夹爪机构，包括：
底座；
平台，其通过支撑柱固定连接于所述底座上；
夹爪结构，其铰接于所述平台的外部；所述夹爪结构包括若干个夹爪，所述夹爪用于固定落入这些夹爪包围区域内的物体；
夹爪驱动装置，其固定安装于底座与平台之间；所述夹爪驱动装置用于驱动所述夹爪同时夹紧或张开；
所述机械夹爪机构应用于输电线路巡线机器人的抓取；所述机械夹爪机构安装于机体上且使得所述无人机保持平衡。
2.如权利要求1所述的一种无人机，其特征在于，所述平台为长方体，所述夹爪 结构包括四个夹爪，这四个夹爪分别铰接于所述平台的左侧面、右侧面、前表面和后表面。
3.如权利要求1所述的一种无人机，其特征在于，所述平台为圆柱体，所述夹爪 结构包括至少三个夹爪，所述夹爪等间隔铰接于所述平台的外部。
4.如权利要求1所述的一种无人机，其特征在于，夹爪的内表面设有防滑突起。
5.如权利要求1所述的一种无人机，其特征在于，夹爪驱动装置包括若干个夹爪 驱动模块，夹爪驱动模块的个数与夹爪数量相等；每个夹爪驱动模块包括驱动电机，驱动电机通过联轴器与丝杠机构连接，使得驱动电机驱动丝杠机构旋转；
丝杠机构通过螺母机构与连杆机构连接，连杆机构与相应方向的夹爪铰接，在丝杠机构旋转驱动下，使螺母机构与连杆机构配合来实现夹爪夹紧或张开。
6.如权利要求5所述的一种无人机，其特征在于，所述螺母机构为具有自锁特性 的螺母机构。
7.如权利要求1所述的一种无人机，其特征在于，所述平台上还设有距离传感器，所述距离传感器用于检测平台与所述平台上搭载的物体之间的距离信息并传送至中央处理器；或所述中央处理器与远程服务器相互通信，所述远程服务器与监控终端相互通信。
8.一种应用如权利要求1-7任一所述的无人机实现巡线机器人上下线的方法，其特征在于，包括：
巡线机器人上线时，将巡线机器人放置于无人机的机械夹爪机构的平台上，夹爪驱动装置驱动夹爪同时夹紧，使得巡线机器人与无人机结合，利用无人机搭载巡线机器人接近输电线路；当巡线机器人稳定上线后，夹爪驱动装置驱动夹爪同时张开，使得巡线机器人与无人机分离；
巡线机器人下线时，无人机飞行至巡线机器人下部，夹爪驱动装置驱动夹爪同时张开，使巡线机器人的待抓紧部位处于夹爪的范围内；然后，夹爪驱动装置驱动夹爪同时夹紧，使得巡线机器人与无人机结合，当巡线机器人脱离输电线路后，无人机搭载着巡线机器人 到地面。
9.如权利要求8所述的应用无人机实现巡线机器人上下线的方法，其特征在于，该方法还包括：设置在平台上的距离传感器检测平台与巡线机器人之间的距离信息并传送至中央处理器，再由中央处理器传送至监控终端进行实时监控。
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