CN106741264B - 柔索作业机器人轮爪复合机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及柔索作业机器人领域，具体涉及柔索作业机器人轮爪复合机构，包括行走机构、开合机构、抱紧机构、位姿识别机构；所述的行走机构开合由开合机构控制；所述的抱紧机构下方安装有行走机构，所述的位姿识别机构安装在行走机构上。本发明提供的柔索作业机器人轮爪复合机构，兼备行走与抱紧功能，结构紧凑，运行安全可靠，夹持力强，可简化机器人越障步骤，适用性强。

Description

柔索作业机器人轮爪复合机构
技术领域
本发明涉及柔索作业机器人领域，具体涉及柔索作业机器人轮爪复合机构。
背景技术
为了保证柔索安全稳定的运行，必须定期对高压输电线进行检修。近几十年来国内外研究和探索过多种可以在架空柔索上进行行走的机械结构，也出现了很多线上行走巡检机器人，并且巡检机器人必须具备线上行走和夹持锁紧能力，以满足巡检过程中的行走、爬坡和越障要求，故机器人的轮爪机构是巡检机器人非常关键的部分。
目前巡检机器人的轮爪机构大部分为悬臂梁式轮式行走、蜗轮蜗杆夹紧或翻转式轮式轮爪机构，这些机构的结构复杂、重量大、能耗高，并且在行走时安全保护性差，难以适应实际的输电线路作业情况，不利于广泛应用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种柔索作业机器人轮爪复合机构，以满足柔索作业过程中的行走、爬坡和越障要求。
本发明为解决技术问题采用以下技术方案：
柔索作业机器人轮爪复合机构，包括行走机构、开合机构、抱紧机构、位姿识别机构；所述的行走机构开合由开合机构控制；所述的抱紧机构下方安装有行走机构，所述的位姿识别机构安装在行走机构上。
所述的行走机构，包括行走轮、驱动轮支架、辅助轮芯支架、驱动电机；行走轮由驱动轴、驱动轮和辅助芯轴组成，驱动轴安装在驱动轮轴心线的一端上，驱动电机通过第一锥齿轮组与驱动轴连接，所述的驱动电机固定于驱动轮支架上；所述的辅助芯轴安装在辅助轮芯支架上；所述的驱动轮轴心线的另一端上有轴槽，所述的轴槽用于插入所述的辅助芯轴。
所述的驱动轮外部包覆U型槽聚氨酯。
所述的开合机构包括底座、开合丝杠、直线导轨、丝杠螺母座、开合电机；所述的开合丝杠采用左右旋变螺距变行程梯形丝杠，驱动轮侧与辅助芯轴侧行程比为2：1，开合丝杠和直线导轨固定于底座上，开合丝杠与开合电机通过第二锥齿轮组连接，丝杠螺母座与直线导轨构成移动副；所述的丝杠螺母座分别与驱动轮支架、辅助轮芯支架固定连接。
所述的抱紧机构包括抱紧块、抱紧丝杠、直线导轨、抱紧电机；所述的的抱紧丝杠采用左右旋等螺距梯形丝杠，抱紧丝杠与抱紧电机通过第三锥齿轮组连接，抱紧丝杠、直线导轨固定于底座上；一对抱紧块分别与安装在直线导轨上的两个滑块连接，与直线导轨构成移动副。
所述的位姿识别机构包括红外对射传感器、红外漫反射传感器、微动开关；所述的驱动轮支架、辅助轮芯支架上分别安装有红外对射传感器，所述的辅助轮芯支架顶部反向布置两个红外漫反射传感器，驱动轮支架开合的位置相应的布置多个微动开关。
本发明的有益效果是，该柔索作业机器人轮爪复合机构，兼备行走与夹持功能，结构紧凑，运行安全可靠，夹持力强，满足柔索作业过程中的行走、爬坡和越障要求，简化机器人越障步骤，适用性强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的行走机构结构示意图；
图3为本发明的行走轮结构示意图；
图4为本发明的行走轮开合机构结构示意图；
图5为本发明的抱紧机构结构示意图；
图6为本发明的行走轮驱动轴结构示意图。
图中：1.驱动轮，2.驱动轮支架，3.驱动电机，4.丝杠螺母座，5.抱紧块，6.底座，7.抱紧电机，8.开合电机，9.辅助轮芯支架，10.微动开关，11.红外对射传感器，12.红外漫反射传感器，13.第一锥齿轮组，14.开合丝杠，15.第一直线导轨，16.第二锥齿轮组，17.抱紧丝杠，18.第二直线导轨，19.第三锥齿轮组，1-1.驱动轴，1-2.驱动轮芯，1-3.U型槽聚氨酯，1-4.辅助轮芯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，一种柔索作业机器人轮爪复合机构，包括
由驱动轮1、驱动轮支架2、第一锥齿轮组13、驱动电机3组成的行走机构；由底座6、开合丝杠14、第一直线导轨15、丝杠螺母座4、开合电机8、第二锥齿轮组16组成的开合机构；由抱紧块5、抱紧丝杠17、第二直线导轨18、抱紧电机7、第三锥齿轮组19组成的抱紧机构；由红外对射传感器11、红外漫反射传感器12、微动开关10组成的位姿识别机构。柔索作业机器人轮爪复合机构，包括行走机构、开合机构、抱紧机构、位姿识别机构；所述的行走机构开合由开合机构控制；所述的抱紧机构下方安装有行走机构，所述的位姿识别机构安装在行走机构上。
如图2所示，行走驱动部分由驱动轮1、驱动轮支架2、第一锥齿轮组13和驱动电机3组成，驱动轮1通过驱动轴1-1与第一锥齿轮组13连接，驱动电机3固定于驱动轮支架2上，驱动电机3的动力通过第一锥齿轮组13的啮合传递到驱动轮轴1-1，从而带动驱动轮1转动，实现机器人行走的功能。
如图3所示，所述的行走机构，包括行走轮1、驱动轮支架2、辅助轮芯支架9、驱动电机3；行走轮1由驱动轴1-1、驱动轮1-2和辅助芯轴1-4组成，驱动轴1-1安装在驱动轮1-2轴心线的一端上，驱动电机3通过第一锥齿轮组13与驱动轴1-1连接，所述的驱动电机3固定于驱动轮支架2上；所述的辅助芯轴1-4安装在辅助轮芯支架9上；所述的驱动轮1-2轴心线的另一端上有轴槽，所述的轴槽用于插入所述的辅助芯轴1-4。
驱动轮1由驱动轴1-1、驱动轮芯1-2、U型槽聚氨酯1-3组成，驱动轮1和辅助轴芯1-4共同组成行走轮。驱动轮芯1-2采用铝合金制成，外部包覆U型槽聚氨酯1-3，为了与辅助轮芯1-4配合，驱动轮芯1-2与辅助轮芯1-4的接合面采用凹形结构。相应的，辅助轮芯1-4采用与驱动轮芯1-2相配合的凸形结构。
如图4所示，所述的开合机构包括底座6、开合丝杠14、直线导轨15、丝杠螺母座4、开合电机8；所述的开合丝杠14采用左右旋变螺距变行程梯形丝杠，驱动轮侧与辅助芯轴侧行程比为2：1，开合丝杠14和直线导轨15固定于底座6上，开合丝杠14与开合电机8通过第二锥齿轮组16连接，丝杠螺母座4与直线导轨15构成移动副；所述的丝杠螺母座4分别与驱动轮支架2、辅助轮芯支架9固定连接。
开合丝杠14采用左右旋变螺距变行程梯形丝杠，驱动轮1侧与辅助轮芯1-4侧行程比为2：1，开合丝杠14和第一直线导轨15固定于底座6上，开合丝杠14与开合电机8通过第二锥齿轮组16连接，丝杠螺母座4与第一直线导轨15构成移动副，丝杠螺母座4分别与驱动轮支架2、辅助轮芯支架9固定连接。工作时开合电机8驱动第二锥齿轮组16啮合带动开合丝杠14转动，开合丝杠14带动分别与驱动轮支架2和辅助轮芯支架9相连的丝杠螺母座4从而完成驱动轮1侧和辅助轮芯1-4侧的开合。
如图5所示，所述的抱紧机构包括抱紧块5、抱紧丝杠17、直线导轨18、抱紧电机7；所述的的抱紧丝杠17采用左右旋等螺距梯形丝杠，抱紧丝杠17与抱紧电机7通过第三锥齿轮组19连接，抱紧丝杠17、直线导轨18固定于底座6上；一对抱紧块5分别与安装在直线导轨18上的两个滑块连接，与直线导轨18构成移动副。
抱紧丝杠17采用左右旋等螺距梯形丝杠，抱紧丝杠17与抱紧电机7通过第三锥齿轮组19连接，抱紧丝杠17、直线导轨18固定于底座6上；一对抱紧块5分别与安装在第二直线导轨18上的两个滑块连接，与第二直线导轨18构成移动副。抱紧块5在抱紧电机7作用下，通过第三锥齿轮组19、抱紧丝杠17与第二直线导轨18转化为抱紧柔索的夹持力。
如图6所示，所述的位姿识别机构包括红外对射传感器11、红外漫反射传感器12、微动开关10；所述的驱动轮支架2、辅助轮芯支架9上分别安装有红外对射传感器11，所述的辅助轮芯支架9顶部反向布置两个红外漫反射传感器12，驱动轮支架2开合的位置相应的布置多个微动开关10。
采用本发明的机器人在柔索上行走作业的典型动作过程如下：
该柔索作业机器人轮爪复合机构应用的巡检机器人共由三个手臂组成，三个手臂沿机器人中轴线布置，分别为前臂、中臂和后臂，每个手臂的末端均安装一套轮爪复合机构。当巡检机器人在柔索上直线行走或者平缓爬坡、下坡时，抱紧机构处于打开状态，轮爪复合机构采用行走轮驱动方式工作。
柔索作业机器人行走过程中遇到线路障碍，如高压输电线路上的防震锤或间隔棒时，前臂的轮爪复合机构上的红外漫反射传感器12检测到线路障碍，机器人停止前进，进行姿态调整。首先，前臂上升，当前臂的轮爪复合机构中的红外对射传感器11检测到高压线路时，红外对射传感器11输出信号从高电平转为低电平，前臂停止上升，然后，开合电机8正转，开合丝杠14驱动丝杠螺母座4向两侧移动，连接于丝杠螺母座4上的驱动轮支架2和辅助轮芯支架9向两侧移动，驱动轮1和辅助轮芯1-4分离，行走轮打开，然后前臂下降到最低位置；此时，中臂和后臂的驱动电机3，驱动机器人前进，至中臂的轮爪复合机构上的红外漫反射传感器12检测到线路障碍，机器人停止前进，再次进行姿态调整，前臂上升，至前臂的轮爪复合机构中的红外对射传感器11检测到高压线路，红外对射传感器11输出信号从高电平转为低电平，前臂停止上升，然后，开合电机8反转，开合丝杠14驱动丝杠螺母座4向中间移动，连接于丝杠螺母座4上的驱动轮支架2和辅助轮芯支架9向中间移动，驱动轮1和辅助轮芯1-4接合，行走轮闭合。此后，前臂小幅度下降，使行走轮1压在柔索上，这就完成了前臂的越障，其他手臂越障方式与此相同。
当柔索作业机器人在具有一定交角的柔索间移动，例如跨越输电线地线上的引流跳线时，柔索作业机器人需要进行制动，防止柔索作业机器人产生下滑现象，此时，在前臂行走轮1越障完成压线后，抱紧电机7正转，带动抱紧块5闭合，从而抱紧输电线路，在其他手臂越障完成，需要巡检机器人行走时，抱紧电机7反转，带动抱紧块5打开，松开输电线路。
本发明公开的一种柔索作业机器人轮爪复合机构，兼备行走与夹持功能，结构紧凑，运行安全可靠，夹持力强，满足柔索作业过程中的行走、爬坡和越障要求，简化机器人越障步骤，适用性强。

Claims (3)

1.柔索作业机器人轮爪复合机构，其特征在于：包括行走机构、开合机构、抱紧机构、位姿识别机构；所述的行走机构开合由开合机构控制；所述的抱紧机构下方安装有行走机构，所述的位姿识别机构安装在行走机构上；
所述的行走机构，包括行走轮(1)、驱动轮支架(2)、辅助轮芯支架(9)、驱动电机(3)；行走轮(1)由驱动轴(1-1)、驱动轮(1-2)和辅助芯轴(1-4)组成，驱动轴(1-1)安装在驱动轮(1-2)轴心线的一端上，驱动电机(3)通过第一锥齿轮组(13)与驱动轴(1-1)连接，所述的驱动电机(3)固定于驱动轮支架(2)上；所述的辅助芯轴(1-4)安装在辅助轮芯支架(9)上；所述的驱动轮(1-2)轴心线的另一端上有轴槽，所述的轴槽用于插入所述的辅助芯轴(1-4)；
所述的开合机构包括底座(6)、开合丝杠(14)、直线导轨(15)、丝杠螺母座(4)、开合电机(8)；所述的开合丝杠(14)采用左右旋变螺距变行程梯形丝杠，驱动轮侧与辅助芯轴侧行程比为2：1，开合丝杠(14)和直线导轨(15)固定于底座(6)上，开合丝杠(14)与开合电机(8)通过第二锥齿轮组(16)连接，丝杠螺母座(4)与直线导轨(15)构成移动副；所述的丝杠螺母座(4)分别与驱动轮支架(2)、辅助轮芯支架(9)固定连接；
所述的抱紧机构包括抱紧块(5)、抱紧丝杠(17)、直线导轨(18)、抱紧电机(7)；所述的抱紧丝杠(17)采用左右旋等螺距梯形丝杠，抱紧丝杠(17)与抱紧电机(7)通过第三锥齿轮组(19)连接，抱紧丝杠(17)、直线导轨(18)固定于底座(6)上；一对抱紧块(5)分别与安装在直线导轨(18)上的两个滑块连接，与直线导轨(18)构成移动副。
2.根据权利要求1所述柔索作业机器人轮爪复合机构，其特征在于：所述的驱动轮(1-2)外部包覆U型槽聚氨酯(1-3)。
3.根据权利要求1所述柔索作业机器人轮爪复合机构，其特征在于：所述的位姿识别机构包括红外对射传感器(11)、红外漫反射传感器(12)、微动开关(10)；所述的驱动轮支架(2)、辅助轮芯支架(9)上分别安装有红外对射传感器(11)，所述的辅助轮芯支架(9)顶部反向布置两个红外漫反射传感器(12)，驱动轮支架(2)开合的位置相应的布置多个微动开关(10)。
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