CN106891336A - 一种机器人的锁合机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于巡检机器人技术领域，具体地说是一种机器人的锁合机构。包括第一支架、第二支架、第一连杆机构、第二连杆机构、双向直线驱动机构、行走驱动电机及行走轮，其中双向直线驱动机构设置于机器人手臂上，第一支架和第二支架的一端分别通过第一连杆机构和第二连杆机构与双向直线驱动机构的两侧输出端连接，第一支架和第二支架的另一端相对应，行走驱动电机固定安装在第一支架或第二支架的另一端，行走轮设置于行走驱动电机的输出轴上、并位于第一支架和第二支架之间，双向直线驱动机构同时驱动两侧输出端反向直线运动，从而实现第一支架和第二支架的打开或闭合。本发明采用行走和开合的复合机构，兼有行走和保护功能。

Description

一种机器人的锁合机构

技术领域

本发明属于巡检机器人技术领域，具体地说是一种机器人的锁合机构。

背景技术

输电线路是电力系统极为重要的组成部分，为了保证其安全稳定的运行，需要定期进行巡视检查。目前，采用的方法主要有人工巡检和直升机巡检。人工巡检的效率低，劳动强度大，危险性高；直升机巡检的成本高，巡检质量易受气候影响。因此，需要研制能够携带通信和巡检仪器的机器人来代替人工对输电线路进行自动巡检，以提高效率，确保输电线路的安全运行。在现有的超高压输电线巡检机器人机构中，大部分采用由轮式移动和复合连杆机构组合而成的复合移动机构(参见文献1：Jun Sawada，Kazuyuki Kusumoto，Tadashi Munakata，Yasuhisa Maikawa，Yoshinobu Ishikawa，“A Mobile Robot ForInspection of Power Transmission Lines”，IEEE Trans.Power Delivery，1991，Vol.6，No.1：pp..309-315；文献2：Mineo Higuchi，Yoichiro Maeda，SadahiroTsutani，Shiro Hagihara，“Development of a Mobile Inspection Robot for PowerTransmission Lines”，J.of the Robotics Society of Japan，Japan，Vol.9，No.4，pp.457-463，1991)，或者采用多组移动单元串联组成的多自由度移动机构(文献3：Shin-ichi Aoshima，Takeshi Tsujimura，Tetsuro Yabuta，“A Wire MobileRobot with Multi-unit Structure”，IEEE/RSJ Intermational Workshop on IntelligentRobots and Systems’89，Sep.4-6，1989，Tsukuba，Japan，pp.414-421)。目前巡检机器人多采用行走轮沿输电线路行走，由于操作不当或者天气等原因，机器人的行走轮容易从输电线路上脱落，安全保护性差。开合机构可以保证机器人的行走轮处于开合机构内，可以有效防止机器人线路脱线，安全保护性好。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种机器人的锁合机构。该开合机构具有增强机器人越障和保护能力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种机器人的锁合机构，包括第一支架、第二支架、第一连杆机构、第二连杆机构、双向直线驱动机构、行走驱动电机及行走轮，其中双向直线驱动机构设置于机器人手臂上，所述第一支架和第二支架的一端分别通过第一连杆机构和第二连杆机构与所述双向直线驱动机构的两侧输出端连接，所述第一支架和第二支架的另一端相对应，所述行走驱动电机固定安装在所述第一支架或第二支架的另一端，所述行走轮设置于所述行走驱动电机的输出轴上、并位于所述第一支架和第二支架之间，所述双向直线驱动机构同时驱动两侧输出端反向直线运动，从而实现所述第一支架和第二支架的打开或闭合。

所述第一支架和第二支架的另一端均设有弯折结构，当所述第一支架和第二支架闭合时，所述第一支架和第二支架另一端的弯折结构闭合成用于容置所述行走轮的空间结构，该空间结构用于防止所述行走轮由架空输电线上脱落。

所述双向直线驱动机构为丝杠丝母机构，包括丝杠、第一丝母、第二丝母及开合驱动电机，其中丝杠的两端转动安装在机器人手臂上，所述开合驱动电机安装在机器人手臂上、并输出端与所述丝杠连接，所述丝杠由所述开合驱动电机驱动旋转，所述丝杠上设有两段反向螺纹，所述第一丝母和第二丝母分别与该两段反向螺纹连接，所述第一连杆机构和第二连杆机构分别与所述第一丝母和第二丝母铰接。

所述第一连杆机构包括第一连杆和第二连杆，其中第一连杆的一端通过第一旋转关节与所述第一丝母连接，另一端通过第二旋转关节与所述第二连杆的中间部分连接，所述第二连杆的一端与所述第一支架的一端固定连接，所述第二连杆的另一端通过第三旋转关节与机器人手臂连接。

所述第二连杆机构包括第三连杆和第四连杆，其中第三连杆的一端通过第四旋转关节与所述第二丝母连接，另一端通过第五旋转关节与所述第四连杆的中间部分连接，所述第四连杆的一端与所述第二支架的一端固定连接，所述第四连杆的另一端通过第六旋转关节与机器人手臂连接。

所述第一支架与第二连杆垂直，所述第二支架与第四连杆垂直。

所述丝杠通过齿轮传动装置与所述开合驱动电机的输出轴连接。

所述齿轮传动装置包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮安装在所述开合驱动电机的输出轴上，所述开合驱动电机的输出轴与所述丝杠垂直，所述第二锥齿轮套设于所述丝杠上、并与所述丝杠固定连接，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合。

所述行走轮上沿周向设有用于在架空输电线上行走的轮槽。

所述开合机构成对使用，两组所述开合机构分别安装在巡检机器人的前、后手臂上，通过巡检机器人车体和手臂的协调运动，可沿线行走并跨越架空输电线上的障碍物。

本发明具有如下优点及有益效果：

1.本发明采用行走和开合的复合机构，兼有行走和保护功能。

2.本发明使输电线路始终处于支架与连杆构成的密闭空间中，可有效防止机器人脱线，安全保护性好。

3.本发明连杆机构可有效减小机器人的越障空间，便于机器人的越障。

4.本发明适用于超高压和特高压输电线路的巡检与作业，应用范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明张开状态示意图；

图3为超高压输电线路障碍环境示意图；

图4a-4f为巡检机器人沿线行进并跨越架空输电线上障碍物的过程示意图。

其中：1为第三旋转关节，2为第二旋转关节，3为第二连杆，4为第一连杆，5为开合驱动电机，6为第一锥齿轮，7为第二锥齿轮，8为丝杠，9为第一丝母，10为第一旋转关节，11为第一支架，12为第六旋转关节，13为第五旋转关节，14为第四连杆，15为第三连杆，16为第二丝母，17为第四旋转关节，18为行走驱动电机，19为行走轮，20为第二支架，21为绝缘子，22为第一防振锤，23为悬垂金具及线夹，24为架空输电线，25为第二防振锤，26为前开合机构，27为机器人前手臂，28为后开合机构，29为机器人后手臂。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种机器人的锁合机构，包括第一支架11、第二支架20、第一连杆机构、第二连杆机构、双向直线驱动机构、行走驱动电机18及行走轮19，其中双向直线驱动机构设置于机器人手臂上，所述第一支架11和第二支架20的一端分别通过第一连杆机构和第二连杆机构与所述双向直线驱动机构的两侧输出端连接。所述第一支架11和第二支架20的另一端相对应，所述行走驱动电机18固定安装在所述第一支架11或第二支架20的另一端，所述行走轮19设置于所述行走驱动电机18的输出轴上、并位于所述第一支架11和第二支架20之间，所述双向直线驱动机构同时驱动两侧输出端反向直线运动，从而实现所述第一支架11和第二支架20的打开或闭合。

所述第一支架11和第二支架20的另一端均设有弯折结构，当所述第一支架11和第二支架20闭合时，所述第一支架11和第二支架20另一端的弯折结构闭合，开合机构闭合成用于容置所述行走轮19的空间结构，该空间结构用于防止所述行走轮19由架空输电线上脱落。本实施例中，所述行走轮19的轮轴通过轴承安装在第二支架20上，所述行走驱动电机18驱动所述行走轮19转动。所述行走轮19上沿周向设有用于在架空输电线上行走的轮槽，所述行走轮19通过轮槽行走于架空输电线上。

所述双向直线驱动机构为丝杠丝母机构，包括丝杠8、第一丝母9、第二丝母16及开合驱动电机5，其中丝杠8水平安装在机器人手臂上、并可转动，所述开合驱动电机5安装在机器人手臂上、并输出端与所述丝杠8连接，所述丝杠8上设有两段反向螺纹，所述第一丝母9和第二丝母16分别与该两段反向螺纹连接。所述丝杠8由所述开合驱动电机5驱动旋转，所述第一丝母9和第二丝母16同时向相反方向运动，所述第一连杆机构和第二连杆机构分别与所述第一丝母9和第二丝母16铰接。

所述丝杠8进一步通过齿轮传动装置与所述开合驱动电机5的输出轴连接，所述齿轮传动装置包括第一锥齿轮6和第二锥齿轮7，所述第一锥齿轮6安装在所述开合驱动电机5的输出轴上，所述开合驱动电机5的输出轴与所述丝杠8垂直，所述第二锥齿轮7套设于所述丝杠8上、并与所述丝杠8固定连接，所述第一锥齿轮6和第二锥齿轮7为45度啮合。所述开合驱动电机5驱动第一锥齿轮6旋转，所述第一锥齿轮6驱动所述第二锥齿轮7旋转，从而带动所述丝杠8旋转。

所述第一连杆机构包括第一连杆4和第二连杆3，其中第一连杆4的一端通过第一旋转关节10与所述第一丝母9连接，另一端通过第二旋转关节2与所述第二连杆3的中间部分连接，所述第二连杆3的一端与所述第一支架11的一端固定连接，所述第一支架11与第二连杆3垂直，所述第二连杆3的另一端通过第三旋转关节1与机器人手臂连接。

所述第二连杆机构包括第三连杆15和第四连杆14，其中第三连杆15的一端通过第四旋转关节17与所述第二丝母16连接，另一端通过第五旋转关节13与所述第四连杆14的中间部分连接，所述第四连杆14的一端与所述第二支架20的一端固定连接，所述第二支架20与第四连杆14垂直，所述第四连杆14的另一端通过第六旋转关节12与机器人手臂连接。

本实施例中，所述第一连杆机构和第二连杆机构可有效减小机器人的越障空间，便于机器人的越障。

本发明的工作原理如下：

所述第一锥齿轮6垂直方向放置，所述第二锥齿轮7与第一锥齿轮6为45度啮合，沿水平方向放置，所述开合驱动电机5垂直方向放置，通过所述开合驱动电机驱动5驱动第一锥齿轮6转动，带动第二锥齿轮7沿水平方向转动。所述丝杠8与第二锥齿轮7固连，所述第一丝母9为左旋，所述第二丝母16为右旋。当第二锥齿轮7带动丝杠8转动，所述第一丝母9和第二丝母16分别向相反方向运动，通过所述第一连杆4带动第二连杆3绕第三旋转关节1转动，通过所述第三连杆15带动第四连杆14绕第六旋转关节12转动。由于第一支架11与第二连杆3固连，第二支架20与第四连杆14固连，因此实现第一支架11与第二支架20的打开与闭合。当所述第一丝母9和所述第二丝母16向远离对方的方向运动时，所述第一支架11与第二支架20张开，如图2所示；当所述第一丝母9和所述第二丝母16相向运动时，所述第一支架11与第二支架20闭合。

在实际应用中，所述开合机构成对使用，两组所述开合机构分别安装在巡检机器人的前、后手臂上，通过巡检机器人车体和手臂的协调运动，可沿线行走并通过开合动作跨越架空输电线上的障碍物。本发明的开合机构使输电线路始终处于支架与连杆构成的密闭空间中，可有效防止机器人脱线，安全保护性好。

请参阅图3，图3为超高压输电线路障碍环境示意图。在架空输电线24上主要的障碍物为绝缘子21、第一防振锤22、悬垂金具及线夹23、第二防振锤25等。实际应用时，需将两组结构相同的本发明开合机构分别安装于巡检机器人的前、后手臂上，前、后手臂具有转动自由度和移动自由度，前、后手臂通过移动关节或者旋转关节连接于机器人的车体上。本发明开合机构工作时，由行走驱动电机18驱动行走轮19，带动机器人在架空输电线24上行走，通过机器人车体和手臂的协调运动，可沿线行进并通过开合动作跨越架空输电线24上的各障碍物。

当行走机构带动巡检机器人以速度V在架空输电线24上行走，遇到第一防振锤停22下(如图4a所示)，机器人前手臂27伸长，使前端一组机构升高，脱离架空输电线24，行走于前端的一组机构的前开合机构26松开，后端的一组机构的行走机构驱动巡检机器人车体和手臂行走，遇到第一防振锤22停下，此时，机器人前手臂27已越过下方的第一防振锤22(如图4b所示)，机器人前手臂27收缩，使前端一组机构的夹持机构重新落到架空输电线24上，前开合机构26闭合(如图4c所示)，此后机器人后手臂29将跨越第一防振锤22，其跨越第一防振锤22的过程和机器人前手臂27相同。

巡检机器人继续沿线前行，遇到悬垂金具及线夹23，机器人前手臂27伸长，使前端一组机构升高，脱离架空输电线24，行走于前端的一组机构的前开合机构26松开，后端的一组机构的行走机构驱动机器人车体和手臂行走，遇到悬垂金具及线夹23停下，此时，机器人前手臂27已越过下方的悬垂金具及线夹23(如图4d所示)，机器人前手臂27收缩，使前端一组机构的前开合机构26重新落到架空输电线24上，前开合机构26闭合(如图4e所示)，此后机器人后手臂29将跨越悬垂金具及线夹23，其跨越悬垂金具及线夹23的过程和机器人前手臂27相同。

巡检机器人跨越第二防振锤25的过程同跨越第一防振锤22的过程相似，越过后的状态如图4f所示。

本发明巡检机器人跨越防震锤22时，可采用遇到第一防振锤停22下，机器人前手臂27伸长，使前端一组机构升高，脱离架空输电线24，后端的一组机构的行走机构驱动巡检机器人车体和手臂行走，遇到第一防振锤22停下，此时，机器人前手臂27已越过下方的第一防振锤22，机器人前手臂27收缩，使前端一组机构的夹持机构重新落到架空输电线24上，此后跨越第一防振锤22，其跨越第一防振锤22的过程和机器人前手臂27相同。

本发明采用行走和开合的复合机构，兼有行走和保护功能，在机器人巡检过程中使输电线路始终处于支架与连杆构成的密闭空间中，可有效防止机器人脱线，安全保护性好。本发明适用于超高压和特高压输电线路的巡检与作业，应用范围广。

Claims (10)

1.一种机器人的锁合机构，其特征在于，包括第一支架(11)、第二支架(20)、第一连杆机构、第二连杆机构、双向直线驱动机构、行走驱动电机(18)及行走轮(19)，其中双向直线驱动机构设置于机器人手臂上，所述第一支架(11)和第二支架(20)的一端分别通过第一连杆机构和第二连杆机构与所述双向直线驱动机构的两侧输出端连接，所述第一支架(11)和第二支架(20)的另一端相对应，所述行走驱动电机(18)固定安装在所述第一支架(11)或第二支架(20)的另一端，所述行走轮(19)设置于所述行走驱动电机(18)的输出轴上、并位于所述第一支架(11)和第二支架(20)之间，所述双向直线驱动机构同时驱动两侧输出端反向直线运动，从而实现所述第一支架(11)和第二支架(20)的打开或闭合。

2.按权利要求1所述的机器人的锁合机构，其特征在于，所述第一支架(11)和第二支架(20)的另一端均设有弯折结构，当所述第一支架(11)和第二支架(20)闭合时，所述第一支架(11)和第二支架(20)另一端的弯折结构闭合成用于容置所述行走轮(19)的空间结构，该空间结构用于防止所述行走轮(19)由架空输电线上脱落。

3.按权利要求1所述的机器人的锁合机构，其特征在于，所述双向直线驱动机构为丝杠丝母机构，包括丝杠(8)、第一丝母(9)、第二丝母(16)及开合驱动电机(5)，其中丝杠(8)的两端转动安装在机器人手臂上，所述开合驱动电机(5)安装在机器人手臂上、并输出端与所述丝杠(8)连接，所述丝杠(8)由所述开合驱动电机(5)驱动旋转，所述丝杠(8)上设有两段反向螺纹，所述第一丝母(9)和第二丝母(16)分别与该两段反向螺纹连接，所述第一连杆机构和第二连杆机构分别与所述第一丝母(9)和第二丝母(16)铰接。

4.按权利要求3所述的机器人的锁合机构，其特征在于，所述第一连杆机构包括第一连杆(4)和第二连杆(3)，其中第一连杆(4)的一端通过第一旋转关节(10)与所述第一丝母(9)连接，另一端通过第二旋转关节(2)与所述第二连杆(3)的中间部分连接，所述第二连杆(3)的一端与所述第一支架(11)的一端固定连接，所述第二连杆(3)的另一端通过第三旋转关节(1)与机器人手臂连接。

5.按权利要求4所述的机器人的锁合机构，其特征在于，所述第二连杆机构包括第三连杆(15)和第四连杆(14)，其中第三连杆(15)的一端通过第四旋转关节(17)与所述第二丝母(16)连接，另一端通过第五旋转关节(13)与所述第四连杆(14)的中间部分连接，所述第四连杆(14)的一端与所述第二支架(20)的一端固定连接，所述第四连杆(14)的另一端通过第六旋转关节(12)与机器人手臂连接。

6.按权利要求5所述的巡检机器人的开合机构，其特征在于，所述第一支架(11)与第二连杆(3)垂直，所述第二支架(20)与第四连杆(14)垂直。

7.按权利要求3所述的机器人的锁合机构，其特征在于，所述丝杠(8)通过齿轮传动装置与所述开合驱动电机(5)的输出轴连接。

8.按权利要求7所述的机器人的锁合机构，其特征在于，所述齿轮传动装置包括第一锥齿轮(6)和第二锥齿轮(7)，所述第一锥齿轮(6)安装在所述开合驱动电机(5)的输出轴上，所述开合驱动电机(5)的输出轴与所述丝杠(8)垂直，所述第二锥齿轮(7)套设于所述丝杠(8)上、并与所述丝杠(8)固定连接，所述第一锥齿轮(6)和第二锥齿轮(7)啮合。

9.按权利要求2所述的机器人的锁合机构，其特征在于，所述行走轮(19)上沿周向设有用于在架空输电线上行走的轮槽。

10.按权利要求1-9任一项所述的机器人的锁合机构，其特征在于，所述开合机构成对使用，两组所述开合机构分别安装在巡检机器人的前、后手臂上，通过巡检机器人车体和手臂的协调运动，可沿线行走并跨越架空输电线上的障碍物。