CN107584513B - 移动机器人万向球式自适应柔性连接机构以及检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动机器人万向球式自适应柔性连接机构以及检测系统，连接机构包括第一连接端和第二连接端，第一连接端与第二连接端之间依次设置有万向旋转球、复位座和弹性元件，所述万向旋转球的一端连接第一连接端，另一端套设于第二连接端内部，且通过复位座与设置在第二连接端内部的弹性元件接触，使得第二连接端与第一连接端之间能够随着万向旋转球的运动，发生柔性角度调节。本发明在解决特高频检测的同时，也能适用于其他工业自动化场合下机械臂末端平面无法与操作平面平行的情况下需要自动找正的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动机器人万向球式自适应柔性连接机构以及检测系统。
背景技术
在现今的电力机器人应用领域，已经不在仅仅满足于利用机器人在室外对杆塔类设备进行巡视，而是需要机器人代替人工在全变电站的区域内进行巡视工作，其中变电站室内开关柜的局放检测就是其中一项重要的任务。通过在原有室外机器人上加载带电检测机械臂，利用机械臂来操作高度集成的局放传感器，对开关柜进行特高频、地电波及超声三项局放检测，通过机器人反馈的数据，巡检人员可以及时排查、维护开关柜的问题，保证变电站稳定运行。
在局放检测三项检测项目中，特高频的检测需要将传感器完全贴合在柜体上，如果无法贴合或者传感器接触面与柜体检测面之间有缝隙，则测得的数据是无效的。
然而受机器人导航、控制精度及机械臂加工制造精度等问题的影响，机器人底盘很难停靠在开关柜正确的巡检位置及角度上，最终造成局放传感器无法完全贴合在开关柜表面，则无法进行特高频的局放检测项目。
现今针对此问题的解决方式大多为在机械臂的末端增加一个X轴或者Y轴方向上的旋转自由度，但是此方法只能针对机器人XY面与开关柜表面水平或者垂直方向有夹角的问题，如果需要全面解决这个问题，需要在机械臂末端增加两个自由度，且此方法需要再额外增加一套反馈系统，用来判断机械臂平面与开关柜表面之间的夹角，增加了控制的难度以及机械臂的负载。
因此，如果要完成开关柜自主检测的目标，就需要保证末端局放传感器可以完全贴合在开关柜的视窗表面，为达到这一目标，则需要一种稳定可靠的，且方便控制的机构来配合机械臂进行检测操作。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种移动机器人万向球式自适应柔性连接机构以及检测系统，本发明可以使得传感器紧贴在开关柜或其他待检测设备的主体上，从而可以达到检测的效果。
本发明的第一目的是提供一种移动机器人万向球式自适应柔性连接机构，本连接机构通过弹性元件与万向球的配合，能够在传感器无法完全贴合在开关柜或其他待检测设备表面时，调节自身的角度，进而改变传感器的角度与位置，使其完全紧密贴合于待检测设备表面，保证了检测的高效性。
本发明的第二目的是提供一种基于上述万向球式自适应柔性连接机构的检测系统，该系统能够在移动机器人的机械臂无法将相应的传感器紧密贴合待检测设备表面时，进行自动自适应调节，以保证传感器紧密贴合待检测设备，无需复杂的控制程序，节省移动机器人的定位过程，保证了检测的精确性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种移动机器人万向球式自适应柔性连接机构，包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与第二连接端之间依次设置有万向旋转球、复位座和弹性元件，所述万向旋转球的一端连接第一连接端，另一端套设于第二连接端内部，且通过复位座与设置在第二连接端内部的弹性元件接触，使得第二连接端与第一连接端之间能够随着万向旋转球的运动，发生柔性角度调节。
这样的设计，使得连接机构在弹性元件的作用下具有柔性，且在万向旋转球的作用下，使第一连接端和第二连接端之间的相对距离和相对角度可调，以柔性传递第一连接端和第二连接端之间的作用力。
优选的，所述弹性元件为弹簧。
当然，本领域技术人员能够在本发明的工作原理的启示下，将弹性元件改变为其他装置，如波纹管等，这些属于容易想到的替换方案，理应属于本发明的保护范围。
进一步的，所述第一连接端为固定支架，且固定支架中间设置有固定口，以连接万向旋转球。
进一步的，所述第二连接端为筒状结构，且筒状结构的内沿与万向旋转球的外沿形状相适配，以容纳万向旋转球。
进一步的，所述第二连接端与万向旋转球的连接处设置有调节栓，所述调节栓与万向旋转球的接触面设置有阻尼片，通过控制调节栓的行程以调节柔性连接机构的支撑力及反应速度。
进一步的，所述第二连接端设置有通孔以容纳调节栓，且调节栓的前端设置有螺纹，与通孔上设置的螺纹相适配。
进一步的，所述复位座为具有一突起部分的圆台结构，所述突起部分套装于弹性元件内，所述圆台结构底端接触万向旋转球。
一种移动机器人全向自适应柔性检测系统，包括上述柔性连接机构、传感器和机械臂，所述第一连接端固定传感器，所述第二连接端固定于机械臂上，以实现机械臂与传感器之间的扭矩力的过渡和传递。
所述传感器包括但不限于局放传感器、声音传感器、图像传感器、红外传感器、超声传感器和激光传感器。
所述传感器的四周设置有多个压力传感器，以判断为传感器是否贴合于被检测设备表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一套解决电力机器人自动进行特高频检测时无法贴合问题的机构，提高了机器人进行此类操作的效率。
(2)本发明结构简单，实用性强，易于实现。
(3)本发明在解决特高频检测的同时，也能适用于其他工业自动化场合下机械臂末端平面无法与操作平面平行的情况下需要自动找正的场合。
(4)本发明采用的万向球连接机构的零件结构简单、牢靠，且易加工制作。
(5)本发明提供了一种新颖的行程补差结构，为后续的设计提供了一种思路。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明万向球连接机构结构示意图；
图3(a)和图3(b)为本发明的不同工作状态示意图；
图4为本发明局放传感器压力传感器分布图；
图5为本发明的应用示意图。
其中，1、局放传感器，2、局放固定螺钉，3、局放固定螺母，4、局放固定支架，5、局放固定支架螺钉，6、柔性连接万向旋转球，7、柔性连接复位座，8、柔性连接复位弹簧，9、柔性连接调整螺钉，10、柔性连接阻尼片，11、柔性连接底座，12、柔性连接机械臂连接螺钉，13、机械臂末端。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在传感器无法与待检测设备的表面紧密贴合不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种移动机器人万向球式自适应柔性连接机构以及检测系统。
本申请的一种典型的实施方式中，将其使用到开关柜的局放检测中，如图1所示，提供一种移动机器人万向球式自适应柔性连接机构。
当机器人定位精度良好，即当机器人XZ平面开关柜平面之间没有水平或者垂直方向的夹角时，特高频检测可通过局放传感器直接与开关柜柜体贴合来进行；
但大多数情况下，机器人定位精度无法满足特高频检测的需求，即机器人XZ平面与开关柜平面之间必定会有一个水平或者垂直方向的夹角(或者两者都有)，则无法靠机械臂的对准来直接进行特高频的检测。此种情况下，两平面之间的夹角将通过万向球式自适应柔性连接机构的转角来进行弥补，从而使局放传感器表面在机械臂推力的作用下，完全压合在开关柜的表面。
一种移动机器人万向球式自适应柔性连接机构，如图1所示，机构通过机械臂来控制局放传感器的定位位置，依靠全向柔性机构来弥补因为机器人底盘的定位精度不高造成的局放传感器检测表明与开关柜表面之间的倾角，最终达到使局放传感器可以紧密贴合在开关柜表面从而可以顺利进行特高频检测的目的。
具体的说，一种移动机器人万向球式自适应柔性连接机构，包括局放固定支架4，局放固定支架螺钉5，柔性连接万向旋转球6，柔性连接复位座7，柔性连接复位弹簧8，柔性连接调整螺钉9，柔性连接阻尼片10和柔性连接底座11。
如图2所示，柔性连接复位弹簧8套合在柔性连接底座11上，柔性连接复位座7也套合在柔性连接底座11上，且压在柔性连接复位弹簧8上；
柔性连接万向旋转球6套合在柔性连接底座11上，柔性连接阻尼片10嵌合在柔性连接底座11内，一面与柔性连接万向旋转球6贴合，另一面与柔性连接调整螺钉9贴合，通过调整柔性连接调整螺钉9的行程，来调整柔性连接阻尼片10与柔性连接万向旋转球6之间的阻尼，以达到调整柔性连接支撑力及反应速度的目的；
局放固定支架4的一头通过局放固定支架螺钉5固定在柔性连接万向旋转球6上，另一头通过局放固定螺钉2及局放固定螺母3与局放传感器1连接；
柔性连接底座11通过六颗柔性连接机械臂连接螺钉12与机械臂末端13连接。
集成的局放传感器内部四个角各有一个压力传感器，用来检测传感器是否已经贴合在开关柜表面上，如图4所示。
当进行特高频检测时，局放传感器1在机械臂的控制下定位到特高频检测点，如图3(a)所示，因为机器人底盘定位精度的问题，造成局放传感器检测面与开关柜表面有一定的夹角，如果局放传感器与机械臂之间为刚性连接，则在此种状态下局放传感器无法完全贴合在开关柜的表面。
在增加了万向球连接机构以后，当局放传感器1与开关柜表面存在垂直夹角时，在特高频检测时局放传感器1可以通过机械臂13继续向开关柜推进，当局放传感器1与开关柜表面间隙较小的那一边接触后，此时柔性连接万向旋转球6在局放固定支架4的带动下开始向左侧转动，并带动柔性连接复位座7向下移动，压缩柔性连接复位弹簧8，直到局放传感器1的另一边与开关柜表面接触；当局放传感器1对角的压力传感器有数值后，则可以判断为局放传感器1已经贴合在开关柜上了；
同理，当局放传感器1与开关柜表面存在水平夹角时，柔性连接万向旋转球6向一侧转动，同样可以使局放传感器1与开关柜表面贴合；
当局放传感器1与开关柜表面既有水平夹角又有垂直夹角时，则柔性连接万向旋转球6向其矢量夹角方向旋转，是局放传感器1与开关柜表面贴合。
当局放检测完成后，机械臂13向后移动，则柔性连接复位座7在柔性连接复位弹簧8的推动向上移动，带动柔性连接万向旋转球6回到初始位置，则局放传感器1回到设计初始位置。
本发明通过简单的万向球及弹簧复位机构实现了在机器人定位精度不准的前提下依然可以进行特高频检测的目的，结构简单、可靠。
万向球连接机构的使用不仅实现了特高频测试的目的，也为局放传感器增加了一种缓冲保护，避免了一些意外的损伤。
万向球连接机构带有阻尼器，可方便调节万向球连接机构的支撑力及缓冲反应速度。
本发明除可以用于特高频的检测外，还可以应用在其他类似需要柔性定位机构的工业机器人领域，使用范围广。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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 (7)
1.一种移动机器人万向球式自适应柔性检测系统，其特征是：包括柔性连接机构、传感器和机械臂，所述柔性连接机构包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与第二连接端之间依次设置有万向旋转球、复位座和弹性元件，所述万向旋转球的一端连接第一连接端，另一端套设于第二连接端内部，且通过复位座与设置在第二连接端内部的弹性元件接触，使得第二连接端与第一连接端之间能够随着万向旋转球的运动，发生柔性角度调节；依靠柔性机构弥补机器人底盘的定位精度造成的传感器检测表面与开关柜表面之间的倾角；
所述第二连接端与万向旋转球的连接处设置有调节栓，所述调节栓与万向旋转球的接触面设置有阻尼片，通过控制调节栓的行程以调节柔性连接机构的支撑力及反应速度；
所述第一连接端固定传感器，所述第二连接端固定于机械臂上，以实现机械臂与传感器之间的扭矩力的过渡和传递；
所述传感器的四周设置有多个压力传感器，以判断传感器是否贴合于被检测设备表面；
当传感器与被检测设备表面存在垂直夹角时，在特高频检测时传感器通过机械臂继续向被检测设备推进，当传感器与被检测设备表面间隙较小的那一边接触后，万向旋转球在第一连接端的带动下向已经接触的那一边转动，并带动复位座向下移动，压缩弹性元件，直到传感器的另一边与被检测设备表面接触；当传感器对角的压力传感器有数值后，则判断为传感器已经贴合在被检测设备表面；
当传感器与被检测设备表面存在水平夹角时，万向旋转球向一侧转动，同样可以使传感器与被检测设备表面贴合；
当传感器与被检测设备表面既有水平夹角又有垂直夹角时，则万向旋转球向其矢量夹角方向旋转，使传感器与被检测设备表面贴合；
当检测完成后，机械臂向后移动，复位座在弹性元件的推动向上移动，带动万向旋转球回到初始位置。
2.如权利要求1所述的一种移动机器人万向球式自适应柔性检测系统，其特征是：所述弹性元件为弹簧。
3.如权利要求1所述的一种移动机器人万向球式自适应柔性检测系统，其特征是：所述第一连接端为固定支架，且固定支架中间设置有固定口，以连接万向旋转球。
4.如权利要求1所述的一种移动机器人万向球式自适应柔性检测系统，其特征是：所述第二连接端为筒状结构，且筒状结构的内沿与万向旋转球的外沿形状相适配，以容纳万向旋转球。
5.如权利要求1所述的一种移动机器人万向球式自适应柔性检测系统，其特征是：所述第二连接端设置有通孔以容纳调节栓，且调节栓的前端设置有螺纹，与通孔上设置的螺纹相适配。
6.如权利要求1所述的一种移动机器人万向球式自适应柔性检测系统，其特征是：所述复位座为具有一突起部分的圆台结构，所述突起部分套装于弹性元件内，所述圆台结构底端接触万向旋转球。
7.如权利要求1所述的一种移动机器人万向球式自适应柔性检测系统，其特征是：所述传感器包括局放传感器、声音传感器、图像传感器、红外传感器、超声传感器和激光传感器。
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