CN108312133B - 一种机械臂挂取安全锁扣结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械臂挂取安全锁扣结构，属于机器人技术领域。一种机械臂挂取安全锁扣结构，包括：依次连接的大臂驱动电机、机械臂大臂、小臂驱动电机、机械臂小臂、末端执行器组件以及安全锁扣；末端执行器组件通过电磁铁与安全锁扣连接，完成系挂操作；末端执行器组件通过撞击将安全锁扣与末端执行器连接在一起，完成摘取操作。本发明提供一种机械臂与安全锁扣配合的结构，通过攀爬机器人代替人工攀爬至电力铁塔指定位置进行系挂或摘取安全锁扣工作，避免电力工人自行攀爬电力铁塔而出现的危险，提高了电力作业的安全性。

Description

一种机械臂挂取安全锁扣结构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种机械臂挂取安全锁扣结构。

背景技术

目前，高压输电线及高压塔架是关乎我们国家民生问题的重点工程，为了保证电力铁塔正常工作，需要长期不断对铁塔状况进行巡检。在电力工人师傅作业过程中，为了防止发生高空坠落的危险，电工师傅在攀爬电力铁塔过程中都会佩戴防坠安全绳，但是在日常作业中，人工系挂和摘取带有安全绳的安全锁扣非常危险。

目前，在电力系统中有各种电力铁塔攀爬机器人，可以代替人工进行安全锁扣的系挂和摘取，但现有机器人的机械臂都不具备系挂和摘取安全锁扣的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械臂挂取安全锁扣结构，以解决现有电力铁塔攀爬机器人不具备系挂和摘取安全锁扣能力的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种机械臂挂取安全锁扣结构，包括：依次连接的大臂驱动电机、机械臂大臂、小臂驱动电机、机械臂小臂、末端执行器组件以及安全锁扣；

末端执行器组件包括连接板、固定板以及转动板；连接板包括固定端和自由端，固定端与机械臂小臂连接，自由端自由放置；固定板的板面与连接板的板面相对并且固定板与连接板固定连接；转动板通过旋转轴与固定板的边缘旋转连接，转动板的转动方向为朝向固定板的中部所在的方向，转动板通过回弹件与旋转轴连接；连接板、固定板和转动板形成开口腔体；

安全锁扣包括安全锁扣本体以及设置在安全锁扣本体上的环形撞杆，安全锁扣本体通过电磁铁与所述连接板连接。

本发明的大臂驱动电机可以驱动机械臂大臂做围绕自身的旋转运动或围绕大臂驱动电机的旋转运动；小臂驱动电机可以驱动机械臂小臂做围绕自身的旋转运动或围绕小臂驱动电机的旋转运动。相互连接的大臂驱动电机、机械臂大臂、小臂驱动电机和机械臂小臂可以使机械臂的末端执行器组件具有多个自由度，能够使末端执行器处于各个位置，此外，驱动电机还能为末端执行器提供撞击的动力。

末端执行器的连接板通过电磁铁与安全锁扣本体连接在一起，末端执行器在攀爬机器人的带动下移动到电力铁塔的高处，系有安全绳的安全锁扣通过末端执行器带到铁塔的横梁处，将安全锁扣系挂在横梁处，完成安全锁扣的系挂操作。

末端执行器的连接板、固定板和转动板形成开口腔体，转动板的转动方向为朝向转动板的中部所在的方向，即转动板的转动方向为朝向开口腔体所在的方向，用转动板去撞击横杆，转动板转动后，横杆的一部分会置于开口腔体中，然后转动板在回弹件的作用下回到初始位置，回弹后的转动板置于横杆的中腔，末端执行器和安全锁扣相互通过卡扣连接在一起，再将安全锁扣从横梁处取下，然后随攀爬机器人降落到地面，完成安全锁扣的摘取操作。

安全锁扣悬吊的安全绳较长，带有安全锁的安全锁扣具有很大的重量，此时可以增大通过电磁铁的电流，从而增大吸引力，防止安全锁扣坠落。同时，由于带有安全绳的安全锁扣具有很大的重量，在用转动板撞击撞杆时，安全锁扣不会出现较大的偏置或滚动，能够保证撞击操作的顺利进行。由于安全锁扣本体的阻挡，转动件置于环形撞杆中时，环形撞杆不会在重力的作用下不会再次撞开转动板，使末端执行器一直与安全锁扣连接在一起，不会脱离，直到攀爬机器人回到地面。

本发明通过电磁铁的通电和断电即可将安全锁扣系挂于指定位置，实现系挂操作，通过机械臂带动转动板撞击撞杆，即可将末端执行器组件与安全锁扣连接在一起，实现摘取操作，操作简单，能够快速实现安全锁扣的系挂或摘取操作。

进一步地，上述固定板与转动板连接的位置与自由端相对。

本发明的转动板处于连接板的自由端，在进行撞击操作时，方便连接板的撞击操作。

进一步地，上述固定板包括限制转动板向远离固定板的中部所在方向转动的限位块，限位块与旋转轴固定连接。

进一步地，上述自由端设有限制转动板向远离固定板的中部所在的方向转动的限位孔。

本发明的限位块和限位孔均可以限制转动板向远离开口腔体的方向转动，限位块和限位孔共同作用，提高转动板在承载安全锁扣时的承载能力。

进一步地，上述回弹件为扭力弹簧。

进一步地，上述电磁铁的一个磁极与连接板的板面固定连接，电磁铁的另一个磁极贯穿固定板并与安全锁扣本体连接。

本发明的电磁铁贯穿固定板连接安全锁扣和连接板，在电磁铁吸住安全锁扣向上升时，竖直方向的力会传递到固定板上，降低对电磁铁与连接板固定连接位置的载荷，防止电磁铁与连接板脱离。

进一步地，上述安全锁扣本体设有与电磁铁相匹配的限位槽。

本发明的限位槽可以防止电磁铁在重力的作用下从安全锁扣本体上滑落。

进一步地，上述安全锁扣本体设有环形的挡块，自由端置于挡块的中腔内。

本发明的连接板置于挡块的中腔内，电磁铁突然断电或电磁铁从安全锁扣上滑落时，安全锁扣的挡块可以套在连接板中，防止安全锁扣突然坠落。

进一步地，上述安全锁扣还包括信号接收模块、控制器、设置在安全锁扣本体内的电磁阀以及与电磁阀连接的锁舌；控制器分别与信号接收模块和电磁阀电连接。

本发明的控制器通过信号接收模块传递的信号控制电磁阀的开关，从而控制锁舌的伸缩，达到安全锁扣的自动开、关的功能。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种机械臂与安全锁扣配合的结构，通过攀爬机器人代替人工攀爬至电力铁塔指定位置进行系挂或摘取安全锁扣工作，避免电力工人自行攀爬电力铁塔而出现的危险，提高了电力作业的安全性。

附图说明

图1为本发明的机械臂挂取安全锁扣结构的结构示意图；

图2为本发明的末端执行器组件和电磁铁的组合结构示意图；

图3为本发明的末端执行器组件和电磁铁的爆炸图；

图4为本发明的安全锁扣的结构示意图。

图中：10-大臂驱动电机；20-机械臂大臂；30-小臂驱动电机；40-机械臂小臂；50-末端执行器组件；51-连接板；52-固定板；53-转动板；54-开口腔体；55-限位块；56-限位孔；57-固定端；58-自由端；60-安全锁扣；61-安全锁扣本体；62-撞杆；63-限位槽；64-挡块；65-锁孔；66-锁舌；67-系绳孔；70-电磁铁；80-定位柱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

请参照图1，机械臂挂取安全锁扣结构由依次连接的大臂驱动电机10、机械臂大臂20、小臂驱动电机30、机械臂小臂40、末端执行器组件50、电磁铁70和安全锁扣60组成。大臂驱动电机10安装在攀爬机器人上，安全锁扣60的末端系有安全绳。电磁铁70通电后连接末端执行器组件50和安全锁扣60，断电后末端执行器组件50和安全锁扣60分离。

请参照图2和图3，末端执行器组件50由连接板51、固定板52和转动板53组成。连接板51的一端通过螺钉与机械臂小臂40固定连接，连接板51的另一端自由放置。连接板51与机械臂小臂40连接的一端为固定端57，自由放置的一端为自由端58。连接板51的自由端58设有一个方形的限位孔56。

连接板51的两个面积最大的面为连接板51的板面，固定板52的两个面积最大的面为固定板52的板面。固定板52的板面与连接板51的板面相对并且平行，固定板52和连接板51之间具有间隙，固定板52的延伸方向和连接板51的延伸方向相同。固定板52的一端通过定位柱80与连接板51连接，再通过螺钉将固定板52与定位柱80、连接板51与定位柱80分别固定连接在一起，使固定板52和连接板51固定连接并且固定板52和连接板51之间具有一定的间隙，间隙的大小即为定位柱80的高度。固定板52的另一端与连接板51的自由端58同向并且设有2个相互对应的限位块55，2个限位块55通过旋转轴连接在一起，旋转轴的延伸方向与固定板52的延伸方向相互垂直。

转动板53置于连接板51和固定板52之间，转动板53的初始位置垂直于固定板52并且转动板53与固定板52连接的位置与连接板51的自由端58相对。在本发明的其它实施例中，转动板53还可以与固定板52的其它边缘连接，如转板53与固定板52的侧边缘连接。

转动板53的一端通过旋转轴与固定板52旋转连接，转动板53与旋转轴之间通过扭力弹簧连接，转动板53旋转后会在扭力弹簧的作用下回到初始位置，转动板53的另一端与方形限位孔56的一个侧面配合，限制转动板53向远离固定板52中部的方向旋转，并且由于限位孔56的阻挡，能够提高转动板53的载重能力，限位孔56的大小不会阻挡转动板53旋转。此外，转动板53还与限位块55匹配，限位块55同样能限制转动板53向远离固定板52中部的方向旋转。

连接板51、固定板52和转动板53形成了一个开口腔体54。限位孔56和限位块55均可以阻挡转动板53从其初始位置向远离开口腔体54方向旋转，即转动板53在初始位置时只能向开口腔体54方向单向旋转。在本发明的其它实施例中，可以只设置限位块55或限位孔56实现转动板53的单向旋转。

请参照图4，安全锁扣60包括安全锁扣本体61，安全锁扣本体61的同一侧设有限位槽63和挡块64。限位槽63的形状和大小与电磁铁70相匹配，防止在安全锁扣60和安全绳的重力作用或在进行系挂安全锁扣60时，安全锁扣60与电磁铁70之间出现相对滑动，从而不能正常进行系挂操作或安全锁扣60从高空坠落。挡块64呈环形，其中腔能够容纳连接板51的自由端58，挡块64垂直设置在安全锁扣本体61上。

安全锁扣60还包括设置在挡块64顶部的撞杆62，撞杆62受撞击的位置能够进入到开口腔体54中，撞杆62的中腔能够容纳转动板53。显然，撞杆62还能直接设置在安全锁扣本体61的侧面等其它位置，以匹配机械臂方便施力进行撞击方向。

安全锁扣本体61上具有锁孔65、锁舌66和系绳孔67。锁舌66可以伸缩，从而完成锁孔65的打开和关闭操作。系绳孔67上系有安全绳。

安全锁扣60还包括信号接收模块、控制器以及电磁阀。控制器分别与信号接收模块和电磁阀电连接。信号接收模块将接收到的无线信号传递给控制器，控制器通过接收到的信号控制电磁阀的开关操作。电磁阀设置在安全锁扣本体61内，并且与锁舌66连接，电磁阀的开关带动锁舌66的伸缩，从而完成锁孔65的打开和关闭。在本实施例中，控制器的主控芯片的型号为STM32F103C8。

请参照图1～图4，在电磁铁70通电的状态下，电磁铁70的一个磁极端通过螺钉与连接板51的板面连接在一起，电磁铁70的另一个磁极端穿过固定板52并置于限位槽63中，安全锁扣60在电磁铁70的吸引力作用下与连接板51连接在一起。

安全锁扣系挂步骤：(1)将连接板51的自由端58置于挡块64的中腔中，将电磁铁70置于限位槽63中；(2)电磁铁70通电，末端执行器组件50与安全锁扣60连接在一起；(3)系有安全绳并处于打开状态的安全锁扣60随攀爬机器人到达指定铁塔的横梁位置，并将锁孔65套住横梁；(4)远程关闭安全锁扣60，安全锁扣60系挂在横梁上；(5)电磁铁70断电，电磁铁70与安全锁扣60分离，完成安全锁扣60的系挂操作。

安全锁扣摘取步骤：(1)将末端执行器组件50的转动板53对准撞杆62；(2)远程操作机械臂，并使转动板53撞向撞杆62，撞杆62部分进入开口腔体54中，转动板53回弹，回到初始位置，此时转动板53处于环形撞杆62的中腔中；(3)远程打开安全锁扣60，安全锁扣60通过撞杆62悬挂在末端执行器组件50上；(4)控制攀爬机器人回到地面，完成安全锁扣60的摘取操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种机械臂挂取安全锁扣结构，其特征在于，包括：依次连接的大臂驱动电机（10）、机械臂大臂（20）、小臂驱动电机（30）、机械臂小臂（40）、末端执行器组件（50）以及安全锁扣（60）；

所述末端执行器组件（50）包括连接板（51）、固定板（52）以及转动板（53）；所述连接板（51）包括固定端（57）和自由端（58），所述固定端（57）与所述机械臂小臂（40）连接，所述自由端（58）自由放置；所述固定板（52）的板面与所述连接板（51）的板面相对并且所述固定板（52）与所述连接板（51）固定连接；所述转动板（53）通过旋转轴与所述固定板（52）的边缘旋转连接，所述转动板（53）的转动方向为朝向所述固定板（52）的中部所在的方向，所述转动板（53）通过回弹件与所述旋转轴连接；所述连接板（51）、所述固定板（52）和所述转动板（53）形成开口腔体（54）；所述固定板（52）与所述转动板（53）连接的位置与所述自由端（58）相对；所述固定板（52）包括限制所述转动板（53）向远离所述固定板（52）的中部所在的方向转动的限位块（55），所述限位块（55）与所述旋转轴固定连接；所述自由端（58）设有限制所述转动板（53）向远离所述固定板（52）的中部所在的方向转动的限位孔（56）；

所述安全锁扣（60）包括安全锁扣本体（61）以及设置在所述安全锁扣本体（61）上的环形撞杆（62），所述安全锁扣本体（61）通过电磁铁（70）与所述连接板（51）连接，所述电磁铁的一个磁极与所述连接板（51）的板面固定连接，所述电磁铁（70）的另一个磁极贯穿所述固定板（52）并与所述安全锁扣本体（61）连接。

2.根据权利要求1所述的机械臂挂取安全锁扣结构，其特征在于，所述回弹件为扭力弹簧。

3.根据权利要求1所述的机械臂挂取安全锁扣结构，其特征在于，所述安全锁扣本体（61）设有与所述电磁铁（70）相匹配的限位槽（63）。

4.根据权利要求1所述的机械臂挂取安全锁扣结构，其特征在于，所述安全锁扣本体（61）设有环形的挡块（64），所述自由端（58）置于所述挡块（64）的中腔内。

5.根据权利要求1所述的机械臂挂取安全锁扣结构，其特征在于，所述安全锁扣（60）还包括信号接收模块、控制器、设置在所述安全锁扣本体（61）内的电磁阀以及与所述电磁阀连接的锁舌（66）；所述控制器分别与所述信号接收模块和所述电磁阀电连接。