CN109571421A - 作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了作业机器人，包括设置于作业平台上的两个操作臂，两所述操作臂分别设置具有至少三个自由度的关节，两所述操作臂的首端关节呈间距且呈角度设置，末端关节具有固定或可在线自动更换的末端执行器。本发明采用双操作臂结构布局，由多个关节组成，具有多个个自由度，操作臂可以进行复杂灵活的作业操作，操作空间大；两操作臂中的首端关节呈夹角设置，可保证安装及作业时不会相互干涉且能够扩展相互配合的工作空间，另外，本发明还具有在线自动更换执行机构功能，能够在一次作业过程中适应不同的作业任务，有效简化了带电作业机器人的操作流程，缩短了作业时间，降低了作业成本，增强了作业效率。

Description

作业机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及具有双操作臂的作业机器人。

背景技术

随着工业机器人不断飞速发展，已经用于越来越多的领域。如目前应用于高压输电线路维护检修的带电作业方式多为绝缘斗臂车操作，需车辆进入维修区域，其受地理环境影响，尤其是高山峭壁等，影响检修效率。而设计的带电作业机器人机械臂多基于线性自由度关节，其自由度少导致机械臂灵活性低，操作空间受限，且由于结构限制，大多作业任务单一，使用局限性较高。同时，现有的带电作业机器人都是针对某一具体问题研发或手动进行末端移植的设备，无法自动更换作业，缺乏通用性和适应性，面对新的带电作业任务，往往需要使用其他机器设备或者手动拆卸更换末端，不仅需要作业时间，而且增加了作业成本，带来了不便利性。

因此，有必要对上述结构进行改进。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种作业机器人，结构轻巧，可以灵活旋转作业，操作空间大，还可适应不同的作业任务，有效降低作业成本。

本发明提供的作业机器人，包括设置于作业平台上的两个操作臂，两所述操作臂分别设置具有至少三个自由度的关节，两所述操作臂的首端关节呈间距呈角度设置，末端关节具有可在线自动更换的末端执行器。

作为本发明的一种可选的结构，两所述操作臂是由具有旋转自由度的各关节组合构成，或是由具有线性自由度与旋转自由度组合的各关节构成。

作为本发明的一种可选的结构，两所述操作臂是由具有6个旋转自由度的关节组合构成。

作为本发明的一种可选的结构，两所述操作臂首端关节之间的角度范围为0-180°,安装距离为10-60cm。

作为本发明的一种可选的结构，所述作业平台上设有可使两所述操作臂的首端关节摆放角度和/或位置固定或可调节的安装结构。

作为本发明的一种可选的结构，所述作业平台上设有两个固定或相对位置或/和距离可调的安装台，两所述安装台分别具有可调角度的安装面，两所述操作臂之首端关节设置于该安装面上，其轴心线分别与该安装面垂直，使两所述操作臂的首端关节摆放角度和/或位置固定或可调节。

作为本发明的一种可选的结构，两所述操作臂末端关节具有可通过磁铁控制末端执行器断合或通过电机控制末端执行器动作的夹持机构。

作为本发明的一种可选的结构，还包括可在作业时用于移动或/和定位的夹持装置，所述夹持装置设置于所述作业平台上，包括由动力元件驱动的主动件和可与所述主动件配合的夹紧件。

作为本发明的一种可选的结构，还包括可装有多个作业末端执行器的收纳盒，所述收纳盒设置于所述作业平台上。

本发明所提供的作业机器人，采用双操作臂结构布局，由多个关节组成，具有多个个自由度，操作臂可以灵活旋转作业，操作空间大，且操作臂为小型轻型结构，可有效降低功耗。同时，两操作臂中的首端关节呈间距且呈夹角设置，可保证安装及作业时不会相互干涉且能够扩展相互配合的工作空间，有利于两操作臂的动作空间产生交集，在这个交集范围之内，两操作臂的末端都可以以多个角度和位置进行摆放，从而可以在这个交集空间之内进行复杂灵活的作业操作。另外，本发明两操作臂的末端关节可活动连接作业时的执行机构，具有在线自动更换执行机构功能，进一步扩展功能性，使其能够在一次作业过程中适应不同的作业任务，可以实现一机多检，有效简化了带电作业机器人的操作流程，缩短了作业时间，降低了作业成本，增强了作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的实施例结构示意图；

图2为本发明提供的实施例之双操作臂自由度简图；

图3为本发明提供的实施例拆卸防震锤的示意图；

图4为图3之A部分放大示意图；

图5为本发明提供的实施例更换作业末端的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

本发明提供了一种带电作业机器人，包括设置于作业平台上的两个操作臂,其中两所述操作臂分别设置有至少三个相互连接的关节，分别具有至少三个自由度，可以保证操作臂末端执行器能够行进到设定的位置，进行各种不同的动作，灵活作业；同时，两操作臂中的首端关节按照作业件的结构布局及位置呈一定的间距设置，且呈角度设置。这样，可使两操作臂既可以保证相对紧凑的作业平台上的安装和固定，同时安装及作业时不会相互干涉或与其他构件产生干涉且能够扩展相互配合的工作空间，提高操作的范围；而且还有利于两操作臂的动作空间产生交集，在这个交集范围之内，两操作臂的末端都可以以多个角度和位置进行摆放，从而可以在这个交集空间之内进行复杂灵活的作业操作,能够实现更加多样和复杂的作业，同时可以进行协同作业，例如双臂之间传递零件工具，相互配合拧螺丝等等。本发明于所述两操作臂的末端关节，还具有固定或者可在线自动更换的末端执行器，即末端关节可固定或活动连接作业时的执行机构，其活动连接时可根据需要在第一项作业完成后自动更换执行机构，进行下一步作业，进一步扩展功能性，使其能够在一次作业过程中适应不同的作业任务，可一机多检，有效简化了带电作业机器人的操作流程，缩短了作业时间，大大降低了作业成本，增强了作业效率。

附图展示了本发明应用于高压输电线路维护检修时拆卸防震锤7的带电作业机器人的实施例，下面结合附图对本发明做进一步详述。

如图1-4所示，本发明实施例包括第一操作臂4和第二操作臂5，所述第一操作臂4和第二操作臂5呈间距设置在可移动的作业平台2上，本实施例第一操作臂4和第二操作臂5分别设有6个相互铰接、可在减速机(未图示)带动下旋转的关节，其中所述的第一操作臂4包括第一首端关节41、四个第一中间关节42、43、44、45，以及第一末端关节46，第二操作臂5包括第二首端关节51，四个第二中间关节52、53、54，、55，以及第二末端关节56，所述第一首端关节41和第二首端关节51相互呈一定的夹角设置在作业平台2上，各关节分别如图2所示的θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6旋转方向，按照Z-Y-Z排布，使各关节向外伸展。这样，两操作臂共有12个自由度，可以根据需要灵活旋转作业，操作空间大；同时，这种结构可将操作臂设计成小型、轻型结构，可有效降低功耗。在第一操作臂4和第二操作臂5的第一末端关节46和第二末端关节56，分别设有可拆卸防震锤7上之螺栓的第一末端执行器6---夹持件和第二末端执行器8---螺母套筒，第一操作臂4和第二操作臂5可在动力元件和控制机构的控制下，使各关节分别绕Z-Y-Z轴转动，驱使第一末端关节46和第二末端关节56带动第一末端执行器6---夹持件和第二末端执行器8---螺母套筒运动到指定的位置，对防震锤7上的螺栓进行拆卸。作业时，先由第一操作臂4带动夹持件固定防震锤7螺栓的头部，再由第二操作臂5带动螺母套筒拧松螺母，协同完成作业过程。当然，安装防震锤7还可以反向进行操作。可以理解地，上述操作臂可由具有旋转自由度的各关节组成，亦可使用线性自由度与旋转自由度组合的方式实现，在实际的设计过程中，考虑到工况和作业情况，还可以修改相对旋转排布及各关节长度。这些，都属于本发明的保护范围。

在作业平台2上，可设有可使第一操作臂4包括第一首端关节41和第二操作臂5的第二首端关节51之间的摆放角度、摆放位置固定或可调节的安装结构。这种两个操作臂的摆放角度和位置可调安装结构设计，可使两操作臂的动作空间产生的交集范围更大，两操作臂的末端摆放更为灵活，从而可以在这个交集空间之内进行更为复杂灵活的作业操作，适应范围更广。

本发明具体的实施例结构中，所述第一操作臂4和第二操作臂5可分别设置于作业平台2的侧端21位置处，在该侧端21设有两个对称的第一安装台22和第二安装台23，第一安装台22和第二安装台23可与作业平台2一体成型，使两安装台固定设置在作业平台2上(如图1-图3所示)，当然，也可以一个固定、一个活动安装于作业平台2上或两个安装台均活动安装于作业平台2上，通过连接件或其他构件固定，且可调节设置在作业平台2上，使第一安装台22和第二安装台23安装于作业平台2上的位置以及第一安装台22和第二安装台23之间的相对位置或/和距离可以根据需要灵活调整(未图示)，以适应各种不同的工况。可以理解地，第一安装台22和第二安装台23可以以整体形式固定在作业平台2上，也可以根据需要分别单独固定于作业平台2，只要能够保证第一安装台22和第二安装台23的安装位置以及第一安装台22和第二安装台23两者之间的相对位置或/和距离能够调节即可。

在第一安装台22和第二安装台23上，分别具有可与作业平台2平面呈夹角的安装面，该安装面可以是固定的，也可以进行调整，即两安装面与作业平台2平面之间相对角度可以调节。如图1-图3所示，本发明实施例两安装面为固定的结构形式，分别朝外设置，第一操作臂4之第一首端关节41和第二操作臂5之第二首端关节51轴心线分别与该安装面垂直，从而使第一操作臂4之第一首端关节41与第二操作臂5之第二首端关节51呈夹角设置，且以该安装面为基准面，各关节相对旋转方向按照Z-Y-Z排布，沿着作业平台2向外的方向伸展。这样，可使第一操作臂4和第二操作臂5上各关节具有非常大的操作空间，作业时相互不会产生干涉，也不会在移动时对高压输电线1带来干涉。可以理解地，第一安装台22和第二安装台23上的安装面可通过在安装台上设置一可摆动的支承板结构来实现其安装角度的调整，也可以通过其他结构来实现，只要能够保证第一操作臂4之第一首端关节41和第二操作臂5之第二首端关节51的摆放角度能够调整即可，从而使两操作臂的摆放角度和位置可调，其动作操作空间非常大且可产生交集，以完成复杂的工作，具有非常大适应范围。

具体地，第一操作臂4之第一首端关节41和第二操作臂5之第二首端关节51之间的角度可根据作业需要选择在0-180°的范围内，优选30-150°，第一首端关节41和第二首端关节51安装距离为10-60cm。这样，既有利于两操作臂作业空间范围的展开，同时又可保证作业机器人整体结构的紧凑性。

为保证作业时的稳定性，本发明实施例中，还包括一夹持装置3，所述夹持装置3设置于可沿高压输电线直线行驶的作业平台2上，用于夹持高压输电线1。夹持装置3包括主动件35和夹紧件31，所述主动件35为开设有凹槽的轮状构件，由动力元件(未图示)驱动，通过支座33固定在作业平台2上，可在作业平台2的带动下置于高压输电线1的上方或侧端对应的位置；夹紧件31亦为轮状构件，设置于移动件32上，移动件32与可旋转的丝杠34配合，丝杠34设于支座33开设的条形凹槽内，亦由动力元件带动转动，并带动移动件32做上下移动，进而带动夹紧件31上下移动，使之与主动件35对位配合，以夹持高压输电线。可以理解地，上述夹持装置3可用于作业时沿高压输电线移动和定位，也可以用于机器人作业时的定位或固定，夹紧装置3可如图示所示与高压输电线1配合夹紧，以保证机器人在设定的位置对防震锤7进行操作，同时也可以沿高压输电线1操作，对其他相关构件进行巡检。当然，夹持装置3也可以与作业件或其他相关构件配合，只要能用于作业时的移动或/和定位，皆是本发明的保护范围。进一步地，夹持装置3可以如图所示根据需要设置两个或多个，以保证夹紧定位时的可靠性，其动力元件可以是多种形式，主动件35可由电机直接控制，也可通过同步带控制转动；夹紧件31可通过电机带动丝杠34实现夹紧距离调节，也可通过直线电机或电机控制同步带等方法实现。而且，本发明夹持装置3采用主动件35与夹紧件31移动配合结构，可适应不同的结构的夹紧尺寸，方便灵活，可靠性高。同时，主动件35与夹紧件31的结构也不限于图示所示的轮状结构，只要能够实现作业平台的移动或/和定位或/和固定即可。

参见图3-图4，本发明实施例中，第一末端关节46和第二末端关节56末端可通过连接件与第一末端执行器6---夹持件和第二末端执行器8---螺母套筒固定连接，也可以将第一末端执行器6---夹持件和第二末端执行器8---螺母套筒分别活动设于所述第一末端关节46和第二末端关节56上，可在第一末端关节46和第二末端关节56末端或/和第一末端执行器6和第二末端执行器8设置磁性机构，通过磁铁吸合的方式实现第一末端关节46和第二末端关节56与夹持件和螺母套筒之间的分离与吸合，或者是在第一末端关节46和第二末端关节56设置由电机控制的夹持机构，以实现第一末端关节46和第二末端关节56与夹持件和螺母套筒之间的分离与结合。如此，可以在线自动更换末端执行器，进一步扩展功能性，能够一机多用，可适应不同种类以及不同难度的检修任务，达到不同的作业要求。可以理解地，第一末端关节46和第二末端关节56与上述第一末端执行器6-和第二末端执行器8的活动连接并非仅仅是上述两种形式，只要能够达到在线自动更换的目的，均属于本发明的保护范围。

参见图5，本发明实施例中，于所述第二操作臂5的侧端，还设置有绝缘的收纳盒11，所述收纳盒11提供有多个腔体101，不仅可用于收纳第一末端执行器6—夹持件和第二末端执行器8—螺母套筒以及其他相关末端执行器如清扫刷9、切割器10等。如此，不仅可完成防震锤的更换、引流板的紧固，也可以清扫高压线路，清除杂物，检测更换绝缘串子等等。工作时，完成第一项作业后，第一末端关节46或/和第二末端关节56可移动到收纳盒11中指定位置，在控制机构控制下，将上一作业的末端执行器放入指定的收纳腔体101内，解除控制，再移动到下一作业所需的末端执行器所在的收纳盒腔体101的放置位置，连接另一末端执行器，自动在线完成末端执行器的更换。可以理解地，本发明收纳盒11可以根据第一操作臂4和第二操作臂5的设置位置、末端执行器的外形结构以及作业件的布局和结构来设置，可以是图示实施例所示的具有多个腔体101的长槽形结构，也可以是开设有多个腔体的圆柱体结构或多边形结构，还可以是其他结构。而且，收纳盒11的位置也不只局限于一处，只要不影响作业且能够保证绝缘即可。因此，本发明设置绝缘收纳盒11，可提供不同作业末端、防震锤等金具或螺栓螺母等零配件的收纳，使得机器人具有自动更换作业末端以及储藏工具和零件的功能，扩大了本发明的使用范围。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.作业机器人，其特征在于，包括设置于作业平台上的两个操作臂，两所述操作臂分别设置具有至少三个自由度的关节，两所述操作臂的首端关节呈间距且呈角度设置，末端关节具有固定或可在线自动更换的末端执行器。

2.如权利要求1所述的作业机器人，其特征在于，两所述操作臂是由具有旋转自由度的各关节组合构成，或是由具有线性自由度与旋转自由度组合的各关节构成。

3.如权利要求2所述的作业机器人，其特征在于，两所述操作臂是由具有6个旋转自由度的关节组合构成。

4.如权利要求1所述的作业机器人，其特征在于，两所述操作臂首端关节之间的角度范围为0-180°,安装距离为10-60cm。

5.如权利要求1所述的作业机器人，其特征在于，所述作业平台上设有可使两所述操作臂的首端关节摆放角度和/或位置固定或可调节的安装结构。

6.如权利要求5所述的作业机器人，其特征在于，所述作业平台上设有两个固定或相对位置或/和距离可调的安装台，两所述安装台分别具有可调角度的安装面，两所述操作臂之首端关节设置于该安装面上，其轴心线分别与该安装面垂直，使两所述操作臂的首端关节摆放角度和/或位置固定或可调节。

7.如权利要求1所述的作业机器人，其特征在于，两所述操作臂末端关节具有可通过磁铁控制末端执行器断合或通过电机控制末端执行器动作的夹持机构。

8.如权利要求1-7所述的作业机器人，其特征在于，还包括可在作业时用于移动或/和定位的夹持装置，所述夹持装置设置于所述作业平台上，包括由动力元件驱动的主动件和可与所述主动件配合的夹紧件。

9.如权利要求1-7任一项所述的作业机器人，其特征在于，还包括可装有多个作业末端执行器的收纳盒，所述收纳盒设置于所述作业平台上。

10.如权利要求8所述的作业机器人，其特征在于，还包括可装有多个作业末端执行器的收纳盒，所述收纳盒设置于所述作业平台上。