CN111558930B - 一种带电作业机器人用转台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电作业机器人用转台，包括激光雷达、雷达保护罩、遮光罩、转台、基座、控制电路板、驱动器和底座；转台包括转台台面、环状凸台和转台轴；基座包括筒体和悬臂台，基座内部安装有控制电路板和驱动器，驱动器固定在基座的轴座上，转台与驱动器法兰盘连接；雷达接线头穿过转台进入基座内部，所有出线均通过底座的通孔通向机器人本体，底座固定安装在机器人本体上。本发明结构紧凑，能够显著缩短雷达到机器人本体之间的传递链；激光雷达、雷达罩和遮光罩布置于转台上方，能够降低转台本体占用空间，同时也减小了转台转动扫过的空间，增大机械臂的运动空间。环状凸台及转台进线穿过底板通孔的设计，可以保证雷达接线头的安全。

Description

一种带电作业机器人用转台

技术领域

本发明涉及配网带电作业机器人，尤其涉及一种配网带电作业机器人用转台。

背景技术

电力工业是国民经济的基础，随着社会经济的快速发展，城市配电网建设对供电可靠性提出了更高的要求。为了改变传统人工配网带电作业中危险系数高、劳动强度大和工作环境恶劣的问题，全球首台全自主配网带电作业机器人于去年问世。全自主配网带电作业机器人是一种提高配电可靠性和带电作业效率，保证带电作业人员人身安全，减小作业劳动强度，提高带电作业自动化水平的机器人。

配网带电作业机器人由视觉与激光雷达传感器等感知系统构成，利用视觉技术在选取图像的基础上完成目标初步检测，进一步匹配图像与激光雷达测量信息才可完成最终目标定位，因此激光雷达的扫描范围和扫描精度对机器人作业成功与否至关重要。配网带电作业环境中线路分布纷繁复杂，机器人作业时需要在多根导线中识别指定的作业引线及行线，因此需要激光雷达对机器人作业区域进行实时扫描，并对作业区域内的行线、线杆、横担和引线等对象进行空间三维建模。最新问世的全自主配网带电作业机器人采用水平和竖直两个方向的直线导轨作为雷达的工作平台，但存在如下缺点：（1）直线导轨限制激光雷达的扫描范围，在机器人作业区域激光雷达存在“盲区”，不利于精确的对作业区域进行空间三维建模。（2）转台高度和转动扫过半径较大，机器人机械臂工作时容易与其发生干涉。外伸式雷达承载平台结构容易受到碰撞和振动而损坏。（3）激光雷达到机器人本体的传递链较长，雷达相对于转台是一个悬臂结构，由于误差叠加，雷达扫描精度不高。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种能够简化转台复杂结构，减小转台传递链误差、本体空间高度和工作转动扫过半径，提高转台的转动精度和稳定性，从而提高激光雷达的扫描范围和扫描精度，使全自主配网带电作业机器人具备更高服役性能的转台。

技术方案：一种带电作业机器人用转台，包括激光雷达，其后壳套有雷达保护罩，光学镜头罩套有遮光罩；

所述激光雷达下方，还依次连接有转台、基座和底座；基座内设有控制电路板和驱动器，底座上开设有通孔；

所述转台包括圆形的转台台面，转台台面一侧开设有环状通孔，该环状通孔向下延伸有一环状凸台，转台的底部中心位置设有转台轴；

所述基座包括筒体，筒体上部沿径向向内延伸有一悬臂台，所述悬臂台上开设有一与转台轴尺寸适配的圆形通孔，悬臂台上包括安装驱动器的轴座，所述驱动器的外法兰盘和轴座连接，驱动器的内法兰盘和转台轴连接；悬臂台的外缘与筒体侧壁形成一环状空间，当转台相对于基座发生转动时，转台的环状凸台沿所述环状空间进行移动，且不与筒体内壁接触；

所述激光雷达的雷达接线头穿过环状通孔，进入基座内部，雷达接线头的出线通过底座的通孔通向机器人本体，底座固定在机器人本体上。

优选的，所述悬臂台为U型，且和筒体为一体式结构，所述轴座的直径和悬臂台端部半圆的直径相等，所述环状凸台与轴座的外圆周相切。

进一步的，所述筒体内壁均布有加强筋。

进一步的，所述筒体内壁设有用于安装控制电路板的凸台座；所述凸台座的数量为2，竖向布置于悬臂台一侧下方的加强筋两侧，凸台座沿筒体径向的高度高于加强筋的厚度；控制电路板安装在两条凸台座上，并通过一固定件和悬臂台加固连接。

进一步的，位于悬臂台一侧及其正对面的两个加强筋的底部开设有内置固定槽，其槽深小于驱动器末端距底板的距离。

更进一步的，所述筒体的外壁顶端为阶梯结构，在阶梯结构的中间位置设有一个橡胶圈安装槽。

进一步的，所述遮光罩为垂直板结构，包括两块竖板和一块水平板，其中一块竖板上开设有一个圆形孔，该圆形孔的最低点切出一个与该圆形孔连通的梯形孔；通过所述圆形孔将遮光罩套在光学镜头罩上，水平板底部开设有螺孔。

进一步的，所述雷达保护罩的底部设有内凹式固定耳。

进一步的，所述激光雷达的后壳底部设有条形过渡件，条形过渡件上设有安装孔和定位孔，激光雷达通过该条形过渡件安装在转台上。

进一步的，所述底座包括底板和挡板；所述底板和筒体优选为一体式结构；所述挡板的边缘均布有挡板固定耳和内凹耳结构，挡板固定耳放于基座的内置固定槽内；挡板中心开圆孔，圆孔的外部均布有多个圆心在同一圆周上的圆孔。

和现有技术相比，本发明具有如下显著优点：1、整体结构简单、紧凑，雷达到机器人本体之间的传递链较短，误差叠加较小，转台转动精度高。2、控制电路板筒体内侧布置，激光雷达、雷达罩和遮光罩布置于转台上方，能够降低转台本体的占用空间，同时也减小了转台转动扫过的空间，增大了机械臂的运动空间。3、转台进线穿过底板通孔，底板通孔到雷达接线头的距离不随转台转动而变化，提高雷达接线安全性的同时也防止接线“拉拽”雷达影响雷达扫描精度的情况发生。4、环状凸台设计不但可以保护雷达接线头在转台转动时免受碰撞，还可以对转台进行±90°旋转限位，限位结构简单可靠。

附图说明

图1是本发明的结构部件爆炸图；

图2是图1的安装效果图；

图3是底座的示意图；

图4是本发明的装配半剖图；

图5是图4中方框区域的局部放大图；

图6是基座和转台的配合视图；

图7是控制电路板在基座内的安装示意图；

图8为雷达接线头、条形过渡件和转台的装配示意图；

图9为雷达接线头穿过环形凸台的安装示意图；

图10为雷达和条形过渡件的装配爆炸图；

图11是基座的示意图；

图12是转台的示意图；

图13是转台位于零位的原理示意图；

图14是转台位于90°的原理示意图；

图15是转台位于-90°的原理示意图。

其中，图1-图4与图6-图15的尺寸比例为1：2。

具体实施方式

如图1-图12所示，一种带电作业机器人用转台，主要由雷达保护罩1、遮光罩2、激光雷达3、条形过渡件4、转台5、基座6、L型固定件7、控制电路板8、驱动器9、底座组成；转台5包括转台台面、环状凸台14、转台轴16；基座6包括悬臂台18、筒体19，筒体19内设有加强筋12、内置固定槽13、凸台座24，筒体上端设有橡胶圈安装槽21；底座由底板20和挡板10组成，悬臂台18、筒体19、底板20一体成型。挡板10包括挡板固定耳11；激光雷达3包括雷达接线头17、激光雷达固定孔22。转台采用一体式基座6，驱动器固定在轴座15上，转台5与驱动器9法兰盘连接，激光雷达3通过条形过渡件4固定转台5上，雷达接线头17穿过转台5进入基座6内部，然后所有出线均通过挡板10的中心孔通向机器人本体；最终通过基座6的底板20直接将转台固定在机器人本体上。转台的结构设计将雷达到机器人本体之间的传递链变为雷达——过渡件——转台——驱动器——基座——机器人本体，传递链越短，结构越简单，激光雷达工作时的扫描精度也更高。

下面对本发明各部分结构进行详细描述：

转台5包括圆形的转台台面，转台台面一侧开设有环状通孔，在转台5底部与该环状通孔所对应位置处，向下延伸有一环状凸台14，环状凸台14关于转台台面的直径对称，转台5的底部中心位置设有转台轴16，优选的，转台轴16上设有凸台；本实施例中，环状凸台14由两个U型结构对置组成，其两端半圆形部分所对应的圆心的连线垂直于转台台面半径。

激光雷达3的雷达接线头17穿过环状凸台14，且优选位于U型环状凸台14的中间位置。上下通透的环状凸台设计，一是防止接线头与悬臂台碰撞的同时，将雷达接线引入转台内部；二是自身结构对转台转动进行限位。

基座6上部设计悬臂台18结构，具体的：筒体19上部、沿径向往内延伸有一悬臂台18，优选为U型结构。该悬臂台外缘与筒体19侧壁形成一环状空间，当转台5相对于基座6转动时，环状凸台14能够沿该环状空间进行移动，且不与筒体19内壁接触；悬臂台18上开设有一尺寸与转台轴16尺寸适配的通孔，通孔周圈形成用于安装驱动器的轴座15，轴座15的直径和悬臂台18端部半圆的直径相等；驱动器9的外法兰盘通过轴座15上的6个沉头螺孔进行固定，驱动器9的内法兰盘和转台轴16上的 6个沉头螺孔进行固定。转台5的中心轴、轴座15的中心线和基座6的中心轴，三条线共线。

如图11、图12所示，Ra为轴座15外径、Rb为筒体19内径；Rc为转台5中心轴到环状凸台14的垂直距离、Rd为转台5中心轴到环状凸台14的最远距离。其中，Rc与Ra相等，Rd小于Rb，转台5转动过程中，环状凸台14始终与轴座15相切，但与基座6的筒体19内部并不接触。如图13-图15所示，转台5处于零位时，环状凸台14垂直于X轴正方向；转台5位于-90°时，环状凸台14垂直与Y轴负方向且与悬臂台平行，转台5到达极限位置，停止转动；转台位于90°时，环状凸台14垂直于Y轴正方向且与悬臂台18平行，转台5到达极限位置，停止转动。

为提高转台5的转动精度，底板20、筒体19和悬臂台18优选采用一体式的结构设计。

筒体19内壁侧面均布4条垂直于底板20的加强筋12，加强筋12的厚度等于筒体19最大厚度与筒体19中间部位厚度的厚度之差。筒体19外壁顶端有一个阶梯结构，在阶梯结构的中间位置有一个橡胶圈安装槽21，槽内安装一橡胶圈，橡胶圈的外径等于转台的内径，以达到转台收到冲击或碰撞时起到减震的作用。

进一步的，在悬臂台18下方一侧及其正对面的两条加强筋12的底部开内置固定槽13，其槽深小于驱动器9末端距底板20的距离。底板20的长度和宽度与筒体19外径相等。

上述在筒体内部设计4条加强筋的结构，在减轻基座重量的同时，保证转台的结构强度。在悬臂台18正下方及其正对面的加强筋上设计内置固定槽结构，以及在另外2条加强筋上设置定位孔，基座6关于两个定位孔的连线对称。

转台5到机器人本体需要经过转台5、驱动器9、基座6，机器人本体；转台5到雷达，需要经过转台5、条形过渡件4和雷达。对应于底板上的2个定位孔，在机器人本体上，开设有机器人本体定位孔，每对定位孔（底板定位孔和机器人定位孔）之间，采用如定位销等结构，使得整个基座6位置精确地安装在机器人本体上，且相对于机器人本体的位置固定不变。

优选的，悬臂台18的轴座15内设有用于抱紧驱动器9的阶梯形卡台，该阶梯形卡台与驱动器9法兰盘外圈进行定位，保证驱动器9中心轴与基座6中心轴同轴。驱动器9中心有一个圆形凹槽，通过转台5底部的转台轴16上的凸台与这个圆形凹槽进行配合，实现定位。综上，通过在底板和机器人本体上设置定位孔实现转台5的安装定位，保证转台5的安装精度。

凸台座24设置于悬臂台18下方的加强筋12两侧，且关于该加强筋12对称，其长度与中间的加强筋12长度相等；考虑到控制电路板上的元器件在电路板背侧也会占用一些空间，凸台座24沿筒体径向的高度高于加强筋12的厚度。控制电路板8竖向固定在矩形凸台座上，为了进一步加固，采用一个L型固定件7，其一条折边通过2个转孔固定安装在悬臂台18底部，另一条折边和控制电路板8连接。凸台座24优选为矩形或者三棱柱形凸台座。

挡板10是一个近似圆板，其尺寸和底板20适配，挡板10的边缘均布2个挡板固定耳11和2个内凹耳结构，2个挡板固定耳11放于基座6的内置固定槽13内。挡板10中心开圆孔，圆孔的外部均匀布置4个圆心在同一圆周上的小圆孔。

条形过渡件4下表面中心位置以及转台5上，开有一对适配的定位孔23（包括转台定位孔和条形过渡件定位孔），条形过渡件定位孔两侧为两对沉头螺栓孔，其中一对沉头螺栓孔从条形过渡件4的下表面由下而上旋入激光雷达固定孔22，将雷达与条形过渡件固定，另一对沉头螺栓孔从条形过渡件4上表面由上而下旋入转台5，将条形过渡件和转台固定。雷达接线头17置于环状凸台内，为了防止转台转动过程中，雷达的2条进线不被往复“拉拽”，将转台的进线全部穿过底部挡板的中心孔，底部挡板置于筒体内部，挡板固定耳置于内置固定槽内进行固定。转台在-90°~90°转动过程中，雷达接线头到底部挡板中心孔的距离始终相等，这种方式既提高雷达接线的安全性，又解决了接线对转台旋转精度影响的问题。

遮光罩2是垂直板结构，包括两块竖板和一块水平板，其中一块竖板上开设有一个圆形孔，该圆形孔的最低点切出一个与该圆形孔连通的梯形孔；通过该圆形孔将遮光罩2套在光学镜头罩上，水平板底部开设有两个对称螺孔，用于将遮光罩2固定在转台台面上。

雷达保护罩1有2个对称的内凹式固定耳，直接固定在转台台面上。

遮光罩套入激光雷达的扫描头，然后直接固定在转台台面上。雷达保护罩保护激光雷达免受外力碰撞、防止雨水进入转台内部。上述将激光雷达、遮光罩和雷达保护罩置于转台台面上的布置设计，也可以显著减小转台转动扫过空间。以上所有装配完成后，通过底板上的4个螺栓孔，将整个转台结构固定在机器人本体上。本发明适用于双臂全自主配网带电作业机器人、单臂人机协同配网带电作业机器人。

Claims (7)

1.一种带电作业机器人用转台，其特征在于：包括激光雷达（3），其后壳套有雷达保护罩（1），光学镜头罩套有遮光罩（2）；

所述激光雷达（3）下方，还依次连接有转台（5）、基座（6）和底座；基座（6）内设有控制电路板（8）和驱动器（9），底座上开设有通孔；

所述转台（5）包括圆形的转台台面，转台台面一侧开设有环状通孔，该环状通孔向下延伸有一环状凸台（14），转台（5）的底部中心位置设有转台轴（16）；

所述基座（6）包括筒体（19），筒体（19）上部沿径向向内延伸有一悬臂台（18），所述悬臂台（18）上开设有一与转台轴（16）尺寸适配的圆形通孔，悬臂台（18）上包括安装驱动器（9）的轴座（15），所述驱动器（9）的外法兰盘和轴座（15）连接，驱动器（9）的内法兰盘和转台轴（16）连接；悬臂台（18）的外缘与筒体（19）侧壁形成一环状空间，当转台（5）相对于基座（6）发生转动时，转台（5）的环状凸台（14）沿所述环状空间进行移动，且不与筒体（19）内壁接触；所述转台（5）的中心轴、轴座（15）的中心线和基座（6）的中心轴，三条线共线；

所述激光雷达（3）的后壳底部设有条形过渡件（4），条形过渡件（4）上设有安装孔和定位孔，激光雷达（3）通过该条形过渡件（4）安装在转台（5）上；

所述筒体（19）内壁均布有加强筋（12），所述筒体（19）内壁设有用于安装控制电路板（8）的凸台座（24），凸台座（24）的数量为2，竖向布置于悬臂台（18）一侧下方的加强筋（12）两侧，凸台座（24）沿筒体径向的高度高于加强筋（12）的厚度；控制电路板（8）安装在两条凸台座（24）上，并通过一固定件和悬臂台（18）加固连接；

所述底座包括底板（20）和挡板（10）；所述挡板（10）的边缘均布有挡板固定耳（11）和内凹耳结构，挡板固定耳（11）放于基座（6）的内置固定槽（13）内；所述底板（20）上设有底板定位孔，在机器人本体上，开设有与底板定位孔对应的机器人本体定位孔，底板定位孔和机器人定位孔之间，采用定位销固定，使得整个基座（6）安装在机器人本体上，且相对于机器人本体的位置固定不变；

悬臂台（18）的轴座（15）内设有用于抱紧驱动器（9）的阶梯形卡台，该阶梯形卡台与驱动器（9）法兰盘外圈进行定位，使得驱动器（9）中心轴与基座（6）中心轴同轴；驱动器（9）中心有一个圆形凹槽，通过转台（5）底部的转台轴（16）上的凸台与这个圆形凹槽进行配合，实现定位；

所述激光雷达（3）的雷达接线头（17）穿过环状通孔，进入基座（6）内部，雷达接线头（17）的出线通过底座挡板（10）的通孔通向机器人本体，底座固定在机器人本体上。

2.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人用转台，其特征在于：所述悬臂台（18）为U型，且和筒体（19）为一体式结构，所述轴座（15）的直径和悬臂台（18）端部半圆的直径相等，所述环状凸台（14）与轴座（15）的外圆周相切。

3.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人用转台，其特征在于：位于悬臂台（18）一侧及其正对面的两个加强筋（12）的底部开设有内置固定槽（13），其槽深小于驱动器（9）末端距底板（20）的距离。

4.根据权利要求1或2所述的一种带电作业机器人用转台，其特征在于：所述筒体（19）的外壁顶端为阶梯结构，在阶梯结构的中间位置设有一个橡胶圈安装槽（21）。

5.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人用转台，其特征在于：所述遮光罩（2）为垂直板结构，包括两块竖板和一块水平板，其中一块竖板上开设有一个圆形孔，该圆形孔的最低点切出一个与该圆形孔连通的梯形孔；通过所述圆形孔将遮光罩（2）套在光学镜头罩上，水平板底部开设有螺孔。

6.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人用转台，其特征在于：所述雷达保护罩（1）的底部设有内凹式固定耳。

7.根据权利要求1或2所述的一种带电作业机器人用转台，其特征在于：所述底板（20）和筒体（19）为一体式结构；挡板（10）中心开圆孔，圆孔的外部均布有多个圆心在同一圆周上的圆孔。

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