CN112008764B - 一种机器人空中脱困机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人空中脱困机构，包括脱困组件和末端组件；脱困组件包括与机械臂绝缘杆固定连接的连接部及滑动套设在连接部外的脱困部；在脱困部上设置有若干卡爪导向块，在卡爪导向块上设有斜向上的导向槽；在连接部下部转动安装有卡爪，卡爪顶端滑动安装在卡爪导向块的导向槽内；在卡爪上端内侧与连接部之间安装有压簧；末端组件包括脱困对接环以及通过轴承安装在脱困对接环中心处的驱动接头；在脱困对接环上与卡爪勾相对应的位置设置有卡槽。本发明在机器人空中作业发生故障无法脱离线缆的情况下能够自主进行空中脱困，整个过程操作简单，结构设计巧妙，拆卸方便。

Description

一种机器人空中脱困机构

技术领域

本发明涉及室外带电作业机器人领域，尤其涉及一种机器人空中脱困机构。

背景技术

人工智能技术目前已经进入许多行业领域，由于机器人具备在一些特种环境下作业的先天优势，所以机器人技术正成为各行业的重点研究和应用对象。电力行业本身自带高压，强磁等特殊环境，机器人代替人工作业已成为行业发展的广阔前景。电力行业的作业形式多样，包含搭接线，剪线，更换避雷器，瓷瓶，熔断器，绝缘护管等，带电作业机器人成为电力行业炙手可热的发展方向。由于带电作业机器人的特点是在特种环境下代替电工进行电力作业，因此在空中作业时当正在作业的机械臂故障或工具卡死的情况下末端无法脱离电缆，需要进行电缆停电后操作人员手动拆卸，从而导致作业效率低下，操作的繁琐也增加了机器人带电作业给行业带来的负面影响，但机械臂故障或作业工具卡死不可避免，所以亟需开发一套能够自主脱困的机构来解决这一行业技术难点。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，提供了一种机器人空中脱困机构，在机器人空中作业发生故障时机器无法脱离线缆的情况下能够自主进行空中脱困，通过当前非作业的机械臂去挤压卡死的机械臂的末端脱困外圈，使得卡爪脱离工具，从而释放机械臂，完成脱困，整个过程操作简单，结构设计巧妙，拆卸方便。

技术方案：

一种机器人脱困机构，包括脱困组件和末端组件；

所述脱困组件包括与带电作业机器人机械臂的绝缘杆固定连接的连接部及滑动套设在所述连接部外的脱困部；在所述脱困部上设置有若干卡爪导向块，在所述卡爪导向块上设有斜向上的导向槽；在所述连接部下部转动安装有卡爪，所述卡爪顶端滑动安装在所述卡爪导向块的导向槽内，其下端设置有卡爪勾；在所述卡爪上端内侧与所述连接部下部之间安装有压簧；

所述末端组件包括脱困对接环以及通过轴承安装在所述脱困对接环中心处的驱动接头；在所述脱困对接环上与所述卡爪相对应的位置设置有卡槽；在所述脱困组件和所述末端组件连接状态下，所述卡爪的卡爪勾勾在所述卡槽上，所述驱动接头上端与所述连接部连接，其下端与作业工具连接。

所述脱困部为脱困外圈，所述连接部为脱困内圈，在所述脱困外圈和所述脱困内圈之间设置有保持架，在所述保持架侧壁安装有若干钢球。

在所述脱困外圈的圆周面上设置有若干个螺纹孔，在所述脱困内圈的外壁上设置有相对应的切槽，所述切槽为一对平行切槽；在脱困外圈圆周面上的螺纹孔中设置限位弹簧柱塞，所述限位弹簧柱塞末端贴合在所述切槽上；在自由状态下所述限位弹簧柱塞末端贴合在上部切槽，所述脱困外圈向下压缩状态下所述限位弹簧柱塞末端贴合在下部切槽。

所述末端组件还包括压力盘，在所述脱困对接环上均匀设有若干开孔，在所述脱困对接环的下表面上位于开孔处设置有沉孔，在所述压力盘的上表面上设有对应的螺纹孔；在沉孔内放置碟簧，塞打螺栓穿过所述脱困对接环的开孔及所述碟簧后，与所述压力盘上的螺纹孔固定，将所述脱困对接环与所述压力盘连接。

在所述连接部的外壁上还固定有若干滑动轴承，在所述脱困对接环上与所述滑动轴承相对应的位置均设有通孔，凸轮承柱分别穿过所述脱困对接环上的通孔，并通过固定所述脱困对接环上，且其上端与所述滑动轴承相对应。

在所述凸轮承柱的上端通过螺纹台固定在所述脱困对接环上，在所述螺纹台左右两侧各设置有一个沉头锥孔，螺钉穿过该沉头锥孔旋入所述脱困对接环(上表面中。

在所述连接部的下台阶面上开设有若干螺纹孔，在所述螺纹孔内均固定设置有缓冲弹簧柱塞，在所述脱困组件和所述末端组件连接状态下，所述缓冲弹簧柱塞下端抵在所述脱困对接环的上表面上。

所述卡爪导向块为均匀设置的至少3个卡爪导向块。

在所述连接部上部的内壁上设置有对正销，所述连接部与所述绝缘杆通过所述对正销和螺钉固定连接。

本发明相比于现有技术，本发明的有益效果具体如下：

1、本发明在机器人空中作业发生故障时机器无法脱离线缆的情况下能够自主进行空中脱困，通过当前非作业的机械臂去挤压卡死的机械臂的末端脱困外圈，使得卡爪脱离工具，从而释放机械臂，完成脱困，整个过程操作简单，结构设计巧妙，拆卸方便。

2、滚轮与钢珠的设计极大得减小了机构的磨损，弹簧柱塞的设计减小了接触上的缓冲效率；

3、倾斜导向槽和强力压簧的设计，脱困内圈上的切槽与弹簧柱塞紧密贴合，以及末端组件与脱困内圈的微小缝隙，都保证了卡爪与末端组件的强力连接，提高了高空作业的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中整体结构示意图。

图2为本发明实施例中脱困组件的正视图。

图3为本发明实施例中脱困组件的俯视图。

图4为本发明实施例中脱困组件的立体图。

图5为本发明实施例中脱困组件的剖视图。

图6为本发明实施例中末端组件的正视图。

图7为本发明实施例中末端组件的俯视图。

图8为本发明实施例中末端组件的立体图。

图9为本发明实施例中脱困组件与末端组件连接的结构示意图。

图10为本发明实施例中脱困组件与末端组件脱离的结构示意图。

图中包括：1、绝缘杆，2、脱困组件，3、末端组件，4、作业工具，5、脱困外圈，6、脱困内圈，7、卡爪导向块，8、卡爪，9、滚轮，10、转动塞打螺栓，11、压簧，12、限位弹簧柱塞，13、钢球，14、保持架，15、对正销，16、滑动轴承，17、脱困对接环，18、压力盘，19、凸轮承柱，20、对接滚轮，21、碟簧，22、固定塞打螺栓，23、轴承压环，24、深沟球轴承，25、缓冲弹簧柱塞。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

图1为本发明实施例中整体结构示意图，如图1所示，本发明的机器人空中脱困机构包括脱困组件2和末端组件3，脱困组件2的顶端与带电作业机器人机械臂的绝缘杆1固定连接，末端组件3的下端与作业工具4固定连接。

图2为本发明实施例中脱困组件的正视图，图3为本发明实施例中脱困组件的俯视图。如图2，图3所示，脱困组件2包括脱困外圈5、脱困内圈6、卡爪导向块7、卡爪8、滚轮9、转动塞打螺栓10、压簧11、弹簧柱塞12、钢球13、保持架14、对正销15以及滑动轴承16。在脱困内圈6上部内壁上设置有对正销15，脱困内圈6与绝缘杆1通过对正销15和两颗螺钉固定。脱困外圈5套设在脱困内圈6上部外，且脱困外圈5与脱困内圈6重合处之间设有中空圆柱形的保持架14，保持架14的侧壁上设置有若干通孔，在通孔内放置钢球13，从而使得脱困外圈5与脱困内圈6之间形成滚动摩擦，如图3所示。

在脱困外圈5的圆柱面外壁上均匀固定有至少3个卡爪导向块7，卡爪导向块7向斜下方延伸有导向块，在导向块一侧设置有导向槽，在导向槽内设有滚轮9，滚轮9在导向槽中滚动。卡爪8上端与滚轮9通过螺栓紧固连接。卡爪8中部通过转动塞打螺栓10转动安装在脱困内圈6下部外壁上，在卡爪8上部内侧面上设置有沉孔，在脱困内圈6的圆柱面外侧面上与卡爪8上沉孔所对应的位置也设有沉孔，压簧11固定放置于卡爪中部的沉孔和脱困内圈上的沉孔之间；卡爪8下端为向内的卡爪勾。

如图5所示，在脱困外圈5的圆周面上设置有三个螺纹孔，在脱困内圈6的外壁上设置有相对应的切槽，切槽设计为一对平行切槽，限位弹簧柱塞12旋入脱困外圈5圆周面上的螺纹孔中，其末端贴合在切槽上；在自由状态下限位弹簧柱塞12末端贴合在上部切槽，脱困外圈5向下压缩状态下限位弹簧柱塞12末端贴合在下部切槽。

同样，在脱困内圈6的下台阶面上开设有三个螺纹孔，在脱困内圈6台阶面上设置的三个螺纹孔中均固定设置有缓冲弹簧柱塞25，在脱困组件2和末端组件3连接状态下，缓冲弹簧柱塞25下端抵在脱困对接环17的上表面上，进而起到缓冲作用；脱困内圈上设置有三个轴承孔，用于压入三个与凸轮承柱顶部配合的滑动轴承，用于定位和减小摩擦。便于与末端组件3的凸轮承柱19滑动接触。

图6为本发明实施例中末端组件的正视图，如图6所示，末端组件3包括脱困对接环17、压力盘18、凸轮承柱19、对接滚轮20、碟簧21、固定塞打螺栓22、轴承压环23以及深沟球轴承24。在脱困对接环17上与脱困外圈5上的卡爪8相对应位置设置有卡槽，在脱困组件2和末端组件3连接状态下，卡爪8下端的卡爪勾勾在卡槽上，进而实现脱困组件2和末端组件3的连接。

在脱困对接环17上均匀设有至少三个开孔，在脱困对接环17的下表面上位于开孔处设置有沉孔，在压力盘18的上表面上设有对应的螺纹孔；碟簧21放置于沉孔内，通过固定塞打螺栓22穿过脱困对接环17的开孔及碟簧21后，与压力盘18上表面上的螺纹孔固定，从而将脱困对接环17与压力盘18连接，且将二者挤压碟簧21。

如图4所示，在脱困内圈6的外壁上还固定有三个竖直放置的滑动轴承16，在脱困对接环17上与脱困内圈上的滑动轴承16相对应的位置设置有三个通孔，在压力盘18上设置有相应的通孔，凸轮承柱19分别穿过脱困对接环17上的通孔和压力盘18的通孔，并通过螺丝固定脱困对接环17上，且其上端与滑动轴承16相对应，在脱困组件2和末端组件3连接状态下，凸轮承柱19顶端穿过滑动轴承16进行配合，起到定位的作用；更具体的，在凸轮承柱19的上端通过螺纹台固定在脱困对接环17上，在螺纹台左右两侧各设置有一个沉头锥孔，螺钉穿过该沉头锥孔旋入脱困对接环上表面中，进而实现凸轮承柱19上端的固定；在凸轮承柱19下端内侧设置有螺纹孔，对接滚轮20固定安装在螺纹孔内，如图8所示。

如图7所示，在脱困对接环17的中心处开设有中心孔，在中心孔内通过深沟球轴承24安装有驱动接头，在脱困组件2和末端组件3连接状态下，驱动接头与脱困内圈固定连接，实现转矩的传动，进而用于驱动作业工具4。在深沟球轴承24外还固定安装有用于固定深沟球轴承24的轴承压环23，以防止驱动接头脱出。在本发明中，驱动接头穿过脱困内圈6，其前端为六角形状，并与绝缘杆1末端配合连接，驱动接头下端与作业工具4配合连接，进而实现转矩的传动。

本发明的工作过程如下：

第一步：如图9所示，当机器人在空中作业时，脱困组件2与末端组件3处于连接状态，此时卡爪8下端的卡爪勾勾住脱困对接环17上的卡槽；当作业机械臂发生故障时，机器人操作非作业机械臂末端移动到脱困外圈边沿；

第二步：非作业机械臂利用末端的脱困对接环去推动脱困外圈5，使得脱困外圈5向下运动，因而脱困外圈5外的压爪导向块7向下运动，此时因为卡爪8通过塞打螺栓10转动固定在脱困内圈6上，进而导致滚轮9相对导向槽斜向上滚动，压簧11逐渐被挤压，使得卡爪8在塞打螺栓10的杠杆支点作用下其下端被缓慢抬起，卡爪勾脱离末端组件3上的脱困对接环上的卡槽，从而使得脱困组件2与末端组件3脱离，实现机械臂脱困。

第三步：如图10所示，当脱困组件2与末端组件3脱离后，非作业机械臂开始回退，由于压簧11开始逐渐恢复为自由状态，卡爪8随即恢复为初始状态，滚轮9逐渐斜向下滚动，脱困外圈5缓慢上移恢复到初始位置，脱困完成，机器人故障机械臂顺利收回。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (8)

1.一种机器人空中脱困机构，其特征在于：包括脱困组件（2）和末端组件（3）；

所述脱困组件（2）包括与带电作业机器人机械臂的绝缘杆（1）固定连接的连接部及滑动套设在所述连接部外的脱困部；在所述脱困部上设置有若干卡爪导向块（7），在所述卡爪导向块（7）上设有斜向上的导向槽；在所述连接部下部转动安装有卡爪（8），所述卡爪（8）顶端滑动安装在所述卡爪导向块（7）的导向槽内；在所述卡爪（8）上端内侧与所述连接部之间安装有压簧（11）；

所述末端组件（3）包括脱困对接环（17）以及通过轴承安装在所述脱困对接环（17）中心处的驱动接头；在所述脱困对接环（17）上与所述卡爪（8）相对应的位置设置有卡槽；在所述脱困组件（2）和所述末端组件（3）连接状态下，所述卡爪（8）下端卡在所述卡槽上，所述驱动接头上端与所述连接部连接，其下端与作业工具连接。

2.根据权利要求1所述的机器人空中脱困机构，其特征在于：所述脱困部为脱困外圈（5），所述连接部为脱困内圈（6），在所述脱困外圈（5）和所述脱困内圈（6）之间设置有保持架（14），在所述保持架（14）侧壁安装有若干钢球（13）。

3.根据权利要求2所述的机器人空中脱困机构，其特征在于：在所述脱困外圈（5）的圆周面上设置有若干个螺纹孔，在所述脱困内圈（6）的外壁上设置有相对应的切槽，所述切槽为一对平行切槽；在脱困外圈（5）圆周面上的螺纹孔中设置限位弹簧柱塞（12），所述限位弹簧柱塞（12）末端贴合在所述切槽上；在自由状态下所述限位弹簧柱塞（12）末端贴合在上部切槽，所述脱困外圈（5）向下压缩状态下所述限位弹簧柱塞（12）末端贴合在下部切槽。

4.根据权利要求1所述的机器人空中脱困机构，其特征在于：在所述连接部的外壁上还固定有若干滑动轴承（16），在所述脱困对接环（17）上与所述滑动轴承（16）相对应的位置均设有通孔，凸轮承柱（19）分别穿过所述脱困对接环（17）上的通孔，并通过螺钉固定在所述脱困对接环（17）上，且其上端与所述滑动轴承（16）相对应。

5.根据权利要求4所述的机器人空中脱困机构，其特征在于：在所述凸轮承柱（19）的上端通过螺纹台固定在所述脱困对接环（17）上，在所述螺纹台左右两侧各设置有一个沉头锥孔，螺钉穿过该沉头锥孔旋入所述脱困对接环（17）上表面中。

6.根据权利要求1所述的机器人空中脱困机构，其特征在于：在所述连接部的下台阶面上开设有若干螺纹孔，在所述螺纹孔内均固定设置有缓冲弹簧柱塞（25），在所述脱困组件（2）和所述末端组件（3）连接状态下，所述缓冲弹簧柱塞（25）下端抵在所述脱困对接环（17）的上表面上。

7.根据权利要求1所述的机器人空中脱困机构，其特征在于：所述卡爪导向块（7）为均匀设置的至少3个卡爪导向块（7）。

8.根据权利要求1所述的机器人空中脱困机构，其特征在于：在所述连接部上部的内壁上设置有对正销（15），所述连接部与所述绝缘杆（1）通过所述对正销（15）和螺钉固定连接。

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