CN113119067A - 适合导线行走机器使用的一种行走臂机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合导线行走机器使用的一种行走臂机构，包括：行走驱动机构，其包括第一固定框，第一固定框上设置有行走驱动电机和行走驱动轮，所述行走驱动电机连接行走驱动轮；举升机构，其包括第二固定框和举升臂，所述举升臂两侧分别连接第一固定框和第二固定框，所述举升臂与第一固定框之间设置有举升驱动电机，所述第二固定框上设置有从动轮和旋转锁紧机构，所述从动轮与行走驱动轮轴线平行，所述旋转锁紧机构包括旋转电机和滚动轮，滚动轮位于从动轮下方，滚动轮的一端连接旋转电机，另一端与第二固定框活动连接，本发明控制举升机构让从动轮、滚动轮抱住导线控制对导线向下或向上的压力，并使用导线一定弧度的形变，使其行走更加稳定。

Description

适合导线行走机器使用的一种行走臂机构

技术领域

本发明属于电缆巡检机器人技术领域，更具体的说涉及一种适合导线行走机器人使用的一种行走臂机构。

背景技术

随着社会的发展，高压输电线担负着我国传输电力的重任，它的安全可靠性关系到了经济的稳定发展。目前，长距离输电的主要方式是采用高压和超高压架空的线路，但电力线路长期暴露在自然环境中，不仅要受正常机械载荷和电力载荷的内部压力，还要经受污秽、雷击、强风、滑坡、沉陷等外界侵害，将会促使线路上各元件产生老化，如不及时发现和消除，就可发展成为各种障碍，对电力系统的安全和稳定运行构成威胁。因此，线路巡检是有效保证输配电线及其相关设备安全运行的一项基础工作。线路巡检工作就是通过对输配电线路的巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化，及时发现设备缺陷、预防事故发生，或将故障限制在小范围，从而保证输配线路安全和电力系统的稳定。

目前，对输电线路进行巡视主要有地面目测和直升飞机航测两种方法，地面目测通过人工巡线的方式进行，采用肉眼或望远镜对输电线路进行观测，由于输电线路所处地理位置等条件限制，人工巡线精度低、劳动强度大，且存在盲区；直升飞机可携带多种仪器设备对输电线路进行航测，精度和效率较高，但由于受巡视区域地理、气候等条件的影响，存在安全隐患，且巡线费用高。对输电线路的修复(包括除冰、清障、维修等)主要有人工修复和机器修复两种方法，人工修改是通过工作人员爬到输电线路上，再通过手动操作各种工具进行修复，但是该修复方法劳动强度大、危险性高，且效率低下；机器修复是通过在导线行走机器人上安装各种修复工具(包括除冰器、清障臂、喷火枪等)，再通过地面人员遥控进行修复工作，但是该修复方法对导线行走机器人要求高，现有导线行走机器人很难满足使用要求，现有的巡线机器人，其机器人手臂移动于线缆上；一般地，机器人手臂分别带有上端轮和下端轮，通过上端轮和下端轮之间的组合，将线缆压紧，达到巡路机器人锁紧于线缆上；但现有技术中的机器人手臂，其由于上端轮和下端轮在压紧时为直线移动，压紧力有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种控制举升机构让从动轮、滚动轮抱住导线的同时，可以控制对导线向下或向上的压力，并使用导线一定弧度的形变，使其行走更加稳定，适应性更强。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种适合导线行走机器使用的一种行走臂机构，包括：

行走驱动机构，其包括第一固定框，第一固定框上设置有行走驱动电机和行走驱动轮，所述行走驱动电机连接行走驱动轮；

举升机构，其包括第二固定框和举升臂，所述举升臂一侧与第一固定框转动连接，另一侧连接第二固定框，所述举升臂与第一固定框之间设置有举升驱动电机，所述第二固定框上设置有从动轮和旋转锁紧机构，所述从动轮与行走驱动轮轴线平行，所述旋转锁紧机构包括旋转电机和滚动轮，滚动轮位于从动轮下方，滚动轮的一端连接旋转电机，另一端与第二固定框活动连接。

进一步的所述第二固定框上与举升臂连接处设置有扭力传感器。

进一步的所述举升臂上设置有弹簧板，弹簧板一端连接举升臂，另一端连接扭力传感器。

进一步的所述旋转电机连接有转轴，转轴的轴线沿竖直方向布置，转轴连接滚动轮的一端。

进一步的所述滚动轮与转轴连接的一端为旋转端，另一端为活动端，所述第二固定框上设置容纳滚动轮活动端的容纳槽，所述容纳槽的一侧为出入口，第二固定框对应出入口处设置有限位机构。

进一步的所述限位机构包括限位电机、丝杆和限位块，所述限位块与丝杆螺纹连接，丝杆连接限位电机。

进一步的所述第二固定框对应出入口处开设有通槽，所述限位块穿过通槽。

进一步的还包括底部滑动机构和转向机构，底部滑动机构包括支撑框架，在支撑框架底部设置有直线轴承，支撑框架上设置有第二驱动机构；转向机构包括转向电机和谐波减速器，所述谐波减速器的两端分别连接转向电机和行走驱动机构。

进一步的还包括导线夹紧装置，所述导线夹紧装置设置于第一固定框上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：滑动机构保证行走臂在整机上的相对位置可以任意移动；转向机构实现行走臂的行走驱动机构可以任意转向，实现整机的360度自由转动；行走驱动机构机构负担将整机挂在导线上，并带动整机行走；举升机构中包括了导线夹紧装置，确保导线处于行走驱动轮的中心；举升机构中包括了从动轮和滚动轮，控制举升机构让从动轮、滚动轮抱住导线的同时，可以控制对导线向下或向上的压力，并使用导线一定弧度的形变，使其行走更加稳定，适应性更强，转向转机构采用谐波减速器实现360度无死角转动。

附图说明

图1为重心自平衡式双臂巡检机械人的立体结构图；

图2为重心自平衡式双臂巡检机器人的主视图；

图3为水平滑台的立体结构图；

图4为图3中A部的放大图；

图5为重心平衡箱体与下层轨道配合的立体结构图；

图6为行走臂的立体结构图；

图7为第二驱动机构和转向机构的立体结构图一；

图8为第二驱动机构和转向机构的立体结构图二；

图9为行走驱动机构的立体结构图；

图10为行走驱动机构与举升机构的主视图；

图11为行走驱动机构与举升机构的立体结构图一；

图12为行走驱动机构与举升机构的立体结构图二。

附图标记：1、水平滑台；11、上层轨道；12、下层轨道；121、光轴；122、同步带；13、端面固定板；2、重心平衡箱体；21、图像采集装置；22、直线轴承；3、行走臂；32、转向机构；321、转向电机；322、谐波减速器；323、支撑框架；33、行走驱动机构；331、行走驱动电机；332、行走驱动轮；333、第一固定框；34、举升机构；341、举升驱动电机；342、举升臂；343、弹簧板；344、扭力传感器；345、第二固定框；3456、容纳槽；346、滚动轮；347、从动轮；348、旋转电机；351、限位块；352、限位电机；4、作业臂；5、导线；61、第一电机；62、同步带轮；63、导向带轮。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

一种适合导线行走机器使用的一种行走臂机构，包括：

行走驱动机构33，其包括第一固定框333，第一固定框333上设置有行走驱动电机331和行走驱动轮332，所述行走驱动电机331连接行走驱动轮332；

举升机构34，其包括第二固定框345和举升臂342，所述举升臂342一侧与第一固定框333转动连接，另一侧连接第二固定框345，所述举升臂342与第一固定框333之间设置有举升驱动电机341，所述第二固定框345上设置有从动轮347和旋转锁紧机构，所述从动轮347与行走驱动轮332轴线平行，所述旋转锁紧机构包括旋转电机348和滚动轮346，滚动轮346位于从动轮347下方，滚动轮346的一端连接旋转电机348，另一端与第二固定框345活动连接。

在本实施例中通过行走驱动电机331带动行走驱动轮332转动，二者之间可以设置减速机，行走驱动轮332置于导线5上，通过行走驱动轮332与导线5之间的摩擦力驱动行走臂3的行走。

在举升机构34中通过举升驱动电机341来驱动举升臂342和第二固定框345的举升角度，进而可以改变从动轮347和滚动轮346的位置，进而实现改变对导的作用力和方向。

其中举升驱动电机341可以固定在第一固定框333上，其输出轴连接举升臂342，进而改变举升臂342与第一固定框333的角度。

在举升机构34向下移动时，从动轮347压在导线5上，对导线5的压力由举升驱动电机341的输出电压进行控制。

本实施例中通过旋转电机348可以控制滚动轮346停留在不同位置上，进而实现打开或关闭从动轮347下方的空间，在滚动轮346打开从动轮347下方空间时，可以使导线5进入此空间，然后转动滚动轮346关闭此空间，将导线5限制在从动轮347与滚动轮346之间，即完成导线5的锁定。

具体的如图11和图12所示，所述旋转电机348连接有转轴，转轴的轴线沿竖直方向布置，转轴连接滚动轮346的一端，这样在打开或关闭从动轮347下方空间时，只需旋转电机348动作，而使滚动轮346沿水平方向进行转动即可。

其中滚动轮346可以设置有两个。

本实施例优选的所述第二固定框345上与举升臂342连接处设置有扭力传感器344。

在举升驱动电机341带动举升臂342和第二固定框345举升移动时，扭力传感器344获得举升机构34作用在导线5上的作用力，以控制举升驱动电机341的动作，使得对导线5的夹紧力达到可控。

本实施例优选的的所述举升臂342上设置有弹簧板343，弹簧板343一端连接举升臂342，另一端连接扭力传感器344。

弹簧板343使得第二固定框345与举升臂342之间具有缓冲结构，以防止损坏举升驱动电机341。

本实施例优选的所述滚动轮346与转轴连接的一端为旋转端，另一端为活动端，所述第二固定框345上设置容纳滚动轮346活动端的容纳槽3456，所述容纳槽3456的一侧为出入口，第二固定框345对应出入口处设置有限位机构。

本实施例中优选的在容纳槽3456处设置霍尔传感器，霍尔传感器可以检测滚动轮346的活动端是否在容纳槽3456内。

优选的滚动轮346的旋转端和活动端处均设置有轴承。

其中所述限位机构包括限位电机352、丝杆和限位块351，所述限位块351与丝杆螺纹连接，丝杆连接限位电机352。

通过旋转电机348的动作可以使滚动轮346进入或离开容纳槽3456，在滚动轮346进入容纳槽3456后，限位电机352动作，通过丝杆驱动限位块351前进凸出至容纳槽3456内，进而挡住滚动轮346的活动端脱出容纳槽3456，达到锁定导线5的目的，当滚动轮346需要移出时，限位块351缩回离开容纳槽3456，不影响旋转电机348带动滚动轮346转动。

其中所述第二固定框345对应出入口处开设有通槽，所述限位块351穿过通槽，限位块351可以通过通槽进行直线运动，在丝杆转动过程中限位块351不随丝杆一同转动，当然也可以通过滑轴等其他现有技术方式进行阻止限位块351的转动。

本实施例优选的还包括底部滑动机构和转向机构32，底部滑动机构包括支撑框架323，在支撑框架323底部设置有直线轴承22，支撑框架323上设置有第二驱动机构；转向机构32包括转向电机321和谐波减速器322，所述谐波减速器322的两端分别连接转向电机321和行走驱动机构33。

转向电机321与谐波减速器322可以通过联轴器或皮带、齿轮等方式进行连接驱动。

还包括导线5夹紧装置，所述导线5夹紧装置设置于第一固定框333上。

如图1-9所示，本实施例的行走臂3可以装于具有越障功能的巡检机器人上进行使用，此巡检机器人包括：

水平滑台1，其包括上层轨道11和下层轨道12；

重心平衡箱体2，其设置于下层轨道12上，且与下层轨道12滑动连接，所述中心平衡箱体与下层轨道12之间设置有第一驱动机构；

两个行走臂3，所述的行走臂3均设置于上层轨道11上，且与上层轨道11滑动连接，具体的为直线轴承22与上层轨道11滑动连接；

作业臂4，其设置于上层轨道11上，所述的作业臂4位于两个行走臂3之间。

在本实施例中转向机构32的转动轴基本垂直于地面。

如图3和4所示，所述水平滑台1还包括两块端面固定板13，下层轨道12包括两根光轴121，所述光轴121的两端分别固定于两块端面固定板13上，所述上层轨道11与下层轨道12结构相同，所述重心平衡箱体2和行走臂3分别与下层轨道12的光轴121和上层轨道11的光轴121之间通过直线轴承22连接。

下层轨道12的两根光轴121相互平行，直线轴承22用于与光轴121进行配合。

在本实施例中上层轨道11和下层轨道12的光轴121数量还可以为一根、三根或者多根。

如图5所示，所述下层轨道12和上层轨道11均包括有同步带122，同步带122的端部固定于端面固定板13上，第一驱动机构包括第一电机61和同步带轮62，同步带轮62与下层轨道12上的同步带122配合，所述第一电机61连接同步带轮62。

本实施例优选的所述同步带122位于两根光轴121之间。

同步带122在水平滑台1上处于固定状态，在第一电机61使同步带轮62转动时，同步带轮62与同步带122发生摩擦，而带动重心平衡箱体2沿着下层轨道12的光轴121移动，进而改变重心的位置。

在本实施例中重心平衡箱体2内可以采用电池和第一电机61(重心平衡箱体2中未示出，被包裹于壳体内)作为配重部件，还可以采用或增加其他配重块。

如图5所示，所述第一驱动机构还包括导向带轮63，导向带轮63设置有两个，两个导向带轮63分别位于同步带轮62的两侧，两个导向带轮63使同步带122以较大的贴合面积接触同步带轮62，以增加摩擦力，防止发生打滑，提高运行精准度。

当然在本发明中同步带122还可以更换为齿条，对应的同步带轮62采用齿轮，利用齿轮和齿条的配合来使重心平衡箱体2在下层轨道12的光轴121上移动。

在本实施例中第二驱动机构与第一驱动机构相同，只是第二驱动机构的同步带轮62与上层轨道11的同步带122进行配合，使行走臂3在上层轨道11的光轴121上进行滑动，行走臂3在上层轨道11的移动与重心平衡箱体2在下层轨道12的移动相互无干涉。

如图6-8所示，本实施例优选的所述转向机构32包括转向电机321和谐波减速器322，所述谐波减速器322的两端分别连接转向电机321和行走驱动机构33，转向电机321与第二驱动机构连接。

在其中一个行走臂3挂在导线5上，另一个行走臂3悬空时，可以通过悬挂在导线5上行走臂3的转向电机321动作，进而谐波减速器322使行走驱动机构33和下方的支撑框架323、水平滑台1、重心平衡箱体2绕着谐波减速器322的轴进行转动。

如图1和2所示，本实施例优选的所述作业臂4与上层轨道11滑动连接，且作业臂4与上层轨道11之间设置有第三驱动机构，第三驱动机构与第一驱动机构的结构相同，仅第三驱动机构的同步带轮62与上层轨道11的同步带122进行配合，通过第三驱动机构的动作可以使作业臂4在上层轨道11的光轴121上进行移动。

在本实施例中作业臂4主要用于线路上的一些检修，如：安装防震锤，一些线上异物清理等工作，可以通过关节模组实现机构的上下左右运动，精确定位工作位置，顶部安装作业部件，实现具体作业；当然根据其功能的需要可以选择不同形式或结构的作业臂4。

在本实施例中优选的重心平衡箱体2上布置有图像采集装置21，其可以为光学摄像机和/或红外摄像机，可以采集图像，实现巡线信息的采集。

在工作时，分为巡线、作业和越障几个状态。

巡线状态：重心平衡箱体2基本处于两个行走臂3之间，使两个行走臂3均挂在导线5上，行走驱动轮332在行走驱动电机331的带动下转动，带动整个机器在导线5上行走，上的光学摄像机和红外摄像机负责采集图像，实现巡线信息的采集。

作业状态：在机器行走至作业位置时，锁定两个行走臂3的行走驱动轮332，作业臂4将作业部件运动到合适位置，实现安装防震锤、线上异物清理等工作。

越障状态：以图2为例，左侧的行走臂3为A，右侧的行走臂3为B,在行走臂3A一侧遇到障碍物时，靠近障碍物一端的行走臂3A锁定在导线5上，另一端行走臂3B松开锁紧装置，通过调节重心平衡箱体2，行走臂3B上升，脱离导线5；通过固定端的行走臂3A的转向机构32，带动整个机构旋转180度，越过障碍物，旋转过程中行走臂3B的转向机构32进行旋转180度，使行走驱动机构33正对着导线5，此时旋转的行走臂3B正好到达导线5上端；再通过重心平衡箱体2在下层轨道12上的运动，调节重心，把前面旋转的行走臂3B的驱动机构调节到与导线5接触的位置，采用同样方法旋转的行走臂3A，通过旋转，实现越过障碍物。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种适合导线行走机器使用的一种行走臂机构，其特征在于，包括：

行走驱动机构，其包括第一固定框，第一固定框上设置有行走驱动电机和行走驱动轮，所述行走驱动电机连接行走驱动轮；举升机构，其包括第二固定框和举升臂，所述举升臂一侧与第一固定框转动连接，另一侧连接第二固定框，所述举升臂与第一固定框之间设置有举升驱动电机，所述第二固定框上设置有从动轮和旋转锁紧机构，所述从动轮与行走驱动轮轴线平行，所述旋转锁紧机构包括旋转电机和滚动轮，滚动轮位于从动轮下方，滚动轮的一端连接旋转电机，另一端与第二固定框活动连接。

2.根据权利要求1所述的适合导线行走机器人使用的一种行走臂机构，其特征在于：所述第二固定框上与举升臂连接处设置有扭力传感器。

3.根据权利要求2所述的适合导线行走机器人使用的一种行走臂机构，其特征在于：所述举升臂上设置有弹簧板，弹簧板一端连接举升臂，另一端连接扭力传感器。

4.根据权利要求3所述的适合导线行走机器人使用的一种行走臂机构，其特征在于：所述旋转电机连接有转轴，转轴的轴线沿竖直方向布置，转轴连接滚动轮的一端。

5.根据权利要求4所述的适合导线行走机器人使用的一种行走臂机构，其特征在于：所述滚动轮与转轴连接的一端为旋转端，另一端为活动端，所述第二固定框上设置容纳滚动轮活动端的容纳槽，所述容纳槽的一侧为出入口，第二固定框对应出入口处设置有限位机构。

6.根据权利要求5所述的适合导线行走机器人使用的一种行走臂机构，其特征在于：所述限位机构包括限位电机、丝杆和限位块，所述限位块与丝杆螺纹连接，丝杆连接限位电机。

7.根据权利要求6所述的适合导线行走机器人使用的一种行走臂机构，其特征在于：所述第二固定框对应出入口处开设有通槽，所述限位块穿过通槽。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的适合导线行走机器人使用的一种行走臂机构，其特征在于：还包括底部滑动机构和转向机构，底部滑动机构包括支撑框架，在支撑框架底部设置有直线轴承，支撑框架上设置有第二驱动机构；转向机构包括转向电机和谐波减速器，所述谐波减速器的两端分别连接转向电机和行走驱动机构。

9.根据权利要求1-7中任意一项所述的适合导线行走机器人使用的一种行走臂机构，其特征在于：还包括导线夹紧装置，所述导线夹紧装置设置于第一固定框上。

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