CN113276103B - 一种多自由度操作平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度操作平台，位于机器人的执行末端，其特征是，包括平台壳体，平台壳体内设有轴向伸缩部件和转动部件，转动部件包括与轴向伸缩部件相连的转动壳体，转动壳体内设有转动部件，转动部件连接若干个执行元件，轴向伸缩部件配备有轴向动力元件，转动部件配备有转动动力元件。本发明的好处是能同时设置多个执行元件，调整不同执行元件的位置进行使用，检测效率高；在机器人自带的大范围调节下能够完成执行末端小幅度的多自由度调节，保障执行末端的大空间灵活兼容；转动部件能够切换不同的执行元件与检测点相对，避免仪器之间的相互干扰，能够提高仪器的检测精度。

Description

一种多自由度操作平台

技术领域

本申请涉及巡检机器人技术领域，尤其涉及一种多自由度操作平台。

背景技术

随着经济的高速发展，电力系统规模不断扩大，相应的城市配电房及配电柜越来愈多，为保障电力供应，需投入大量人力和财力进行巡检和维护，人工维护成本高，而且无法实现全天24小时巡检，并且涉及到安全问题。近年国家电网公司大力推广智能巡检机器人在无人值守或少人值守配电房、变电站、变电站开关室中的应用，其主要作用是替代人工完成无人值守或少人值守变电站、配电房的巡视工作，及时发现电力设备的内部热缺陷、外部机械或电气问题。

例如，中国专利文献中，授权公告号为CN 212808964U于2021年3月26日授权公告的名为“一种基于互联网的变电站智能巡检机器人”的实用新型专利，该申请案公开了一种基于互联网的变电站智能巡检机器人，包括履带式机器人，所述履带式机器人的顶部安装有三个安装支架，且三个安装支架分别安装有红外热像仪、可见光摄像机和环境检测模块，所述履带式机器人的顶部一侧安装有电控箱，所述电控箱的底部内壁安装有锂离子电池，所述电控箱的一侧内壁安装有电路板，其不足之处在于：为了设置不同的执行元件，设计了多个安装支架，安装支架的分离式设置扩大了机器人的空间占用，机器人的转向受到了制约，而且执行元件只能在水平方向测量，无法进行纵向角度的调节，执行元件的检测效率较低，影响检测结果的可靠性。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明提供了一种多自由度操作平台，在机器人自带的大范围调节下能够完成执行末端小幅度的多自由度调节，保障末端执行器的大空间灵活兼容，减小不同执行元件之间的干扰，使不同执行元件分别使用时的检测结果更加可靠。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种多自由度操作平台，位于机器人的执行末端，其特征是，包括平台壳体，平台壳体内设有轴向伸缩部件和转动部件，转动部件包括与轴向伸缩部件相连的转动壳体，转动壳体内设有转动部件，转动部件连接若干个执行元件，轴向伸缩部件配备有轴向动力元件，转动部件配备有转动动力元件。

多自由度的执行末端，能同时设置多个执行元件，调整不同执行元件的位置进行使用，检测效率高；在机器人自带的大范围调节下能够完成执行末端小幅度的多自由度调节，保障执行末端的大空间灵活兼容；轴向伸缩部件能够完成执行末端的伸出和回收，控制执行末端和检测点的距离；而转动部件能够切换不同的执行元件与检测点相对，避免仪器之间的相互干扰，能够提高仪器的检测精度。

作为优选，平台壳体的形状为一端开口的长方体，轴向伸缩部件采用伸缩电缸，转动壳体滑动连接在平台壳体内部，伸缩电缸连接转动壳体和平台壳体。伸缩电缸控制转动壳体和平台壳体之间的距离，从而能够完成转动壳体的伸缩控制，伸缩电缸的控制方便，可靠性高。

作为优选，转动部件包括位于转动壳体内的X轴驱动齿条，X轴驱动齿条配备有X轴驱动元件；转动壳体上转动设有垂直X轴驱动齿条的Y向转动管，Y向转动管的外周设有配合X轴驱动齿条的驱动齿纹；Y向转动管内设有Y轴驱动齿条，Y轴驱动齿条配备有Y轴驱动元件；Y向转动管配合Y轴驱动齿条的转向球，转向球上设有配合Y轴驱动齿条的配合齿纹，Y向转动管上设有配合转向球侧面的定心球面，定心球面上设有配合转向球露出的限位槽，转向球露出限位槽的部分设有配合执行元件的安装部件；转动壳体上设有配合安装部件伸出的开口孔。通过X轴驱动齿条能够完成Y向转动管的转动，通过Y轴驱动齿条能够完成转向球的转动，定心球面限位转向球的位置，起到转向球轴线的控制，使执行元件能够在定心球面的同心球面上转动，相比一般的平面旋转，位置调节时，需要的执行元件和不需要的执行元件的距离能够控制的更远，从而避免执行元件之间造成的例如电流、温度的干扰，使不同执行元件分别使用时的检测结果更加可靠。

作为优选，X轴驱动元件和Y轴驱动元件均采用直线电缸。直线电缸驱动X轴驱动齿条和Y轴驱动齿条，通过齿条和齿纹配合，完成Y向转动管和转向球的转动控制，控制方便，控制精度高。

作为优选，转动壳体上设有配合Y向转动管的转动座，转动座内设有配合Y向转动管的限位轴承。通过转动座限位Y向转动管的转动轴线，提高Y向转动管的转动稳定性。

作为优选，转向球上设有弧形槽，配合齿纹设置在弧形槽内，Y轴驱动齿条嵌入在弧形槽内后与配合齿纹啮合。Y轴驱动齿条的嵌入式设置能够实现转向球的周侧限位，确保转向球的转动轴线稳定可靠，方便执行元件的位置调整精确。

作为优选，安装部件包括固定设置在转向球径向的连接杆，连接杆内设有限位孔，限位孔内设有张紧绳，连接杆在限位孔的端部设有限位球面，张紧绳连接一安装头，安装头的尾部设有与限位球面配合的配合球面。张紧绳张紧安装头贴合限位球面，安装头用于安装执行元件，安装头的位置能够在拉开张紧绳后调节，从而能够提高安装头的位置调整性能，方便执行元件和连接杆之间的对位和安装。

作为优选，转动壳体外壁和平台壳体之间设有配合的滑轨和滑槽。通过滑轨和滑槽实现转动壳体和平台壳体的可靠滑动，保证轴向驱动的可靠性。

作为优选，执行元件包括可见光相机、红外相机、局放检测仪和气体检测仪。可见光相机用于巡检过程的表计读数识别；红外相机用于巡检时对柜体目标进行测温；局放检测仪用于巡检时检测柜体内部局部放电的强度；气体检测仪用于检测柜体的气味，尤其是六氟化硫，作为辅助检测，能够启示电路是否老化或是否存在短路。

本发明具有如下有益效果：具备多自由度的执行末端，在机器人自带的大范围调节下能够完成执行末端小幅度的多自由度调节，保障末端执行器的大空间灵活兼容；轴向伸缩部件能够完成执行末端的伸出和回收，控制执行末端和检测点的距离；而转动部件能够切换不同的执行元件与检测点相对，避免仪器之间的相互干扰，能够提高仪器的检测精度；检测结果的可靠性高。

附图说明

图1是本发明在巡检机器人中的位置结构示意图。

图2是本发明的内部结构示意图。

图3是图2中A-A处的结构示意图。

图4是本发明中Y向转动管的结构。

图中：机器人1 夹爪101 操作平台2 平台壳体3 滑轨4 滑槽5 伸缩电缸6 转动壳体7 开口孔8 X轴驱动齿条9 X轴驱动元件10 Y向转动管11 定心球面12 驱动齿纹13 限位槽14 转动座15 Y轴驱动齿条16 Y轴驱动元件17 转向球18 弧形槽19 配合齿纹20 连接杆21 限位孔22 张紧绳23 限位球面24 安装头25。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例，

如图1到图4所示，一种多自由度操作平台，位于机器人1的执行末端，执行末端上设有电动夹爪101用于夹取零件。其特征是，操作平台2包括平台壳体3，平台壳体3内设有轴向伸缩部件和转动部件，轴向伸缩部件配备有轴向动力元件，转动部件配备有转动动力元件。转动部件包括与轴向伸缩部件相连的转动壳体7，平台壳体3的形状为一端开口的长方体，轴向伸缩部件采用伸缩电缸6，转动壳体7滑动连接在平台壳体3内部，伸缩电缸6连接转动壳体7的背侧和平台壳体3的底侧。转动壳体7外壁和平台壳体3之间设有配合的滑轨4和滑槽5。通过滑轨4和滑槽5实现转动壳体7和平台壳体3的可靠滑动，保证轴向驱动的可靠性。转动壳体7的形状也为长方体。转动壳体7内设有转动部件，转动部件包括位于转动壳体7内的X轴驱动齿条9，X轴驱动齿条9配备有X轴驱动元件10；转动壳体7上转动设有垂直X轴驱动齿条9的Y向转动管11，转动壳体7上设有配合Y向转动管11的转动座15，转动座15内设有配合Y向转动管11的限位轴承。通过转动座15限位Y向转动管11的转动轴线，提高Y向转动管11的转动稳定性。X轴驱动齿条9位于Y向转动管11的中间位置。Y向转动管11的外周设有配合X轴驱动齿条9的驱动齿纹13；Y向转动管11内设有Y轴驱动齿条16，Y轴驱动齿条16平行Y向转动管11的轴线设置。Y轴驱动齿条16配备有Y轴驱动元件17；X轴驱动元件10和Y轴驱动元件17均采用直线电缸。转动管配合Y轴驱动齿条16的转向球，转向球上设有配合Y轴驱动齿条16的配合齿纹20，转向球上设有弧形槽19，配合齿纹20设置在弧形槽19内，Y轴驱动齿条16嵌入在弧形槽19内后与配合齿纹20啮合。Y轴驱动齿条16的嵌入式设置能够实现转向球18的周侧限位，确保转向球18的转动轴线稳定可靠，方便执行元件的位置调整精确。Y向转动管上设有配合转向球侧面的定心球面12，定心球面12上设有配合转向球露出的限位槽14，转向球露出限位槽14的部分设有配合执行元件的安装部件；安装部件包括固定设置在转向球径向的连接杆21，连接杆21内设有限位孔22，限位孔22内设有张紧绳23，连接杆21在限位孔22的端部设有限位球面24，张紧绳23连接一安装头25，安装头25的尾部设有与限位球面24配合的配合球面。张紧绳23张紧安装头25贴合限位球面24，安装头25用于安装执行元件，安装头25的位置能够在拉紧张紧绳23后调节，从而能够提高安装头25的位置调整性能，方便执行元件和连接杆21之间的对位和安装。转动壳体7上设有配合安装部件伸出的开口孔8。通过X轴驱动齿条9能够完成Y向转动管11的转动，通过Y轴驱动齿条16能够完成转向球18的转动，定心球面12限位转向球18的位置，起到转向球18轴线的控制，使执行元件能够在定心球面12的同心球面上转动，相比一般的平面旋转，位置调节时，需要的执行元件和不需要的执行元件的距离能够控制的更远，从而避免执行元件之间造成的例如电流、温度的干扰，使不同执行元件分别使用时的检测结果更加可靠。X轴驱动齿条9和Y轴驱动齿条16安装在不同位置，两者可以同步作用和复位，调整效率高。转动部件连接若干个执行元件，执行元件包括可见光相机、红外相机、局放检测仪和气体检测仪。可见光相机用于巡检过程的表计读数识别；红外相机用于巡检时对柜体目标进行测温；局放检测仪用于巡检时检测柜体内部局部放电的强度；气体检测仪用于检测柜体的气味，尤其是六氟化硫，作为辅助检测，能够启示电路是否老化或是否存在短路。实施例中的安装头25外端为平面，方便执行元件通过螺钉安装到安装头25上。

本申请提供了一种多自由度的执行末端，在机器人1自带的大范围调节下能够完成执行末端小幅度的多自由度调节，保障末端执行器的大空间灵活兼容；轴向伸缩部件能够完成执行末端的伸出和回收，控制执行末端和检测点的距离；而转动部件能够切换不同的执行元件与检测点相对，避免仪器之间的相互干扰，能够提高仪器的检测精度。通过转动部件能够切换不同的执行元件与检测点相对，避免仪器之间的相互干扰，能够提高仪器的检测精度；检测结果的可靠性高。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种多自由度操作平台，位于机器人的执行末端，其特征是，包括平台壳体，平台壳体内设有轴向伸缩部件和转动部件，转动部件包括与轴向伸缩部件相连的转动壳体，转动壳体内设有转动部件，转动部件连接若干个执行元件，轴向伸缩部件配备有轴向动力元件，转动部件配备有转动动力元件，所述转动部件包括位于转动壳体内的X轴驱动齿条，X轴驱动齿条配备有X轴驱动元件；转动壳体上转动设有垂直X轴驱动齿条的Y向转动管，Y向转动管的外周设有配合X轴驱动齿条的驱动齿纹；Y向转动管内设有Y轴驱动齿条，Y轴驱动齿条配备有Y轴驱动元件；Y向转动管内设有配合Y轴驱动齿条的转向球，转向球上设有配合Y轴驱动齿条的配合齿纹，Y向转动管上设有配合转向球侧面的定心球面，定心球面上设有配合转向球露出的限位槽，转向球露出限位槽的部分设有配合执行元件的安装部件；转动壳体上设有配合安装部件伸出的开口孔，所述安装部件包括固定设置在转向球径向的连接杆，连接杆内设有限位孔，限位孔内设有张紧绳，连接杆在限位孔的端部设有限位球面，张紧绳连接一安装头，安装头的尾部设有与限位球面配合的配合球面。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度操作平台，其特征是，所述平台壳体的形状为一端开口的长方体，轴向伸缩部件采用伸缩电缸，转动壳体滑动连接在平台壳体内部，伸缩电缸连接转动壳体和平台壳体。

3.根据权利要求1所述的一种多自由度操作平台，其特征是，所述X轴驱动元件和Y轴驱动元件均采用直线电缸。

4.根据权利要求1或3所述的一种多自由度操作平台，其特征是，所述转动壳体上设有配合Y向转动管的转动座，转动座内设有配合Y向转动管的限位轴承。

5.根据权利要求1所述的一种多自由度操作平台，其特征是，所述转向球上设有弧形槽，配合齿纹设置在弧形槽内，Y轴驱动齿条嵌入在弧形槽内后与配合齿纹啮合。

6.根据权利要求2所述的一种多自由度操作平台，其特征是，所述转动壳体外壁和平台壳体之间设有配合的滑轨和滑槽。

7.根据权利要求1所述的一种多自由度操作平台，其特征是，所述执行元件包括可见光相机、红外相机、局放检测仪和气体检测仪。

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