CN113511263A - 一种操作机器人原地转向机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种操作机器人原地转向机构，包括转向底盘组件，所述转向底盘组件包括上层底盘和下层底盘；其中，所述上层底盘顶部设置有操作机器人接合盘；所述转向底盘组件底部铰接设置有变位式轮组；其中，所述变位式轮组包括角度差为90°的第一轮体和第二轮体，所述第一轮体和第二轮体之间设置有过渡扇体，所述过渡扇体底部设置有接地扇面，变位式轮组可沿接地扇面的延伸方向切换。由于操作机器人仅需进行直角转向，而第一轮体与第二轮体存在90°的角度差，故利用变位式轮组能够以最高效的方式完成原地转向，转弯半径则可忽略。

Description

一种操作机器人原地转向机构

技术领域

本发明涉及机器人操作技术领域，尤其是涉及一种操作机器人原地转向机构。

背景技术

开关柜是一种电气设备，其主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。开关柜面板上设置有若干用于操作开关柜内部部件的控制按钮，主要用来短时间接通或断开电气回路，实现对电气回路的控制，在电力系统发挥及其重要的作用。

通常开关柜的控制按钮均通过人工进行操作，但是由于开关柜工作时处于高压状态，人工操作存在较大的风险，现有技术只能实现断路器分合的远方控制，无法对断路器小车、接地闸刀等设备实现远程操作，依旧依赖于人工现场操作，危险性高、效率低下；另外，变电站内开关柜数量较多，人工进行持续的重复工作易产生误操作现象，降低了设备进行操作的效率，而随着机器人产业的发展，机器人的高效性和安全性与变电站较为契合，因此将机器人应用到变电站中进行自动化操作是一个发展方向。但由于变电站空间有限，开关柜的排列方式一般为多排矩阵式排布，而操作机器人则在相邻的开关柜排之间穿插式蛇形移动，依次从各开关柜前通过并进行操作。通过操作机器人的移动方式可以看出，操作机器人需要频繁转向以实现蛇形移动，但现有技术中操作机器人的移动装置的转向性能并不理想。

例如中国专利文献（公告号：CN107685333A）公开了“一种履带开关柜操作机器人”，包括：机器人底盘；第一车轮；第二车轮，其中第一车轮和第二车轮间隔设置；履带，设置在第一车轮和第二车轮上，其中第一车轮和第二车轮设有用于卡置履带的卡扣部；控制箱，设置在机器人底盘上，用于控制第一车轮和第二车轮转动；六轴机器人，设置在控制箱上，其中六轴机器人的一端设有与控制箱电连接的电机；夹具支撑架，设置在机器人底盘上，其中夹具支撑架上设有多个夹具；其中，电机上设有用于与多个夹具可拆卸连接的套筒杆，且多个夹具包括旋钮夹具和套筒夹具。

上述技术方案通过履带配合第一车轮和第二车轮进行机器人转向控制，但履带式底盘在开关柜操作机器人转向时灵敏度低，响应性差，且转弯半径大，在空间有限的变电站中无法快速转向，这无疑降低了工作效率，可以看出上述方案在实际应用阶段并不理想。

发明内容

针对背景技术中提到的现有的开关柜操作机器人进行穿插式蛇形移动过程中转弯半径大、转向效率低的问题，本发明提供了一种操作机器人原地转向机构，通过转向底盘实现操作机器人的原地转向，确保转弯半径小，转向灵敏，响应性好；

本发明的第二发明目的是解决对操作机器人在进行穿插式蛇形移动过程中无法准确控制与开关柜距离导致操作效率下降的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种操作机器人原地转向机构，包括转向底盘组件，所述转向底盘组件包括上层底盘和下层底盘；其中，所述上层底盘顶部设置有操作机器人接合盘；所述转向底盘组件底部铰接设置有变位式轮组；其中，所述变位式轮组包括角度差为90°的第一轮体和第二轮体，所述第一轮体和第二轮体之间设置有过渡扇体，所述过渡扇体底部设置有接地扇面，变位式轮组可沿接地扇面的延伸方向切换。所述变位式轮组用于改变过渡扇体的角度，从而切换第一轮体和第二轮体的位置，所述第一轮体与第二轮体错位设置，确保变位式轮组切换前后整个操作机器人原地转向机构完成90°转向，更加准确的说，是通过切换不同的轮组获得不同角度的轮体来完成转向。如图5所示，操作机器人的行进路线如图中箭头所示，操作机器人仅需进行直角转向，而第一轮体与第二轮体存在90°的角度差，故利用变位式轮组能够以最高效的方式完成原地转向，转弯半径则可忽略。在行进过程中的转角处，连通于操作机器人控制中心的变位式轮组可直接进行档位切换，使得变位式轮组完成从第一轮体到第二轮体的切换，顺利进行转向动作。

作为优选，所述过渡扇体包括铰接架，所述接地扇面设置于铰接架底部，所述第一轮体和第二轮体分别设置于铰接架两侧。所述铰接架为过渡扇体的主体结构，用于连接第一轮体和第二轮体，而接地扇面则用于变位式轮组从一侧轮体切换至另一侧轮体时平滑接地过渡，不会出现转向底盘组件上下抖动造成操作机器人操作偏离。确保变位式轮组完成转向切换过程平顺快速。

进一步的，所述下层底盘上设置有继电器，所述继电器底部设置有铰接结，所述铰接架通过铰接结与继电器连接，所述继电器可控制铰接架做两档切换。每个铰接架上方设置有一个连通于操作机器人控制中心的继电器，原地转向时所有继电器统一动作，响应一致，迅速精准的完成原地切换转向。由于铰接架仅需进行两档切换，因此继电器即可满足操作要求，且成本低廉，响应性好。

进一步的，所述上层底盘与下层底盘之间设置有支撑杆，所述上层底盘与下层底盘通过支撑杆固定连接。所述支撑杆用于固定上层底盘与下层底盘，确保整个转向底盘组件结构稳定，操作机器人底盘牢固性得到保证。

进一步的，所述下层底盘为正多边形盘，所述变位式轮组包括沿下层底盘周向设置的至少三组铰接架。由于操作机器人整体重心较高，因此正多边形结构的下层底盘确保变位式轮组安装后整个底盘重心稳定，在进行统一换档完成原地转向时不会出现操作机器人整体倾斜而发生倾倒的隐患。

作为优选，所述上层底盘为菱形结构，上层底盘包括长对角线和短对角线，所述长对角线两端均设置有安装部，所述安装部上设置有距离传感器。设置于长对角线两端的距离传感器分别用于检测底盘距离两侧开关柜的距离，并将数据反馈给操作机器人的控制中心，以确保整个操作机器人与开关柜的前面板的距离保持预设值，避免转向完成后距离变化造成操作不到位设置出现错误。

作为优选，所述操作机器人接合盘与上层底盘之间设置有减振体。所述减振体用于对原地转向产生的微振动进行吸收和缓冲，避免转向底盘组件上方的操作机器人，特别是其机械臂出现晃动而产生共振，显著提升操作机器人的整体稳定性。

作为优选，所述第一轮体与铰接架之间设置有轮轴，所述轮轴为柔性轴，所述第一轮体外部设置有轮架，所述铰接架上设置有连接于轮架的偏移拉杆。所述偏移拉杆远离轮架的一端设置有微型电机，当控制中心根据距离传感器反馈的数据判断操作机器人与开关柜之间出现距离偏移时，控制中心驱动微型电机工作，微型电机控制偏移拉杆对轮架及其内部轮体进行角度纠偏，由于轮轴可随轮架同步转动，因此微型电机可通过偏移拉杆将轮体向正确距离所对应的方向进行调整，使得轮体在前进过程中到达目标距离，此时电机控制偏移拉杆复位，轮体便沿正确路线行进，有效消除原地转向出现的距离偏差，保证操作机器人对开关柜进行精确操作。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）由于操作机器人仅需进行直角转向，而第一轮体与第二轮体存在90°的角度差，故利用变位式轮组能够以最高效的方式完成原地转向，转弯半径则可忽略；（2）接地扇面则用于变位式轮组从一侧轮体切换至另一侧轮体时平滑接地过渡，不会出现转向底盘组件上下抖动造成操作机器人操作偏离，确保变位式轮组完成转向切换过程平顺快速；（3）设置于长对角线两端的距离传感器分别用于检测底盘距离两侧开关柜的距离，并将数据反馈给操作机器人的控制中心，控制中心驱动微型电机工作，微型电机控制偏移拉杆对轮架及其内部轮体进行角度纠偏，确保操作机器人转向后与开关柜距离保持预设值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中转向底盘组件的轴侧图；

图3为本发明变位后的结构示意图；

图4为本发明的俯视图；

图5为操作机器人的行进路线图；

图中：100-转向底盘组件、1-上层底盘、11-支撑杆、12-距离传感器、2-下层底盘、21-继电器、3-操作机器人接合盘、4-变位式轮组、41-过渡扇体，42-接地扇面，43-铰接架、5-第一轮体，6-第二轮体，7-减振体、8-轮架、9-偏移拉杆。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1，2所示，一种操作机器人原地转向机构，包括转向底盘组件100，所述转向底盘组件包括上层底盘1和下层底盘2；其中，所述上层底盘顶部设置有操作机器人接合盘3；所述转向底盘组件底部铰接设置有变位式轮组4；其中，所述变位式轮组包括角度差为90°的第一轮体5和第二轮体6，所述第一轮体和第二轮体之间设置有过渡扇体41，所述过渡扇体底部设置有接地扇面42，变位式轮组可沿接地扇面的延伸方向切换。所述过渡扇体包括铰接架43，所述接地扇面设置于铰接架底部，所述第一轮体和第二轮体分别设置于铰接架两侧。所述下层底盘上设置有继电器21，所述继电器底部设置有铰接结，所述铰接架通过铰接结与继电器连接，所述继电器可控制铰接架做两档切换。

所述变位式轮组用于改变过渡扇体的角度，从而切换第一轮体和第二轮体的位置，所述第一轮体与第二轮体错位设置，确保变位式轮组切换前后整个操作机器人原地转向机构完成90°转向，更加准确的说，是通过切换不同的轮组获得不同角度的轮体来完成转向。根据图1所示，操作机器人的行进路线如图中箭头方向所示，操作机器人仅需进行直角转向，而第一轮体与第二轮体存在90°的角度差，故利用变位式轮组能够以最高效的方式完成原地转向，转弯半径则可忽略。在行进过程中的转角处，连通于操作机器人控制中心的变位式轮组可直接进行档位切换，使得变位式轮组完成从第一轮体到第二轮体的切换，顺利进行转向动作。所述铰接架为过渡扇体的主体结构，用于连接第一轮体和第二轮体，而接地扇面则用于变位式轮组从一侧轮体切换至另一侧轮体时平滑接地过渡，不会出现转向底盘组件上下抖动造成操作机器人操作偏离。确保变位式轮组完成转向切换过程平顺快速。其中，每个铰接架上方设置有一个连通于操作机器人控制中心的继电器，原地转向时所有继电器统一动作，响应一致，迅速精准的完成原地切换转向。由于铰接架仅需进行两档切换，因此继电器即可满足操作要求，且成本低廉，响应性好。

如图3，4所示，所述上层底盘与下层底盘之间设置有支撑杆11，所述上层底盘与下层底盘通过支撑杆固定连接。所述下层底盘为正多边形盘，所述变位式轮组包括沿下层底盘周向设置的至少三组铰接架。所述上层底盘为菱形结构，上层底盘包括长对角线和短对角线，所述长对角线两端均设置有安装部，所述安装部上设置有距离传感器12。所述第一轮体与铰接架之间设置有轮轴，所述轮轴为柔性轴，所述第一轮体外部设置有轮架8，所述铰接架上设置有连接于轮架的偏移拉杆9。所述偏移拉杆远离轮架的一端设置有微型电机，当控制中心根据距离传感器反馈的数据判断操作机器人与开关柜之间出现距离偏移时，控制中心驱动微型电机工作。本实施例中，铰接架采用四组，下层底盘为正六边形盘。所述支撑杆用于固定上层底盘与下层底盘，确保整个转向底盘组件结构稳定，操作机器人底盘牢固性得到保证。由于操作机器人整体重心较高，因此正多边形结构的下层底盘确保变位式轮组安装后整个底盘重心稳定，在进行统一换档完成原地转向时不会出现操作机器人整体倾斜而发生倾倒的隐患。特别的，设置于长对角线两端的距离传感器分别用于检测底盘距离两侧开关柜的距离，并将数据反馈给操作机器人的控制中心，以确保整个操作机器人与开关柜的前面板的距离保持预设值，避免转向完成后距离变化造成操作不到位设置出现错误。微型电机控制偏移拉杆对轮架及其内部轮体进行角度纠偏，由于轮轴可随轮架同步转动，因此微型电机可通过偏移拉杆将轮体向正确距离所对应的方向进行调整，使得轮体在前进过程中到达目标距离，此时电机控制偏移拉杆复位，轮体便沿正确路线行进，有效消除原地转向出现的距离偏差，保证操作机器人对开关柜进行精确操作。本实施例中，轮轴采用

所述操作机器人接合盘与上层底盘之间设置有减振体7。所述减振体用于对原地转向产生的微振动进行吸收和缓冲，避免转向底盘组件上方的操作机器人，特别是其机械臂出现晃动而产生共振，显著提升操作机器人的整体稳定性。

本发明所公开的操作机器人原地转向机构作为操作机器人的底盘机构，所述操作机器人的控制中心为集成芯片，作为操作机器人的“大脑”连接于云平台，同时控制整个操作机器人的动作，确保操作机器人沿图5中指示路径行进；当操作机器人行进至转弯处时，控制中心发出命令使变位式轮组进行切换操作，变位式轮组由第一轮体切换至第二轮体，继续行进至下一个转弯点再次进行切换，由于操作机器人仅需进行直角转弯，因此通过继电器控制铰接架即可完成轮体切换，在每次切换完成后，上层底盘上设置的距离传感器即时采集数据，确定转向底盘组件与开关柜之间的距离，控制中心通过距离传感器反馈的数据控制微型电机，微型电机拉扯偏移拉杆对轮架进行角度纠偏，确保变位式轮组中的各轮体进行同步转向，当转向底盘组件行进至预设路线后，偏移拉杆复位，变位式轮组按照预设路线继续行进，保证操作机器人与目标开关柜的距离符合操作要求。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种操作机器人原地转向机构，其特征在于，包括转向底盘组件，所述转向底盘组件包括上层底盘和下层底盘；

其中，所述上层底盘顶部设置有操作机器人接合盘；

转向底盘组件底部铰接设置有连通于操作机器人控制中心的变位式轮组；

其中，所述变位式轮组包括角度差为90°的第一轮体和第二轮体，所述第一轮体和第二轮体之间设置有过渡扇体，所述过渡扇体底部设置有接地扇面，变位式轮组可沿接地扇面的延伸方向切换。

2.根据权利要求1所述的一种操作机器人原地转向机构，其特征在于，所述过渡扇体包括铰接架，所述接地扇面设置于铰接架底部，所述第一轮体和第二轮体分别设置于铰接架两侧。

3.根据权利要求2所述的一种操作机器人原地转向机构，其特征在于，所述下层底盘上设置有继电器，所述继电器底部设置有铰接结，所述铰接架通过铰接结与继电器连接，所述继电器可控制铰接架做两档切换。

4.根据权利要求1所述的一种操作机器人原地转向机构，其特征在于，所述上层底盘与下层底盘之间设置有支撑杆，所述上层底盘与下层底盘通过支撑杆固定连接。

5.根据权利要求2所述的一种操作机器人原地转向机构，其特征在于，所述下层底盘为正多边形盘，所述变位式轮组包括沿下层底盘周向设置的至少三组铰接架。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种操作机器人原地转向机构，其特征在于，所述上层底盘为菱形结构，上层底盘包括长对角线和短对角线，所述长对角线两端均设置有安装部，所述安装部上设置有距离传感器。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种操作机器人原地转向机构，其特征在于，所述操作机器人接合盘与上层底盘之间设置有减振体。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种操作机器人原地转向机构，其特征在于，所述第一轮体与铰接架之间设置有轮轴，所述第一轮体外部设置有轮架，所述铰接架上设置有连接于轮架的偏移拉杆，所述偏移拉杆远离轮架的一侧设置有微型电机，微型电机连接于操作机器人的控制中心。

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