CN1647898A - 一种沿架空高压输电线路行驶的机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，包括一对沿输电线运动的小臂(1)机械手机构，二小臂(1)机械手的下端被共同联接在一个能改变二小臂(1)相对距离的大臂(2)的传动机构(8)上，各小臂(1)分别具有4个自由度，小臂(1)上方为末端执行机构(3)，该末端执行机构(3)具有一个挂在输电线(4)上的主动轮(5)及其驱动机构(9)、一个从动轮(10)和一个可抓握输电线(4)的夹紧机构(22)。本发明的优点是：应用范围广、高效安全、巡检精度高，与此同时，可极大地降低劳动强度，并可到达人工不能到达的线路。本机器人可在输电线路全程上为巡检而实现所需要的运动。

Description

一种沿架空高压输电线路行驶的机器人

技术领域

本发明涉及一种用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，尤其是在架空高压输电线路全程上行驶的机器人。

背景技术

目前，架空高压输电线路的带电巡检和作业仍缺乏一种通用的技术载体----机器人技术。2003年加拿大曾有人在《ESMO 2003 The Power is in Your Hands》和《RSFDGrC 2003》上分别发表过用于架空高压输电线路巡检的遥控操作车(Remotely Operated Vehicle(ROV))和爬行机器人(a Line-Crawling Robot(LCR))。该遥控小车是由三对夹紧轮夹紧输电线，并驱动小车沿输电线行驶，但因该遥控小车只能在一档线路上工作，不具有越过障物的功能，遇到线路上的各种金具(障碍物)时，需由人工带电作业将其从障碍物的一侧搬运到另一侧。这不仅影响了工作效率，而且也不安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，它能够实现沿架空高压输电线路全程行驶，并可以跨越或避让线路上的各种障碍物(金具和绝缘子)，不需要人工从杆塔的一侧搬运到另一侧，大大缩短了机器人运行的辅助时间。

本发明提供的技术方案是：一种用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，包括一对沿输电线运动的小臂机械手机构，二小臂机械手的下端被共同联接在一个能改变二小臂相对距离的大臂的传动机构上，各小臂分别具有4个自由度，小臂上方为末端执行机构，该末端执行机构具有一个挂在输电线上的主动轮及其驱动机构、一个从动轮和一个可抓握输电线的夹紧机构。

而且，使小臂主动轮绕水平轴回转的驱动机构置于卸载轴内，驱动机构的输出轴与驱动盘相连接，驱动盘与主动轮相连接，位于二小臂下方的分别是驱使小臂绕铅垂轴回转的驱动机构，所述绕铅垂轴回转机构是由滑台、蜗轮蜗杆传动机构及其驱动机构组成，其中，各小臂分别对应着一对滑台和滑座，二对滑台和滑座在大臂机构的机体上对称布置，各滑台与其对应的滑座构成移动副，蜗轮蜗杆传动机构安装在滑台的一侧，蜗杆的传动轴与驱动机构的输出轴相联，蜗轮的输出轴构成了铅垂回转轴且与小臂下端的转座相联，其中，一个小臂的滑台通过螺母同时与丝杠和带传动机构的传动带相联接，另一小臂的滑台直接与传动带相联接，电机通过减速器与丝杠相连接。

而且，所述传动带为钢丝绳；滑台与滑座之间最好隔设有滚动体。

而且，夹紧机构包括一对夹爪和夹杆，钢丝绳和动、定滑轮组构成的传力机构，丝杆螺母导轨组成的驱动机构以及复位弹簧和夹紧机构支架；两夹杆的中部与夹紧机构支架铰接而形成两个杠杆，两夹杆的端部分别与夹爪铰接并与钢丝绳固接，定滑轮被支承在支架上，动滑轮被支承在移动螺母上，一根钢丝绳依次绕过动、定滑轮组，其两端分别与二夹杆的一端相联接，复位弹簧的两端分别与两夹杆的另一端相联接。

而且，上述绕水平轴回转机构包括一个转座、一个拉杆和丝杆螺母导轨组成的驱动机构，转座的中心与所述的铅垂回转轴固接，转座的两端分别与拉杆的一端和小臂1下端铰接，拉杆的另一端与移动螺母铰接，丝杆螺母副及其驱动机构嵌装在小臂中。

本发明的优点是：应用范围广、高效安全、巡检精度高，与此同时，可极大地降低劳动强度，并可到达人工不能到达的线路。本机器人可在输电线路全程上实现所需要的运动。当在无障碍物直线输电线上时，两对主、从动轮悬挂在输电线上，两主动轮驱动的滚动运行。而在遇到悬垂线夹或防振锤或耐张线夹时，首先，前面小臂上的一对夹爪在夹紧机构的驱动下夹紧输电线而形成固定臂，并由其绕铅垂轴回转机构将后小臂(运动臂)上的末端执行机构提升到输电线顶面上方；其次，后面小臂上的绕铅垂轴回转机构旋转180度，使其背离输电线；再次，变长大臂(由大臂来改变二小臂的长度距离)上的两个滑台在其驱动机构驱动下，使两小臂产生相对运动而交换其前后位置；然后，运动臂上的绕铅垂轴回转机构反方向旋转180度，使其末端执行机构处于输电线上方后，再使固定臂上的绕水平轴回转机构顺时针回转，则运动臂上的末端执行机构进入输电线且主动轮与输电线接触；最后，运动臂上的夹紧机构夹紧输电线而成为新的固定臂，原固定臂上的夹紧机构松开而成为新的运动臂。以上运动实现了一个臂跨越(避让)障碍物，再重复上述运动，则另一个臂也就实现了臂跨越(避让)障碍物。在无障碍物直线输电线或引流线上时，两个臂上的夹紧机构交替夹紧或松开输电线，两个臂下方的滑台在其驱动机构驱动下沿滑座相对收拢或张开，从而实现两个臂在输电线或引流线上的蠕动爬行运动。

附图说明

图1是本发明整体结构的示意图。

图2是图1A-A处的剖视图。

图3是图4B-B的剖视图。

图4是图1的C向剖视图。

图5是图4中I处的局部放大图。

图6为本发明的原理示意图。

具体实施方式

参见图1～图6，本发明所述的是一种用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，它包括一对沿输电线运动的小臂1机械手机构，二小臂1机械手的下端被共同联接在一个能改变二小臂1相对距离的大臂2的传动机构8上，各小臂1分别具有4个自由度，小臂1上方为末端执行机构3，该末端执行机构3具有一个挂在输电线4上的主动轮5及其驱动机构9、一个从动轮10和一个可抓握输电线4的夹紧机构22。

进一步的技术方案可以是：使小臂1主动轮5绕水平轴回转的驱动机构9置于卸载轴7内，驱动机构9的输出轴与驱动盘6相连接，驱动盘6与主动轮5相连接，这一结构使得卸载轴只承受机器人重量所产生的弯矩，主动轮只承受转矩。位于二小臂1下方的分别是驱使小臂1绕铅垂轴15回转的驱动机构21，所述绕铅垂轴15回转机构是由滑台16、蜗轮蜗杆传动机构23及其驱动机构21组成，其中，各小臂1分别对应着一对滑台16和滑座27，二对滑台16和滑座27在大臂2机构的机体上对称布置(实际上2个滑座27可制成一体)，各滑台16与其对应的滑座构成移动副，蜗轮蜗杆传动机构23安装在滑台16的一侧，蜗杆24的传动轴与驱动机构21的输出轴26相联，蜗轮25的输出轴构成了铅垂回转轴且与小臂1下端的转座14相联，其中，一个小臂1的滑台16通过螺母20同时与丝杠19和带传动机构的传动带18相联接，另一小臂1的滑台16直接与传动带18相联接，电机25通过减速器17与丝杠19相连接。由于两滑台16分别与两小臂1机构和绕水平轴及铅垂轴回转关节相联，因此，两小臂1之间的长度发生相对改变，即构成可变长大臂2。

所述传动带18为钢丝绳；滑台16与滑座27之间最好隔设有滚动体28，即构成滚动导轨，这将有利于降低摩擦阻力，提高其灵敏度。

夹紧机构22包括一对夹爪29和夹杆31，钢丝绳30和动、定滑轮35、33组构成的传力机构，丝杆37螺母36导轨组成的驱动机构以及复位弹簧34和夹紧机构支架32；两夹杆31的中部与夹紧机构支架32铰接而形成两个杠杆，两夹杆31的端部分别与夹爪29铰接并与钢丝绳30固接，定滑轮33被支承在支架32上，动滑轮35被支承在移动螺母36上，一根钢丝绳30依次绕过动、定滑轮35、33组，其两端分别与二夹杆31的一端相联接，复位弹簧34的两端分别与两夹杆31的另一端相联接。当移动螺母36下行时，动滑轮35带动钢丝绳30，钢丝绳30则带动夹杆31绕支点38转动，从而使两夹爪31夹紧输电线4，当移动螺母36上行时，在弹簧34恢复力作用下，两夹爪29松开输电线4，由于两夹杆31和夹爪29的结构完全对称，且一根钢丝绳30的等力传递特性，使得两夹爪29的受力均衡，不产生附加的内力。

上述绕水平轴回转机构包括一个转座14、一个拉杆14.1和丝杆12螺母11导轨组成的驱动机构，转座14的中心与所述的铅垂回转轴15固接，转座14的两端分别与拉杆14.1的一端和小臂1下端铰接，拉杆14.1的另一端与移动螺母铰接，丝杆13.1螺母13.2副及其驱动机构13嵌装在小臂1中(以小臂为机架体)，当移动螺母13.2上下移动时，由于拉杆14.1作的平面运动且拉杆14.1的长度不变，因此，使得小臂1及其上的机构绕小臂1与转座14的铰接中心回转，即小臂1机构相对转座14作正反两方向的转动。

上述结构中，除所有的钢丝绳、丝杠、螺母外，其余构件最好均由高强度铝合金材料加工制造，且均进行阳极化处理，这样既保证了结构的强度，又保证了相对运动表面的硬度，同时能防腐蚀。

本实用新型可通过单片机或带电机控制的DSP运动控制器进行自动或遥控控制。在大臂的下可设一个控制箱2.1，并将数传接收装置、图像传输装置、开关电源、电压监测与控制电路、DC-DC转换电路、蓄电池、继电器控制与光电隔离电路、单片机以及直流伺服电机驱动器等布置该控制箱2.1内。

本实用新型的工作过程如下：本发明的机器人能实现如下运动：一是滚动行驶，此时两个小臂1的夹爪29相对输电线4处于松弛状态，两主动轮5同步驱动，机器人实现在无障碍物直线段输电线4上的滚动运行。二是爬行行走，两个小臂1上的夹爪29交替夹紧输电线4或引流线4.1，变长大臂2机构上的丝杠19带动螺母20移动，螺母20带动滑台16和钢丝绳18运动，钢丝绳18又带动同侧的滑台16移动，从而形成两小臂1相对输电线4的相对移动，机器人实现在无障碍物直线段输电线或引流线上的爬行运动。三是两小臂1机构的交替跨越和避障运动，即处于障碍物近端的一个小臂1机械手机构中的主动轮5和从动轮10均与输电线4接触，该小臂1机械手机构中的相应夹爪29夹紧输电线4，使该小臂1机构相对输电线4成为固定臂，另一个小臂1机构中的夹爪29相对输电线4张开成为可动臂，首先通过两个小臂1机构中的水平旋转机构的分别独立或联合运动，使可动臂相对输电线4上升运动而脱离输电线，然后可动臂上的绕铅垂轴15回转机构旋转180度背向固定臂(使两个小臂1机构在交错运动中不发生干涉)，其次变长大臂2机构两移动副作相对运动，使两个小臂1机构的前后位置交换，并使可动臂机构移动到障碍物4.2的另一端，再其次可动臂反向旋转180度，最后使可动臂接合输电线4，并使其夹爪29夹紧输电线4成为新的固定臂，而原固定臂机构中的夹爪29松开成为新的可动臂，重复上述过程，使新的可动臂移动和固定臂前后位置交换，由于输电线4上的障碍物各自在输电线4轴线和径向方向上占据着固定的空间位置，可动臂在越障运动中的避障运动和补偿输电线的变形量所需的运动，也由两小臂1机械手机构中的两个绕水平轴旋转机构和两个绕铅垂轴15回转机构的分别运动或联合运动来实现。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，包括一对沿输电线运动的小臂(1)机械手机构，二小臂(1)机械手的下端被共同联接在一个能改变二小臂(1)相对距离的大臂(2)的传动机构(8)上，各小臂(1)分别具有4个自由度，小臂(1)上方为末端执行机构(3)，该末端执行机构(3)具有一个挂在输电线(4)上的主动轮(5)及其驱动机构(9)、一个从动轮(10)和一个可抓握输电线(4)的夹紧机构(22)。

2.根据权利要求1所述的用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，其特征是：使小臂(1)主动轮(5)绕水平轴回转的驱动机构(9)置于卸载轴(7)内，驱动机构(9)的输出轴与驱动盘(6)相连接，驱动盘(6)与主动轮(5)相连接，位于二小臂(1)下方的分别是驱使小臂(1)绕铅垂轴(15)回转的驱动机构(21)，所述绕铅垂轴(15)回转机构是由滑台(16)、蜗轮蜗杆传动机构(23)及其驱动机构(21)组成，其中，各小臂(1)分别对应着一对滑台(16)和滑座(27)，二对滑台(16)和滑座(27)在大臂(2)机构的机体上对称布置，各滑台(16)与其对应的滑座构成移动副，蜗轮蜗杆传动机构(23)安装在滑台(16)的一侧，蜗杆(24)的传动轴与驱动机构(21)的输出轴(26)相联，蜗轮(25)的输出轴构成了铅垂回转轴且与小臂(1)下端的转座(14)相联，其中，一个小臂(1)的滑台(16)通过螺母(20)同时与丝杠(19)和带传动机构的传动带(18)相联接，另一小臂(1)的滑台(16)直接与传动带(18)相联接，电机(25)通过减速器(17)与丝杠(19)相连接。

3.根据权利要求2所述的用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，其特征是：所述传动带(18)为钢丝绳；滑台(16)与滑座(27)之间最好隔设有滚动体(28)。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，其特征是：夹紧机构(22)包括一对夹爪(29)和夹杆(31)，钢丝绳(30)和动、定滑轮(35、33)组构成的传力机构，丝杆(37)螺母(36)导轨组成的驱动机构以及复位弹簧(34)和夹紧机构支架(32)；两夹杆(31)的中部与夹紧机构支架(32)铰接而形成两个杠杆，两夹杆(31)的端部分别与夹爪(29)铰接并与钢丝绳(30)固接，定滑轮(33)被支承在支架(32)上，动滑轮(35)被支承在移动螺母(36)上，一根钢丝绳(30)依次绕过动、定滑轮(35、33)组，其两端分别与二夹杆(31)的一端相联接，复位弹簧(34)的两端分别与两夹杆(31)的另一端相联接。

5.根据权利要求4所述的用于沿架空高压输电线路行驶的机器人，其特征是：上述绕水平轴回转机构包括一个转座(14)、一个拉杆(14.1)和丝杆(12)螺母(11)导轨组成的驱动机构，转座(14)的中心与所述的铅垂回转轴(15)固接，转座(14)的两端分别与拉杆(14.1)的一端和小臂(1)下端铰接，拉杆(14.1)的另一端与移动螺母铰接，丝杆(13.1)螺母(13.2)副及其驱动机构(13)嵌装在小臂(1)中。

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