CN1799783A - 一种轮臂复合式巡检机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种轮臂复合式巡检机器人机构。它由车体、前手臂、前行走机构、前夹持机构、后手臂、后行走机构、后夹持机构组成，前、后手臂的一端为前、后滑块螺母位于车体中；另一端与前、后行走机构相连，手臂具有四个自由度，分别由前、后偏置回转机构、前、后回转机构、前、后垂直伸缩机构和前、后水平移动机构组成，其中前、后偏置回转机构一端与前、后行走机构相连，另一端经前、后回转机构及前、后垂直伸缩机构后，与前、后水平移动机构相连，前、后水平移动机构安装在车体中；行走机构在架空地线上行走，夹持机构安装在行走机构上；前、后手臂，前、后行走机构，前、后夹持机构结构相同。本发明工作空间大、能耗低且越障能力强。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人机构，具体地说是一种应用于超高压输电线路巡检的轮臂复合式巡检机器人机构。
背景技术
在现有的超高压输电线巡检机器人机构中，大部分采用由轮式移动和复合连杆机构组合而成的复合移动机构(文献1：Jun Sawada，KazuyukiKusumoto，Tadashi Munakata，Yasuhisa Maikawa，Yoshinobu Ishikawa，“AMobile Robot For Inspection of Power Transmission Lines”，IEEE Trans.PowerDelivery，1991，Vol.6，No.1：pp..309-315；文献2：Mineo Higuchi，YoichiroMaeda，Sadahiro Tsutani，Shiro Hagihara，“Development of a Mobile InspectionRobot for Power Transmission Lines”，J.of the Robotics Society of Japan，1991，Vol.9，No.4，pp..457-463)，或者采用多组移动单元串联组成的多自由度移动机构(文献3：Shin-ichi Aoshima，Takeshi Tsujimura，TetsuroYabuta，“A Wire Mobile Robot with Multi-unit Structure”，IEEE/RSJIntermational Workshop on Intelligent Robots and Systems’89，Sep.4-6，1989，Tsukuba，Japan，pp..414-421)。这些机构的结构复杂、耗能多、越障能力有限且不易于控制，因此，难以应用于实际的超高压输电线路自主越障巡检作业。
发明内容
为克服上述移动机构结构复杂、重量大、耗能多、越障能力有限且不易于控制之不足，本发明提供一种工作空间大、能耗低且越障能力强的轮臂复合式的超高压输电线巡检机器人机构。
为了实现上述目的，本发明技术方案是：它由车体、前手臂、前行走机构、前夹持机构、后手臂、后行走机构、后夹持机构组成，所述前、后手臂的一端为后、前滑块螺母位于车体中；另一端与前、后行走机构相连，所述手臂具有四个自由度，分别由前、后偏置回转机构、前、后回转机构、前、后垂直伸缩机构和前、后水平移动机构组成，其中前、后偏置回转机构一端与前、后行走机构相连，另一端经前、后回转机构及前、后垂直伸缩机构后与前、后水平移动机构相连，前、后水平移动机构安装在车体中；所述行走机构位于架空地线上行走，夹持机构安装在行走机构上；所述前、后手臂，前、后行走机构，前、后夹持机构结构相同。
本发明基于轮、臂复合的原理，采用连续移动与蠕动行走相结合的工作方式，具有沿超高压输电线行走和跨越其上障碍物的功能。
本发明具有如下优点：1.本发明采用轮臂复合机构，利于行走与越障。该结构结合了轮式移动机构、夹持机构和关节式手臂的优点，既可沿线快速行走，也可跨越障碍。
2.越障能力强。本发明利用行走与夹持机构、手臂及车体协调运动，带动车体跨越障碍，并能够跨越超高压输电线路中多种障碍(防振锤、绝缘子、悬垂金具及压接管等)。
3.工作空间大。前后手臂带有伸缩及旋转关节，具有较大的伸长量和旋转角度，使手臂触及的工作范围较大。
4.能耗低。本发明采用调节质量偏心的方法，使电机的驱动力矩降低，从而降低了能耗。
5.应用范围较广。本发明可作为高压输电线路及电话线路的巡检机器人移动机构。
附图说明
图1为本发明机构示意图。
图2为本发明车体结构移动机构示意图。
图3为本发明垂直伸缩机构示意图。
图4为本发明回转机构示意图。
图5为本发明偏置回转机构示意图。
图6为本发明夹持机构示意图。
图7为本发明行走机构示意图。
图8为障碍环境示意图。
图9a为越障过程第一个动作描述示意图。
图9b为越障过程第二个动作描述示意图。
图9c为越障过程第三个动作描述示意图。
图9d为越障过程第四个动作描述示意图。
图10为本发明另一实施例机构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1如图1所示，本发明的机械结构由车体1、前手臂2、前行走机构3、前夹持机构4、后手臂5、后行走机构6、后夹持机构7组成，所述前、后手臂2、5的一端为前、后滑块螺母14、15，位于车体1中；另一端与前、后行走机构3、6相连，所述手臂2、5都具有四个自由度，分别由前、后偏置回转机构21、51、前、后回转机构22、52、前、后垂直伸缩机构23、53和前、后水平移动机构24、54组成，其中前、后偏置回转机构21、51一端与前、后行走机构3、6相连，另一端经前、后回转机构22、52及前、后垂直伸缩机构23、53后与前、后水平移动机构24、54相连，前、后水平移动机构24、54安装在车体1中；所述前、后手臂2、5，前、后行走机构3、6，前、后夹持机构4、7结构相同。本实施例以其中一个为例作详细说明。
以所述前水平移动机构为例，其结构：由前、后移动丝杠12、13，前、后滑块螺母14、15，导轨16和第一、二电机17、18组成，见图2。第一、二电机17、18，前、后丝杠12、13和导轨16安装在车体1上，前、后滑块螺母14、15安装在前、后移动丝杠12、13和导轨16上，前移动丝杠12的一端与第一电机17相连，后移动丝杠13的一端与第二电机18相连，前、后滑块螺母14、15分别与前、后垂直伸缩机构23、53中的支撑板96相连。第一电机17驱动前丝杠12转动，在导轨16作用下，带动前滑块螺母14移动，从而带动前手臂2移动，第二电机18驱动后移动丝杠13转动，在导轨16作用下，带动后滑块螺母15移动，从而带动后手臂5移动。
以所述前垂直伸缩机构为例，其结构(参见图3)：由空心轴91、轴承92、升降丝杠93、升降螺母94、支撑板96和第六电机95组成，轴承92支撑在空心轴91内壁上，安装在升降丝杠93一端(用于支撑)，升降丝杠93的另一端与安装在支撑板96上第六电机95相连，旋合于升降丝杠93的升降螺母94固连在空心轴91内，支撑板96与移动机构上的前、后滑块螺母相连，空心轴91与回转机构中的第一箱体82相连。第六电机95驱动升降丝杠93转动，通过升降螺母94带动空心轴91实现垂直升降。
以所述前回转机构为例：参见图4，其结构由第三传动轴81、第一箱体82、第二从动齿轮83、第二主动齿轮84、第四传动轴85和第五电机86组成，第三传动轴81、第四传动轴85和第五电机86支撑在第一箱体82上，第二从动齿轮83安装在第三传动轴81上，第二主动齿轮84安装在第四传动轴85上，与第二从动齿轮83啮合，第四传动轴85的一端与第五电机86相连，另一端支撑在第一箱体82上；第三传动轴81的一端与偏置壳体66相连，另一端支撑在第一箱体82上；第五电机86带动第四传动轴85和第二主动齿轮84转动，第二主动齿轮84通过第二从动齿轮83带动第三传动轴81转动，带动偏置回转机构中的偏置壳体66转动。
以所述前偏置回转机构为例，其结构由第四电机61、第一传动轴62、第一主动齿轮63、第二传动轴64、第一从动齿轮65和偏置壳体66组成，见图5。第四电机61、第一传动轴62、第二传动轴64安装在偏置壳体66上，第一主动齿轮63安装在第二传动轴64上，第一从动齿轮65安装在第一传动轴62上，第二传动轴64上设有第一主动齿轮63，其一端与第四电机61相连，另一端支撑在偏置壳体66上；第一从动齿轮65安装在第一传动轴62上，并与第一主动齿轮63啮合，第一传动轴62的一端与行走机构(3、6)的第二箱体32相连，另一端支撑在偏置壳体66上。第四电机61通过第二传动轴64带动第一主动齿轮63转动，带动第一从动齿轮65转动，从而实现第一传动轴62的转动，第一传动轴62最终带动行走机构3、6和夹持机构4、7绕第一传动轴62的轴线做偏置回转运动。
以前行走机构为例，其结构由第三电机31、第二箱体32、行走轮33和轴34组成，见图6。与电机31相连的轴34安装在第二箱体32上，行走轮33安装在轴34上，第二箱体32与偏置回转机构中的传动轴62的一端相连。第三电机31转动，带动轴34转动，从而实现行走轮33在架空地线70上行走。行走机构3、6与夹持机构4、7通过第二箱体32与第三箱体41相连。
以所述前夹持机构为例，其结构由第三箱体41、夹持丝杠42、一对夹爪43、导杆44和第七电机45组成，见图7。夹持丝杠42、导杆44和第七电机45安装在第三箱体41上，一对夹爪43安装在夹持丝杠42和导杆44上，夹持丝杠42上的螺纹分成两段，分别为第一左螺纹46和第一右螺纹47，分别对应于夹爪43的第二左螺纹48和第二右螺纹49，夹持丝杠42的一端与第七电机45相连，另一端安装在第三箱体41上，第三箱体41与行走机构中第二箱体32相连。第七电机45转动，带动夹持丝杠42旋转，在导杆44的作用下，使得一对夹爪43相互靠近和分开，从而实现夹爪43对架空地线70夹紧和松开功能。
图8所示为超高压输电线路障碍环境，在架空地线70上的主要障碍物为防振锤71、绝缘子72、悬垂金具及线夹73等。本机构由伺服电机驱动，通过移动车体、手臂协调动作，可沿线行进并跨越杆塔处的障碍物，参见图9.a、9.b、9.c、9.d。
当前行走机构3在左防振锤71处停下(如图9.a所示)，前行走机构3及前夹持机构4在前手臂2的作用下，升高脱离架空地线70，这时后行走机构6驱动车体1及前手臂2向前行走，至左防振锤71处停下。此时前手臂2已越过下方的左防振锤71，前行走机构3及前夹持机构4在前手臂2的作用下，下降落回到架空地线70上(如图9.b所示)。后手臂5跨越左防振锤71的过程同前手臂2相似。
当前行走机构3在悬垂金具73处停下，前行走机构3及前夹持机构4在前手臂2的作用下，升高脱离架空地线70，并绕前臂2的偏置机构旋转180°，以避开悬垂金具73，这时后行走机构6驱动车体1及前手臂2向前行走，至悬垂金具73处停下。此时前手臂2已越过下方的悬垂金具73，前行走机构3及前夹持机构4在前手臂2的作用下，下降落回到架空地线70上(如图9.c所示)。后手臂5跨越悬垂金具73的过程同前手臂2相似。
跨越右防振锤的过程同跨越左防振锤的过程基本相似，越过障碍后的状态如图8.9所示。
实施例2与实施例1不同之处为：如图10所示，在车体1内，用前、后卷筒74，76，前、后柔索75、77，代替了原来的丝杠丝母机构，进一步减轻了重量。前、后柔索75、77分别与前、后手臂2、5上的前、后滑块78、79相连，前、后卷筒74，76分别与电机相连，带动前、后柔索75、77移动，从而分别带动前、后手臂2、5沿导轨16移动。
Claims (7)
1.一种轮臂复合式巡检机器人机构，其特特在于：由车体(1)、前手臂(2)、前行走机构(3)、前夹持机构(4)、后手臂(5)、后行走机构(6)、后夹持机构(7)组成，所述前、后手臂(2、5)的一端为前、后滑块螺母(14、15)位于车体(1)中；另一端与前、后行走机构(3、6)相连，所述手臂(2、5)分别由前、后偏置回转机构(21、51)、前、后回转机构(22、52)、前、后垂直伸缩机构(23、53)和前、后水平移动机构(24、54)组成，其中前、后偏置回转机构(21、51)一端与前、后行走机构(3、6)相连，另一端经前、后回转机构(22、52)及前、后垂直伸缩机构(23、53)后与前、后水平移动机构(24、54)相连，前、后水平移动机构(24、54)安装在车体1中；所述行走机构位于架空地线上，夹持机构安装在行走机构上；所述前、后手臂(2、5)，前、后行走机构(3、6)，前、后夹持机构(4、7)结构相同。
2.按权利要求1所述轮臂复合式巡检机器人机构，其特特在于：所述水平移动机构由前、后移动丝杠(12、13)、前、后滑块螺母(14、15)、导轨16和第一、二电机(17、18)组成，第一、二电机(17、18)、前、后丝杠(12、13)和导轨(16)安装在车体(1)上，前、后滑块螺母(14、15)安装在前、后移动丝杠(12、13)和导轨(16)上，前移动丝杠(12)的一端与第一电机(17)相连，后移动丝杠(13)的一端与第二电机(18)相连，前、后滑块螺母(14、15)分别与垂直伸缩机构中的支撑板(96)相连。
3.按权利要求1所述轮臂复合式巡检机器人机构，其特特在于：所述垂直伸缩机构由空心轴(91)、轴承(92)、升降丝杠(93)、升降螺母(94)、支撑板(96)和第六电机(95)组成，轴承(92)支撑在空心轴(91)内壁上，安装在升降丝杠(93)一端，升降丝杠(93)的另一端与安装在支撑板(96)上第六电机(95)相连，旋合于升降丝杠(93)的升降螺母(94)上，并固连在空心轴(91)内，支撑板(96)与移动机构上的前、后滑块螺母相连，空心轴(91)与回转机构中的第一箱体(82)相连。
4.按权利要求1所述轮臂复合式巡检机器人机构，其特特在于：所述回转机构由第三传动轴(81)、第一箱体(82)、第二从动齿轮(83)、第二主动齿轮(84)、第四传动轴(85)和第五电机(86)组成，第三传动轴(81)、第四传动轴(85)和第五电机(86)支撑在第一箱体(82)上，第二从动齿轮(83)安装在第三传动轴(81)上，第二主动齿轮(84)安装在第四传动轴(85)上，与第二从动齿轮(83)啮合，第四传动轴(85)的一端与第五电机(86)相连，另一端支撑在第一箱体(82)上；第三传动轴(81)的一端与偏置壳体(66)相连，另一端支撑在第一箱体(82)上。
5.按权利要求1所述轮臂复合式巡检机器人机构，其特特在于：所述偏置回转机构由第四电机(61)、第一传动轴(62)、第一主动齿轮(63)、第二传动轴(64)、第一从动齿轮(65)和偏置壳体(66)组成，第四电机(61)、第一传动轴(62)、第二传动轴(64)安装在偏置壳体(66)上，第一主动齿轮(63)安装在第二传动轴(64)上，第一从动齿轮(65)安装在第一传动轴(62)上，第二传动轴(64)上设有第一主动齿轮(63)，其一端与第五电机(61)相连，另一端支撑在偏置壳体(66)上；第一从动齿轮(65)安装在传动轴(62)上，并与主动齿轮(63)啮合，第一传动轴(62)的一端与行走机构的第二箱体(32)相连，另一端支撑在偏置壳体(66)上。
6.按权利要求1所述轮臂复合式巡检机器人机构，其特特在于：所述行走机构由第三电机(31)、第二箱体(32)、行走轮(33)和轴(34)组成，与电机(31)相连的轴(34)安装在第二箱体(32)上，行走轮(33)安装在轴(34)上，第二箱体(32)与偏置回转机构中的传动轴(62)的一端相连。
7.按权利要求1所述轮臂复合式巡检机器人机构，其特特在于：所述夹持机构由第三箱体(41)、夹持丝杠(42)、一对夹爪(43)、导杆(44)和第七电机(45)组成，夹持丝杠(42)、导杆(44)和第七电机(45)安装在第三箱体(41)上，一对夹爪(43)安装在夹持丝杠(42)和导杆(44)上，夹持丝杠(42)上的螺纹分成两段，分别为第一左螺纹(46)和第一右螺纹(47)，分别对应于夹爪(43)的第二左螺纹(48)和第二右螺纹(49)，夹持丝杠(42)的一端与第七电机(45)相连，另一端安装在第三箱体(41)上，第三箱体(41)与行走机构中第二箱体(32)相连。
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