CN201383636Y - 巡检机器人的行走越障机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及移动机器人,具体地说是一种巡检机器人的行走越障机构,包括前行走机构、前偏转机构、支架、升降机构、后偏转机构及后行走机构,支架与巡检机器人相连,升降机构铰接在支架上,前、后偏转机构对称安装在升降机构上,前、后行走机构分别安装在前、后偏转机构上、与前、后偏转机构连动。本实用新型采用的行走机构兼有行走和夹爪功能,利于行走、爬坡和越障,对线路的适应性好,安全保护性好,适合野外作业和上下线路的需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及移动机器人,具体地说是一种巡检机器人的行走越障机构。
背景技术
输电线路是电力系统极为重要的组成部分,为了保证其安全稳定的运行,需要定期进行巡视检查。目前采用的方法主要有人工巡检和直升机巡检。人工巡检的效率低,劳动强度大,危险性高;直升机巡检的成本高,巡检质量易受气候影响。因此,需要研制能够携带通信和巡检仪器的机器人来代替人工对输电线路进行自动巡检,以提高效率,确保输电线路的安全运行。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(参见文献1:Jun Sawada,Kazuyuki Kusumoto,Tadashi Munakata,Yasuhisa Maikawa,Yoshinobu Ishikawa,“A Mobile Robot ForInspection of Power Transmission Lines”,IEEE Trans.PowerDelivery,1991,Vol.6,No.1:pp..309-315;文献2:Mineo Higuchi,Yoichiro Maeda,Sadahiro Tsutani,Shiro Hagihara,“Developmentof a Mobile Inspection Robot for Power Transmission Lines”,J.of the Robotics Society of Japan,Japan,Vol.9,No.4,pp.457-463,1991),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/RSJ Intermational Workshop on Intelligent Robots andSystems’89,Sep.4-6,1989,Tsukuba,Japan,pp.414-421)。这些机构的结构复杂、重量大、越障时需要调节质心,越障能力有限且不易控制,在行走时安全保护性差,因此,难以应用于实际的超高压输电线路巡检作业中。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述不足之处,本实用新型的目的在于提供一种越障能力强,无需调节质心,爬坡角度大,行走时安全性好,行走轮可兼作行走和夹持功能两用的巡线机器人的行走越障机构。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:
本实用新型包括前行走机构、前偏转机构、支架、升降机构、后偏转机构及后行走机构,支架与巡检机器人相连,升降机构铰接在支架上,前、后偏转机构对称安装在升降机构上,前、后行走机构分别安装在前、后偏转机构上、与前、后偏转机构连动。
其中:所述升降机构包括回转架、回转电机、第二蜗杆、第三端盖、第二减速箱、第二蜗轮及回转轴,回转轴的一端铰接于支架,回转架固接于回转轴上、与其连动,第二减速箱安装在回转架上,回转轴的另一端插入第二减速箱内;第二蜗杆及第二蜗轮容置于第二减速箱内,回转电机安装在与第二减速箱固接的第三电机座上,回转电机的输出轴与第二蜗杆相连,第二蜗杆与固接于回转轴的第二蜗轮啮合传动;第二减速箱的外侧设有第三端盖;回转架为“V”形,“V”形的两端为开口的“C”形结构,在回转架的两端分别设有前、后行走机构及前、后偏转机构;第二蜗杆的一端与回转电机的输出轴相连,第二蜗杆上套接有第二轴承;所述前、后行走机构的结构相同,包括行走轮、行走轮轴、从动齿轮、主动齿轮、第一电机座、行走电机、轴套及连接套,行走电机安装在第一电机座上,行走电机的输出轴上设有主动齿轮,行走轮上固接有与主动齿轮啮合传动的从动齿轮;第一电机座上固接有与偏转机构的偏转轴固接的连接套,行走轮套接在行走轮轴上、通过轮槽行走于架空地线上,行走轮轴与连接套相连接;行走轮与行走轮轴之间分别设有套接在行走轮轴上的第一轴承及轴套,行走轮可相对行走轮轴转动;行走轮的材料为聚氨酯材料;所述前、后偏转机构结构相同,包括偏转电机、第一蜗杆、第一蜗轮及偏转轴,偏转轴铰接于回转架的“C”形开口,行走机构通过连接套与偏转轴固接;偏转电机的输出轴与第一蜗杆相连,固接于偏转轴的第一蜗轮与第一蜗杆啮合传动;第一蜗杆及第一蜗轮容置于与设置在回转架上的第一减速箱内,偏转电机安装在第一减速箱上的第二电机座;第一减速箱的两端分别设有第一端盖及第二端盖,第一减速箱通过第二端盖固接在回转架上。
本实用新型的优点与积极效果为:
1.本实用新型的行走轮兼有行走和夹紧的作用,利于行走爬坡和越障;该结构具备移动爬行机构的优点,可沿线快速行走和跨越障碍。
2.安全保护性好。本实用新型行走轮的轮槽宽且深,使用两个本实用新型行走越障机构的机器人在行走过程中,四个行走轮槽都与线路抓持,越障时至少都有两个行走轮在线路上,使机器人在行走和越障过程中不至于从线上掉下来,起到安全保护作用。
3.爬行越障能力强。本实用新型有两个主动驱动的行走轮,行走能力强,并且在爬大角度线路时可使轮子从线路的上下两侧形成夹持,增大正压力,易于爬大角度线路;越障时只需调整行走轮的位置,无需移动机器人车体来调节质心,就能够跨越超高压输电线路上中多种障碍(防振锤、压接管及悬垂金具等)。
4.对线路的适应性好。本实用新型的行走轮的轮槽宽且深,能够适应不同直径的线路。
5.应用范围广。本实用新型可广泛应用于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为本实用新型的结构主视图;
图2为图1的俯视图;
图3为图1的左视图;
图4为图1的右视图;
图5为本实用新型行走机构的立体结构示意图;
图6为本实用新型偏转机构的立体结构示意图;
图7为本实用新型升降机构的立体结构示意图;
图8a为本实用新型在小角度线路行走状态示意图;
图8b为本实用新型在大角度线路行走状态示意图;
图9a为超高压输电线路的障碍环境(防振锤、单挂点、防振锤)示意图
图9b为超高压输电线路的障碍环境(防振锤、双挂点、防振锤)示意图;
图10a为本实用新型结合手臂和箱体在越障过程的第一个动作描述示意图;
图10b为本实用新型结合手臂和箱体在越障过程的第二个动作描述示意图;
图10c为本实用新型结合手臂和箱体在越障过程的第三个动作描述示意图;
图10d为本实用新型结合手臂和箱体在越障过程的第四个动作描述示意图;
图10e为本实用新型结合手臂和箱体在越障过程的第五个动作描述示意图;
其中:1为行走轮,2为行走轮轴,3为第一轴承,4为从动齿轮,5为主动齿轮,6为第一电机座,7为行走电机,8为偏转电机,9为第二电机座,10为第一蜗杆,11为第一减速箱,12为第一蜗轮,13为偏转轴,14为第一端盖,15为第一平键,16为第二端盖,17为回转架,18为回转电机,19为第三电机座,20为第二轴承,21为第二蜗杆,22为第三端盖,23为螺钉,24为第二减速箱,25为第二蜗轮,26第二平键,27为回转轴,28为支架,29为连接套,30为前行走机构,31为前偏转机构,32为升降机构,33为后偏转机构,34为后行走机构,35为架空地线,36为第一防振锤,37为第一绝缘子,38为第一悬垂金具及线夹,39为第二防振锤,40为第二绝缘子,41为第二悬垂金具及线夹,42为轴套。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1~4所示,本实用新型用于驱动巡检机器人在架空输电线路上进行巡检操作,包括前行走机构30、前偏转机构31、支架28、升降机构32、后偏转机构33及后行走机构34,支架28与巡检机器人相连,升降机构32铰接在支架28上,前、后偏转机构31、33对称安装在升降机构32的回转架17的两端,前、后行走机构30、34分别安装在前、后偏转机构31、33的偏转轴13上、与前、后偏转机构31、33连动。
如图1、图7所示,升降机构32包括回转架17、回转电机18、第三电机座19、第二轴承20、第二蜗杆21、第三端盖22、螺钉23、第二减速箱24、第二蜗轮25、第二平键26、及回转轴27,回转轴27的一端铰接于支架28,回转架17与回转轴27相固接、随着回转轴27转动,第二减速箱24固定安装在回转架17的中心处,回转轴27的另一端插入第二减速箱24内;第二蜗杆21及第二蜗轮25容置于第二减速箱24内,第二减速箱24的外侧设有第三端盖22;回转电机18安装在与第二减速箱24固接的第三电机座19上,回转电机18的输出轴由第二减速箱24穿入、与第二蜗杆21的一端相连,第二蜗杆21的另一端通过螺钉23铰接于第三端盖22,第二蜗杆21上套接有第二轴承20;第二蜗轮25通过第二平键26固定安装在回转轴27上,第二蜗杆21与第二蜗轮25啮合传动。回转架17为“V”形,“V”形的两端为开口的“C”形结构,在回转架17的两端分别设有前、后行走机构30、34及前、后偏转机构31、33。
如图2、图5所示,前、后行走机构30、34的结构相同,包括行走轮1、行走轮轴2、第一轴承3、从动齿轮4、主动齿轮5、第一电机座6、行走电机7、轴套42及连接套29,行走电机7安装在第一电机座6上,行走电机7的输出轴由第一电机座6穿出、设有主动齿轮5,行走轮1上固接有与主动齿轮5啮合传动的从动齿轮4,从动齿轮4与行走轮1同轴,在第一电机座6上还固接有与偏转机构的偏转轴固接的连接套29;行走轮1与行走轮轴2之间分别设有套接在行走轮轴2上的第一轴承3及轴套42,行走轮1可相对行走轮轴2转动;行走轮1套接在行走轮轴2上、通过轮槽行走于架空地线上,行走轮轴2与连接套29相连接。行走轮1的材料为聚氨酯材料,能与架空地线35增大摩擦,利于行走;前、后行走机构30、34中的两个行走轮1的端面在同一竖直面内。
如图1、图6所示,前、后偏转机构31、33结构相同,包括偏转电机8、第二电机座9、第一蜗杆10、第一减速箱11、第一蜗轮12、偏转轴13、第一端盖14、第一平键15及第二端盖16,偏转轴13铰接于回转架17的“C”形开口,另一端由“C”形开口的上边穿出、与第一蜗轮12通过第一平键15相固接,偏转轴13与“C”形开口的上边相铰接;行走机构通过连接套29与偏转轴13固接,随着偏转轴13转动;第一蜗杆10及第一蜗轮12容置于与设置在回转架17上的第一减速箱11内,偏转电机8安装在第一减速箱11上的第二电机座9,偏转电机8的输出轴由第一减速箱11穿入后再与第一蜗杆10相连接,第一蜗轮12与第一蜗杆10啮合传动;第一减速箱11的两端分别设有第一端盖14及第二端盖16,第一减速箱11通过第二端盖16固接在回转架17上。
本实用新型的工作原理为:
在架空地线上行走:行走电机7工作,驱动主动齿轮5转动,主动齿轮5通过与从动齿轮4的啮合传动,带动从动齿轮4及行走轮1转动,实现行走轮在架空地线35上行走。
偏转:偏转电机8工作,通过其输出轴驱动第一蜗杆10转动,第一蜗杆10通过与第一蜗轮12的啮合传动,带动第一蜗轮12及偏转轴13转动;由于偏转轴13与连接套29固接、连接套29与行走轮轴2相连,因此包括行走轮1在内的行走机构可在偏转轴13的带动下、绕偏转轴13在回转架17的“C”形开口内转动,实现偏转。
升降:回转电机18工作,通过其输出轴驱动第二蜗杆21转动,第二蜗杆21通过与第二蜗轮25的啮合传动,带动第二蜗轮25及回转轴27转动;由于回转架17与回转轴27固接,因此回转架17在回转轴27的带动下、绕回转轴27转动,实现回转架17一端的行走轮升高,而另一端的行走轮降低。
前、后行走机构30、34中的两个行走轮的行走、偏转、升降均按上述操作进行。
在实际应用时,需将两组结构相同的行走越障机构分别安装在巡检机器人的前、后手臂上,前、后手臂可以固定在箱体上,也可通过丝杠与滑动螺母的螺纹连接或齿轮齿条连接于巡检机器人的箱体上,或者使手臂在箱体上的安装位置可调节,通过安装位置的调节或者丝杠、齿轮齿条的伸缩,来调整前、后手臂间的距离,以适应不同障碍之间距离的变化。
当线路角度较小时,行走越障机构中前、后行走机构30、34的两个行走轮1都在架空地线35上方,行走电机7上电后驱动行走轮1正向或反向转动,实现巡检机器人在架空地线35上前进或后退,如图8a所示。
当行走的线路角度较大时,升降机构32的回转电机18带动回转架17先顺时针旋转设定角度,使行走越障机构中后行走机构34的后行走轮上升(位于前面的行走轮下降、向下压住架空地线),离开架空地线,升到架空地线上方的设定高度,回转电机18停止工作;后面行走轮的偏转电机8带动偏转轴13偏转,使后面的行走轮偏离架空地线正上方、偏转到地线侧上方;接着回转电机18带动回转架17逆时针转动,使后行走机构34下降到架空地线35的侧下方(位于前面的行走轮升高至原位),然后,后面行走轮的偏转电机8带动偏转轴13转动,使后行走机构34偏转到架空地线的正下方,最后回转电机18带动回转架17顺时针转动,使后行走机构34的行走轮在架空地线的下方与地线接触并向上压紧,同时前行走机构30的行走轮向下压紧地线,这样使地线与行走轮紧密接触,增大了正压力,然后通过行走电机7驱动行走轮1行走,即便于在大角度的线路上行走,如图8b所示。
图9a、9b所示,为超高压输电线路障碍环境示意图。在架空地线35上主要的障碍物为第一防振锤36、第一绝缘子37、第一悬垂金具及线夹38及第二防振锤39;或者是第一防振锤36、第一绝缘子37、第一悬垂金具及线夹38、第二绝缘子40、第二悬垂金具及线夹41及第二防振锤39。本实用新型的行走越障机构安装在巡检机器人的前、后手臂上,工作时由行走电机7驱动,带动机器人在架空地线35上行走,通过本实用新型的升降机构32及前、后偏转机构31、33的配合运动,即可沿线行进并跨越架空地线35上的障碍物。
当机器人前、后行走越障机构上的行走轮1带动机器人以速度V在架空地线35上行走时,前行走越障机构中的前行走轮遇到第一防振锤36后停下(如图10a所示),前行走越障机构中的回转电机18带动该机构的回转架17逆时针旋转设定角度,使前行走轮上升,离开架空地线35,升到架空地线35上方的设定高度;然后,前行走越障机构中的后行走轮及后行走越障机构中的两个行走轮在各自行走电机7的驱动下行走,直到前越障机构中的后行走轮遇到第一防振锤36停下;此时,前越障机构中的前行走轮已经越过了第一防振锤36,前越障机构中的回转电机18再顺时针旋转,使前越障机构中的前行走轮下降,落回架空地线35上。此后,前越障机构中的后行走轮要越过第一防振锤36,越障过程与前行走轮相同,跨越后的状态如图10b所示,后越障机构中的前、后行走轮跨越第一防振锤36的过程也与前越障机构中的行走轮相同。
当前越障机构中的前行走轮行进到第一悬垂金具及线夹38处停下,前越障机构中的回转电机18驱动回转架17逆时针旋转设定角度,可使前行走轮上升,升高到架空地线35上方的设定高度,接着前越障机构中前行走轮上的偏转电机8驱动偏转轴13转动,使前行走轮偏转90°,离开架空地线正上方;然后,前越障机构中的后行走轮及后越障机构中的前、后行走轮在各自行走电机7的驱动下继续驱动行走,直到前越障机构中的后行走轮遇到第一悬垂金具及线夹38停下,此时,前越障机构中的前行走轮已越过第一悬垂金具及线夹38,前越障机构中的偏转电机8继续带动偏转轴13转动,带动前越障机构中的前行走轮重回到架空地线的正上方,接着前越障机构中的回转电机18带动回转架17顺时针转动,使前越障机构中的前行走轮下降,下落到架空地线35上,这样前越障机构中的前行走轮就越过了第一悬垂金具及线夹38。此后,前越障机构中的后行走轮也按上述操作越过第一悬垂金具及线夹38,越过后的状态如图10c所示。后越障机构中的前、后行走轮可上述操作依次越过第一悬垂金具及线夹38。
跨越第二防振锤39的过程同跨越第一防振锤36的过程相同,跨越状态如图10d、10e所示。当巡检机器人遇到如图9b所示的防振锤、双挂点、防振锤的障碍环境时,其跨越过程与跨越如图9a所示的障碍环境相同。
本实用新型的两个行走轮均采用聚氨酯材料,在爬大坡度地线时,一个行走轮在地线下方往上夹地线,另一个行走轮在地线上方往下压地线,增大了行走轮对架空地线35的正压力,从而增加了摩擦力,可以使机器人沿着大角度的架空地线35向上爬行。本实用新型的第一、二轴承3、20均为深沟球轴承。
本实用新型采用的行走机构兼有行走和夹爪功能,利于行走、爬坡和越障,对线路的适应性好,安全保护性好,适合野外作业和上下线路的需要。
Claims (10)
1.一种巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:包括前行走机构(30)、前偏转机构(31)、支架(28)、升降机构(32)、后偏转机构(33)及后行走机构(34),支架(28)与巡检机器人相连,升降机构(32)铰接在支架(28)上,前、后偏转机构(31、33)对称安装在升降机构(32)上,前、后行走机构(30、34)分别安装在前、后偏转机构(31、33)上、与前、后偏转机构(31、33)连动。
2.按权利要求1所述的巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:所述升降机构(32)包括回转架(17)、回转电机(18)、第二蜗杆(21)、第三端盖(22)、第二减速箱(24)、第二蜗轮(25)及回转轴(27),回转轴(27)的一端铰接于支架(28),回转架(17)固接于回转轴(27)上、与其连动,第二减速箱(24)安装在回转架(17)上,回转轴(27)的另一端插入第二减速箱(24)内;第二蜗杆(21)及第二蜗轮(25)容置于第二减速箱(24)内,回转电机(18)安装在与第二减速箱(24)固接的第三电机座(19)上,回转电机(18)的输出轴与第二蜗杆(21)相连,第二蜗杆(21)与固接于回转轴(27)的第二蜗轮(25)啮合传动;第二减速箱(24)的外侧设有第三端盖(22)。
3.按权利要求2所述的巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:所述回转架(17)为“V”形,“V”形的两端为开口的“C”形结构,在回转架(17)的两端分别设有前、后行走机构(30、34)及前、后偏转机构(31、33)。
4.按权利要求3所述的巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:所述前、后偏转机构(31、33)结构相同,包括偏转电机(8)、第一蜗杆(10)、第一蜗轮(12)及偏转轴(13),偏转轴(13)铰接于回转架(17)的“C”形开口,行走机构通过连接套(29)与偏转轴(13)固接;偏转电机(8)的输出轴与第一蜗杆(10)相连,固接于偏转轴(13)的第一蜗轮(12)与第一蜗杆(10)啮合传动。
5.按权利要求4所述的巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:所述第一蜗杆(10)及第一蜗轮(12)容置于与设置在回转架(17)上的第一减速箱(11)内,偏转电机(8)安装在第一减速箱(11)上的第二电机座(9)。
6.按权利要求5所述的巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:所述第一减速箱(11)的两端分别设有第一端盖(14)及第二端盖(16),第一减速箱(11)通过第二端盖(16)固接在回转架(17)上。
7.按权利要求2所述的巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:所述第二蜗杆(21)的一端与回转电机(18)的输出轴相连,第二蜗杆(21)上套接有第二轴承(20)。
8.按权利要求1所述的巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:所述前、后行走机构(30、34)的结构相同,包括行走轮(1)、行走轮轴(2)、从动齿轮(4)、主动齿轮(5)、第一电机座(6)、行走电机(7)、轴套(42)及连接套(29),行走电机(7)安装在第一电机座(6)上,行走电机(7)的输出轴上设有主动齿轮(5),行走轮(1)上固接有与主动齿轮(5)啮合传动的从动齿轮(4);第一电机座(6)上固接有与偏转机构的偏转轴固接的连接套(29),行走轮(1)套接在行走轮轴(2)上、通过轮槽行走于架空地线上,行走轮轴(2)与连接套(29)相连接。
9.按权利要求8所述的巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:所述行走轮(1)与行走轮轴(2)之间分别设有套接在行走轮轴(2)上的第一轴承(3)及轴套(42),行走轮(1)可相对行走轮轴(2)转动。
10.按权利要求8所述的巡检机器人的行走越障机构,其特征在于:所述行走轮(1)的材料为聚氨酯材料。
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