CN202278582U - 输电塔攀爬机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种输电塔攀爬机械手，主要包括机架、两副相对设置的手爪张合机构和抱紧机构，其中两手爪张合机构至少一个为可运动的，主要由基座，安装在基座上支架，安装在支架上的驱动电机，与驱动电机输出轴联接的传动机构，定手爪以及与传动机构运动输出构件相联接的动手爪构成，所述抱紧机构由安装在机架上的驱动电机，与驱动电机输出轴联接的传动丝杆以及导杆构成。本实用新型不仅能实现机器人沿输电塔主构件攀爬时对角钢根部和直平面的抓紧，而且能实现机器人沿输电塔构件攀爬时从不同方向对构件的夹持，从输电塔塔基沿塔架构件攀爬到塔顶，携带检修维护设备完成各项检修任务。

Description

输电塔攀爬机械手

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种输电塔攀爬机器人的机械手装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展，国家电网的快速建设，超高压大容量输电线路的应用也越来多，然而电网线路所覆盖的地理环境极为复杂，常常经过人迹罕至的崇山峻岭，这就给输电线路维护上造成了很大的困难。特别是在寒冬腊月的时候，输电铁塔和输电线路往往出现结冰现象，极易发生输电铁塔倒塌和输电线路断裂，给国家电力系统带来极其严重的破坏，导致全国各地不同程度的大范围长时间的停电，严重影响人们的日常生活和企业的正常安全生产，直接或间接的给国家和人民带来无法估量的损失。目前已有各种类型的输电线路除冰机器人出现，用于除去高压输电线上覆盖的积冰，避免输电线路发生断裂。然而，无论是人工除冰还是机器人除冰都需要由电力人员爬上输电铁塔进行操作。因此输电铁塔在寒冷严酷的环境下是否出现了裂纹等安全隐患就关系到了维护人员和设备的安全问题。另外若输电铁塔出现隐患对于电网系统也是一个严重的威胁。基于上述情况，就有必要设计一款针对于输电铁塔的检测机器人用于输电铁塔的安全检测维护，以解决人工上塔探伤时危险性高、准确性低、劳动强度大、工作效率低的问题。从而确保人员和设备安全，保证电网安全，在灾害下挽救更多的国家财产，最大程度的减少损失。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的现状，本实用新型的目的旨在提供一种用于输电塔攀爬机器人的机械手装置，以实现由机器人代替人从输电塔塔基沿塔架构件攀爬到塔顶，利用携带的检修维护设备完成各项检修任务。

(二)技术方案

输电塔攀爬机械手，包括机架、两副相对设置的手爪张合机构和抱紧机构，其中两手爪张合机构至少一个为可运动手爪张合机构，所述手爪张合机构由基座、安装在基座上的支架、安装在支架上的手抓张合驱动电机、与手抓张合驱动电机输出轴联接的传动机构、定手爪以及与传动机构运动输出构件相联接的动手爪构成，两张合机构之间有顶紧机构，安装在机架上，所述抱紧机构由安装在机架上的抱紧驱动电机、与抱紧驱动电机输出轴联接的传动丝杆以及导杆构成，传动丝杆与手爪张合机构基座上的螺纹孔匹配构成螺纹传动副，导杆与手爪张合机构基座上的导向孔匹配构成导向副。

输电塔攀爬机械手，包括机架、两副相对设置的手爪张合机构和驱使两手爪张合机构的两副手爪抱持夹紧塔架构件的抱紧机构，其中两手爪张合机构至少一个为可运动手爪张合机构，所述手爪张合机构由基座，安装在基座上支架，安装在支架上的驱动电机、与驱动电机输出轴联接的传动机构、定手爪以及与传动机构运动输出构件相联接的动手爪构成，所述抱紧机构由安装在机架上的驱动电机，与驱动电机输出轴联接的传动丝杆以及导杆构成，传动丝杆与手爪张合机构基座上的螺纹孔匹配构成螺纹传动副，导杆与手爪张合机构基座上的导向孔匹配构成导向副。

紧机构可设计成主要由基座，通过支架安装在基座上的驱动电机、与驱动电机输出轴联接的传动机构、顶杆和顶块构成，顶杆的两端分别与传动机构和顶块联接，抱紧机构的传动丝杆和导杆从顶紧机构基座上的安装孔中穿过。为了适应大小与形状不同的断面塔架构件，可将顶紧机构的顶块设计成在一定范围内可活动的顶块，为了实现顶块一定范围内活动，将顶杆设计成中空结构顶杆，顶块与顶杆采用铰链联接。为了保证顶块与塔架构件能够更好地接触，在顶块端面设计加工V形凹槽，V形凹槽根部倒圆角。传动机构采用由丝杆与设计在顶杆孔内的螺母匹配构成的丝杆螺母传动机构，构成传动机构的螺母，可以是由顶杆内孔壁上加工出的螺纹构成，也可以是由顶杆内孔嵌接的螺母构成。构成顶紧机构的驱动电机一般采用步进电机。顶紧机构可通过控制顶紧电机的转速和方向控制顶块的伸出长度，从而控制顶块的顶紧力。

在上述技术方案中，构成机械手装置的两个相对设置的手爪张合机构，可将其中一个设计为固定的，另一个设计为可运动的，最好是将两个都设计为可运动的。当两个都设计为可运动的时，抱紧机构设计有两根传动丝杆，与各自配备的驱动电机输出轴联接，分别与各自驱动的张合机构支座架上的螺纹孔匹配构成螺纹传动副。

在上述的手爪张合机构中，定手爪和动手爪均由夹持面外倾斜的楔块构成，夹持面外倾斜的角度最好相同，两手爪合拢成V型状。为了保证手爪与所夹持的塔架构件接触更好，最好是在夹持面上设计加工出不少于一条的凹形槽，使夹持面由单指面变为多指面。

本实用新型还采取了其他一些技术措施。

本实用新型提供的输电塔攀爬机械手(机器人末端夹持机构)，包括两副结构相同的用于抓紧塔架构件的手爪，每副手爪均由定手爪和动手爪构成，两个手爪均由手掌面向外倾斜的斜楔块构成，定斜楔块(定手爪)与支座架上的手爪基座固连，动斜楔块(动手爪)固置在手爪张合机构导轨运动件下端，动斜楔块相对定斜楔块做平移运动，两个斜楔块组成的V形槽角度固定不变，手爪的张合开度随动手爪的运动而改变，每副手爪的张合运动独立进行，以满足对不同大小塔架构件的夹持抓紧需要，两副手爪由抱紧机构驱动从两个方向相对运动，从而实现对不同形状、不同摆放姿态的各种规格的塔架构件的夹持，如附图5所示。

本实用新型提供的输电塔攀爬机械手可实现在电力铁塔主构件和斜构件角钢上的自由攀爬，使机器人能够从电力铁塔塔基沿主材角钢或斜材角钢攀爬到塔顶，利用携带的检修维护设备完成各项检修任务，如：绝缘子清扫、铁塔维护等。为此该机器人的末端机械手不仅要能实现从多个方向对不同规格角钢的抓紧，而且还要能提供足够大的夹紧力，以提高攀爬机器人的负载能力利用携带的检修设备完成相应的任务。

本实用新型提供的输电塔攀爬机械手具有多个自由度，通过多轴联动控制，可实现从多个方向对不同规格角钢的不同部位夹持，既可夹紧角钢根部也可夹紧角钢的直平面，负载能力强，能满足在无外力干预的情况下，不仅能沿塔架主构件角钢攀爬，并可沿塔架斜构件材攀爬，可在电力铁塔构件上的自由攀爬，机器人能够从电力铁塔塔基沿主构件角钢或斜构件角钢攀爬到塔顶，利用携带的检修维护设备完成各项检修任务，如：绝缘子清扫、铁塔维护等。本实用新型是一种通用型塔架自动检修维护攀爬机器人机械手装置，既可用于关节式攀爬机器人，也可用于框架式自动攀爬机器人。

配有本实用新型的输电塔攀爬机器人，在输电塔上进行自动检修维护，其攀爬越障过程如附图6所示，攀爬典型动作过程如下：当塔架自动检修维护攀爬机器人沿电力铁塔构件角钢攀爬时，机器人的一只机械手抓紧角钢，另一只机械手处于松开状态，而手腕机构与手臂机构等进行联动控制，使松开的一只机械手沿着电力铁塔构件角钢方向前移。然后，联动控制该机械手装置的两个抱紧机构驱动电机和两个手爪张合机构驱动电机，使原来松开的一只机械手抓紧铁塔构件角钢，而后再将原来抓紧的一只机械手松开，再通过手腕机构与手臂机构等进行联动控制，使该机械装置沿铁塔构件前移，然后夹紧原来松开的一只机械手爪，松开原来夹紧的一只机械手，完成了一次攀爬。如此周而复始，可使机器人沿塔架主构件角钢一步一步地前进。

(三)有益效果

本实用新型的机械手结构紧凑、夹紧力大，重量轻，特别适用于大负载输电塔自动检修维护攀爬机器人。

附图说明

附图1是配有本实用新型的输电塔攀爬机器人立体结构示意图。

附图2是本实用新型的机械手装置立体结构示意图。

附图3是本实用新型的机械手装置主视结构示意图。

附图4是附图3中的A-A向剖视结构示意图。

附图5是本实用新型的机械手装置对不同形状、不同摆放姿态的塔架构件的夹持抓紧方式示意图。

附图6是塔架机器人机械手装置攀爬运动过程示意图。

在上述附图中，各图示标号所标识的对象为：1-手爪张合机构传动丝杆；2-手爪张合机构传动螺母；3-抱紧机构导杆；4-手爪张合机构支架；5-构成抱紧机构传动机构的螺纹套；6-顶紧机构支架；7-抱紧机构驱动电机；8-抱紧机构驱动电机安装座；9-机架；10-抱紧机构传动丝杆；11-手爪张合机构导轨；12-手爪张合机构驱动电机；13-顶紧机构驱动电机；14-手爪张合机构基座；15-定斜楔块(定手爪)；16-动斜楔块(动手爪)；17-顶块；18-顶紧机构基座；19-导轨运动件；20-传动丝杆；21-前部机械手装置；22-中间本体伸缩机构；23-后部机械手装置。

具体实施方式

下面结合附图说明给出本实用新型的一个实施例，通过实施例对本实用新型作进一步的说明。需要特别指出的是，本实用新型的具体实施方式不限于实施例所描述的形式。

配备有本实用新型的机械手装置的塔架攀爬机器人，其整体结构如图1，由前部机械手装置21、中间本体伸缩机构22和后部机械手装置23组成。本实用新型的机械手装置，用于塔架自动检修维护攀爬机器人的手臂末端夹持机构，其结构如附图2、附图3和附图4所示，由机架9、两副相对设置结构相同的手爪张合机构、抱紧机构和顶紧机构6构成。其中两手爪张合机构均由基座14，安装在基座上支架4，安装在支架上的步进驱动电机12、与步进驱动电机输出轴联接的传动机构、定手爪15以及与传动机构运动输出构件相联接的动手爪16构成，传动机构由丝杆螺母传动副和矩形导轨滑动副构成，丝杆螺母传动副的螺母2与导轨滑动副的滑动件联接，丝杆螺母传动副的丝杆1与驱动电机输出轴联接，动手爪16设置在导轨滑动副的滑动件下端，定手爪固置在基座14的下方，定手爪15和动手爪16均为夹持面外倾斜的斜楔块，两手爪合拢成V型状，夹持面上设计有若干条凹形槽。手爪张合机构的基座14上设计加工有与抱紧机构的传动丝杆和导杆匹配的螺纹孔和导向孔。所述抱紧机构由步进驱动电机7，与步进驱动电机输出轴联接的传动滚珠丝杆10以及导杆3构成，步进驱动电机7通过安装座8安装在机架9上，传动丝杆10与手爪张合机构基座14上的螺纹孔匹配构成螺纹传动副，导杆3与手爪张合机构基座14上的导向孔匹配构成导向副。所述顶紧机构由基座18，通过支架6安装在基座上的驱动电机13、与驱动电机13输出轴联接的传动机构、顶杆和顶块17构成，顶杆为中空结构杆，顶块与顶杆铰链联接，传动机构为由丝杆20与设计在顶杆内的螺母匹配构成丝杆螺母传动机构。顶块的顶端面设计加工V形凹槽，V形凹槽根部倒圆角。抱紧机构的传动丝杆10和导杆3从抱紧机构的传动丝杆和导杆从顶紧机构基座18上的安装孔中穿过。顶紧机构通过基座18安装在机架9上。

Claims (4)

1.一种输电塔攀爬机械手，其特征在于：包括机架(9)、两副相对设置的手爪张合机构和抱紧机构，其中两所述手爪张合机构至少一个为可运动手爪张合机构，所述手爪张合机构由基座(14)、安装在所述基座(14)上的支架(4)、安装在所述支架(4)上的手抓张合驱动电机(12)、与所述手抓张合驱动电机(12)输出轴联接的传动机构、定手爪(15)以及与所述传动机构运动输出构件相联接的动手爪(16)构成，两所述张合机构之间有顶紧机构，安装在所述机架(9)上，所述抱紧机构由安装在所述机架(9)上的抱紧驱动电机(7)、与所述抱紧驱动电机(7)输出轴联接的传动丝杆(10)以及导杆(3)构成，所述传动丝杆(10)与所述手爪张合机构基座(14)上的螺纹孔匹配构成螺纹传动副，所述导杆(3)与所述手爪张合机构基座(14)上的导向孔匹配构成导向副。

2.根据权利要求1所述的输电塔攀爬机械手，其特征在于：所述顶紧机构主要由基座(18)，通过支架(6)安装在所述基座(18)上的驱动电机(13)、与所述驱动电机(13)输出轴联接的传动机构、顶杆和顶块(17)构成，所述顶杆的两端分别与所述传动机构和所述顶块(17)联接，抱紧机构传动丝杆(10)和导杆(3)从所述顶紧机构基座(18)上的安装孔中穿过，所述顶杆为中空结构杆，顶块(17)与所述顶杆铰链联接，所述传动机构为丝杆(20)与设计在所述顶杆内的螺母匹配构成丝杆螺母传动机构。

3.根据权利要求1或2所述的输电塔攀爬机械手，其特征在于：两所述手爪张合机构均为可移动手爪张合机构，所述抱紧机构设计有两根传动丝杆(10)，与各自配备的驱动电机(7)输出轴联接，分别与各自驱动的所述张合机构支座架(4)上的螺纹孔匹配构成螺纹传动副。

4.根据权利要求1或2所述的输电塔攀爬机械手，其特征在于：所手爪张合机构的定手爪(15)和动手爪(16)均为夹持面外倾斜的楔块夹持面上设计有不少于一条的凹形槽，两手爪合拢成V型状。

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