CN203680285U

CN203680285U - 塔架攀爬机器人

Info

Publication number: CN203680285U
Application number: CN201320818727.1U
Authority: CN
Inventors: 王兆冬; 朱玉; 李庚�; 陈文杰
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2023-12-13

Abstract

本实用新型涉及一种塔架攀爬机器人，属于机器人技术领域。包括由上机械臂（4）、下机械臂（6）、手臂张合电动机（5）、手臂张合驱动电机支座（15）、手臂张合丝杠（12）、带柱销螺母（14）、上连接板（13-1）、下连接板（13-2）组成的机器人主体结构。还包括分别安装于上机械臂（4）第二端和下机械臂（6）第二端的上机械手和下机械手；每个机械手均由俯仰关节、手腕关节、夹持爪组成。本实用新型结构紧凑，多关节联动可完成越障、转弯等复杂动作，可攀爬不同结构类型的铁塔，使用范围广，并具有一定的负载能力，可以携带必要的检修设备，代替工人攀爬电力铁塔，完成相应的检修任务。

Description

塔架攀爬机器人

所属技术领域

本实用新型涉及一种塔架攀爬机器人，可对不同类型规格的输电铁塔进行检测维护，属于机器人技术领域。

背景技术

随着电力系统的不断扩建，为了提高电力系统自动化综合能力，针对电力系统检测和维护的攀爬和巡线机器人逐渐成为热门的研究之一，电力部门迫切需要能的代替人工攀爬铁塔进行监测和维护的自动化设备。国内外已经先后成功研发出一些巡线机器人，并在进一步的投入人力物力进行巡线机器人的研发工作，然而用于巡检与维护电力铁塔的攀爬机器人还未多见到相关的研究与报道，国内外市场尚未见到成品。此类攀爬铁塔机器人的研究能减轻工人劳动强度，降低触电和高空和坠落的危险，提高检修、维护的效率和质量，创造良好的经济效益和社会效益。

实用新型内容

为了解决电力系统检测和维护这一难题，本实用新型提供一种电力铁塔攀爬机器人，其可以在铁塔各个区域攀爬，通过携带的传感器检测塔身，及时排除铁塔存在的安全隐患，并且其携带的清扫装置可以取代人力清扫绝缘子串，同时有一定负载能力的攀爬铁塔机器人可以背负巡线机器人至横担，后者分离至高压输电线进行巡检。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的机器人主体机构由上机械臂、下机械臂、手臂张合电动机、手臂张合驱动电机支座、手臂张合丝杠、带柱销螺母、上连接板、下连接板组成；其中手臂张合电动机安装于手臂张合驱动电机支座上，手臂张合丝杠安装于手臂张合电动机的输出轴，上连接板的第一端和下连接板的第一端铰接于手臂张合驱动电机支座上，上连接板的第二端和下连接板的第二端分别铰接于上机械臂和下机械臂的中部，上机械臂的第一端和下机械臂的第一端分别铰接于带柱销螺母的柱销部位，带柱销螺母安装于手臂张合丝杠上；

还包括分别安装于上机械臂第二端和下机械臂第二端的上机械手和下机械手；每个机械手均由俯仰关节、手腕关节、夹持爪组成；

所述俯仰关节由俯仰蜗轮、俯仰连接柱销、俯仰关节丝杠、俯仰关节支承箱、俯仰关节驱动电机组成；其中俯仰蜗轮固定安装于俯仰连接柱销，并通过柱销与机械臂固连，俯仰关节支承箱通过所述俯仰连接柱销铰接，俯仰关节驱动电机固定安装于俯仰关节支承箱上，俯仰关节丝杠安装于俯仰关节驱动电机的输出轴，俯仰关节丝杠与俯仰蜗轮相啮合；

所述手腕关节由手腕蜗轮、手腕连接柱销、手腕关节丝杠、手腕关节支承箱、手腕关节驱动电机组成；其中手腕蜗轮固定安装于手腕连接柱销，手腕连接柱销铰接于上述俯仰关节支承箱上，并与下机械手夹持爪固连，手腕关节支承箱与俯仰关节支承箱固连，手腕关节驱动电机固定安装于手腕关节支承箱上，手腕关节丝杠安装于手腕关节驱动电机的输出轴，手腕关节丝杠与手腕蜗轮相啮合；

所述夹持爪包括两个呈60-150度的机械手指，每个机械手指上均安装有手指驱动电机、手指丝杠、带螺纹夹紧滑块；其中机械手指具有内部安装腔和侧面导向槽，手指丝杠安装于内部安装腔，带螺纹夹紧滑块安装于手指丝杠上并伸出侧面导向槽，手指驱动电机安装于机械手指的一端其输出轴与手指丝杠相连。

本实用新型可实现沿铁塔主材或斜材攀爬、跨越障碍物，转弯等功能。具体体现在1、机械臂下端与俯仰机构旋转轴相连，可使机械臂绕旋转轴旋转，实现越障功能。俯仰机构蜗轮箱与机械手腕关节固连，使得机械臂带着另一处于自由状态的机械手可绕夹紧状态的机械手腕关节旋转，实现机器人的转弯功能，亦可实现手爪姿态调整；2、当其中一机械手固定时，机械臂带着处于自由状态的另一机械手亦可绕蜗轮轴旋转；3、通过控制驱动电机的转速和方向可以控制双臂张开的速度和角度；4、所有传动机构均采用了具有自锁功能的丝杠螺母传动或蜗轮蜗杆传动方式，确保了在断电的情况下，机器人仍保持当前的位姿，提高了机器人工作的安全系数；5、机器人左右对称，结果紧凑，提高了手臂的结构强度，同时降低了机体的重量，电源和驱动装置的控制单元安装在手臂框架内部。

附图说明

附图1是本实用新型的攀爬机器人的立体结构图；

附图2是本实用新型的攀爬机器人两机械臂与电动机的装配立体示意图；

附图3是本实用新型的攀爬机器人俯仰关节的立体示意图；

附图4是本实用新型的攀爬机器人抓持机构的立体示意图；

附图5是本实用新型的攀爬机器人沿铁塔主材直线前进的步态示意图；

图中标号名称：1-上机械手夹持爪；2-上机械手手腕关节；3-上俯仰关节；4-上机械臂；5-手臂张合电动机；6-下机械臂；7-下俯仰关节；8-下机械手手腕关节；9-下机械手夹持爪；10-柱销；11-薄板；12-手臂张合丝杠；13-1 上连接板；13-2 下连接板；14-带螺母柱销；15-手臂张合驱动电机支座；16-俯仰蜗轮；17-仰卧关节连接柱销；18-仰卧关节丝杠；19-仰卧关节支承箱；20-仰卧关节驱动电机；21-手腕关节驱动电机；22-手腕关节支承箱；23-手腕连接柱销；24-手腕蜗轮；25-手腕关节丝杠；26-带螺纹夹紧滑块；27-手指丝杠；28-机械手指；29-手指驱动电机；30-内部安装腔；31-侧面导向槽；32-角钢。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的一个实施例，通过实施例对本实用新型做进一步的说明。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。

本实用新型提供的输电铁塔攀爬机器人，其整体结构如附图1所示，包括两个机械臂4和6，驱动机械臂张合的电动机5，该装置包括能对不同规格角钢进行夹持的夹持爪1和调整夹持爪姿态的腕关节2，用于连接手臂下端与机械手的俯仰关节3和7。

附图2是机器人手臂的实施机构。机械臂由薄板11和柱销10组合而成。驱动电机5输出轴连接丝杠12，通过螺纹与丝杠12连接的螺母14相配合，电动机支座15和连接板13通过柱销与薄板11连接，电动机5驱动丝杠12旋转，螺母14沿丝杠12直线运动，驱动上手臂4和下手臂6以螺母柱销14为轴旋转。

附图3是机器人手臂俯仰和手腕关节的实施结构。俯仰关节由俯仰蜗轮16、俯仰连接柱销17、俯仰关节丝杠18、俯仰关节支承箱19、俯仰关节驱动电机20组成；其中俯仰蜗轮16固定安装于俯仰连接柱销17，并通过俯仰连接柱销17与机械臂固连，俯仰关节支承箱19通过所述俯仰连接柱销17铰接，俯仰关节驱动电机20固定安装于俯仰关节支承箱19上，俯仰关节丝杠18安装于俯仰关节驱动电机20的输出轴，俯仰关节丝杠18与俯仰蜗轮16相啮合。俯仰关节驱动电机20驱动俯仰关节丝杠18，带动俯仰关节由俯仰蜗轮16旋转，机械臂下端通过柱销与俯仰蜗轮16固连，从而实现手臂俯仰运动。

所述手腕关节由手腕蜗轮24、手腕连接柱销23、手腕关节丝杠25、手腕关节支承箱22、手腕关节驱动电机21组成；其中手腕蜗轮24固定安装于手腕连接柱销23，手腕连接柱销23铰接于上述俯仰关节支承箱19上，手腕关节支承箱22与俯仰关节支承箱19固连，手腕关节驱动电机21固定安装于手腕关节支承箱22上，手腕关节丝杠25安装于手腕关节驱动电机21的输出轴，手腕关节丝杠25与手腕蜗轮24相啮合。手腕关节驱动电机21驱动手腕关节丝杠25，带动手腕蜗轮24旋转，由于夹持爪与手腕连接柱销23固连，在单爪夹持时可使机械臂及另一机械手绕该机械手爪部腕关节旋转，实现该机器人的转向运动。俯仰关节驱动电机20和手腕关节驱动电机21的轴线垂直。

附图4是机器人抓持手爪的实施机构。该机构由带螺纹夹紧滑块26,手指丝杠27，机械手指28，手指驱动电机29，内部安装腔30，侧面导向槽31组成。机械手指28与手腕关节的蜗轮输出轴固连，手指驱动电机29输出轴连接手指丝杠27，驱动带螺母夹紧滑块26沿着侧面导向槽31直线运动，从而实现对角钢的夹紧。另外该攀爬铁塔机器人的夹持机构左右手爪的爪臂相对角度固定。每个爪臂均固定在手爪爪座上，并且两条爪臂之间的相对角度不变，爪子角钢边缘的接触部分必须紧密接触，所以爪子的弧度必须完全契合角钢的边缘，尽量实现爪子和角钢的面接触，避免单纯线接触、点接触的情况。

附图5是攀爬输电铁塔的工作姿态，当机器人沿直线运动时，下爪处于夹紧状态，上爪处于松开状态，对手臂俯仰关节和张合驱动电机联合控制，使上爪沿角钢25直线前移，与下爪的距离拉大到最大位置时，然后夹紧上爪，松开下爪，再由手臂俯仰关节和张合驱动电机联合控制，收缩下爪，与上爪的距离缩小到最小位置时，夹紧上爪，松开上爪，一个工作循环完成，如此周而复始，使机器人沿角钢一步一步向上攀爬。

Claims

1.一种塔架攀爬机器人，其特征在于：

包括机器人主体结构；所述的机器人主体机构由上机械臂（4）、下机械臂（6）、手臂张合电动机（5）、手臂张合驱动电机支座（15）、手臂张合丝杠（12）、带柱销螺母（14）、上连接板（13-1）、下连接板（13-2）组成；其中手臂张合电动机（5）安装于手臂张合驱动电机支座（15）上，手臂张合丝杠（12）安装于手臂张合电动机（5）的输出轴，上连接板（13-1）的第一端和下连接板（13-2）的第一端铰接于手臂张合驱动电机支座（15）上，上连接板（13-1）的第二端和下连接板（13-2）的第二端分别铰接于上机械臂（4）和下机械臂（6）的中部，上机械臂（4）的第一端和下机械臂（6）的第一端分别铰接于带柱销螺母（14）的柱销部位，带柱销螺母（14）安装于手臂张合丝杠（12）上；

还包括分别安装于上机械臂（4）第二端和下机械臂（6）第二端的上机械手和下机械手；每个机械手均由俯仰关节、手腕关节、夹持爪组成；

所述俯仰关节由俯仰蜗轮（16）、俯仰连接柱销（17）、俯仰关节丝杠（18）、俯仰关节支承箱（19）、俯仰关节驱动电机（20）组成；其中俯仰蜗轮（16）固定安装于俯仰连接柱销（17），并通过俯仰连接柱销（17）与机械臂固连，俯仰关节支承箱（19）通过所述俯仰连接柱销（17）铰接，俯仰关节驱动电机（20）固定安装于俯仰关节支承箱（19）上，俯仰关节丝杠（18）安装于俯仰关节驱动电机（20）的输出轴，俯仰关节丝杠（18）与俯仰蜗轮（16）相啮合；

所述手腕关节由手腕蜗轮（24）、手腕连接柱销（23）、手腕关节丝杠（25）、手腕关节支承箱（22）、手腕关节驱动电机（21）组成；其中手腕蜗轮（24）固定安装于手腕连接柱销（23），手腕连接柱销（23）铰接于上述俯仰关节支承箱（19）上，手腕关节支承箱（22）与俯仰关节支承箱（19）固连，手腕关节驱动电机（21）固定安装于手腕关节支承箱（22）上，手腕关节丝杠（25）安装于手腕关节驱动电机（21）的输出轴，手腕关节丝杠（25）与手腕蜗轮（24）相啮合；

所述夹持爪与上述手腕连接柱销（23）固连，该夹持爪包括两个呈60-150度的机械手指（28 ），每个机械手指（28 ）上均安装有手指驱动电机（29）、手指丝杠（27）、带螺纹夹紧滑块（26）；其中机械手指（28 ）具有内部安装腔（30）和侧面导向槽（31），手指丝杠（27）安装于内部安装腔（30），带螺纹夹紧滑块（26）安装于手指丝杠（27）上并伸出侧面导向槽，手指驱动电机（29）安装于机械手指（28 ）的一端其输出轴与手指丝杠（27）相连。

2.根据权利要求1所述的塔架攀爬机器人，其特征在于：

所述俯仰关节驱动电机（20）和手腕关节驱动电机（21）的轴线垂直。