專利名稱：輪爪復(fù)合式巡檢機(jī)器人自主越障機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及移動機(jī)器人機(jī)構(gòu)，具體地說是一種應(yīng)用于超高壓輸電線路巡檢的輪爪復(fù)合式巡檢機(jī)器人自主越障機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的超高壓輸電線巡檢機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，大部分采用由輪式移動和復(fù)合連桿機(jī)構(gòu)組合而成的復(fù)合移動機(jī)構(gòu)(文獻(xiàn)1Jun Sawada，KazuyukiKusumoto，Tadashi Munakata，Yasuhisa Maikawa，Yoshinobu Ishikawa，“AMobile Robot For Inspection of Power Transmission Lines”，IEEE Trans.PowerDelivery，1991，Vol.6，No.1pp..309-315；文獻(xiàn)2Mineo 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)，或者采用多組移動單元串聯(lián)組成的多自由度移動機(jī)構(gòu)(文獻(xiàn)3Shin-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)。這些機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗能多、越障能力有限且不易于控制，因此，難以應(yīng)用于實(shí)際的超高壓輸電線路自主越障巡檢作業(yè)。
實(shí)用新型內(nèi)容為克服上述移動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、耗能多、越障能力有限且不易于控制之不足，本實(shí)用新型提供一種工作空間大、能耗低且越障能力強(qiáng)的輪爪復(fù)合式的超高壓輸電線巡檢機(jī)器人自主越障機(jī)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型技術(shù)方案是它由質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、前手臂、前行走夾持機(jī)構(gòu)、后手臂、后行走夾持機(jī)構(gòu)組成，所述前、后手臂的一端采用螺釘固定在質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上；另一端與前、后行走夾持機(jī)構(gòu)直接相連，所述手臂具有兩個(gè)自由度，分別由前、后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、前、后垂直伸縮機(jī)構(gòu)組成，其中前、后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一端與前、后行走夾持機(jī)構(gòu)相連，另一端經(jīng)前、后垂直伸縮機(jī)構(gòu)后與質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連；所述行走夾持機(jī)構(gòu)位于架空地線上；所述前、后手臂，前、后行走夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同。
本實(shí)用新型基于輪、爪復(fù)合的原理，采用連續(xù)移動與蠕動行走相結(jié)合的工作方式，具有沿超高壓輸電線行走和跨越其上障礙物的功能。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型采用輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，利于行走與越障。該結(jié)構(gòu)結(jié)合了輪式移動機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)和關(guān)節(jié)式手臂的優(yōu)點(diǎn)，既可沿線快速行走，也可跨越障礙。
2.越障能力強(qiáng)。本實(shí)用新型利用行走與夾持機(jī)構(gòu)、手臂及質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)動，帶動機(jī)器人跨越障礙，并能夠跨越超高壓輸電線路中多種障礙(防振錘、絕緣子、懸垂金具及壓接管等)。
3.工作空間大。前后手臂帶有伸縮及旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，具有較大的伸長量和旋轉(zhuǎn)角度，使手臂觸及的工作范圍較大。
4.能耗低。本實(shí)用新型采用質(zhì)心調(diào)節(jié)方法，使電機(jī)的驅(qū)動力矩降低，從而降低了能耗。
5.應(yīng)用范圍較廣。本實(shí)用新型可作為高壓輸電線路及電話線路的巡檢機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)。


圖1為本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)移動機(jī)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型垂直伸縮機(jī)構(gòu)示意圖。
圖5為本實(shí)用新型行走夾持機(jī)構(gòu)示意圖。
圖6為障礙環(huán)境示意圖。
圖7a為越障過程第一個(gè)動作描述示意圖。
圖7b為越障過程第二個(gè)動作描述示意圖。
圖7c為越障過程第三個(gè)動作描述示意圖。
圖7d為越障過程第四個(gè)動作描述示意圖。
圖8為本實(shí)用新型另一實(shí)施例機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)由質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1、前手臂2、前行走夾持機(jī)構(gòu)3、后手臂4、后行走夾持機(jī)構(gòu)5組成，所述前、后手臂2、4的一端采用螺釘固定在質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1上；另一端與前、后行走夾持機(jī)構(gòu)3、5相連，所述手臂2、4分別由前、后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)22、52、前、后垂直伸縮機(jī)構(gòu)23、53組成，其中前、后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)22、52一端與前、后行走夾持機(jī)構(gòu)3、5直接相連，另一端經(jīng)前、后垂直伸縮機(jī)構(gòu)23、53后與質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1相連；所述行走夾持機(jī)構(gòu)位于架空地線上；所述前、后行走夾持機(jī)構(gòu)3、5以及前、后手臂2、4結(jié)構(gòu)相同，本實(shí)施例以其中一個(gè)為例作詳細(xì)說明。
所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由電器盒11、絲杠12、滑塊螺母14、第一滾輪13、第二滾輪15、承載板16和第一電機(jī)17組成，見圖2。第一電機(jī)17、絲杠12安裝在承載板16上，滑塊螺母14、第一滾輪13、第二滾輪15安裝在電器盒11上，滑塊螺母14與絲杠12形成螺旋移動連接，絲杠12的一端與第一電機(jī)17相連，另一端支承在承載板16上；承載板16與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的第一箱體82相連。第一電機(jī)17驅(qū)動絲杠12轉(zhuǎn)動，通過滑塊螺母14帶動電器盒11移動，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)心調(diào)節(jié)，改善行走夾持機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)。電器盒11的重量通過滾輪13、15傳遞到承載板16上。
所述前、后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中以前回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為例參見圖3，其結(jié)構(gòu)由第三傳動軸81、第一箱體82、第二從動齒輪83、第二主動齒輪84、第四傳動軸85和第五電機(jī)86組成，第三傳動軸81、第四傳動軸85和第五電機(jī)86支撐在第一箱體82上，第二從動齒輪83安裝在第三傳動軸81上，第二主動齒輪84安裝在第四傳動軸85上，與第二從動齒輪83嚙合，第四傳動軸85的一端與第五電機(jī)86相連，另一端支撐在第一箱體82上；第三傳動軸81的一端支撐在第一箱體(82)上，另一端與垂直伸縮機(jī)構(gòu)中的支撐板96相連。第五電機(jī)86帶動第四傳動軸85和第二主動齒輪84轉(zhuǎn)動，第二主動齒輪84通過第二從動齒輪83帶動第三傳動軸81轉(zhuǎn)動，帶動垂直伸縮機(jī)構(gòu)中的支撐板96轉(zhuǎn)動。
所述前、后垂直伸縮機(jī)構(gòu)中以前垂直伸縮機(jī)構(gòu)為例，其結(jié)構(gòu)(參見圖4)由空心軸91、軸承92、升降絲杠93、升降螺母94、支撐板96和第六電機(jī)95組成，軸承92支撐在空心軸91內(nèi)壁上，安裝在升降絲杠93一端(用于支撐)，升降絲杠93的另一端與安裝在支撐板96上第六電機(jī)95相連，旋合于升降絲杠93的升降螺母94固連在空心軸91內(nèi)，支撐板96與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的第三傳動軸81相連，空心軸91與行走夾持機(jī)構(gòu)中的第二箱體41相連。第六電機(jī)95驅(qū)動升降絲杠93轉(zhuǎn)動，通過升降螺母94帶動空心軸91實(shí)現(xiàn)垂直升降。
所述前、后行走夾持機(jī)構(gòu)3、5結(jié)構(gòu)相同，以前行走夾持機(jī)構(gòu)(參見圖5)由31、主動齒輪32、行走輪33和軸肩34、第一、二止推軸承35、36、圓螺母37、第二箱體41、夾緊絲杠42、左夾爪40、右夾爪43、導(dǎo)桿44和第七電機(jī)45組成，第三電機(jī)31、第七電機(jī)45、夾緊絲杠42、導(dǎo)桿44安裝在第二箱體41上，導(dǎo)桿44兩端安裝在第二箱體41內(nèi)，行走輪33安裝在與第七電機(jī)45相接的夾緊絲杠42上，并通過軸肩34、第一止推軸承35、第二止推軸承36，采用圓螺母37將行走輪33軸向定位在夾緊絲杠42上，行走輪33與夾緊絲杠42之間為滾動摩擦，主動齒輪32一方面與第三電機(jī)31相連，另一方面與行走輪33嚙合。左、右夾爪40、43安裝在導(dǎo)桿44上，并通過其左、右螺紋與夾緊絲杠42上的左、右螺紋形成螺旋移動連接；具體夾緊絲杠42上的螺紋分成兩段，分別為左螺紋46和右螺紋47，分別對應(yīng)于左夾爪40的左螺紋48和右夾爪43的右螺紋49，夾持絲杠42的一端與第七電機(jī)45相連，另一端安裝在第二箱體41上，第二箱體41與伸縮機(jī)構(gòu)中的空心軸91相連。第三電機(jī)31轉(zhuǎn)動，帶動主動齒輪32轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)行走輪33在架空地線70上行走。第七電機(jī)45轉(zhuǎn)動，帶動夾持絲杠42旋轉(zhuǎn)，在導(dǎo)桿44的作用下，使得左、右夾爪40、43相互靠近和分開，從而實(shí)現(xiàn)左、右夾爪40、43對架空地線70夾緊和松開功能。
圖6所示為超高壓輸電線路障礙環(huán)境，在架空地線70上的主要障礙物為防振錘71、絕緣子72、懸垂金具及線夾73等。本機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動，通過質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、手臂協(xié)調(diào)動作，可沿線行進(jìn)并跨越桿塔處的障礙物，參見圖7.a、7.b、7.c、7.d。
當(dāng)前行走夾持機(jī)構(gòu)3在左防振錘71處停下(如圖7.a所示)，這時(shí)質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1驅(qū)動電器盒11靠近后手臂4，前行走夾持機(jī)構(gòu)3在前手臂2的作用下，升高脫離架空地線70，后行走夾持機(jī)構(gòu)5驅(qū)動質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1及前手臂2向前行走，至左防振錘71處停下。此時(shí)前手臂2已越過下方的左防振錘71，前行走夾持機(jī)構(gòu)3在前手臂2的作用下，下降落回到架空地線70上(如圖7.b所示)。后手臂4跨越左防振錘71的過程同前手臂2相似。
當(dāng)前行走夾持機(jī)構(gòu)3在懸垂金具73處停下，這時(shí)質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1驅(qū)動電器盒11靠近前手臂2，后行走夾持機(jī)構(gòu)5在后手臂4的作用下，升高脫離架空地線70，并繞前手臂2的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°，以避開懸垂金具73，然后后行走夾持機(jī)構(gòu)5在后手臂4的作用下，下降重新回落到架空地線70。質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1驅(qū)動電器盒11靠近后手臂4，前行走夾持機(jī)構(gòu)3在前手臂2的作用下，升高脫離架空地線70，并繞后手臂4的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°，以避開懸垂金具73，然后前行走夾持機(jī)構(gòu)3在前手臂2的作用下，下降重新回落到架空地線70(如圖7.c所示)。
跨越右防振錘的過程同跨越左防振錘的過程基本相似，越過障礙后的狀態(tài)如圖7.d所示。
實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處為如圖8所示，在質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1內(nèi)，用主動卷軸12，被動卷軸13、柔索14，代替了原來的絲杠絲母機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步減輕了重量。柔索14兩端經(jīng)主動卷軸12，被動卷軸13與電器盒11連接，主動卷軸12與電機(jī)17，帶動柔索14移動，從而帶動電器盒11在承載板16上移動。
權(quán)利要求1.一種輪爪復(fù)合式巡檢機(jī)器人自主越障機(jī)構(gòu)，其特征在于由質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1)、前手臂(2)、前行走夾持機(jī)構(gòu)(3)、后手臂(4)、后行走夾持機(jī)構(gòu)(5)組成，所述前、后手臂(2、4)的一端采用螺釘固定在質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1)上；另一端與前、后行走夾持機(jī)構(gòu)(3、5)直接相連，所述手臂(2、4)分別由前、后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(22、52)、前、后垂直伸縮機(jī)構(gòu)(23、53)組成，其中前、后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(22、52)一端與前、后行走夾持機(jī)構(gòu)(3、5)相連，另一端經(jīng)前、后垂直伸縮機(jī)構(gòu)(23、53)后與質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1)相連；所述行走夾持機(jī)構(gòu)位于架空地線上。
2.按權(quán)利要求1所述輪爪復(fù)合式巡檢機(jī)器人自主越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由電器盒(11)、絲杠(12)、滑塊螺母(14)、第一、二滾輪(13、15)、承載板(16)和第一電機(jī)(17)組成，第一電機(jī)(17)、絲杠(12)安裝在承載板(16)上，滑塊螺母(14)、第一、二滾輪(13、15)安裝在電器盒(11)上，滑塊螺母(14)與絲杠(12)形成螺旋移動連接，絲杠(12)的一端與第一電機(jī)(17)相連，另一端支承在承載板(16)上；承載板(16)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連。
3.按權(quán)利要求1所述輪爪復(fù)合式巡檢機(jī)器人自主越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1)由主動卷軸(12)，被動卷軸(13)、柔索(14)組成，柔索(14)兩端經(jīng)主動卷軸(12)、被動卷軸(13)與電器盒(11)連接，主動卷軸(12)與電機(jī)(17)相連。
4.按權(quán)利要求1所述輪爪復(fù)合式巡檢機(jī)器人自主越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由第三傳動軸(81)、第一箱體(82)、第二從動齒輪(83)、第二主動齒輪(84)、第四傳動軸(85)和第五電機(jī)(86)組成，第三傳動軸(81)、第四傳動軸(85)和第五電機(jī)(86)支撐在第一箱體(82)上，第二從動齒輪(83)安裝在第三傳動軸(81)上，第二主動齒輪(84)安裝在第四傳動軸(85)上，與第二從動齒輪(83)嚙合，第四傳動軸(85)的一端與第五電機(jī)(86)相連，另一端支撐在第一箱體(82)上；第三傳動軸(81)的一端支撐在第一箱體(82)上，另一端與垂直伸縮機(jī)構(gòu)中的支撐板(96)相連。
5.按權(quán)利要求1所述輪爪復(fù)合式巡檢機(jī)器人自主越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述垂直伸縮機(jī)構(gòu)由空心軸(91)、軸承(92)、升降絲杠(93)、升降螺母(94)、支撐板(96)和第六電機(jī)(95)組成，軸承(92)支撐在空心軸(91)內(nèi)壁上，安裝在升降絲杠(93)一端，升降絲杠(93)的另一端與安裝在支撐板(96)上第六電機(jī)(95)相連，旋合于升降絲杠(93)的升降螺母(94)上，并固連在空心軸(91)內(nèi)，支撐板(96)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的第三傳動軸(81)相連，空心軸(91)與行走夾持機(jī)構(gòu)中的第二箱體(41)相連。
6.按權(quán)利要求1所述輪爪復(fù)合式巡檢機(jī)器人自主越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述前、后行走夾持機(jī)構(gòu)(3，5)結(jié)構(gòu)相同，其中之一由第三電機(jī)(31)、主動齒輪(32)、行走輪(33)和軸肩(34)、第一、二止推軸承(35、36)、圓螺母(37)、第二箱體(41)、夾緊絲杠(42)、左夾爪(40)、右夾爪(43)、導(dǎo)桿(44)和第七電機(jī)(45)組成，第三、七電機(jī)(31、45)、夾緊絲杠(42)、導(dǎo)桿(44)安裝在第二箱體(41)上，導(dǎo)桿(44)兩端安裝在第二箱體(41)內(nèi)，行走輪(33)與主動齒輪(32)嚙合，安裝在與第七電機(jī)(45)相接的夾緊絲杠(42)上，行走輪(33)與夾緊絲杠(42)之間為滾動摩擦連接，主動齒輪(32)一方面與第三電機(jī)(31)相連，另一方面與行走輪(33)嚙合，左、右夾爪(40、43)安裝在導(dǎo)桿(44)，并通過其左、右螺紋與夾緊絲杠(42)上的左、右螺紋形成螺旋移動連接；前、后行走夾持機(jī)構(gòu)(3，5)與前、后手臂(2，4)之間分別通過第二箱體(41)與伸縮機(jī)構(gòu)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種超高壓輸電線巡檢機(jī)器人機(jī)構(gòu)。它由質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、前手臂、前行走夾持機(jī)構(gòu)、后手臂、后行走夾持機(jī)構(gòu)組成，前、后手臂的一端采用螺釘固定在質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上；另一端與前、后行走夾持機(jī)構(gòu)直接相連，手臂具有兩個(gè)自由度，分別由前、后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、前、后垂直伸縮機(jī)構(gòu)，其中前、后回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一端與前、后行走夾持機(jī)構(gòu)相連，另一端經(jīng)前、后垂直伸縮機(jī)構(gòu)后與質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連；行走夾持機(jī)構(gòu)在架空地線上行走；前、后手臂，前、后行走夾持機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型工作空間大、能耗低且越障能力強(qiáng)。
文檔編號B62D57/028GK2913113SQ20062008892
公開日2007年6月20日 申請日期2006年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者王洪光, 房立金, 朱興龍 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所