專利名稱:一種沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,尤其是在架空高壓輸電線路全程上行駛的機(jī)器人。
背景技術(shù):
目前,架空高壓輸電線路的帶電巡檢和作業(yè)仍缺乏一種通用的技術(shù)載體----機(jī)器人技術(shù)。2003年加拿大曾有人在《ESMO 2003 The Power is in Your Hands》和《RSFDGrC 2003》上分別發(fā)表過用于架空高壓輸電線路巡檢的遙控操作車(Remotely Operated Vehicle(ROV))和爬行機(jī)器人(a Line-Crawling Robot(LCR))。該遙控小車是由三對夾緊輪夾緊輸電線,并驅(qū)動小車沿輸電線行駛,但因該遙控小車只能在一檔線路上工作,不具有越過障物的功能,遇到線路上的各種金具(障礙物)時,需由人工帶電作業(yè)將其從障礙物的一側(cè)搬運(yùn)到另一側(cè)。這不僅影響了工作效率,而且也不安全。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,它能夠?qū)崿F(xiàn)沿架空高壓輸電線路全程行駛,并可以跨越或避讓線路上的各種障礙物(金具和絕緣子),不需要人工從桿塔的一側(cè)搬運(yùn)到另一側(cè),大大縮短了機(jī)器人運(yùn)行的輔助時間。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,包括一對沿輸電線運(yùn)動的小臂機(jī)械手機(jī)構(gòu),二小臂機(jī)械手的下端被共同聯(lián)接在一個能改變二小臂相對距離的大臂的傳動機(jī)構(gòu)上,各小臂分別具有4個自由度,小臂上方為末端執(zhí)行機(jī)構(gòu),該末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有一個掛在輸電線上的主動輪及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)、一個從動輪和一個可抓握輸電線的夾緊機(jī)構(gòu)。
而且,使小臂主動輪繞水平軸回轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)置于卸載軸內(nèi),驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出軸與驅(qū)動盤相連接,驅(qū)動盤與主動輪相連接,位于二小臂下方的分別是驅(qū)使小臂繞鉛垂軸回轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu),所述繞鉛垂軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由滑臺、蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成,其中,各小臂分別對應(yīng)著一對滑臺和滑座,二對滑臺和滑座在大臂機(jī)構(gòu)的機(jī)體上對稱布置,各滑臺與其對應(yīng)的滑座構(gòu)成移動副,蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)安裝在滑臺的一側(cè),蝸桿的傳動軸與驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出軸相聯(lián),蝸輪的輸出軸構(gòu)成了鉛垂回轉(zhuǎn)軸且與小臂下端的轉(zhuǎn)座相聯(lián),其中,一個小臂的滑臺通過螺母同時與絲杠和帶傳動機(jī)構(gòu)的傳動帶相聯(lián)接,另一小臂的滑臺直接與傳動帶相聯(lián)接,電機(jī)通過減速器與絲杠相連接。
而且,所述傳動帶為鋼絲繩;滑臺與滑座之間最好隔設(shè)有滾動體。
而且,夾緊機(jī)構(gòu)包括一對夾爪和夾桿,鋼絲繩和動、定滑輪組構(gòu)成的傳力機(jī)構(gòu),絲桿螺母導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及復(fù)位彈簧和夾緊機(jī)構(gòu)支架;兩夾桿的中部與夾緊機(jī)構(gòu)支架鉸接而形成兩個杠桿,兩夾桿的端部分別與夾爪鉸接并與鋼絲繩固接,定滑輪被支承在支架上,動滑輪被支承在移動螺母上,一根鋼絲繩依次繞過動、定滑輪組,其兩端分別與二夾桿的一端相聯(lián)接,復(fù)位彈簧的兩端分別與兩夾桿的另一端相聯(lián)接。
而且,上述繞水平軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括一個轉(zhuǎn)座、一個拉桿和絲桿螺母導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)座的中心與所述的鉛垂回轉(zhuǎn)軸固接,轉(zhuǎn)座的兩端分別與拉桿的一端和小臂1下端鉸接,拉桿的另一端與移動螺母鉸接,絲桿螺母副及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)嵌裝在小臂中。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣、高效安全、巡檢精度高,與此同時,可極大地降低勞動強(qiáng)度,并可到達(dá)人工不能到達(dá)的線路。本機(jī)器人可在輸電線路全程上實(shí)現(xiàn)所需要的運(yùn)動。當(dāng)在無障礙物直線輸電線上時,兩對主、從動輪懸掛在輸電線上,兩主動輪驅(qū)動的滾動運(yùn)行。而在遇到懸垂線夾或防振錘或耐張線夾時,首先,前面小臂上的一對夾爪在夾緊機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下夾緊輸電線而形成固定臂,并由其繞鉛垂軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將后小臂(運(yùn)動臂)上的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)提升到輸電線頂面上方;其次,后面小臂上的繞鉛垂軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180度,使其背離輸電線;再次,變長大臂(由大臂來改變二小臂的長度距離)上的兩個滑臺在其驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動下,使兩小臂產(chǎn)生相對運(yùn)動而交換其前后位置;然后,運(yùn)動臂上的繞鉛垂軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)反方向旋轉(zhuǎn)180度,使其末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于輸電線上方后,再使固定臂上的繞水平軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)順時針回轉(zhuǎn),則運(yùn)動臂上的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)入輸電線且主動輪與輸電線接觸;最后,運(yùn)動臂上的夾緊機(jī)構(gòu)夾緊輸電線而成為新的固定臂,原固定臂上的夾緊機(jī)構(gòu)松開而成為新的運(yùn)動臂。以上運(yùn)動實(shí)現(xiàn)了一個臂跨越(避讓)障礙物,再重復(fù)上述運(yùn)動,則另一個臂也就實(shí)現(xiàn)了臂跨越(避讓)障礙物。在無障礙物直線輸電線或引流線上時,兩個臂上的夾緊機(jī)構(gòu)交替夾緊或松開輸電線,兩個臂下方的滑臺在其驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動下沿滑座相對收攏或張開,從而實(shí)現(xiàn)兩個臂在輸電線或引流線上的蠕動爬行運(yùn)動。
圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是圖1A-A處的剖視圖。
圖3是圖4B-B的剖視圖。
圖4是圖1的C向剖視圖。
圖5是圖4中I處的局部放大圖。
圖6為本發(fā)明的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1~圖6,本發(fā)明所述的是一種用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,它包括一對沿輸電線運(yùn)動的小臂1機(jī)械手機(jī)構(gòu),二小臂1機(jī)械手的下端被共同聯(lián)接在一個能改變二小臂1相對距離的大臂2的傳動機(jī)構(gòu)8上,各小臂1分別具有4個自由度,小臂1上方為末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)3,該末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)3具有一個掛在輸電線4上的主動輪5及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)9、一個從動輪10和一個可抓握輸電線4的夾緊機(jī)構(gòu)22。
進(jìn)一步的技術(shù)方案可以是使小臂1主動輪5繞水平軸回轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)9置于卸載軸7內(nèi),驅(qū)動機(jī)構(gòu)9的輸出軸與驅(qū)動盤6相連接,驅(qū)動盤6與主動輪5相連接,這一結(jié)構(gòu)使得卸載軸只承受機(jī)器人重量所產(chǎn)生的彎矩,主動輪只承受轉(zhuǎn)矩。位于二小臂1下方的分別是驅(qū)使小臂1繞鉛垂軸15回轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)21,所述繞鉛垂軸15回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由滑臺16、蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)23及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)21組成,其中,各小臂1分別對應(yīng)著一對滑臺16和滑座27,二對滑臺16和滑座27在大臂2機(jī)構(gòu)的機(jī)體上對稱布置(實(shí)際上2個滑座27可制成一體),各滑臺16與其對應(yīng)的滑座構(gòu)成移動副,蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)23安裝在滑臺16的一側(cè),蝸桿24的傳動軸與驅(qū)動機(jī)構(gòu)21的輸出軸26相聯(lián),蝸輪25的輸出軸構(gòu)成了鉛垂回轉(zhuǎn)軸且與小臂1下端的轉(zhuǎn)座14相聯(lián),其中,一個小臂1的滑臺16通過螺母20同時與絲杠19和帶傳動機(jī)構(gòu)的傳動帶18相聯(lián)接,另一小臂1的滑臺16直接與傳動帶18相聯(lián)接,電機(jī)25通過減速器17與絲杠19相連接。由于兩滑臺16分別與兩小臂1機(jī)構(gòu)和繞水平軸及鉛垂軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相聯(lián),因此,兩小臂1之間的長度發(fā)生相對改變,即構(gòu)成可變長大臂2。
所述傳動帶18為鋼絲繩;滑臺16與滑座27之間最好隔設(shè)有滾動體28,即構(gòu)成滾動導(dǎo)軌,這將有利于降低摩擦阻力,提高其靈敏度。
夾緊機(jī)構(gòu)22包括一對夾爪29和夾桿31,鋼絲繩30和動、定滑輪35、33組構(gòu)成的傳力機(jī)構(gòu),絲桿37螺母36導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及復(fù)位彈簧34和夾緊機(jī)構(gòu)支架32;兩夾桿31的中部與夾緊機(jī)構(gòu)支架32鉸接而形成兩個杠桿,兩夾桿31的端部分別與夾爪29鉸接并與鋼絲繩30固接,定滑輪33被支承在支架32上,動滑輪35被支承在移動螺母36上,一根鋼絲繩30依次繞過動、定滑輪35、33組,其兩端分別與二夾桿31的一端相聯(lián)接,復(fù)位彈簧34的兩端分別與兩夾桿31的另一端相聯(lián)接。當(dāng)移動螺母36下行時,動滑輪35帶動鋼絲繩30,鋼絲繩30則帶動夾桿31繞支點(diǎn)38轉(zhuǎn)動,從而使兩夾爪31夾緊輸電線4,當(dāng)移動螺母36上行時,在彈簧34恢復(fù)力作用下,兩夾爪29松開輸電線4,由于兩夾桿31和夾爪29的結(jié)構(gòu)完全對稱,且一根鋼絲繩30的等力傳遞特性,使得兩夾爪29的受力均衡,不產(chǎn)生附加的內(nèi)力。
上述繞水平軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括一個轉(zhuǎn)座14、一個拉桿14.1和絲桿12螺母11導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)座14的中心與所述的鉛垂回轉(zhuǎn)軸15固接,轉(zhuǎn)座14的兩端分別與拉桿14.1的一端和小臂1下端鉸接,拉桿14.1的另一端與移動螺母鉸接,絲桿13.1螺母13.2副及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)13嵌裝在小臂1中(以小臂為機(jī)架體),當(dāng)移動螺母13.2上下移動時,由于拉桿14.1作的平面運(yùn)動且拉桿14.1的長度不變,因此,使得小臂1及其上的機(jī)構(gòu)繞小臂1與轉(zhuǎn)座14的鉸接中心回轉(zhuǎn),即小臂1機(jī)構(gòu)相對轉(zhuǎn)座14作正反兩方向的轉(zhuǎn)動。
上述結(jié)構(gòu)中,除所有的鋼絲繩、絲杠、螺母外,其余構(gòu)件最好均由高強(qiáng)度鋁合金材料加工制造,且均進(jìn)行陽極化處理,這樣既保證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,又保證了相對運(yùn)動表面的硬度,同時能防腐蝕。
本實(shí)用新型可通過單片機(jī)或帶電機(jī)控制的DSP運(yùn)動控制器進(jìn)行自動或遙控控制。在大臂的下可設(shè)一個控制箱2.1,并將數(shù)傳接收裝置、圖像傳輸裝置、開關(guān)電源、電壓監(jiān)測與控制電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、蓄電池、繼電器控制與光電隔離電路、單片機(jī)以及直流伺服電機(jī)驅(qū)動器等布置該控制箱2.1內(nèi)。
本實(shí)用新型的工作過程如下本發(fā)明的機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)如下運(yùn)動一是滾動行駛,此時兩個小臂1的夾爪29相對輸電線4處于松弛狀態(tài),兩主動輪5同步驅(qū)動,機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在無障礙物直線段輸電線4上的滾動運(yùn)行。二是爬行行走,兩個小臂1上的夾爪29交替夾緊輸電線4或引流線4.1,變長大臂2機(jī)構(gòu)上的絲杠19帶動螺母20移動,螺母20帶動滑臺16和鋼絲繩18運(yùn)動,鋼絲繩18又帶動同側(cè)的滑臺16移動,從而形成兩小臂1相對輸電線4的相對移動,機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在無障礙物直線段輸電線或引流線上的爬行運(yùn)動。三是兩小臂1機(jī)構(gòu)的交替跨越和避障運(yùn)動,即處于障礙物近端的一個小臂1機(jī)械手機(jī)構(gòu)中的主動輪5和從動輪10均與輸電線4接觸,該小臂1機(jī)械手機(jī)構(gòu)中的相應(yīng)夾爪29夾緊輸電線4,使該小臂1機(jī)構(gòu)相對輸電線4成為固定臂,另一個小臂1機(jī)構(gòu)中的夾爪29相對輸電線4張開成為可動臂,首先通過兩個小臂1機(jī)構(gòu)中的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的分別獨(dú)立或聯(lián)合運(yùn)動,使可動臂相對輸電線4上升運(yùn)動而脫離輸電線,然后可動臂上的繞鉛垂軸15回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180度背向固定臂(使兩個小臂1機(jī)構(gòu)在交錯運(yùn)動中不發(fā)生干涉),其次變長大臂2機(jī)構(gòu)兩移動副作相對運(yùn)動,使兩個小臂1機(jī)構(gòu)的前后位置交換,并使可動臂機(jī)構(gòu)移動到障礙物4.2的另一端,再其次可動臂反向旋轉(zhuǎn)180度,最后使可動臂接合輸電線4,并使其夾爪29夾緊輸電線4成為新的固定臂,而原固定臂機(jī)構(gòu)中的夾爪29松開成為新的可動臂,重復(fù)上述過程,使新的可動臂移動和固定臂前后位置交換,由于輸電線4上的障礙物各自在輸電線4軸線和徑向方向上占據(jù)著固定的空間位置,可動臂在越障運(yùn)動中的避障運(yùn)動和補(bǔ)償輸電線的變形量所需的運(yùn)動,也由兩小臂1機(jī)械手機(jī)構(gòu)中的兩個繞水平軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和兩個繞鉛垂軸15回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的分別運(yùn)動或聯(lián)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。
顯然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣,倘若這些修改和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,包括一對沿輸電線運(yùn)動的小臂(1)機(jī)械手機(jī)構(gòu),二小臂(1)機(jī)械手的下端被共同聯(lián)接在一個能改變二小臂(1)相對距離的大臂(2)的傳動機(jī)構(gòu)(8)上,各小臂(1)分別具有4個自由度,小臂(1)上方為末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3),該末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)具有一個掛在輸電線(4)上的主動輪(5)及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)(9)、一個從動輪(10)和一個可抓握輸電線(4)的夾緊機(jī)構(gòu)(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,其特征是使小臂(1)主動輪(5)繞水平軸回轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(9)置于卸載軸(7)內(nèi),驅(qū)動機(jī)構(gòu)(9)的輸出軸與驅(qū)動盤(6)相連接,驅(qū)動盤(6)與主動輪(5)相連接,位于二小臂(1)下方的分別是驅(qū)使小臂(1)繞鉛垂軸(15)回轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(21),所述繞鉛垂軸(15)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由滑臺(16)、蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)(23)及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)(21)組成,其中,各小臂(1)分別對應(yīng)著一對滑臺(16)和滑座(27),二對滑臺(16)和滑座(27)在大臂(2)機(jī)構(gòu)的機(jī)體上對稱布置,各滑臺(16)與其對應(yīng)的滑座構(gòu)成移動副,蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)(23)安裝在滑臺(16)的一側(cè),蝸桿(24)的傳動軸與驅(qū)動機(jī)構(gòu)(21)的輸出軸(26)相聯(lián),蝸輪(25)的輸出軸構(gòu)成了鉛垂回轉(zhuǎn)軸且與小臂(1)下端的轉(zhuǎn)座(14)相聯(lián),其中,一個小臂(1)的滑臺(16)通過螺母(20)同時與絲杠(19)和帶傳動機(jī)構(gòu)的傳動帶(18)相聯(lián)接,另一小臂(1)的滑臺(16)直接與傳動帶(18)相聯(lián)接,電機(jī)(25)通過減速器(17)與絲杠(19)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,其特征是所述傳動帶(18)為鋼絲繩;滑臺(16)與滑座(27)之間最好隔設(shè)有滾動體(28)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,其特征是夾緊機(jī)構(gòu)(22)包括一對夾爪(29)和夾桿(31),鋼絲繩(30)和動、定滑輪(35、33)組構(gòu)成的傳力機(jī)構(gòu),絲桿(37)螺母(36)導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及復(fù)位彈簧(34)和夾緊機(jī)構(gòu)支架(32);兩夾桿(31)的中部與夾緊機(jī)構(gòu)支架(32)鉸接而形成兩個杠桿,兩夾桿(31)的端部分別與夾爪(29)鉸接并與鋼絲繩(30)固接,定滑輪(33)被支承在支架(32)上,動滑輪(35)被支承在移動螺母(36)上,一根鋼絲繩(30)依次繞過動、定滑輪(35、33)組,其兩端分別與二夾桿(31)的一端相聯(lián)接,復(fù)位彈簧(34)的兩端分別與兩夾桿(31)的另一端相聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,其特征是上述繞水平軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括一個轉(zhuǎn)座(14)、一個拉桿(14.1)和絲桿(12)螺母(11)導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)座(14)的中心與所述的鉛垂回轉(zhuǎn)軸(15)固接,轉(zhuǎn)座(14)的兩端分別與拉桿(14.1)的一端和小臂(1)下端鉸接,拉桿(14.1)的另一端與移動螺母鉸接,絲桿(13.1)螺母(13.2)副及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)(13)嵌裝在小臂(1)中。
全文摘要
一種用于沿架空高壓輸電線路行駛的機(jī)器人,包括一對沿輸電線運(yùn)動的小臂(1)機(jī)械手機(jī)構(gòu),二小臂(1)機(jī)械手的下端被共同聯(lián)接在一個能改變二小臂(1)相對距離的大臂(2)的傳動機(jī)構(gòu)(8)上,各小臂(1)分別具有4個自由度,小臂(1)上方為末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3),該末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)具有一個掛在輸電線(4)上的主動輪(5)及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)(9)、一個從動輪(10)和一個可抓握輸電線(4)的夾緊機(jī)構(gòu)(22)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣、高效安全、巡檢精度高,與此同時,可極大地降低勞動強(qiáng)度,并可到達(dá)人工不能到達(dá)的線路。本機(jī)器人可在輸電線路全程上為巡檢而實(shí)現(xiàn)所需要的運(yùn)動。
文檔編號B25J5/02GK1647898SQ20041006131
公開日2005年8月3日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者吳功平, 肖華, 周文俊, 白玉誠, 陳中偉 申請人:武漢大學(xué), 寧波公牛機(jī)器人有限公司