輸電線路巡檢機器人機械手裝置的製作方法

2023-10-11 03:17:19

專利名稱：輸電線路巡檢機器人機械手裝置的製作方法
技術領域：
本發明是一種為高壓輸電線路自動巡檢機器人定製的機械手裝置，屬機器人 技術領域。
背景技術：
高壓輸電線路是電力系統的動脈，其安全運行越來越受到各級部門的重視。 輸電線路不僅要承受固有的機械載荷和電力負荷的內部壓力，而且還要經受自然 環境的各種外部侵害，如腐蝕、汙穢、雷擊、強風、洪水、滑坡、沉陷、地震 和鳥害等，以及人為的破壞。隨著時間的日積月累，勢必造成線路上出現各種故 障，如接觸電阻增大、導線斷股、避雷線斷裂、杆塔傾斜、絕緣子閃爍、金具 脫落，如不及時發現和消除，將對電力系統的構成災難性的危害.
在我國，超高壓輸電線路的巡檢、維護基本上採用人工沿線逐塔巡視的作 業方式，勞動強度大、費用多且危險性較高。電力部門迫切需要取代人力進行線 路維護的自動化巡檢設備。以此減輕巡線作業強度，降低費用，提高巡檢作業質 量和管理技術水平。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用於沿高壓輸電線路的地線自動巡 檢機器人的末端結構。本發明還要求機器人不是在火線上作業，而要求在地線行 駛，從而避免了檢修工人在高壓條件下的帶電作業。為此該機器人的末端機械手 不僅要能實現在機器人在高壓輸線上行駛時對輸電線的抓緊，而且還要能實現機 器人從輸電鐵塔的一側翻越至另一側過程中對鐵塔角鋼的抓緊。避免了由人工將 機器人從杆塔一側搬運到另一側，大大的縮短了機器人運行的輔助時間。
為達到上述目的，本發明的技^、解決方案為
提供一種高壓輸電線路自動巡檢機器人的末端結構，其由抓緊機構、滾輪 機構、姿態控制機構和連接支座組成。
該機械手作為自動巡檢機器人手臂上方的末端執行機構，具有一個懸掛在 地線上的滾輪，該滾輪必須能自主驅動，為其結構緊湊起見，電動機與行星減速 機構安裝於與滾輪同軸的空^、圓筒內。該圓筒固接於連接支座上。
該機械手的夾緊機構包括一對用於抓緊地線或鐵塔角鐵的夾爪，該夾爪由 一對與其固連的圓柱齒輪馬區動，而該對齒輪通過齒輪-齒條機構驅動，齒條又與
一個螺母固連，於是齒條的直線運動是通過絲槓螺母機構實現的。電機通過行星
減速器與絲槓連接。通過控制電機轉速與方向可以控制夾爪的張開或閉合角度，
從而控制夾爪的抓緊力。，
該機械手的姿態控制機構，為機械手提供一個手腕轉動自由度，夾緊機構 與滾輪機構通過一對蝸輪蝸杆連接，在該傳動機構中，蝸輪與空心圓筒固連，蝸 杆跟電機減速器連接，蝸杆在電機的驅動下沿蝸輪轉動。從而帶動夾緊機構沿滾 輪機構水平軸旋轉，實現機械手的手腕轉動。
本發明所採用的末端結構可實現在線路上的穩定行走、跨越障礙物、自動 翻越鐵塔的功能，可到達人工不能到達的線路。從而實現在輸電線路全程自主巡
檢運動o ■
附圖簡介
在附圖中，

圖1是輸電線路自動巡檢機器人末端執行機構的立體圖，圖2 是輸電線路自動巡檢機器人末端執行機構的前視圖，圖3是A-A剖視圖，圖4 是B-B剖視圖，圖5是C-C剖視圖。
具體實施例方式
參閱圖1，本發明所述的是一種用於高壓輸電線路地線上行駛機器人的手臂 末端執行機構，手齒箱4內裝有絲槓、螺母齒條、 一對嚙合齒輪和一對手爪。3 為驅動絲槓轉動的電機與行星齒輪減速箱，1為支座板，與空心圓筒即蝸輪軸2 為過盈配合。8為驅動蝸杆的電機，在該電機作用下手腕蝸輪箱7繞蝸輪軸2旋 轉，而手齒箱4和手腕蝸輪7是通過螺釘固結的，因此手齒箱4也會隨手腕蝸輪 7—起繞蝸輪軸2旋轉，實現手腕轉動運動，即實現機械手的姿態調整運動。該 種實施方式，從機械結構上保證了手爪空間位置與姿態的解耦，大大簡化了機器 人在攀爬運動過程中的操作步驟。
圖3描述了機械手中滾輪驅動機構的實施結構。蝸輪軸2為一個空心圓筒， .筒內用於安裝滾輪驅動電機及行星齒輪減速箱12，行星齒輪減速箱輸出軸與軸 蓋14相連接，軸蓋14與滾輪6相連接，滾輪6與蝸輪辨2之間設有滾動體13。 在滾輪電機12的驅動下，滾輪6可在地線上行駛。'
圖4描述了機械手中的抓緊機構的實施結構，手爪電機及行星齒輪減速箱3 與絲槓17連接，螺母齒條20通過螺紋與絲槓17連接，'螺母齒條20外圍帶有齒 條齒廓，與主動齒輪19相嚙合，齒寬比主動齒輪窄的從動齒輪18與主動齒輪相 嚙合。兩齒輪分別與手爪相連接，這樣由絲槓17、螺母齒條20、主動齒輪19、 從動齒輪18和一對手爪5構成手爪驅動傳動鏈。通過控制手爪電機的轉速和方 向可以控制手爪的張開角度。從而控制手爪的抓取力。本發明採用了行星齒輪以 及絲槓螺母二級大速比減速，從而保證了該機構可達到1000N的夾緊力，結構 非常緊湊。
其中，絲杆外層由高分子材料製成，可減小絲杆螺母副的摩擦力並避免高壓 電線擊穿，內層鉗套鋁合金層，可增加絲杆的強度。其他部件均採用高分子材料 製成，可避免高壓電線擊穿並減輕重量。
採用本發明的機器人機械手，在高空對輸電線路進行巡檢時的典型動作過程 如下
當機器人在輸電線下垂與平緩上行段上行駛時，機械手手爪處於鬆開狀態， 採用滾動驅動方式工作，無須調節手腕機構。
當巡線機器人電器箱內的電子水平儀感知到機器人已處在輸電線陡坡上升 段時，電器箱內置的計算機會發出切換機器人工作模式的指令，即由滾動行駛方 式改為攀爬前進方式。此時機械手的一隻夾爪抓緊地線不動，另一隻手的夾爪依 然處於鬆開狀態，而手腕機構與手臂機構等進行聯動控制，以使該手臂沿著輸電 線方向前移。然後將該機械手上的夾爪夾緊，而將原來夾緊的夾爪鬆開，再通過 手腕機構與手臂機構等進行聯動控制，以使該機械手臂沿著輸電線前移，然後夾 緊原來鬆開的夾爪，鬆開原來夾緊的夾爪，完成了一次攀爬。如此周而復始，可 使機器人在輸電線陡坡上升段上一步一步地前進。
當機器人翻越輸電線上的防振錘、耐張夾等障礙物時，二隻機械手的手爪功 能依舊是適時地夾緊、鬆開，再輔以必要的手腕運動，而跨越線上障礙物是通過 機器人的手臂機構完成的。機器人翻越鐵塔時，二個機械手的交替操作步驟與越 障操作基本雷同，唯一區別是手爪抓夾的是角鐵，這靠二隻夾爪5內下側的二條 直邊實現的，而夾地線是靠二隻夾爪5內側的V型面實現的。無論夾地線或角 鐵，其夾緊力都是通過驅動電機的電流控制的。
本發明的機械手裝置具有多個自由度，通過多自由度聯動控制，可實現不同 垂直平面之間的各種複雜操作，越障能力強，能滿足在無外力幹預的情況下，不 僅能自動跨越在輸電線上進行巡檢時可能碰到的如絕緣子、防震錘等障礙物，並 可利用其多用途夾爪攀爬各種不同結構形式的輸電線鐵塔，是一種通用型輸電線 巡檢機器人機械手，既可用於手臂升降式自動巡線機器人，也可用於擺臂式自動 巡線機器人。本發明的機械手結構緊湊、夾緊力大、重量輕，特別適用於小型懸 掛式機器人。
權利要求
1一種用於沿架空高壓輸電線路行駛的機器人手臂末端執行機構，包括由蝸輪軸2、支座板1、滾輪電機12和滾輪6構成的滾輪機構；由手爪電機3、絲槓17、螺母齒條20、主動齒輪19、從動齒輪18和一對相同尺寸的手爪5構成的夾緊機構；由蝸輪電機8、蝸杆23、蝸輪軸2、手腕蝸輪箱7和手齒箱4構成的手腕機構。
全文摘要
本發明所要解決的技術問題是提供一種用於沿高壓輸電線路地線自動巡檢機器人的末端結構。主要由滾輪機構、夾緊機構、手腕機構和連接支座等組成。其中夾緊機構採用了行星齒輪以及絲槓螺母二級大速比減速傳動方式，從而保證了該機構可達到1000N的夾緊力，結構非常緊湊。手腕機構則從機械結構上保證了手爪空間位置與姿態的解耦，大大簡化了機器人在攀爬運動過程中的操作步驟。本發明不僅能實現機器人在高壓線上運行時對地線的抓緊，而且能實現機器人從輸電塔的一側翻越至另一側過程中對鐵塔角鋼的抓緊。
文檔編號B25J5/00GK101168253SQ200610117510
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月25日 優先權日2006年10月25日
發明者何其鹿, 古豐元, 張國賢, 張廷羽, 健 金 申請人:上海求是機器人有限公司;張國賢