高壓線行走機器人輪爪複合機構的製作方法
2023-08-12 23:01:31
專利名稱：高壓線行走機器人輪爪複合機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高壓線行走機器人，尤其是涉及一種工作於高壓輸電線上實現機器人行走和夾持功能的運動機構，屬於機器人技術領域。
背景技術：
高壓電網硬體設備的維護是危險性高不可忽視的工作，如高壓輸電線路的巡檢維護、冰凍災害發生時冰雪附著物的去除等(參見文獻G. Andersson et al. , "Causes of the 2003 major grid blackouts in North America and Europe, and recommended means to improve system dynamic performance，，，IEEE Trans. Power Systems, vol. 20，is. 4，Nov. 2005，pp. 1922-1928.)。目前這些工作主要由人工完成，機器人代替人工作業將是未來發展的必然趨勢，機器人沿大坡度高壓輸電線路行走時，行走輪與輸電線間易發生打滑現象，因此需要增大摩擦力來實現對機器人的有效驅動(參見文獻Montambault, S. and Pouliot, N. 2007, "Design and Validation of a Mobile Robot for Power Line Inspection and Maintenance)，該文獻表明現有機構耗能多、效率低，線上爬坡能力及越障能力有限，安全保護性能差，難以應用於實際輸電線路的巡視及維護中。
發明內容為解決現有技術的不足，本實用新型的目的在於提供一種結構簡單、重量輕、爬坡行走及越障功能強大，且安全保護性好的高壓線行走機器人輪爪複合機構。為達到上述目的，本實用新型是通過以下的技術方案來實現的一種高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，包括用於在高壓線上行走的輪式行走機構和用於夾持高壓線並提供正壓力的爪式夾持機構，輪式行走機構和爪式夾持機構都設置在機器人框架上，且所述的爪式夾持機構成對使用。上述的輪式行走機構包括行走驅動電機和行走輪，其中，行走驅動電機設置在機器人框架外側，行走輪設置在機器人框架內，且行走輪通過輪軸與行走驅動電機連接，此外，行走輪採用鋁合金輪轂，且輪槽內壓接有天然橡膠。上述的爪式夾持機構包括夾持驅動電機、蝸輪蝸杆副、絲槓絲母副、提升板和夾持爪，其中，夾持驅動電機固定在機器人框架外側，其輸出軸與蝸輪蝸杆副中的蝸杆連接，與蝸杆嚙合的蝸輪設置在絲槓絲母副中的絲槓頂端，與絲槓配合連接的絲母則設置在提升板上，提升板套裝在與絲槓平行設置的導軌上，導軌設置有兩條，而夾持爪的一端固定在提升板上。此外，上述的夾持爪包括爪尖、爪中和爪跟，其中爪跟的一端固定在提升板上，另一端通過旋轉軸與爪中連接，且旋轉軸處還設置有扭簧，扭簧與旋轉軸同軸心，且扭簧的兩端受力點分別固定在爪跟和爪中上，而爪中與爪尖則通過轉軸垂直相交連接，所述的爪中可繞旋轉軸旋轉，並可隨爪跟一起在提升板的帶動下上下運動，上述的爪尖、爪中和爪跟各為兩組，且相對設置，此外，在機器人框架上還設置有擋軸，所述的擋軸外緣與爪中外側表面形成非固定式相切接觸，而在擋軸上還設置有滾動軸承，所述的滾動軸承的外緣與上述的爪中外側表面相切接觸。上述的爪尖的材料為非金屬材料ABS或電木，爪尖可自由旋轉。本實用新型的有益效果是1、驅動能力強本實用新型採用的輪爪複合機構便於機器人在高壓線上行走和越障，當高壓線坡度較大，機器人行走輪在輸電線上行走打滑時，爪式夾持機構可以增大行走輪與輸電線之間的摩擦力，解決打滑問題，有效地提高了機器人的驅動能力。2、結構緊湊本實用新型使用一個電機，通過巧妙的機械結構，實現了夾持機構開合與提升兩個動作，從而減輕了整個結構的重量，降低了系統的控制難度，提高了控制系統可靠性。3、夾持效率高本實用新型中的爪式夾持機構，通過欠驅動的原理將夾持機構的開合與提升動作分開，能量轉換效率高。4、應用範圍廣本實用新型可廣泛用於高壓線巡檢及高壓線冰雪附著物去除等機器人移動機構。
圖1為本實用新型的高壓線行走機器人輪爪複合結構主視圖；圖2為本實用新型所述的爪式夾持機構閉合示意圖；圖3為本實用新型所述的爪式夾持機構夾緊示意圖；圖4為本實用新型一實施例的應用示意圖。附圖中主要標記含義如下1、行走輪 2、行走驅動電機5、蝸輪6、絲槓9、提升板 10、爪跟13、爪中14、爪尖。
3、夾持驅動電機 7、導軌 11、擋軸
4、蝸杆 8、絲母 12、旋轉軸
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作具體的介紹。圖1為本實用新型的高壓線行走機器人輪爪複合結構主視圖；圖2為本實用新型所述的爪式夾持機構閉合示意圖；圖3為本實用新型所述的爪式夾持機構夾緊示意圖；圖4 為本實用新型一實施例的應用示意圖。如圖1-圖4所示一種高壓線行走機器人輪爪複合機構，包括用於在高壓線上行走的輪式行走機構和用於夾持高壓線並提供正壓力的爪式夾持機構，輪式行走機構和爪式夾持機構都設置在機器人框架上，且所述的爪式夾持機構成對使用。上述的輪式行走機構包括行走驅動電機2和行走輪1，其中，行走驅動電機2設置在機器人框架外側，行走輪1設置在機器人框架內，且行走輪1通過輪軸與行走驅動電機2 連接，此外，本實用新型所述的行走輪1採用鋁合金輪轂，並在輪槽內壓接有天然橡膠，從而減少行走輪2對高壓線的損傷。上述的爪式夾持機構包括夾持驅動電機3、蝸輪蝸杆副、絲槓絲母副、提升板9和夾持爪，其中，夾持驅動電機3固定在機器人框架外側，其輸出軸與蝸輪蝸杆副中的蝸杆4 連接，與蝸杆4嚙合的蝸輪5設置在絲槓絲母副中的絲槓6頂端，與絲槓6配合連接的絲母 8則設置在提升板9上，提升板9套裝在與絲槓6平行設置的導軌7上，在本實施方式中，導軌7設置有兩條，但本實用新型並不僅限於設置有2條平行的光滑導軌7，具體導軌7的數量可根據實際機器人結構設定，此外，上述的夾持爪的一端固定在提升板9上。本實用新型為了實現爪式夾持機構在電機斷電後仍然保持夾緊狀態，其利用蝸輪蝸杆副實現爪式夾持機構的自鎖功能，用絲槓絲母副將旋轉運動轉為直線運動，實現了夾持機構的提升和下降功能。在本實施例中，上述的夾持爪包括爪尖14、爪中13和爪跟10，其中爪跟10的一端固定在提升板9上，另一端通過旋轉軸12與爪中13連接，且旋轉軸12處還設置有扭簧，扭簧的兩端受力點分別固定在爪跟10和爪中13上，扭簧與旋轉軸12同軸心，使得爪中13可繞旋轉軸12被動旋轉，並可隨爪跟10 —起在提升板9的帶動下上下運動，當爪中13隨提升板9下降至其外緣與擋軸11脫離，不再受擋軸11限制時，爪中13在扭簧作用力下繞旋轉軸12旋轉，實現夾持機構的打開動作，而上述的爪中13與爪尖14則通過轉軸垂直相交連接，爪尖14可自由旋轉，上述的爪尖14、爪中13和爪跟10各為兩個，且相對設置。 此外，在機器人框架上還設置有擋軸11，所述的擋軸11外緣與爪中13外側表面形成非固定式相切接觸，在擋軸11上還設置有滾動軸承，所述的滾動軸承的外緣與上述的爪中13外側表面相切接觸，但不固連，實現了爪中13運動時，其外緣與擋軸11表面的摩擦力由滑動摩擦變為滾動摩擦，減小了能量損耗。為了減小機器人在高壓線上行走時其爪式夾持機構對高壓線造成的損傷，本實用新型所述的爪式夾持機構與高壓線接觸部分的爪尖14採用非金屬材料ABS或電木，爪尖14 可自由旋轉，使機器人行走時爪尖14相對高壓線滾動，實現滑動摩擦轉為滾動摩擦。本實用新型的工作過程為行走驅動電機2通電後驅動行走輪1正向或反向轉動，實現機器人在輸電線上前進或後退。夾持動作如圖1所示在扭簧作用力下，爪中13可保持如圖1所示的張開狀態，夾持驅動電機3驅動蝸杆4轉動，從而驅動蝸輪5及絲槓6轉動，絲槓6帶動絲母8及提升板9沿光滑導軌7向上移動，從而帶動爪跟10及爪中13向上移動。爪中13向上提升過程中，在擋軸 11作用力下開始繞旋轉軸12旋轉閉合，至如圖2所示的閉合狀態時，此時爪尖14處於水平姿態，並保持水平姿態同爪中13 —起提升，爪尖14繼續提升接觸到高壓線，如圖3所示此時夾持機構處於夾緊狀態，此時夾持驅動電機3斷電後，由於蝸輪5及蝸杆4的自鎖作用， 夾持機構會保持夾緊，此時行走輪1在高壓線上行走，爪尖14相對高壓線滾動，並提供正壓力，從而增大行走輪1與高壓線之間的摩擦力，同時亦可以保護機器人在線上安全行走，不被風吹落脫線。釋放動作釋放動作與夾持動作相反，夾持驅動電機3驅動蝸杆4反向轉動，從而驅動蝸輪5 及絲槓6轉動，絲槓6帶動絲母8及提升板9沿光滑導軌7向下移動，從而帶動爪跟10及爪中13向下移動，使得爪尖14脫離與高壓線的接觸，爪中13與爪尖14繼續向下移動，當旋轉軸12在水平方向低於擋軸11時，爪中13在扭簧力的作用下開始繞旋轉軸12旋轉，使得爪式夾持機構張開至圖1所示狀態。如圖4所示本實用新型中的爪式夾持機構設置有2組，且成對使用，兩個輪式行走機構各配備一個爪式夾持機構，單個輪式行走機構同時配備兩個爪式夾持機構亦在本實用新型保護範圍之內。上述實施例不以任何形式限制本實用新型，凡採用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本實用新型的保護範圍內。
權利要求1.一種高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，包括用於在高壓線上行走的輪式行走機構和用於夾持高壓線並提供正壓力的爪式夾持機構，輪式行走機構和爪式夾持機構都設置在機器人框架上，且所述的爪式夾持機構成對使用。
2.根據權利要求1所述的高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，所述的輪式行走機構包括行走驅動電機和行走輪，行走驅動電機設置在機器人框架外側，行走輪設置在機器人框架內，且行走輪通過輪軸與行走驅動電機連接。
3.根據權利要求2所述的高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，所述的行走輪採用鋁合金輪轂，且輪槽內壓接有天然橡膠。
4.根據權利要求1所述的高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，所述的爪式夾持機構包括夾持驅動電機、蝸輪蝸杆副、絲槓絲母副、提升板和夾持爪，夾持驅動電機固定在機器人框架外側，其輸出軸與蝸輪蝸杆副中的蝸杆連接，與蝸杆嚙合的蝸輪設置在絲槓絲母副中的絲槓頂端，與絲槓配合連接的絲母則設置在提升板上，提升板套裝在與絲槓平行設置的導軌上，而夾持爪的一端固定在提升板上。
5.根據權利要求4所述的高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，所述的夾持爪包括爪尖、爪中和爪跟，爪跟的一端固定在提升板上，另一端通過旋轉軸與爪中連接，且旋轉軸處還設置有扭簧，而爪中與爪尖則通過轉軸垂直相交連接，上述的爪尖、爪中和爪跟各為兩組，且相對設置，此外，在機器人框架上還設置有擋軸，所述的擋軸外緣與爪中外側表面形成非固定式相切接觸。
6.根據權利要求5所述的高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，所述的擋軸上還設置有滾動軸承，所述的滾動軸承的外緣與上述的爪中外側表面相切接觸。
7.根據權利要求5所述的高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，所述的扭簧與旋轉軸同軸心，且扭簧的兩端受力點分別固定在爪跟和爪中上。
8.根據權利要求5所述的高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，所述的爪尖的材料為非金屬材料ABS或電木。
9.根據權利要求4所述的高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，所述的導軌設置有兩條。
專利摘要本實用新型涉及一種高壓線行走機器人輪爪複合機構，其特徵在於，包括用於在高壓線上行走的輪式行走機構和用於夾持高壓線並提供正壓力的爪式夾持機構，輪式行走機構和爪式夾持機構都設置在機器人框架上，且所述的爪式夾持機構成對使用。本實用新型採用欠驅動機構的原理，用一個電機驅動夾持機構實現旋轉和移動兩種運動方式；採用自鎖機構，實現夾持機構閉合後自動鎖緊，減小能耗；本實用新型結構小巧新穎，夾持效率高，應用範圍廣。
文檔編號B25J13/00GK202137762SQ20112021266
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者張建偉, 王魯單, 程勝, 趙廣志 申請人:崑山市工業技術研究院有限責任公司