巡檢機器人的行走越障機構的製作方法

2023-05-20 02:18:41 1

專利名稱：巡檢機器人的行走越障機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及移動機器人，具體地說是一種巡檢機器人的行走 越障機構。
背景技術：
輸電線路是電力系統極為重要的組成部分，為了保證其安全穩定 的運行，需要定期進行巡視檢查。目前釆用的方法主要有人工巡檢和
直升機巡檢。人工巡檢的效率低，勞動強度大，危險性高；直升機巡 檢的成本高，巡檢質量易受氣候影響。因此，需要研製能夠攜帶通信 和巡檢儀器的機器人來代替人工對輸電線路進行自動巡檢，以提高效 率，確保輸電線路的安全運行。在現有的超高壓輸電線巡檢機器人機 構中，大部分釆用由輪式移動和複合連杆機構組合而成的複合移動機
構(參見文獻1: Jun Sawada, Kazuyuki Kusumoto, Tadashi Munakata, Yasuhisa Maikawa， Yoshinobu Ishikawa， "A Mobile Robot For Inspection of Power Transmission Lines", IEEE Trans. Power Delivery, 1991， Vol. 6, No. 1: pp. . 309-315;文獻2: Mineo Higuchi, Yoichiro Maeda, Sadahiro Tsutani, Shiro Hagihara, "Development of a Mobile Inspection Robot for Power Transmission Lines", J. of the Robotics Society of Japan, Japan, Vol. 9, No. 4， pp. 457-463, 1991 ),或者釆用多組移動單元串聯組成的多自由度移 動機構(文獻3: Shin-ichi Aoshima, Takeshi Tsujimura, Tetsuro Yabuta， "A Wire Mobile Robot with Multi-unit Structure", IEEE/RSJ Intermational Workshop on Intelligent Robots and Systems ， 89, Sep. 4-6, 1989, Tsukuba， Japan, pp. 414-421)。 這些機構的結構複雜、重量大、越障時需要調節質心，越障能力有限 且不易控制，在行走時安全保護性差，因此，難以應用於實際的超高 壓輸電線路巡檢作業中。
實用新型內容
針對現有技術中存在的上述不足之處，本實用新型的目的在於提 供一種越障能力強，無需調節質心，爬坡角度大，行走時安全性好， 行走輪可兼作行走和夾持功能兩用的巡線機器人的行走越障機構。 本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的 本實用新型包括前行走機構、前偏轉機構、支架、升降機構、後 偏轉機構及後行走機構，支架與巡檢機器人相連，升降機構鉸接在支架上，前、後偏轉機構對稱安裝在升降機構上，前、後行走機構分別 安裝在前、後偏轉機構上、與前、後偏轉機構連動。
其中所述升降機構包括迴轉架、迴轉電機、第二蝸杆、第三端 蓋、第二減速箱、第二蝸輪及迴轉軸，迴轉軸的一端鉸接於支架，回 轉架固接於迴轉軸上、與其連動，第二減速箱安裝在迴轉架上，迴轉 軸的另一端插入第二減速箱內；第二蝸杆及第二蝸輪容置於第二減速 箱內，迴轉電機安裝在與第二減速箱固接的第三電機座上，迴轉電機 的輸出軸與第二蝸杆相連，第二蝸杆與固接於迴轉軸的第二蝸輪嚙合
傳動；第二減速箱的外側設有第三端蓋；迴轉架為"V"形，"V"形 的兩端為開口的"C"形結構，在迴轉架的兩端分別設有前、後行走 機構及前、後偏轉機構；第二蝸杆的一端與迴轉電機的輸出軸相連，
第二蝸杆上套接有第二軸承；所述前、後行走機構的結構相同，包括 行走輪、行走輪軸、從動齒輪、主動齒輪、第一電機座、行走電機、 軸套及連接套，行走電機安裝在第一電機座上，行走電機的輸出軸上
設有主動齒輪，行走輪上固接有與主動齒輪嚙合傳動的從動齒輪；第
一電機座上固接有與偏轉機構的偏轉軸固接的連接套，行走輪套接在
行走輪軸上、通過輪槽行走於架空地線上，行走輪軸與連接套相連接； 行走輪與行走輪軸之間分別設有套接在行走輪軸上的第一軸承及軸 套，行走輪可相對行走輪軸轉動；行走輪的材料為聚氨酯材料；所述 前、後偏轉機構結構相同，包括偏轉電機、第一蝸杆、第一蝸輪及偏 轉軸，偏轉軸鉸接於迴轉架的"c"形開口，行走機構通過連接套與 偏轉軸固接；偏轉電機的輸出軸與第一蝸杆相連，固接於偏轉軸的第 一蝸輪與第一蝸杆嚙合傳動；第一蝸杆及第一蝸輪容置於與設置在回 轉架上的第一減速箱內，偏轉電機安裝在第一減速箱上的第二電機 座；第一減速箱的兩端分別設有第一端蓋及第二端蓋，第一減速箱通 過第二端蓋固接在迴轉架上。
本實用新型的優點與積極效果為
1. 本實用新型的行走輪兼有行走和夾緊的作用，利於行走爬坡 和越障；該結構具備移動爬行機構的優點，可沿線快速行走和跨越障 礙。
2. 安全保護性好。本實用新型行走輪的輪槽寬且深，使用兩個 本實用新型行走越障機構的機器人在行走過程中，四個行走輪槽都與 線路抓持，越障時至少都有兩個行走輪在線路上，使機器人在行走和 越障過程中不至於從線上掉下來，起到安全保護作用。
3. 爬行越障能力強。本實用新型有兩個主動驅動的行走輪，行 走能力強，並且在爬大角度線路時可使輪子從線路的上下兩側形成夾 持，增大正壓力，易於爬大角度線路；越障時只需調整行走輪的位置, 無需移動機器人車體來調節質心，就能夠跨越超高壓輸電線路上中多種障礙(防振錘、壓接管及懸垂金具等)。
4. 對線路的適應性好。本實用新型的行走輪的輪槽寬且深，能 夠適應不同直徑的線路。
5. 應用範圍廣。本實用新型可廣泛應用於高壓輸電線路及電話
線路的巡檢機器人移動機構。

圖l為本實用新型的結構主視圖； 圖2為圖1的俯視圖； 圖3為圖1的左視圖； 圖4為圖1的右視圖5為本實用新型行走機構的立體結構示意圖； 圖6為本實用新型偏轉機構的立體結構示意圖； 圖7為本實用新型升降機構的立體結構示意圖； 圖8a為本實用新型在小角度線路行走狀態示意圖； 圖8b為本實用新型在大角度線路行走狀態示意圖； 圖9a為超高壓輸電線路的障礙環境(防振錘、單掛點、防振錘) 示意圖
圖9b為超高壓輸電線路的障礙環境(防振錘、雙掛點、防振錘) 示意圖10a為本實用新型結合手臂和箱體在越障過程的第一個動作 描述示意圖10b為本實用新型結合手臂和箱體在越障過程的第二個動作 描述示意圖10c為本實用新型結合手臂和箱體在越障過程的第三個動作 描述示意圖10d為本實用新型結合手臂和箱體在越障過程的第四個動作 描述示意圖10e為本實用新型結合手臂和箱體在越障過程的第五個動作
描述示意其中l為行走輪，2為行走輪軸，3為第一軸承，4為從動齒輪， 5為主動齒輪，6為第一電機座，7為行走電機，8為偏轉電機，9為 第二電機座，IO為第一蝸杆，ll為第一減速箱，12為第一蝸輪，13 為偏轉軸，14為第一端蓋，15為第一平鍵，16為第二端蓋，17為回 轉架，18為迴轉電機，19為第三電機座，20為第二軸承，21為第二 蝸杆，22為第三端蓋，23為螺釘，24為第二減速箱，25為第二蝸輪， 26第二平鍵，27為迴轉軸，28為支架，29為連接套，30為前行走 機構，31為前偏轉機構，32為升降機構，33為後偏轉機構，34為後 行走機構，35為架空地線，36為第一防振錘，37為第一絕緣子，38為第一懸垂金具及線夾，39為第二防振錘，40為第二絕緣子，41為 第二懸垂金具及線夾，42為軸套。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
如圖1~4所示，本實用新型用於驅動巡檢機器人在架空輸電線 路上進行巡檢操作，包括前行走機構30、前偏轉機構31、支架28、 升降機構32、後偏轉機構33及後行走機構34,支架28與巡檢機器 人相連，升降機構32鉸接在支架28上，前、後偏轉機構31、 33對 稱安裝在升降機構32的迴轉架17的兩端，前、後行走機構30、 34 分別安裝在前、後偏轉機構31、 33的偏轉軸13上、與前、後偏轉機 構31、 33連動。
如圖l、圖7所示，升降機構32包括迴轉架17、迴轉電機18、 第三電機座19、第二軸承20、第二蝸杆21、第三端蓋22、螺釘23、 第二減速箱24、第二蝸輪25、第二平鍵26、及迴轉軸27,迴轉軸 27的一端鉸接於支架28,迴轉架17與迴轉軸27相固接、隨著迴轉 軸27轉動，第二減速箱24固定安裝在迴轉架17的中心處，迴轉軸 27的另 一端插入第二減速箱24內；第二蝸杆21及第二蝸輪25容置 於第二減速箱24內，第二減速箱24的外側設有第三端蓋22;迴轉 電機18安裝在與第二減速箱24固接的第三電機座19上，迴轉電機 18的輸出軸由第二減速箱24穿入、與第二蝸杆21的一端相連，第 二蝸杆21的另 一端通過螺釘23鉸接於第三端蓋22,第二蝸杆21上 套接有第二軸承20;第二蝸輪25通過第二平鍵26固定安裝在迴轉 軸27上，第二蝸杆21與第二蝸輪25嚙合傳動。迴轉架17為"V" 形，"V"形的兩端為開口的"C"形結構，在迴轉架17的兩端分別設 有前、後行走機構30、 34及前、後偏轉機構31、 33。
如圖2、圖5所示，前、後行走機構30、 34的結構相同，包括 行走輪l、行走輪軸2、第一軸承3、從動齒輪4、主動齒輪5、第一 電機座6、行走電機7、軸套42及連接套29,行走電機7安裝在第 一電機座6上，行走電機7的輸出軸由第一電機座6穿出、設有主動 齒輪5,行走輪1上固接有與主動齒輪5嚙合傳動的從動齒輪4，從 動齒輪4與行走輪1同軸，在第一電機座6上還固接有與偏轉機構的 偏轉軸固接的連接套29;行走輪1與行走輪軸2之間分別設有套接 在行走輪軸2上的第一軸承3及軸套42,行走輪1可相對行走輪軸2 轉動；行走輪1套接在行走輪軸2上、通過輪槽行走於架空地線上， 行走輪軸2與連接套29相連接。行走輪1的材料為聚氨酯材料，能 與架空地線35增大摩擦，利於行走；前、後行走機構30、 34中的兩
個行走輪1的端面在同一豎直面內。
如圖1、圖6所示，前、後偏轉機構31、 33結構相同，包括偏轉電機8、第二電機座9、第一蝸杆10、第一減速箱11、第一蝸輪
12、偏轉軸13、第一端蓋14、第一平鍵15及第二端蓋16,偏轉軸 13鉸接於迴轉架17的"C"形開口，另一端由"C"形開口的上邊穿 出、與第一蝸輪12通過第一平鍵15相固接，偏轉軸13與"C"形開 口的上邊相鉸接；行走機構通過連接套29與偏轉軸13固接，隨著偏 轉軸13轉動；第一蝸杆10及第一蝸輪12容置於與設置在迴轉架17 上的第一減速箱11內，偏轉電機8安裝在第一減速箱11上的第二電 機座9，偏轉電機8的輸出軸由第一減速箱11穿入後再與第一蝸杆 IO相連接，第一蝸輪12與第一蝸杆10嚙合傳動；第一減速箱ll的 兩端分別設有第一端蓋14及第二端蓋16,第一減速箱11通過第二 端蓋16固接在迴轉架17上。
本實用新型的工作原理為
在架空地線上行走行走電機7工作，驅動主動齒輪5轉動，主 動齒輪5通過與從動齒輪4的嚙合傳動，帶動從動齒輪4及行走輪1 轉動，實現行走輪在架空地線35上行走。
偏轉偏轉電機8工作，通過其輸出軸驅動第一蝸杆10轉動， 第一蝸杆10通過與第一蝸輪12的嚙合傳動，帶動第一蝸輪12及偏 轉軸13轉動；由於偏轉軸13與連接套29固接、連接套29與行走輪 軸2相連，因此包括行走輪1在內的行走機構可在偏轉軸13的帶動 下、繞偏轉軸13在迴轉架17的"C"形開口內轉動，實現偏轉。
升降迴轉電機18工作，通過其輸出軸驅動第二蝸杆21轉動， 第二蝸杆21通過與第二蝸輪25的嚙合傳動，帶動第二蝸輪25及回 轉軸27轉動；由於迴轉架17與迴轉軸27固接，因此迴轉架17在回 轉軸27的帶動下、繞迴轉軸27轉動，實現迴轉架17 —端的行走輪 升高，而另一端的行走輪降低。
前、後行走機構30、 34中的兩個行走輪的行走、偏轉、升降均 按上述操作進行。
在實際應用時，需將兩組結構相同的行走越障機構分別安裝在巡 檢機器人的前、後手臂上，前、後手臂可以固定在箱體上，也可通過 絲槓與滑動螺母的螺紋連接或齒輪齒條連接於巡檢機器人的箱體上，
或者使手臂在箱體上的安裝位置可調節，通過安裝位置的調節或者絲 槓、齒輪齒條的伸縮，來調整前、後手臂間的距離，以適應不同障礙 之間距離的變化。
當線路角度較小時，行走越障機構中前、後行走機構30、 34的 兩個行走輪1都在架空地線35上方，行走電機7上電後驅動行走輪 1正向或反向轉動，實現巡檢機器人在架空地線35上前進或後退， 如圖8a所示。
當行走的線路角度較大時，升降機構32的迴轉電機18帶動迴轉架17先順時針旋轉設定角度，使行走越障機構中後行走機構34的後 行走輪上升(位於前面的行走輪下降、向下壓住架空地線)，離開架 空地線，升到架空地線上方的設定高度，迴轉電機18停止工作；後 面行走輪的偏轉電機8帶動偏轉軸13偏轉，使後面的行走輪偏離架 空地線正上方、偏轉到地線側上方；接著迴轉電機18帶動迴轉架17 逆時針轉動，使後行走機構34下降到架空地線35的側下方(位於前 面的行走輪升高至原位)，然後，後面行走輪的偏轉電機8帶動偏轉 軸13轉動，使後行走機構34偏轉到架空地線的正下方，最後迴轉電 機18帶動迴轉架17順時針轉動，使後行走機構34的行走輪在架空 地線的下方與地線接觸並向上壓緊，同時前行走機構30的行走輪向 下壓緊地線，這樣使地線與行走輪緊密接觸，增大了正壓力，然後通 過行走電機7驅動行走輪1行走，即便於在大角度的線路上行走，如 圖8b所示。
圖9a、 9b所示，為超高壓輸電線路障礙環境示意圖。在架空地 線35上主要的障礙物為第一防振錘36、第一絕緣子37、第一懸垂金 具及線夾38及第二防振錘39;或者是第一防振錘36、第一絕緣子 37、第一懸垂金具及線夾38、第二絕緣子40、第二懸垂金具及線夾 41及第二防振錘39。本實用新型的行走越障機構安裝在巡檢機器人 的前、後手臂上，工作時由行走電機7驅動，帶動機器人在架空地線 35上行走，通過本實用新型的升降機構32及前、後偏轉機構31、 33 的配合運動，即可沿線行進並跨越架空地線35上的障礙物。
當機器人前、後行走越障機構上的行走輪i帶動機器人以速度v
在架空地線35上行走時，前行走越障機構中的前行走輪遇到第一防 振錘36後停下(如圖10a所示)，前行走越障機構中的迴轉電機18 帶動該機構的迴轉架17逆時針旋轉設定角度，使前行走輪上升，離 開架空地線35,升到架空地線35上方的設定高度；然後，前行走越 障機構中的後行走輪及後行走越障機構中的兩個行走輪在各自行走 電機7的驅動下行走，直到前越障機構中的後行走輪遇到第一防振錘 36停下；此時，前越障機構中的前行走輪已經越過了第一防振錘36， 前越障機構中的迴轉電機18再順時針旋轉，使前越障機構中的前行 走輪下降，落回架空地線35上。此後，前越障機構中的後行走輪要 越過第一防振錘36,越障過程與前行走輪相同，跨越後的狀態如圖 10b所示，後越障機構中的前、後行走輪跨越第一防振錘36的過程 也與前越障機構中的行走輪相同。
當前越障機構中的前行走輪行進到第一懸垂金具及線夾38處停 下，前越障機構中的迴轉電機18驅動迴轉架17逆時針旋轉設定角度， 可使前行走輪上升，升高到架空地線35上方的設定高度，接著前越 障機構中前行走輪上的偏轉電機8驅動偏轉軸13轉動，使前行走輪偏轉90° ，離開架空地線正上方；然後，前越障機構中的後行走輪 及後越障機構中的前、後行走輪在各自行走電機7的驅動下繼續驅動 行走，直到前越障機構中的後行走輪遇到第一懸垂金具及線夾38停 下，此時，前越障機構中的前行走輪已越過第一懸垂金具及線夾38, 前越障機構中的偏轉電機8繼續帶動偏轉軸13轉動，帶動前越障機
構中的前行走輪重回到架空地線的正上方，接著前越障機構中的迴轉 電機18帶動迴轉架17順時針轉動，使前越障機構中的前行走輪下降， 下落到架空地線35上，這樣前越障機構中的前行走輪就越過了第一 懸垂金具及線夾38。此後，前越障機構中的後行走輪也按上述操作 越過第一懸垂金具及線夾38，越過後的狀態如圖10c所示。後越障 機構中的前、後行走輪可上述操作依次越過第一懸垂金具及線夾38。 跨越第二防振錘39的過程同跨越第一防振錘36的過程相同，跨 越狀態如圖10d、10e所示。當巡檢機器人遇到如圖9b所示的防振錘、 雙掛點、防振錘的障礙環境時，其跨越過程與跨越如圖9a所示的障 礙環境相同。
本實用新型的兩個行走輪均釆用聚氨酯材料，在爬大坡度地線 時， 一個行走輪在地線下方往上夾地線，另一個行走輪在地線上方往 下壓地線，增大了行走輪對架空地線35的正壓力，從而增加了摩擦 力，可以使機器人沿著大角度的架空地線35向上爬行。本實用新型 的第一、二軸承3、 20均為深溝球軸承。
本實用新型釆用的行走機構兼有行走和夾爪功能，利於行走、爬 坡和越障，對線路的適應性好，安全保護性好，適合野外作業和上下
線路的需要。
權利要求1.一種巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在於包括前行走機構(30)、前偏轉機構(31)、支架(28)、升降機構(32)、後偏轉機構(33)及後行走機構(34)，支架(28)與巡檢機器人相連，升降機構(32)鉸接在支架(28)上，前、後偏轉機構(31、33)對稱安裝在升降機構(32)上，前、後行走機構(30、34)分別安裝在前、後偏轉機構(31、33)上、與前、後偏轉機構(31、33)連動。
2. 按權利要求1所述的巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在 於所述升降機構(32)包括迴轉架(17)、迴轉電機(18)、第二蝸 杆(21)、第三端蓋(22)、第二減速箱(24)、第二蝸輪(25)及回 轉軸(27)，迴轉軸(27)的一端鉸接於支架(28)，迴轉架(l7)固 接於迴轉軸(27)上、與其連動，第二減速箱(24)安裝在迴轉架(17) 上，迴轉軸(27)的另一端插入第二減速箱(24)內；第二蝸杆(n) 及第二蝸輪(25)容置於第二減速箱(24)內，迴轉電機(18)安裝 在與第二減速箱(24)固接的第三電機座(19)上，迴轉電機(18) 的輸出軸與第二蝸杆(21)相連，第二蝸杆(21)與固接於迴轉軸(27) 的第二蝸輪(25)嚙合傳動；第二減速箱(24)的外側設有第三端蓋(22)。
3. 按權利要求2所述的巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在 於所述迴轉架(17)為"V"形，"V"形的兩端為開口的"C"形結 構，在迴轉架(17)的兩端分別設有前、後行走機構(30、 34)及前、 後偏轉機構(31、 33)。
4. 按權利要求3所述的巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在 於所述前、後偏轉機構(31、 33)結構相同，包括偏轉電機(8)、 第一蝸杆(10 )、第一蝸輪(12 )及偏轉軸(13 ),偏轉軸(13 )鉸接 於迴轉架(17)的"C"形開口，行走機構通過連接套(29)與偏轉 軸(13)固接；偏轉電機(8)的輸出軸與第一蝸杆(10)相連，固 接於偏轉軸(13)的第一蝸輪(12)與第一蝸杆(10)嚙合傳動。
5. 按權利要求4所述的巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在 於所述第一蝸杆(10 )及第一蝸輪(12 )容置於與設置在迴轉架(17 ) 上的第一減速箱(11)內，偏轉電機(8)安裝在第一減速箱(11) 上的第二電機座(9)。
6. 按權利要求5所述的巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在 於所述第一減速箱(11)的兩端分別設有第一端蓋(14)及第二端 蓋(16),第一減速箱(11)通過第二端蓋(16)固接在迴轉架(17) 上。
7. 按權利要求2所述的巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在於所述第二蝸杆(21)的一端與迴轉電機(18)的輸出軸相連，第 二蝸杆Ul)上套接有第二軸承(20)。
8. 按權利要求1所述的巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在 於所述前、後行走機構(30、 34)的結構相同，包括行走輪(1)、 行走輪軸(2)、從動齒輪(4)、主動齒輪(5)、第一電機座(6)、行 走電機(7)、軸套(42)及連接套(29),行走電機(7)安裝在第一 電機座(6)上，行走電機(7)的輸出軸上設有主動齒輪(5)，行走 輪(1)上固接有與主動齒輪(5)嚙合傳動的從動齒輪(4);第一電 機座(6 )上固接有與偏轉機構的偏轉軸固接的連接套(29 ),行走輪(1) 套接在行走輪軸(2)上、通過輪槽行走於架空地線上，行走輪 軸(2)與連接套(29)相連接。
9. 按權利要求8所述的巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在 於所述行走輪(1 )與行走輪軸(2 )之間分別設有套接在行走輪軸(2 )上的第一軸承(3 )及軸套(42 )，行走輪(1)可相對行走輪軸(2) 轉動。
10. 按權利要求8所述的巡檢機器人的行走越障機構，其特徵在 於所述行走輪(1)的材料為聚氨酯材料。
專利摘要本實用新型涉及移動機器人，具體地說是一種巡檢機器人的行走越障機構，包括前行走機構、前偏轉機構、支架、升降機構、後偏轉機構及後行走機構，支架與巡檢機器人相連，升降機構鉸接在支架上，前、後偏轉機構對稱安裝在升降機構上，前、後行走機構分別安裝在前、後偏轉機構上、與前、後偏轉機構連動。本實用新型採用的行走機構兼有行走和夾爪功能，利於行走、爬坡和越障，對線路的適應性好，安全保護性好，適合野外作業和上下線路的需要。
文檔編號H02G1/02GK201383636SQ200820232349
公開日2010年1月13日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者何立波, 烈 凌, 房立金, 王洪光 申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所