專利名稱：一種沿架空高壓輸電線路行駛的機器人的制作方法
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器人，尤其是在架空高壓輸電線路全程上行駛的機器人。
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)搬運到另一側(cè)，大大縮短了機器人運行的輔助時間。
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器人，包括一對沿輸電線運動的小臂機械手機構(gòu)，二小臂機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)行機構(gòu)，該末端執(zhí)行機構(gòu)具有一個掛在輸電線上的主動輪及其驅(qū)動機構(gòu)、一個從動輪和一個可抓握輸電線的夾緊機構(gòu)。
而且，使小臂主動輪繞水平軸回轉(zhuǎn)的驅(qū)動機構(gòu)置于卸載軸內(nèi)，驅(qū)動機構(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)動機構(gòu)，所述繞鉛垂軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)是由滑臺、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)及其驅(qū)動機構(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構(gòu)的機體上對稱布置，各滑臺與其對應(yīng)的滑座構(gòu)成移動副，蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)安裝在滑臺的一側(cè)，蝸桿的傳動軸與驅(qū)動機構(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)成的傳力機構(gòu)，絲桿螺母導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機構(gòu)以及復(fù)位彈簧和夾緊機構(gòu)支架；兩夾桿的中部與夾緊機構(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)動機構(gòu)嵌裝在小臂中。
本發(fā)明的優(yōu)點是應(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度，并可到達(dá)人工不能到達(dá)的線路。本機器人可在輸電線路全程上實現(xiàn)所需要的運動。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)機構(gòu)將后小臂(運動臂)上的末端執(zhí)行機構(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)動機構(gòu)驅(qū)動下，使兩小臂產(chǎn)生相對運動而交換其前后位置；然后，運動臂上的繞鉛垂軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)反方向旋轉(zhuǎn)180度，使其末端執(zhí)行機構(gòu)處于輸電線上方后，再使固定臂上的繞水平軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)順時針回轉(zhuǎn)，則運動臂上的末端執(zhí)行機構(gòu)進入輸電線且主動輪與輸電線接觸；最后，運動臂上的夾緊機構(gòu)夾緊輸電線而成為新的固定臂，原固定臂上的夾緊機構(gòu)松開而成為新的運動臂。以上運動實現(xiàn)了一個臂跨越(避讓)障礙物，再重復(fù)上述運動，則另一個臂也就實現(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)動機構(gòu)驅(qū)動下沿滑座相對收攏或張開，從而實現(xiàn)兩個臂在輸電線或引流線上的蠕動爬行運動。


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器人，它包括一對沿輸電線運動的小臂1機械手機構(gòu)，二小臂1機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)行機構(gòu)3，該末端執(zhí)行機構(gòu)3具有一個掛在輸電線4上的主動輪5及其驅(qū)動機構(gòu)9、一個從動輪10和一個可抓握輸電線4的夾緊機構(gòu)22。
進一步的技術(shù)方案可以是使小臂1主動輪5繞水平軸回轉(zhuǎn)的驅(qū)動機構(gòu)9置于卸載軸7內(nèi)，驅(qū)動機構(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)動機構(gòu)21，所述繞鉛垂軸15回轉(zhuǎn)機構(gòu)是由滑臺16、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)23及其驅(qū)動機構(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機構(gòu)的機體上對稱布置(實際上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)成的傳力機構(gòu)，絲桿37螺母36導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機構(gòu)以及復(fù)位彈簧34和夾緊機構(gòu)支架32；兩夾桿31的中部與夾緊機構(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)動機構(gòu)13嵌裝在小臂1中(以小臂為機架體)，當(dāng)移動螺母13.2上下移動時，由于拉桿14.1作的平面運動且拉桿14.1的長度不變，因此，使得小臂1及其上的機構(gòu)繞小臂1與轉(zhuǎn)座14的鉸接中心回轉(zhuǎn)，即小臂1機構(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)件最好均由高強度鋁合金材料加工制造，且均進行陽極化處理，這樣既保證了結(jié)構(gòu)的強度，又保證了相對運動表面的硬度，同時能防腐蝕。
本實用新型可通過單片機或帶電機控制的DSP運動控制器進行自動或遙控控制。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、單片機以及直流伺服電機驅(qū)動器等布置該控制箱2.1內(nèi)。
本實用新型的工作過程如下本發(fā)明的機器人能實現(xiàn)如下運動一是滾動行駛，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，機器人實現(xiàn)在無障礙物直線段輸電線4上的滾動運行。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，機器人實現(xiàn)在無障礙物直線段輸電線或引流線上的爬行運動。三是兩小臂1機構(gòu)的交替跨越和避障運動，即處于障礙物近端的一個小臂1機械手機構(gòu)中的主動輪5和從動輪10均與輸電線4接觸，該小臂1機械手機構(gòu)中的相應(yīng)夾爪29夾緊輸電線4，使該小臂1機構(gòu)相對輸電線4成為固定臂，另一個小臂1機構(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機構(gòu)中的水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的分別獨立或聯(lián)合運動，使可動臂相對輸電線4上升運動而脫離輸電線，然后可動臂上的繞鉛垂軸15回轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)180度背向固定臂(使兩個小臂1機構(gòu)在交錯運動中不發(fā)生干涉)，其次變長大臂2機構(gòu)兩移動副作相對運動，使兩個小臂1機構(gòu)的前后位置交換，并使可動臂機構(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，可動臂在越障運動中的避障運動和補償輸電線的變形量所需的運動，也由兩小臂1機械手機構(gòu)中的兩個繞水平軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和兩個繞鉛垂軸15回轉(zhuǎn)機構(gòu)的分別運動或聯(lián)合運動來實現(xiàn)。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進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器人，包括一對沿輸電線運動的小臂(1)機械手機構(gòu)，二小臂(1)機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)行機構(gòu)(3)，該末端執(zhí)行機構(gòu)(3)具有一個掛在輸電線(4)上的主動輪(5)及其驅(qū)動機構(gòu)(9)、一個從動輪(10)和一個可抓握輸電線(4)的夾緊機構(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)動機構(gòu)(9)置于卸載軸(7)內(nèi)，驅(qū)動機構(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)動機構(gòu)(21)，所述繞鉛垂軸(15)回轉(zhuǎn)機構(gòu)是由滑臺(16)、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)(23)及其驅(qū)動機構(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)機構(gòu)的機體上對稱布置，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(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器人，其特征是夾緊機構(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)成的傳力機構(gòu)，絲桿(37)螺母(36)導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機構(gòu)以及復(fù)位彈簧(34)和夾緊機構(gòu)支架(32)；兩夾桿(31)的中部與夾緊機構(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器人，其特征是上述繞水平軸回轉(zhuǎn)機構(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器人，包括一對沿輸電線運動的小臂(1)機械手機構(gòu)，二小臂(1)機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)行機構(gòu)(3)，該末端執(zhí)行機構(gòu)(3)具有一個掛在輸電線(4)上的主動輪(5)及其驅(qū)動機構(gòu)(9)、一個從動輪(10)和一個可抓握輸電線(4)的夾緊機構(gòu)(22)。本發(fā)明的優(yōu)點是應(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度，并可到達(dá)人工不能到達(dá)的線路。本機器人可在輸電線路全程上為巡檢而實現(xiàn)所需要的運動。
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), 寧波公牛機器人有限公司