塔架攀爬機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種塔架攀爬機(jī)器人，屬于機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】。包括由上機(jī)械臂（4）、下機(jī)械臂（6）、手臂張合電動(dòng)機(jī)（5）、手臂張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)支座（15）、手臂張合絲杠（12）、帶柱銷螺母（14）、上連接板（13-1）、下連接板（13-2）組成的機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)。還包括分別安裝于上機(jī)械臂（4）第二端和下機(jī)械臂（6）第二端的上機(jī)械手和下機(jī)械手；每個(gè)機(jī)械手均由俯仰關(guān)節(jié)、手腕關(guān)節(jié)、夾持爪組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)可完成越障、轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜動(dòng)作，可攀爬不同結(jié)構(gòu)類型的鐵塔，使用范圍廣，并具有一定的負(fù)載能力，可以攜帶必要的檢修設(shè)備，代替工人攀爬電力鐵塔，完成相應(yīng)的檢修任務(wù)。
【專利說明】塔架攀爬機(jī)器人
[0001]
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種塔架攀爬機(jī)器人，可對(duì)不同類型規(guī)格的輸電鐵塔進(jìn)行檢測(cè)維護(hù)，屬于機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)建，為了提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化綜合能力，針對(duì)電力系統(tǒng)檢測(cè)和維護(hù)的攀爬和巡線機(jī)器人逐漸成為熱門的研究之一，電力部門迫切需要能的代替人工攀爬鐵塔進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維護(hù)的自動(dòng)化設(shè)備。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)先后成功研發(fā)出一些巡線機(jī)器人，并在進(jìn)一步的投入人力物力進(jìn)行巡線機(jī)器人的研發(fā)工作，然而用于巡檢與維護(hù)電力鐵塔的攀爬機(jī)器人還未多見到相關(guān)的研究與報(bào)道，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)尚未見到成品。此類攀爬鐵塔機(jī)器人的研究能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低觸電和高空和墜落的危險(xiǎn)，提高檢修、維護(hù)的效率和質(zhì)量，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決電力系統(tǒng)檢測(cè)和維護(hù)這一難題，本發(fā)明提供一種電力鐵塔攀爬機(jī)器人，其可以在鐵塔各個(gè)區(qū)域攀爬，通過攜帶的傳感器檢測(cè)塔身，及時(shí)排除鐵塔存在的安全隱患，并且其攜帶的清掃裝置可以取代人力清掃絕緣子串，同時(shí)有一定負(fù)載能力的攀爬鐵塔機(jī)器人可以背負(fù)巡線機(jī)器人至橫擔(dān)，后者分離至高壓輸電線進(jìn)行巡檢。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:所述的機(jī)器人主體機(jī)構(gòu)由上機(jī)械臂、下機(jī)械臂、手臂張合電動(dòng)機(jī)、手臂張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)支座、手臂張合絲杠、帶柱銷螺母、上連接板、下連接板組成；其中手臂張合電動(dòng)機(jī)安裝于手臂張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)支座上，手臂張合絲杠安裝于手臂張合電動(dòng)機(jī)的輸出軸，上連接板的第一端和下連接板的第一端鉸接于手臂張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)支座上，上連接板的第二端和下連接板的第二端分別鉸接于上機(jī)械臂和下機(jī)械臂的中部，上機(jī)械臂的第一端和下機(jī)械臂的第一端分別鉸接于帶柱銷螺母的柱銷部位，帶柱銷螺母安裝于手臂張合絲杠上；
還包括分別安裝于上機(jī)械臂第二端和下機(jī)械臂第二端的上機(jī)械手和下機(jī)械手；每個(gè)機(jī)械手均由俯仰關(guān)節(jié)、手腕關(guān)節(jié)、夾持爪組成；
所述俯仰關(guān)節(jié)由俯仰蝸輪、俯仰連接柱銷、俯仰關(guān)節(jié)絲杠、俯仰關(guān)節(jié)支承箱、俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成；其中俯仰蝸輪固定安裝于俯仰連接柱銷，并通過柱銷與機(jī)械臂固連，俯仰關(guān)節(jié)支承箱通過所述俯仰連接柱銷鉸接，俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝于俯仰關(guān)節(jié)支承箱上，俯仰關(guān)節(jié)絲杠安裝于俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸，俯仰關(guān)節(jié)絲杠與俯仰蝸輪相嚙合；
所述手腕關(guān)節(jié)由手腕蝸輪、手腕連接柱銷、手腕關(guān)節(jié)絲杠、手腕關(guān)節(jié)支承箱、手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成；其中手腕蝸輪固定安裝于手腕連接柱銷，手腕連接柱銷鉸接于上述俯仰關(guān)節(jié)支承箱上，并與下機(jī)械手夾持爪固連，手腕關(guān)節(jié)支承箱與俯仰關(guān)節(jié)支承箱固連，手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝于手腕關(guān)節(jié)支承箱上，手腕關(guān)節(jié)絲杠安裝于手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸，手腕關(guān)節(jié)絲杠與手腕蝸輪相嚙合；
所述夾持爪包括兩個(gè)呈60-150度的機(jī)械手指，每個(gè)機(jī)械手指上均安裝有手指驅(qū)動(dòng)電機(jī)、手指絲杠、帶螺紋夾緊滑塊；其中機(jī)械手指具有內(nèi)部安裝腔和側(cè)面導(dǎo)向槽，手指絲杠安裝于內(nèi)部安裝腔，帶螺紋夾緊滑塊安裝于手指絲杠上并伸出側(cè)面導(dǎo)向槽，手指驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于機(jī)械手指的一端其輸出軸與手指絲杠相連。
[0006]本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)沿鐵塔主材或斜材攀爬、跨越障礙物，轉(zhuǎn)彎等功能。具體體現(xiàn)在1、機(jī)械臂下端與俯仰機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸相連，可使機(jī)械臂繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)越障功能。俯仰機(jī)構(gòu)蝸輪箱與機(jī)械手腕關(guān)節(jié)固連，使得機(jī)械臂帶著另一處于自由狀態(tài)的機(jī)械手可繞夾緊狀態(tài)的機(jī)械手腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎功能，亦可實(shí)現(xiàn)手爪姿態(tài)調(diào)整；2、當(dāng)其中一機(jī)械手固定時(shí)，機(jī)械臂帶著處于自由狀態(tài)的另一機(jī)械手亦可繞蝸輪軸旋轉(zhuǎn)；3、通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向可以控制雙臂張開的速度和角度；4、所有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用了具有自鎖功能的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)或蝸輪蝸桿傳動(dòng)方式，確保了在斷電的情況下，機(jī)器人仍保持當(dāng)前的位姿，提高了機(jī)器人工作的安全系數(shù)；5、機(jī)器人左右對(duì)稱，結(jié)果緊湊，提高了手臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)降低了機(jī)體的重量，電源和驅(qū)動(dòng)裝置的控制單元安裝在手臂框架內(nèi)部。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]附圖1是本發(fā)明的攀爬機(jī)器人的立體結(jié)構(gòu)圖；
附圖2是本發(fā)明的攀爬機(jī)器人兩機(jī)械臂與電動(dòng)機(jī)的裝配立體示意圖；
附圖3是本發(fā)明的攀爬機(jī)器人俯仰關(guān)節(jié)的立體示意圖；
附圖4是本發(fā)明的攀爬機(jī)器人抓持機(jī)構(gòu)的立體示意圖；
附圖5是本發(fā)明的攀爬機(jī)器人沿鐵塔主材直線前進(jìn)的步態(tài)示意圖；
圖中標(biāo)號(hào)名稱:1_上機(jī)械手夾持爪；2_上機(jī)械手手腕關(guān)節(jié)；3_上俯仰關(guān)節(jié)；4_上機(jī)械臂；5_手臂張合電動(dòng)機(jī)；6_下機(jī)械臂；7_下俯仰關(guān)節(jié)；8_下機(jī)械手手腕關(guān)節(jié)；9_下機(jī)械手夾持爪；10_柱銷；11_薄板；12-手臂張合絲杠；13-1上連接板；13-2下連接板；14_帶螺母柱銷；15-手臂張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)支座；16_俯仰蝸輪；17_仰臥關(guān)節(jié)連接柱銷；18_仰臥關(guān)節(jié)絲杠；19_仰臥關(guān)節(jié)支承箱；20_仰臥關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；21_手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；22_手腕關(guān)節(jié)支承箱；23_手腕連接柱銷；24_手腕蝸輪；25_手腕關(guān)節(jié)絲杠；26_帶螺紋夾緊滑塊；27_手指絲杠；28_機(jī)械手指；29_手指驅(qū)動(dòng)電機(jī)；30_內(nèi)部安裝腔；31_側(cè)面導(dǎo)向槽；32_角鋼。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。需要特別指出的是，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】不限于實(shí)施例所描述的形式。
[0009]本發(fā)明提供的輸電鐵塔攀爬機(jī)器人，其整體結(jié)構(gòu)如附圖1所示，包括兩個(gè)機(jī)械臂4和6，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂張合的電動(dòng)機(jī)5，該裝置包括能對(duì)不同規(guī)格角鋼進(jìn)行夾持的夾持爪1和調(diào)整夾持爪姿態(tài)的腕關(guān)節(jié)2，用于連接手臂下端與機(jī)械手的俯仰關(guān)節(jié)3和7。
[0010]附圖2是機(jī)器人手臂的實(shí)施機(jī)構(gòu)。機(jī)械臂由薄板11和柱銷10組合而成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)5輸出軸連接絲杠12，通過螺紋與絲杠12連接的螺母14相配合，電動(dòng)機(jī)支座15和連接板13通過柱銷與薄板11連接，電動(dòng)機(jī)5驅(qū)動(dòng)絲杠12旋轉(zhuǎn)，螺母14沿絲杠12直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)上手臂4和下手臂6以螺母柱銷14為軸旋轉(zhuǎn)。[0011]附圖3是機(jī)器人手臂俯仰和手腕關(guān)節(jié)的實(shí)施結(jié)構(gòu)。俯仰關(guān)節(jié)由俯仰蝸輪16、俯仰連接柱銷17、俯仰關(guān)節(jié)絲杠18、俯仰關(guān)節(jié)支承箱19、俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20組成；其中俯仰蝸輪16固定安裝于俯仰連接柱銷17，并通過俯仰連接柱銷17與機(jī)械臂固連，俯仰關(guān)節(jié)支承箱19通過所述俯仰連接柱銷17鉸接，俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20固定安裝于俯仰關(guān)節(jié)支承箱19上，俯仰關(guān)節(jié)絲杠18安裝于俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20的輸出軸，俯仰關(guān)節(jié)絲杠18與俯仰蝸輪16相嚙合。俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20驅(qū)動(dòng)俯仰關(guān)節(jié)絲杠18，帶動(dòng)俯仰關(guān)節(jié)由俯仰蝸輪16旋轉(zhuǎn)，機(jī)械臂下端通過柱銷與俯仰蝸輪16固連，從而實(shí)現(xiàn)手臂俯仰運(yùn)動(dòng)。
[0012]所述手腕關(guān)節(jié)由手腕蝸輪24、手腕連接柱銷23、手腕關(guān)節(jié)絲杠25、手腕關(guān)節(jié)支承箱22、手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)21組成；其中手腕蝸輪24固定安裝于手腕連接柱銷23，手腕連接柱銷23鉸接于上述俯仰關(guān)節(jié)支承箱19上，手腕關(guān)節(jié)支承箱22與俯仰關(guān)節(jié)支承箱19固連，手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)21固定安裝于手腕關(guān)節(jié)支承箱22上，手腕關(guān)節(jié)絲杠25安裝于手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)21的輸出軸，手腕關(guān)節(jié)絲杠25與手腕蝸輪24相嚙合。手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)21驅(qū)動(dòng)手腕關(guān)節(jié)絲杠25，帶動(dòng)手腕蝸輪24旋轉(zhuǎn)，由于夾持爪與手腕連接柱銷23固連，在單爪夾持時(shí)可使機(jī)械臂及另一機(jī)械手繞該機(jī)械手爪部腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)該機(jī)器人的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20和手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)21的軸線垂直。
[0013]附圖4是機(jī)器人抓持手爪的實(shí)施機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由帶螺紋夾緊滑塊26，手指絲杠27，機(jī)械手指28，手指驅(qū)動(dòng)電機(jī)29，內(nèi)部安裝腔30，側(cè)面導(dǎo)向槽31組成。機(jī)械手指28與手腕關(guān)節(jié)的蝸輪輸出軸固連，手指驅(qū)動(dòng)電機(jī)29輸出軸連接手指絲杠27，驅(qū)動(dòng)帶螺母夾緊滑塊26沿著側(cè)面導(dǎo)向槽31直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)角鋼的夾緊。另外該攀爬鐵塔機(jī)器人的夾持機(jī)構(gòu)左右手爪的爪臂相對(duì)角度固定。每個(gè)爪臂均固定在手爪爪座上，并且兩條爪臂之間的相對(duì)角度不變，爪子角鋼邊緣的接觸部分必須緊密接觸，所以爪子的弧度必須完全契合角鋼的邊緣，盡量實(shí)現(xiàn)爪子和角鋼的面接觸，避免單純線接觸、點(diǎn)接觸的情況。
[0014]附圖5是攀爬輸電鐵塔的工作姿態(tài)，當(dāng)機(jī)器人沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，下爪處于夾緊狀態(tài)，上爪處于松開狀態(tài)，對(duì)手臂俯仰關(guān)節(jié)和張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)聯(lián)合控制，使上爪沿角鋼25直線前移，與下爪的距離拉大到最大位置時(shí)，然后夾緊上爪，松開下爪，再由手臂俯仰關(guān)節(jié)和張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)聯(lián)合控制，收縮下爪，與上爪的距離縮小到最小位置時(shí)，夾緊上爪，松開上爪，一個(gè)工作循環(huán)完成，如此周而復(fù)始，使機(jī)器人沿角鋼一步一步向上攀爬。
【權(quán)利要求】
1.一種塔架攀爬機(jī)器人，其特征在于:包括機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)；所述的機(jī)器人主體機(jī)構(gòu)由上機(jī)械臂(4)、下機(jī)械臂(6)、手臂張合電動(dòng)機(jī)(5)、手臂張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)支座(15)、手臂張合絲杠(12)、帶柱銷螺母(14)、上連接板(13-1)、下連接板(13-2)組成；其中手臂張合電動(dòng)機(jī)(5)安裝于手臂張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)支座(15)上，手臂張合絲杠(12)安裝于手臂張合電動(dòng)機(jī)(5)的輸出軸，上連接板(13-1)的第一端和下連接板(13-2)的第一端鉸接于手臂張合驅(qū)動(dòng)電機(jī)支座(15)上，上連接板(13-1)的第二端和下連接板(13-2)的第二端分別鉸接于上機(jī)械臂(4)和下機(jī)械臂(6)的中部，上機(jī)械臂(4)的第一端和下機(jī)械臂(6)的第一端分別鉸接于帶柱銷螺母(14)的柱銷部位，帶柱銷螺母(14)安裝于手臂張合絲杠(12)上；還包括分別安裝于上機(jī)械臂(4)第二端和下機(jī)械臂(6)第二端的上機(jī)械手和下機(jī)械手；每個(gè)機(jī)械手均由俯仰關(guān)節(jié)、手腕關(guān)節(jié)、夾持爪組成；所述俯仰關(guān)節(jié)由俯仰蝸輪(16)、俯仰連接柱銷(17)、俯仰關(guān)節(jié)絲杠(18)、俯仰關(guān)節(jié)支承箱(19)、俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(20)組成；其中俯仰蝸輪(16)固定安裝于俯仰連接柱銷(17),并通過俯仰連接柱銷(17)與機(jī)械臂固連，俯仰關(guān)節(jié)支承箱(19)通過所述俯仰連接柱銷(17)鉸接，俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(20)固定安裝于俯仰關(guān)節(jié)支承箱(19)上，俯仰關(guān)節(jié)絲杠(18)安裝于俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(20)的輸出軸，俯仰關(guān)節(jié)絲杠(18)與俯仰蝸輪(16)相嚙合；所述手腕關(guān)節(jié)由手腕蝸輪(24)、手腕連接柱銷(23)、手腕關(guān)節(jié)絲杠(25)、手腕關(guān)節(jié)支承箱(22)、手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)組成；其中手腕蝸輪(24)固定安裝于手腕連接柱銷(23),手腕連接柱銷(23)鉸接于上述俯仰關(guān)節(jié)支承箱(19)上，手腕關(guān)節(jié)支承箱(22)與俯仰關(guān)節(jié)支承箱(19)固連，手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)固定安裝于手腕關(guān)節(jié)支承箱(22)上，手腕關(guān)節(jié)絲杠(25 )安裝于手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)的輸出軸，手腕關(guān)節(jié)絲杠(25 )與手腕蝸輪(24 )相哨合；所述夾持爪與上述手腕連接柱銷(23)固連，該夾持爪包括兩個(gè)呈60-150度的機(jī)械手指(28 )，每個(gè)機(jī)械手指(28 )上均安裝有手指驅(qū)動(dòng)電機(jī)(29)、手指絲杠(27)、帶螺紋夾緊滑塊(26);其中機(jī)械手指(28 )具有內(nèi)部安裝腔(30)和側(cè)面導(dǎo)向槽(31)，手指絲杠(27)安裝于內(nèi)部安裝腔(30)，帶螺紋夾緊滑塊(26)安裝于手指絲杠(27)上并伸出側(cè)面導(dǎo)向槽，手指驅(qū)動(dòng)電機(jī)(29)安裝于機(jī)械手指(28 )的一端其輸出軸與手指絲杠(27)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架攀爬機(jī)器人，其特征在于:所述俯仰關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(20)和手腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)的軸線垂直。
【文檔編號(hào)】B25J18/00GK103692432SQ201310677437
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】王兆冬, 朱玉, 李庚 , 陳文杰 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院