專利名稱：適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及移動機器人機構，具體地說是一種適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構。
背景技術：
在現有的超高壓輸電線路巡檢機器人機構中，大多采用輪式移動和復合連桿組合而成的復合移動機構(參見文獻Jun Sawada, Kazuyuki Kusumoto, et al. A MobileRobot for Inspection of Power Transmission Lines[Al. IEEE transactionsof Power Delivery,1991. 6(1). 309 315，P0ULI0T，N, MONTAMBAULT, S. LineScoutTechnology:From inspection to robotic maintenance on live transmissionpower lines[C]Robotics and Automation, 2009. ICRA 1 09. IEEE International Conference on,pp.1034-1040, 12-17May 2009;WU Gongping, ZHENG Tuo, XIAO Hua, etal. Navigation, location and non-collision obstacles overcoming for high-voltagepower transmission-line inspection robot[C]//Mechatronics and Automation, 2009.ICMA 2009. International Conference, pp. 2014-2020, 9_12Aug. 2009.)，這些機構的結構復雜、重量大、能耗高，難以適應貓頭塔狹小空間的輸電線路巡檢作業情況。
實用新型內容為了克服上述機構結構復雜、重量大、能耗高、并且在行走時安全保護性差等不足之處，本實用新型的目的在于提供一種越障能力強、安全保護性好的適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構。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箱體、后箱體、第一導軌及結構相同的前手臂和后手臂，其中前手臂和后手臂上均安裝有行走機構及夾持機構，所述行走機構和夾持機構分別位于架空地線的上方及下方；所述第一導軌至少為兩根，各第一導軌相互平行，在第一導軌的兩端分別設有可旋轉的前箱體及后箱體，所述前手臂和后手臂分別安裝在最外側的兩根第一導軌上；所述前手臂和后手臂均具有沿第一導軌移動、在豎直方向升降及在豎直方向旋轉的三個自由度。其中所述前手臂包括第一前移動關節、第一前旋轉關節及第二前移動關節，所述前手臂整體通過第二前移動關節安裝在第一導軌上，通過該第二前移動關節實現沿第一導軌移動的自由度；所述第一前旋轉關節安裝在第二前移動關節上，第一前移動關節與第一前旋轉關節的輸出端相連；前手臂上分別安裝有前行走機構及前夾持機構，所述前行走機構及前夾持機構均安裝在第一前移動關節上；所述第一前移動關節、前行走機構及前夾持機構通過第一前旋轉關節的驅動實現在豎直方向旋轉的自由度，前行走機構及前夾持機構通過第一前移動關節實現在豎直方向升降的自由度；所述后手臂包括第一后移動關節、第一后旋轉關節及第二后移動關節，所述后手臂整體通過第二后移動關節安裝在第一導軌上，通過該第二后移動關節實現沿第一導軌移動的自由度；所述第一后旋轉關節安裝在第二后移動關節上，第一后移動關節與第一后旋轉關節的輸出端相連；后手臂上分別安裝有后行走機構及后夾持機構，所述后行走機構及后夾持機構均安裝在弟一后移動關節上；所述弟一后移動關節、后彳了走機構及后夾持機構通過第一后旋轉關節的驅動實現在豎直方向旋轉的自由度，后行走機構及后夾持機構通過第一后移動關節實現在豎直方向升降的自由度；所述行走機構包括行走輪驅動電機、支架及行走輪，所述夾持機構包括升降機構、夾緊驅動電機、連桿機構及夾緊輪，其中支架安裝在前手臂或后手臂上，行走輪驅動電機設置在所述支架上，所述行走輪位于架空地線的上方，與行走輪驅動電機的輸出軸相連，由行走輪驅動電機驅動在架空地線上行走；所述升降機構安裝在支架上，并與夾緊驅動電機相連，由該夾緊驅動電機驅動升降；所述夾緊輪位于架空地線的下方，通過連桿機構與升降機構連接，由升降機構帶動夾緊或松開架空地線；所述連桿機構包括夾緊連桿及驅動連桿，其中夾緊連桿鉸接在所述支架上，所述夾緊輪連接于夾緊連桿一端，夾緊連桿的另一端與驅動連桿的一端鉸接，驅動連桿的另一端與所述升降機構相連；所述升降機構包括絲杠及絲母，其中絲杠的一端轉動安裝在所述支架上，另一端與所述夾緊驅動電機相連，由夾緊驅動 電機驅動旋轉；所述絲母螺紋連接在絲杠上，所述驅動連桿的另一端與絲母固接；所述支架上安裝有第二導軌，絲母上固接有沿第二導軌上下升降的滑塊，所述驅動連桿的另一端與該滑塊固接；所述升降機構為氣缸，所述驅動連桿的另一端與該氣缸的活塞連接；所述前箱體及后箱體分別通過第二前旋轉關節及第二后旋轉關節安裝在第一導軌上。本實用新型的優點與積極效果為I.本實用新型采用輪臂復合機構，結合了輪式和手臂式機構的特點，既具有沿線行走的功能，還具有跨越障礙的功能。2.適應狹窄工作空間。本實用新型的前后箱體采用分體式結構設計，置于第一導軌兩端的上部，并且箱體與第一導軌通過旋轉關節連接，可適應工作空間小的線路環境。3.越障性能好。本實用新型利用行走輪、夾持機構、手臂和箱體的協調運動，可實現巡檢機器人機構跨越超高壓輸電線路中的多種類型障礙(防震錘、懸垂金具及線夾、壓接管、耐張導軌等)。4.本實用新型夾持機構的夾緊輪通過連桿機構夾緊或松開，不僅減小了所需的運動空間，而且有利于減小巡檢機器人的尺寸和重量。5.安全保護性好。本實用新型的夾緊輪在架空地線的下方夾緊，越障過程中也有至少一個夾緊輪夾緊，因此安全保護性好。6.應用范圍廣。本實用新型適用于超高壓輸電線路環境下的機器人巡檢機構。
圖I為本實用新型的結構示意圖；圖2為圖I中前(后)夾持機構處于夾緊狀態的結構示意圖；圖3為圖I中前(后)夾持機構處于松開狀態的結構示意圖；圖4為超高壓輸電線路的障礙環境示意圖；[0021]圖5a為本實用新型跨越防震錘過程第一個動作描述示意圖；圖5b為本實用新型跨越防震錘過程第二個動作描述示意圖；圖5c為本實用新型跨越防震錘過程第三個動作描述示意圖；圖5d為本實用新型跨越防震錘過程第四個動作描述示意圖；圖6a為本實用新型跨越懸垂金具及線夾過程第一個動作描述示意圖；圖6b為本實用新型跨越懸垂金具及線夾過程第二個動作描述示意·0027]圖6c為本實用新型跨越懸垂金具及線夾過程第三個動作描述示意圖；圖6d為本實用新型跨越懸垂金具及線夾過程第四個動作描述示意圖；其中1為前行走機構，2為后行走機構，3為前夾持機構，4為后夾持機構，5為前手臂，501為第一前移動關節,502為第一前旋轉關節,503為第二前移動關節,6為后手臂，601為第一后移動關節，602為第一后旋轉關節，603為第二后移動關節，7為前箱體，701為第二前旋轉關節，8為后箱體,801為第二后旋轉關節,9為第一導軌,10為行走輪驅動電機，11為支架，12為行走輪,13為夾緊連桿，14為驅動連桿，15為絲杠，16為絲母,17為夾緊驅動電機，18為夾緊輪，19為轉動支撐點，20為架空地線，21為滑塊，22為第二導軌，23為絕緣子，24為第一防振錘，25為懸垂金具及線夾，26為第二防振錘。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。如圖I所示，本實用新型包括前箱體7、后箱體8、第一導軌9及結構相同的前手臂5和后手臂6，其中前手臂5上分別安裝前行走機構I和前夾持機構3，后手臂6上分別安裝后行走機構2和后夾持機構4，前箱體7與后箱體8結構相同；前行走機構I和前夾持機構3分別位于架空地線20的上方及下方，后行走機構2和后夾持機構4分別位于架空地線20的上方及下方。第一導軌9至少為兩根(本實施例為三根)，各第一導軌相互平行，前箱體7及后箱體8分別通過第二前旋轉關節701和第二后旋轉關節801可旋轉地安裝在第一導軌9兩端的上部，前手臂5和后手臂6分別安裝在最外側的兩根第一導軌9上。前手臂5和后手臂6均具有沿第一導軌9移動、在豎直方向升降及在豎直方向旋轉的三個自由度。前手臂5包括第一前移動關節501、第一前旋轉關節502及第二前移動關節503，所述前手臂5整體通過第二前移動關節503安裝在第一導軌9上，通過該第二前移動關節503實現沿第一導軌9移動的自由度；所述第一前旋轉關節502安裝在第二前移動關節503上，第一前移動關節501與第一前旋轉關節502的輸出端相連，前行走機構I及前夾持機構3均安裝在第一前移動關節501上；第一前移動關節501、前行走機構I及前夾持機構3通過第一前旋轉關節502的驅動實現在豎直方向旋轉的自由度，前行走機構I及前夾持機構3通過第一前移動關節501實現在豎直方向升降的自由度。后手臂6包括第一后移動關節601、第一后旋轉關節602及第二后移動關節603，所述后手臂6整體通過第二后移動關節603安裝在第一導軌9上，通過該第二后移動關節603實現沿第一導軌9移動的自由度；所述第一后旋轉關節602安裝在第二后移動關節603上，弟一后移動關節601與弟一后旋轉關節602的輸出端相連，后彳了走機構2及后夾持機構4均安裝在弟一后移動關節601上；弟一后移動關節601、后彳了走機構2及后夾持機構4通過第一后旋轉關節602的驅動實現在豎直方向旋轉的自由度，后行走機構2及后夾持機構4通過第一后移動關節601實現在豎直方向升降的自由度。如圖2、圖3所示，前行走機構I與后行走機構2結構相同，包括行走輪驅動電機
10、支架11及行走輪3 ;前夾持機構3與后夾持機構4結構相同，包括升降機構、夾緊驅動電機17、連桿機構及夾緊輪18，其中連桿機構包括夾緊連桿13及驅動連桿14，升降機構可為絲杠15及絲母16結構，或為氣缸，本實施例為絲杠15及絲母16的結構。前、后手臂5、6上的支架11分別安裝在第一前移動關節501和第一后移動關節601上，行走輪驅動電機10固定在所述支架11上，行走輪12位于架空地線20的上方，與行走輪驅動電機10的輸出軸相連，由行走輪驅動電機10驅動在架空地線20上行走。絲杠15的一端(上端)轉動安裝在支架11上，另一端(下端)與夾緊驅動電機17的輸出軸連接，由夾緊驅動電機17驅動旋轉；絲母16螺紋連接在絲杠15上，當絲杠15旋轉時沿絲杠 15升降。為了使夾緊輪18在升降過程中運動平穩，在支架11上固接有第二導軌22，絲母16上則固接一個滑塊21，該滑塊21沿第二導軌22上下升降。夾緊連桿13鉸接在所述支架11上，夾緊輪18固接在夾緊連桿13 —端，夾緊連桿13的另一端與驅動連桿14的一端鉸接，驅動連桿14的另一端固接在滑塊21上；夾緊輪18位于架空地線20的下方，通過連桿機構及升降機構的帶動夾緊或松開架空地線20。若升降機構為氣缸，則驅動連桿14的另一端與該氣缸的活塞連接。如圖4所示，為超高壓輸電線路的障礙環境示意圖，在架空地線20上主要的障礙物為第一防振錘24、絕緣子23、懸垂金具及線夾25、第二防振錘26等。本實用新型由伺服電機驅動，通過行走輪、夾持機構、手臂和箱體的協調運動，可沿架空地線20跨越桿塔處的障礙。具體為如圖5a 5d所示，前、后行走機構1、2中的行走輪驅動電機10工作，驅動行走輪12在架空地線20上行走，前、后夾持機構3、4中的夾緊輪18均處于圖2的夾緊狀態；當行走至到第一防振錘24附近，前手臂5和后手臂6通過第二前移動關節503及第二后移動關節603的作用沿經一導軌9向后箱體8的方向運動，將重心移動到后手臂6的下方；前夾持機構3中的夾緊驅動電機17工作，使絲母16沿絲杠15向上運動，由于驅動連桿14與滑塊21固接，通過絲母16的向上運動，實現夾緊連桿13和驅動連桿14繞轉動支撐點19轉動；由于夾緊輪18與夾緊連桿13固接，因此實現夾緊輪18從架空地線20下方松開；然后第一前移動關節501伸長，帶動前夾持機構3和前行走機構I升高，前行走機構I中的行走輪12脫離架空地線20 ;后行走機構2中的行走輪驅動電機10驅動巡檢機器人機構繼續前進，當行走至前手臂5處于第一防震錘12的右側時停止；此時，前行走機構I、前夾持機構3和前手臂5已越過第一防震錘12,第一前移動關節501收縮,前行走機構I中的行走輪12重新落回至架空地線20上；前夾持機構3中的夾緊驅動電機17反轉，使絲母16向下運動，進而使夾緊連桿13及驅動連桿14繞轉動支撐點19轉動，夾緊輪18重新夾緊架空地線20 ;前手臂5和后手臂6通過第二前移動關節503及第二后移動關節603的作用沿第一導軌9向前箱體7運動，將巡檢機器人機構的重心移動到前手臂5和后手臂6中間，后手臂6跨越第一防震錘12的過程與前手臂5相同。本實用新型巡檢機器人機構跨越懸垂金具及線夾25的過程如圖6a 6d所示，前、后行走機構1、2中的行走輪驅動電機10驅動各自的行走輪12在架空地線20上行走至懸垂金具及線夾25附近，前手臂5和后手臂6通過第二前移動關節503及第二后移動關節603沿第一導軌9向前箱體7方向運動,將巡檢機器人機構的重心移動至前手臂5的下方，后夾持機構4按上述操作使夾緊輪18松開架空地線20，第一后移動關節601伸長，帶動后夾持機構4和后行走機構2升高，后行走機構2中的行走輪12脫離架空地線20 ;然后第一后旋轉關節602順時針轉動，后夾持機構4和后行走機構2旋轉脫離架空地線20 ;第二后移動關節603帶動后手臂6向前箱體7的方向運動，后手臂6沿第一導軌9運動至懸垂金具及線夾25的另一側，此時由于后手臂6的向前移動，后手臂6推動前箱體7在第二前旋轉關節701的作用下被動地沿順時針旋轉；后手臂6的第一后旋轉關節602再逆時針轉動，后夾持機構4和后行走機構2重新回到架空地線20的上方，第二后移動關節603向后箱體8的方向移動，同時前箱體7再逆時針旋轉回到初始位置；第一后移動關節601收縮，后行走機構2中的行走輪12重新落回到架空地線20上，后夾持機構4再按上述操作，使夾緊輪 18由下至上夾緊架空地線20。前手臂5跨越懸垂金具及線夾25的過程與后手臂6相同。
權利要求1.一種適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，其特征在于包括前箱體(7)、后箱體(8)、第一導軌(9)及結構相同的前手臂(5)和后手臂(6)，其中前手臂(5)和后手臂(6)上均安裝有行走機構及夾持機構，所述行走機構和夾持機構分別位于架空地線(20)的上方及下方；所述第一導軌(9)至少為兩根，各第一導軌相互平行，在第一導軌(9)的兩端分別設有可旋轉的前箱體(7)及后箱體(8)，所述前手臂(5)和后手臂(6)分別安裝在最外側的兩根第一導軌(9)上；所述前手臂(5)和后手臂(6)均具有沿第一導軌(9)移動、在豎直方向升降及在豎直方向旋轉的三個自由度。
2.按權利要求I所述適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，其特征在于所述前手臂(5)包括第一前移動關節(501)、第一前旋轉關節(502)及第二前移動關節(503)，所述前手臂(5)整體通過第二前移動關節(503)安裝在第一導軌(9)上，通過該第二前移動關節(503)實現沿第一導軌(9)移動的自由度；所述第一前旋轉關節(502)安裝在第二前移動關節(503)上，第一前移動關節(501)與第一前旋轉關節(502)的輸出端相連；前手臂(5)上分別安裝有前行走機構(I)及前夾持機構(3)，所述前行走機構(I)及前夾持機構 (3)均安裝在第一前移動關節(501)上；所述第一前移動關節(501)、前行走機構(I)及前夾持機構(3)通過第一前旋轉關節(502)的驅動實現在豎直方向旋轉的自由度，前行走機構(I)及前夾持機構(3)通過第一前移動關節(501)實現在豎直方向升降的自由度。
3.按權利要求I所述適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，其特征在于所述后手臂(6)包括第一后移動關節￠01)、第一后旋轉關節(602)及第二后移動關節出03)，所述后手臂(6)整體通過第二后移動關節(603)安裝在第一導軌(9)上，通過該第二后移動關節(603)實現沿第一導軌(9)移動的自由度；所述第一后旋轉關節(602)安裝在第二后移動關節(603)上，第一后移動關節(601)與第一后旋轉關節(602)的輸出端相連；后手臂(6)上分別安裝有后彳丁走機構(2)及后夾持機構(4),所述后彳丁走機構(2)及后夾持機構(4)均安裝在第一后移動關節(601)上；所述第一后移動關節(601)、后行走機構(2)及后夾持機構(4)通過第一后旋轉關節￠02)的驅動實現在豎直方向旋轉的自由度，后行走機構(2)及后夾持機構(4)通過第一后移動關節(601)實現在豎直方向升降的自由度。
4.按權利要求I所述適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，其特征在于所述行走機構包括行走輪驅動電機(10)、支架(11)及行走輪(3)，所述夾持機構包括升降機構、夾緊驅動電機(17)、連桿機構及夾緊輪(18)，其中支架(11)安裝在前手臂(5)或后手臂(6)上，行走輪驅動電機(10)設置在所述支架(11)上，所述行走輪(12)位于架空地線(20)的上方，與行走輪驅動電機(10)的輸出軸相連，由行走輪驅動電機(10)驅動在架空地線(20)上行走；所述升降機構安裝在支架(11)上，并與夾緊驅動電機(17)相連，由該夾緊驅動電機(17)驅動升降；所述夾緊輪(18)位于架空地線(20)的下方，通過連桿機構與升降機構連接，由升降機構帶動夾緊或松開架空地線(20)。
5.按權利要求4所述適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，其特征在于所述連桿機構包括夾緊連桿(13)及驅動連桿(14)，其中夾緊連桿(13)鉸接在所述支架(11)上，所述夾緊輪(18)連接于夾緊連桿(13) —端，夾緊連桿(13)的另一端與驅動連桿(14)的一端鉸接，驅動連桿(14)的另一端與所述升降機構相連。
6.按權利要求5所述適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，其特征在于所述升降機構包括絲杠(15)及絲母(16)，其中絲杠(15)的一端轉動安裝在所述支架(11)上，另一端與所述夾緊驅動電機(17)相連，由夾緊驅動電機(17)驅動旋轉；所述絲母(16)螺紋連接在絲杠(15)上，所述驅動連桿(14)的另一端與絲母(16)固接。
7.按權利要求6所述適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，其特征在于所述支架(11)上安裝有第二導軌(22)，絲母(16)上固接有沿第二導軌(22)上下升降的滑塊(21)，所述驅動連桿(14)的另一端與該滑塊(21)固接。
8.按權利要求5所述適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，其特征在于所述升降機構為氣缸，所述驅動連桿(14)的另一端與該氣缸的活塞連接。
9.按權利要求I所述適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，其特征在于所述前箱體(7)及后箱體(8)分別通過第二前旋轉關節(701)及第二后旋轉關節(801)安裝在第一導軌(9)上。
專利摘要本實用新型涉及移動機器人機構，具體地說是一種適用于狹窄巡檢工作空間的巡檢機器人機構，包括前箱體、后箱體、第一導軌及結構相同的前手臂和后手臂，其中前手臂和后手臂上均安裝有行走機構及夾持機構，所述行走機構和夾持機構分別位于架空地線的上方及下方；所述第一導軌至少為兩根，各第一導軌相互平行，在第一導軌的兩端分別設有可旋轉的前箱體及后箱體，所述前手臂和后手臂分別安裝在最外側的兩根第一導軌上；所述前手臂和后手臂均具有沿第一導軌移動、在豎直方向升降及在豎直方向旋轉的三個自由度。本實用新型采用輪臂復合機構，結合了輪式和手臂式機構的特點，既具有沿線行走的功能，還具有跨越障礙的功能。
文檔編號B25J11/00GK202763841SQ201220456629
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者王洪光, 凌烈, 劉愛華, 孫鵬, 景鳳仁 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所