專利名稱：高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高壓線行走機(jī)器人，尤其是涉及一種工作于高壓輸電線上實現(xiàn)機(jī)器人行走和夾持功能的運動機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高壓電網(wǎng)硬件設(shè)備的維護(hù)是危險性高不可忽視的工作，如高壓輸電線路的巡檢維護(hù)、冰凍災(zāi)害發(fā)生時冰雪附著物的去除等(參見文獻(xiàn)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(jī)器人代替人工作業(yè)將是未來發(fā)展的必然趨勢，機(jī)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(fā)生打滑現(xiàn)象，因此需要增大摩擦力來實現(xiàn)對機(jī)器人的有效驅(qū)動(參見文獻(xiàn)Montambault, S. and Pouliot, N. 2007, "Design and Validation of a Mobile Robot for Power Line Inspection and Maintenance)，該文獻(xiàn)表明現(xiàn)有機(jī)構(gòu)耗能多、效率低，線上爬坡能力及越障能力有限，安全保護(hù)性能差，難以應(yīng)用于實際輸電線路的巡視及維護(hù)中。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、爬坡行走及越障功能強大，且安全保護(hù)性好的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)。為達(dá)到上述目的，本實用新型是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括用于在高壓線上行走的輪式行走機(jī)構(gòu)和用于夾持高壓線并提供正壓力的爪式夾持機(jī)構(gòu)，輪式行走機(jī)構(gòu)和爪式夾持機(jī)構(gòu)都設(shè)置在機(jī)器人框架上，且所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)成對使用。上述的輪式行走機(jī)構(gòu)包括行走驅(qū)動電機(jī)和行走輪，其中，行走驅(qū)動電機(jī)設(shè)置在機(jī)器人框架外側(cè)，行走輪設(shè)置在機(jī)器人框架內(nèi)，且行走輪通過輪軸與行走驅(qū)動電機(jī)連接，此外，行走輪采用鋁合金輪轂，且輪槽內(nèi)壓接有天然橡膠。上述的爪式夾持機(jī)構(gòu)包括夾持驅(qū)動電機(jī)、蝸輪蝸桿副、絲杠絲母副、提升板和夾持爪，其中，夾持驅(qū)動電機(jī)固定在機(jī)器人框架外側(cè)，其輸出軸與蝸輪蝸桿副中的蝸桿連接，與蝸桿嚙合的蝸輪設(shè)置在絲杠絲母副中的絲杠頂端，與絲杠配合連接的絲母則設(shè)置在提升板上，提升板套裝在與絲杠平行設(shè)置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌設(shè)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(zhuǎn)軸與爪中連接，且旋轉(zhuǎn)軸處還設(shè)置有扭簧，扭簧與旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸垂直相交連接，所述的爪中可繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并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(shè)置，此外，在機(jī)器人框架上還設(shè)置有擋軸，所述的擋軸外緣與爪中外側(cè)表面形成非固定式相切接觸，而在擋軸上還設(shè)置有滾動軸承，所述的滾動軸承的外緣與上述的爪中外側(cè)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(zhuǎn)。本實用新型的有益效果是1、驅(qū)動能力強本實用新型采用的輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)便于機(jī)器人在高壓線上行走和越障，當(dāng)高壓線坡度較大，機(jī)器人行走輪在輸電線上行走打滑時，爪式夾持機(jī)構(gòu)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(jī)器人的驅(qū)動能力。2、結(jié)構(gòu)緊湊本實用新型使用一個電機(jī)，通過巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了夾持機(jī)構(gòu)開合與提升兩個動作，從而減輕了整個結(jié)構(gòu)的重量，降低了系統(tǒng)的控制難度，提高了控制系統(tǒng)可靠性。3、夾持效率高本實用新型中的爪式夾持機(jī)構(gòu)，通過欠驅(qū)動的原理將夾持機(jī)構(gòu)的開合與提升動作分開，能量轉(zhuǎn)換效率高。4、應(yīng)用范圍廣本實用新型可廣泛用于高壓線巡檢及高壓線冰雪附著物去除等機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)。

圖1為本實用新型的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合結(jié)構(gòu)主視圖；圖2為本實用新型所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)閉合示意圖；圖3為本實用新型所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)夾緊示意圖；圖4為本實用新型一實施例的應(yīng)用示意圖。附圖中主要標(biāo)記含義如下1、行走輪 2、行走驅(qū)動電機(jī)5、蝸輪6、絲杠9、提升板 10、爪跟13、爪中14、爪尖。
3、夾持驅(qū)動電機(jī) 7、導(dǎo)軌 11、擋軸
4、蝸桿 8、絲母 12、旋轉(zhuǎn)軸
具體實施方式
以下結(jié)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(jī)器人輪爪復(fù)合結(jié)構(gòu)主視圖；圖2為本實用新型所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)閉合示意圖；圖3為本實用新型所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)夾緊示意圖；圖4 為本實用新型一實施例的應(yīng)用示意圖。如圖1-圖4所示一種高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，包括用于在高壓線上行走的輪式行走機(jī)構(gòu)和用于夾持高壓線并提供正壓力的爪式夾持機(jī)構(gòu)，輪式行走機(jī)構(gòu)和爪式夾持機(jī)構(gòu)都設(shè)置在機(jī)器人框架上，且所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)成對使用。上述的輪式行走機(jī)構(gòu)包括行走驅(qū)動電機(jī)2和行走輪1，其中，行走驅(qū)動電機(jī)2設(shè)置在機(jī)器人框架外側(cè)，行走輪1設(shè)置在機(jī)器人框架內(nèi)，且行走輪1通過輪軸與行走驅(qū)動電機(jī)2 連接，此外，本實用新型所述的行走輪1采用鋁合金輪轂，并在輪槽內(nèi)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(jī)構(gòu)包括夾持驅(qū)動電機(jī)3、蝸輪蝸桿副、絲杠絲母副、提升板9和夾持爪，其中，夾持驅(qū)動電機(jī)3固定在機(jī)器人框架外側(cè)，其輸出軸與蝸輪蝸桿副中的蝸桿4 連接，與蝸桿4嚙合的蝸輪5設(shè)置在絲杠絲母副中的絲杠6頂端，與絲杠6配合連接的絲母 8則設(shè)置在提升板9上，提升板9套裝在與絲杠6平行設(shè)置的導(dǎo)軌7上，在本實施方式中，導(dǎo)軌7設(shè)置有兩條，但本實用新型并不僅限于設(shè)置有2條平行的光滑導(dǎo)軌7，具體導(dǎo)軌7的數(shù)量可根據(jù)實際機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)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(xiàn)爪式夾持機(jī)構(gòu)在電機(jī)斷電后仍然保持夾緊狀態(tài)，其利用蝸輪蝸桿副實現(xiàn)爪式夾持機(jī)構(gòu)的自鎖功能，用絲杠絲母副將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為直線運動，實現(xiàn)了夾持機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)軸12與爪中13連接，且旋轉(zhuǎn)軸12處還設(shè)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(zhuǎn)軸12同軸心，使得爪中13可繞旋轉(zhuǎn)軸12被動旋轉(zhuǎn)，并可隨爪跟10 —起在提升板9的帶動下上下運動，當(dāng)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(zhuǎn)軸12旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)夾持機(jī)構(gòu)的打開動作，而上述的爪中13與爪尖14則通過轉(zhuǎn)軸垂直相交連接，爪尖14可自由旋轉(zhuǎn)，上述的爪尖14、爪中13和爪跟10各為兩個，且相對設(shè)置。 此外，在機(jī)器人框架上還設(shè)置有擋軸11，所述的擋軸11外緣與爪中13外側(cè)表面形成非固定式相切接觸，在擋軸11上還設(shè)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(cè)表面相切接觸，但不固連，實現(xiàn)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?yōu)闈L動摩擦，減小了能量損耗。為了減小機(jī)器人在高壓線上行走時其爪式夾持機(jī)構(gòu)對高壓線造成的損傷，本實用新型所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)與高壓線接觸部分的爪尖14采用非金屬材料ABS或電木，爪尖14 可自由旋轉(zhuǎn)，使機(jī)器人行走時爪尖14相對高壓線滾動，實現(xiàn)滑動摩擦轉(zhuǎn)為滾動摩擦。本實用新型的工作過程為行走驅(qū)動電機(jī)2通電后驅(qū)動行走輪1正向或反向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機(jī)器人在輸電線上前進(jìn)或后退。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(tài)，夾持驅(qū)動電機(jī)3驅(qū)動蝸桿4轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動蝸輪5及絲杠6轉(zhuǎn)動，絲杠6帶動絲母8及提升板9沿光滑導(dǎo)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(zhuǎn)軸12旋轉(zhuǎn)閉合，至如圖2所示的閉合狀態(tài)時，此時爪尖14處于水平姿態(tài)，并保持水平姿態(tài)同爪中13 —起提升，爪尖14繼續(xù)提升接觸到高壓線，如圖3所示此時夾持機(jī)構(gòu)處于夾緊狀態(tài)，此時夾持驅(qū)動電機(jī)3斷電后，由于蝸輪5及蝸桿4的自鎖作用， 夾持機(jī)構(gòu)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，并提供正壓力，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(hù)機(jī)器人在線上安全行走，不被風(fēng)吹落脫線。釋放動作釋放動作與夾持動作相反，夾持驅(qū)動電機(jī)3驅(qū)動蝸桿4反向轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動蝸輪5 及絲杠6轉(zhuǎn)動，絲杠6帶動絲母8及提升板9沿光滑導(dǎo)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(xù)向下移動，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸12在水平方向低于擋軸11時，爪中13在扭簧力的作用下開始繞旋轉(zhuǎn)軸12旋轉(zhuǎn)，使得爪式夾持機(jī)構(gòu)張開至圖1所示狀態(tài)。如圖4所示本實用新型中的爪式夾持機(jī)構(gòu)設(shè)置有2組，且成對使用，兩個輪式行走機(jī)構(gòu)各配備一個爪式夾持機(jī)構(gòu)，單個輪式行走機(jī)構(gòu)同時配備兩個爪式夾持機(jī)構(gòu)亦在本實用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。上述實施例不以任何形式限制本實用新型，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括用于在高壓線上行走的輪式行走機(jī)構(gòu)和用于夾持高壓線并提供正壓力的爪式夾持機(jī)構(gòu)，輪式行走機(jī)構(gòu)和爪式夾持機(jī)構(gòu)都設(shè)置在機(jī)器人框架上，且所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)成對使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的輪式行走機(jī)構(gòu)包括行走驅(qū)動電機(jī)和行走輪，行走驅(qū)動電機(jī)設(shè)置在機(jī)器人框架外側(cè)，行走輪設(shè)置在機(jī)器人框架內(nèi)，且行走輪通過輪軸與行走驅(qū)動電機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的行走輪采用鋁合金輪轂，且輪槽內(nèi)壓接有天然橡膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)包括夾持驅(qū)動電機(jī)、蝸輪蝸桿副、絲杠絲母副、提升板和夾持爪，夾持驅(qū)動電機(jī)固定在機(jī)器人框架外側(cè)，其輸出軸與蝸輪蝸桿副中的蝸桿連接，與蝸桿嚙合的蝸輪設(shè)置在絲杠絲母副中的絲杠頂端，與絲杠配合連接的絲母則設(shè)置在提升板上，提升板套裝在與絲杠平行設(shè)置的導(dǎo)軌上，而夾持爪的一端固定在提升板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，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(zhuǎn)軸與爪中連接，且旋轉(zhuǎn)軸處還設(shè)置有扭簧，而爪中與爪尖則通過轉(zhuǎn)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(shè)置，此外，在機(jī)器人框架上還設(shè)置有擋軸，所述的擋軸外緣與爪中外側(cè)表面形成非固定式相切接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的擋軸上還設(shè)置有滾動軸承，所述的滾動軸承的外緣與上述的爪中外側(cè)表面相切接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的扭簧與旋轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求5所述的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的爪尖的材料為非金屬材料ABS或電木。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的導(dǎo)軌設(shè)置有兩條。
專利摘要本實用新型涉及一種高壓線行走機(jī)器人輪爪復(fù)合機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括用于在高壓線上行走的輪式行走機(jī)構(gòu)和用于夾持高壓線并提供正壓力的爪式夾持機(jī)構(gòu)，輪式行走機(jī)構(gòu)和爪式夾持機(jī)構(gòu)都設(shè)置在機(jī)器人框架上，且所述的爪式夾持機(jī)構(gòu)成對使用。本實用新型采用欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)的原理，用一個電機(jī)驅(qū)動夾持機(jī)構(gòu)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和移動兩種運動方式；采用自鎖機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)夾持機(jī)構(gòu)閉合后自動鎖緊，減小能耗；本實用新型結(jié)構(gòu)小巧新穎，夾持效率高，應(yīng)用范圍廣。
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(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者張建偉, 王魯單, 程勝, 趙廣志 申請人:昆山市工業(yè)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司