專利名稱：架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人結(jié)構(gòu)，具體講是涉及一種用于沿架空線纜行走和越障
的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，屬機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電能傳輸必須依靠高壓輸電線路。由于輸電線路分布點(diǎn)多面廣，所處地形復(fù)雜，自 然環(huán)境惡劣，電力線及桿塔附件長(zhǎng)期暴露在野外，因受到持續(xù)的機(jī)械張力、電氣閃絡(luò)、材料 老化的影響而產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷，必須及時(shí)修復(fù)或更換。所以，必須對(duì)輸電線路 進(jìn)行定期巡視檢查，隨時(shí)掌握和了解輸電線路的運(yùn)行情況，線路周圍環(huán)境和線路保護(hù)區(qū)的 變化情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除隱患，預(yù)防事故的發(fā)生，確保供電安全。目前架空高壓輸電 線路的運(yùn)行維護(hù)工作基本還是采用傳統(tǒng)的人工巡檢的方式，工作難度大，危險(xiǎn)性高，勞動(dòng)量 大，特別是對(duì)山區(qū)和跨越大江大河的輸電線路的巡檢，存在很大的困難，甚至有一些巡檢項(xiàng) 目靠常規(guī)方法難以完成。因此，利用機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)巡線成為保障線路安全運(yùn)行的一種必 要手段。如果使用輸電線路巡檢機(jī)器人巡檢線路，則可以降低高壓線路運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，提高 巡檢作業(yè)效率，保證線路維護(hù)質(zhì)量。 國(guó)外在巡線機(jī)器人領(lǐng)域的研究起步較早，從20世紀(jì)80年代末開始，日本東京電力
公司、美國(guó)TRC公司等先后開展了巡線機(jī)器人的研究工作。但他們研制的巡線機(jī)器人一般
需要人工參與，或只能完成兩線塔之間電力線路的檢查，作業(yè)范圍小，自治程度低。另外文
獻(xiàn)資料表明，當(dāng)前巡檢架空線纜的移動(dòng)機(jī)器人的研制瓶頸在于研制出可快速靈活跨越障礙
的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)器人不僅能沿相線快速行走，而且還要跨越防震錘、耐張線夾、懸垂線夾、轉(zhuǎn)
彎、弓子線等諸多障礙，并且線路與障礙物的相對(duì)位置和形態(tài)還具有不固定的特點(diǎn)，故要求
機(jī)器人必須具有靈巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)，否則不可能完成巡線任務(wù)。其中越障能力又是巡線機(jī)器人
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。由于機(jī)器人懸掛在架空線上，越障時(shí)既要保證機(jī)器人姿態(tài)平穩(wěn)，又要保證與
其它導(dǎo)線和桿塔金屬部件及拉線的安全間距，并且還要容易控制，因此設(shè)計(jì)難度非常大。 巡線機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)，涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動(dòng)控制、通信、傳感
器信息融合、電源技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)研制的巡檢機(jī)器人大多體積龐大、機(jī)構(gòu)
復(fù)雜，在越障過程中多采用靜態(tài)行走，能源損耗較大、所需關(guān)節(jié)扭矩大，而且耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，
成本也較高。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的線纜攀援機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、所需關(guān)節(jié)扭矩大、越障能力不 足等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、能耗低、越障能力強(qiáng)的架空 線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在架空線纜上行走，并且能夠越過線纜上的各種 障礙。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是 —種架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，包括左手臂、右手臂、攝像頭、無(wú)線數(shù) 傳模塊、電源、驅(qū)動(dòng)器和和控制器，其特征在于所述的左手臂和右手臂結(jié)構(gòu)一致，分別包括手臂本體、腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線路適配器和電機(jī)，所述的線路適配器依次通過腕俯
仰關(guān)節(jié)、腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)安裝在手臂本體的末端上，腕俯仰關(guān)節(jié)和腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別通過減速器 與電機(jī)相連，由各個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；在所述的手臂本體上安裝有滾珠絲杠，滾珠絲杠與 驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，滑塊與滾珠絲杠配合；在左右手臂上的滑塊之間安裝有主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。 前述的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的線路適配器為輪 式移動(dòng)結(jié)構(gòu)、常規(guī)手爪結(jié)構(gòu)或輪爪復(fù)合結(jié)構(gòu)。 前述的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的攝像頭、無(wú)線數(shù) 傳模塊、電源、驅(qū)動(dòng)器和控制器安裝在左右手臂外側(cè)。 前述的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的腕俯仰關(guān)節(jié)為水 平轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為豎直轉(zhuǎn)動(dòng)副。 前述的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為水 平轉(zhuǎn)動(dòng)副。 本實(shí)用新型的有益效果是 1、行走規(guī)劃簡(jiǎn)單本實(shí)用新型采用擬猿猴攀援線纜的行走步態(tài)，兩個(gè)手臂交替前 進(jìn)，通過調(diào)整主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和滑塊的位移可以調(diào)整兩個(gè)線路適配器之間的距離，從而控制行 走步距。 2、越障能力強(qiáng)不但可以跨越直線上的障礙，對(duì)于有轉(zhuǎn)角的線路也可以實(shí)現(xiàn)行走
跨越。可以通過控制左右手臂上的水平轉(zhuǎn)動(dòng)副、豎直轉(zhuǎn)動(dòng)副以及主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的水平轉(zhuǎn)動(dòng)副
的轉(zhuǎn)角，調(diào)整兩個(gè)線路適配器之間的相對(duì)的姿態(tài)，從而滿足跨越不同障礙的要求。
3、關(guān)節(jié)所需扭矩小、能耗低通過滾珠絲杠和滑塊，可以把左右手臂重心調(diào)整在主
旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)位置附近，避免或減少主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)需要對(duì)重力做功，從而可以降低此主旋
轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的扭矩要求。 4、工作空間大本實(shí)用新型不但可以通過滾珠絲杠和滑塊來(lái)改變手臂有效長(zhǎng)度， 還可以通過兩個(gè)手臂之間的主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)改變左右手臂間的夾角，從而可以進(jìn)一步擴(kuò)大兩 個(gè)線路適配器之間的距離。 5、本實(shí)用新型應(yīng)用范圍廣，可以應(yīng)用于沿各種架空線纜移動(dòng)完成檢測(cè)等作業(yè)的機(jī) 器人，也可應(yīng)用于線纜攀援教育娛樂機(jī)器人等。

圖1為本實(shí)用新型的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的行走過程第一個(gè)動(dòng)作描述示意圖； 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的行走過程第二個(gè)動(dòng)作描述示意圖； 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的行走過程第三個(gè)動(dòng)作描述示意圖； 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的行走過程第四個(gè)動(dòng)作描述示意圖； 圖6、7為本實(shí)用新型的越障過程描述示意圖； 圖8為本實(shí)用新型的越障過程的側(cè)面描述示意圖。
具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。[0027] 圖1為本實(shí)用新型的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1 所示，本實(shí)用新型的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，包括左手臂1、右手臂2、主旋轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié)3和電源、攝像頭及自我維持系統(tǒng)等，左手臂1與右手臂2結(jié)構(gòu)相同，為大行程伸縮機(jī) 構(gòu)，其中每一手臂包括手臂本體、腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線路適配器和電機(jī)等，其中左線 路適配器7通過左腕俯仰關(guān)節(jié)6、左腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5安裝在左手臂本體的末端上，右線路適配 器8通過右腕俯仰關(guān)節(jié)9、右腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)10安裝在右手臂本體的末端上，所有的腕俯仰關(guān)節(jié) 和腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)都分別通過減速器與電機(jī)相連，由各個(gè)電機(jī)分別帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)左右線路適 配器的角度調(diào)整。在左右手臂本體上安裝有滾珠絲杠，滾珠絲杠與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，左右滑塊 4、11分別與左右滾珠絲杠配合，通過滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)左右滑塊4、11的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn) 左右手臂本體的位置的移動(dòng)。在左右滑塊4、 11之間連接有主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3，主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3為 一個(gè)水平轉(zhuǎn)動(dòng)副，用于調(diào)節(jié)兩臂間的夾角，左右手臂可以圍繞主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整 兩線路適配器之間的位置，實(shí)現(xiàn)行走和越障。 左右線路適配器7、8可以采用輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)、常規(guī)手爪結(jié)構(gòu)或輪爪復(fù)合結(jié)構(gòu)，與 輸電線12相抓持；同時(shí)可以根據(jù)線路環(huán)境更改尺寸。應(yīng)用于巡線工作的工具，如攝像頭、無(wú) 線數(shù)傳模塊以及機(jī)器人的自我維持系統(tǒng)電源、驅(qū)動(dòng)器和控制器等部件可以安裝在左右手臂 外側(cè)沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。 左右腕俯仰關(guān)節(jié)6、9為水平轉(zhuǎn)動(dòng)副，左右腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5、 10為豎直轉(zhuǎn)動(dòng)副，這樣可 以使每個(gè)手臂都有3個(gè)自由度，單個(gè)手臂線路適配器與輸電線12相抓持時(shí)機(jī)器人具有7個(gè) 自由度，脫線手臂的線路適配器可實(shí)現(xiàn)三維平動(dòng)和三維轉(zhuǎn)動(dòng)，即可以以任意姿態(tài)到達(dá)運(yùn)動(dòng) 空間內(nèi)的任意位置。本實(shí)用新型可通過左、右手臂的線路適配器的交替脫、掛線，并配合主 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在輸電線12上的前進(jìn)與后退及線路障礙的跨越，也可以通過在線 路適配器上安裝輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人在無(wú)障礙線路上移動(dòng)。 本實(shí)用新型的工作過程為 線路行走過程 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的行走過程第一個(gè)動(dòng)作描述示意圖；圖3為本實(shí)用新型 實(shí)施例的行走過程第二個(gè)動(dòng)作描述示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的行走過程第三個(gè)動(dòng) 作描述示意圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的行走過程第四個(gè)動(dòng)作描述示意圖。 如圖2所示，通過同時(shí)調(diào)整兩個(gè)手臂的腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、腕俯仰關(guān)節(jié)、滑塊位置以及旋 轉(zhuǎn)主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3，具體為調(diào)整右手臂2上的滾珠絲杠，使右手臂滑塊11位于右手臂2的重 心位置，同時(shí)調(diào)整左手臂1上的滾珠絲杠和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3，保證左、右線路適配器7、8在線 路上的位置不變，同時(shí)調(diào)整左、右手臂上的腕俯仰關(guān)節(jié)6、9保證線路適配器的姿態(tài)不變，調(diào) 整完成后左手臂l處于豎直狀態(tài)。由于這個(gè)動(dòng)作過程中兩個(gè)線路適配器并沒有離開輸電線 12，仍然掛在輸電線12上，有效減少了動(dòng)作過程中的關(guān)節(jié)負(fù)載。完成圖2所示動(dòng)作后，進(jìn)行 圖3所示的動(dòng)作。以左手臂1為支撐，主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3帶動(dòng)右手臂2旋轉(zhuǎn)脫離線路，右手臂2 轉(zhuǎn)過一定角度后，調(diào)整右手臂2上的右腕腕俯仰關(guān)節(jié)9，使右線路適配器8與輸電線1 2接 觸。右手臂2掛上線后，如圖4所示，調(diào)整左手臂1上的滾珠絲杠，使左手臂滑塊4位于左 手臂1的重心位置，同時(shí)調(diào)整右手臂2上的滾珠絲杠和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3，保證左、右線路適配器 7、8在輸電線12上的位置不變，同時(shí)調(diào)整左、右腕俯仰關(guān)節(jié)6、9保證線路適配器的姿態(tài)不 變，調(diào)整完成后右手臂2處于豎直狀態(tài)。如圖5所示，此時(shí)以右手臂2為支撐，主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3帶動(dòng)左手臂1旋轉(zhuǎn)脫離輸電線12，當(dāng)左手臂1轉(zhuǎn)過一定角度，左線路適配器7重新落在輸 電線12上時(shí)，便完成了一個(gè)完整的線路行走過程。按照這個(gè)動(dòng)作序列，機(jī)器人雙臂交替前 進(jìn)，實(shí)現(xiàn)在線路上行走。 跨越障礙過程 圖6、7為本實(shí)用新型的越障過程描述示意圖；圖8為本實(shí)用新型的越障過程的側(cè) 面描述示意圖。 當(dāng)輸電線12上有障礙時(shí)，機(jī)器人可以越過障礙繼續(xù)前進(jìn)。如圖6所示，當(dāng)機(jī)器人 傳感器檢測(cè)到前方有障礙時(shí)，讓其中一個(gè)手臂靠近障礙物，并以靠近障礙物的手臂為支撐， 另一手臂繞主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3旋轉(zhuǎn)，越過障礙。下面以左手臂l遇障情況描述越障過程，首先調(diào) 整右手臂2上的滾珠絲杠，使右滑塊11位于右于臂2重心位置，同時(shí)調(diào)整左手臂1上的滾 珠絲杠和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3，保證左、右線路適配器7、8在輸電線12上的位置不變，同時(shí)調(diào)整左、 右腕俯仰關(guān)節(jié)6、9保證左、右線路適配器7、8的姿態(tài)不變，調(diào)整完成后左手臂1處于豎直狀 態(tài)，根據(jù)障礙物尺寸調(diào)整左滑塊4的位移，具體為障礙物較長(zhǎng)時(shí)縮短左滑塊4與左線路適 配器7之間的距離，而障礙物較短時(shí)可以增加左滑塊4與左線路適配器7之間的距離，以左 手臂1為支撐，主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3帶動(dòng)右手臂2旋轉(zhuǎn)脫離輸電線12，右手臂2轉(zhuǎn)過一定角度后， 調(diào)整右腕俯仰關(guān)節(jié)9，使右線路適配器8與輸電線12接觸。機(jī)器人雙臂交替前進(jìn)、實(shí)現(xiàn)障礙 物的跨越。 對(duì)于比較高的障礙物如單掛點(diǎn)金具，線路適配器不能從上方跨越，改為從側(cè)面通 過。越障過程如圖7所示。跟圖6所示越障過程的區(qū)別在于，當(dāng)右手臂2接近障礙物時(shí)，左 腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5要旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使得右手臂2從側(cè)向越過障礙，越過障礙后，左腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 5再恢復(fù)原來(lái)角度，主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直到右線路適配器8接觸到輸電線12上。機(jī)器 人雙臂交替前進(jìn)、實(shí)現(xiàn)障礙物的跨越。 對(duì)于有轉(zhuǎn)角的線路，則可以根據(jù)轉(zhuǎn)角大小和方向，轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)手臂的腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和 腕俯仰關(guān)節(jié)，配合滑塊和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角跨越。 上述實(shí)施例不以任何方式限制本實(shí)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(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，包括左手臂、右手臂、攝像頭、無(wú)線數(shù)傳模塊、電源、驅(qū)動(dòng)器和和控制器，其特征在于所述的左手臂和右手臂結(jié)構(gòu)一致，分別包括手臂本體、腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線路適配器和電機(jī)，所述的線路適配器依次通過腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)安裝在手臂本體的末端上，腕俯仰關(guān)節(jié)和腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別通過減速器與電機(jī)相連，由各個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；在所述的手臂本體上安裝有滾珠絲杠，滾珠絲杠與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，滑塊與滾珠絲杠配合；在左右手臂上的滑塊之間安裝有主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的線 路適配器為輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)、常規(guī)手爪結(jié)構(gòu)或輪爪復(fù)合結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的攝 像頭、無(wú)線數(shù)傳模塊、電源、驅(qū)動(dòng)器和控制器安裝在左右手臂外側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的腕 俯仰關(guān)節(jié)為水平轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述的腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為豎直轉(zhuǎn)動(dòng)副。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的主 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為水平轉(zhuǎn)動(dòng)副。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種架空線纜攀援機(jī)器人行走和越障機(jī)構(gòu)，包括左手臂、右手臂等，所述的左手臂和右手臂結(jié)構(gòu)一致，分別包括手臂本體、腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線路適配器等，線路適配器依次通過腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)安裝在手臂本體的末端上，腕俯仰關(guān)節(jié)和腕偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別通過減速器與電機(jī)相連，由各個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；在所述的手臂本體上安裝有滾珠絲杠，滾珠絲杠與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，滑塊與滾珠絲杠配合；在左右手臂上的滑塊之間安裝有主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。本實(shí)用新型行走規(guī)劃簡(jiǎn)單、工作空間大、受力特性好、重量輕，關(guān)節(jié)所需扭矩小、能耗低，而且越障能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，可以應(yīng)用于各種架空線纜檢測(cè)等作業(yè)的機(jī)器人，也可應(yīng)用于線纜攀援教育娛樂機(jī)器人等。
文檔編號(hào)H02G1/02GK201549825SQ200920230598
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者劉飛, 張建偉, 王臻, 王魯單, 程勝 申請(qǐng)人:昆山市工業(yè)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司