一种用于高空作业的机器人多功能末端执行器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种用于高空作业的机器人多功能末端执行器，该末端执行器包括驱动部分和执行部分，所述驱动部分由基座盖、前基座、后基座、蜗杆、蜗轮、从动杆、谐波减速器组件、驱动电机；所述执行部分包括夹子、电机架、切割作业电机、圆形锯片、刀槽以及作业销子；驱动电机通过谐波减速器组件驱动蜗杆机构带动夹子实现夹持器的开合动作，切割作业电机驱动圆形锯片高速旋转，在刀槽的配合下切割挂物。本实用新型可安装在操作臂上，通过特制扳手和U形环等可实现多种高空作业，包括清除高压线上的悬物、用预绞丝修补高压线、拧防震锤螺母、拔卸四分叉间隔架上的开口销等功能，结构简单，安装和操作方便。
【专利说明】一种用于高空作业的机器人多功能末端执行器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机器人【技术领域】，具体而言涉及一种专门用于高压输电线上高空作业的多功能末端执行器。
【背景技术】
[0002]风筝线、塑料布、帆布等悬挂物已成为高压输电线路的严重危害。它们缠绕、悬挂在导线上，极易造成高压输电线路发生单相接地、相间短路等故障，严重时还可能造成电网大面积停电事故。另外，由于高压输电线一般采用钢芯铝绞线，输电线路在巨大的交变张力作用下导致输电线产生裂纹、断股等缺陷，一旦离其他相线、地线或铁塔等的距离小于安全绝缘距离，会导致闪络等电力事故的发生。
[0003]为了预防和防止以上事故的发生，通常是通过人工爬上电线杆来清除导线悬挂异物、修补导线以及进行日常的维护和更换部件(比如移动或拆卸防震锤、移动或调整四分叉隔离架等)，由于这些工作在高空进行，具有相当的危险性。人工操作时还需要断电，严重影响电力的输送。因此由机器人代替人来执行和实现这些高空作业应该是一个理想的解决方案。用机器人执行高压线上的高空作业时不仅要求机器人具有良好的构型，具有一定的环境适应能力，还要求机器人的末端夹持器具有能够完成多种高空作业的特殊功能。目前国内外已经开发出了许多在高压线上工作的除冰机器人和巡检机器人，它们可以代替人在高压线上进行除冰和巡检作业，减少了工作的危险性，是机器人在高空作业领域应用之一。但是，目前还没有开发出一种用于对高压线进行上述日常维护和修补等高空作业的机器人及其相应的末端执行器。因此，开发一种具有清除高压电线上的挂物、缠绕预绞丝以修补电线、拧防震锤螺母以及拔卸四分叉间隔架上的开口销等功能的末端执行器是机器人从事高压输电线上高空作业的前提和条件。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是面向高压输电线上的高空作业，开发一种能够集成高压电线上挂物清除、预绞丝缠绕、震锤螺母拧卸以及四分叉间隔架上开口销的拔卸等多功能的结构简单的末端执行器。
[0005]为实现本实用新型的目的，本实用新型采用的如下技术方案:
[0006]一种用于高空作业的机器人多功能末端执行器，包括驱动部分和执行部分，
[0007]所述的驱动部分包括前基座、后基座、盖合在后基座上的基座盖、蜗杆、蜗轮、从动杆、谐波减速器组件、驱动电机，所述驱动电机和后基座通过紧固螺钉固定，电机轴通过轴套与谐波减速器组件的波发生器相连；谐波减速器组件中的输入钢轮通过螺钉与后基座紧固连接，输出钢轮则通过螺钉与谐波减速器输出盘紧固连接；谐波减速器输出盘还与蜗杆的一端相连接，蜗杆另一端通过轴承设置于前基座上，蜗杆两侧啮合一对带有臂杆的蜗轮，所述从动杆对称地设置于所述臂杆两侧，所述臂杆和从动杆的旋转端通过销轴及轴承活动铰接于前基座上，自由端通过销钉与驱动部分的两个夹子活动连接，所述臂杆、前基座、从动杆和夹子构成一个平面平行四边形机构，蜗轮通过该机构驱动夹子作平面移动形成夹持器的开合动作；
[0008]所述的执行部分包括可开合的第一夹子、第二夹子、电机架、切割作业电机、圆形锯片，所述第一夹子、第二夹子后端通过销钉与臂杆和从动杆活动铰接，所述切割作业电机用螺钉固定在电机架上，圆形锯片通过套筒和六角螺母固定在切割作业电机轴上，电机架则通过螺钉固定在第一夹子上。
[0009]本实用新型结构简单、紧凑，体积小，操作灵活，能实现多种高空作业功能，能极为方便的与其他机器人组件相组合高效完成多种高危险、高难度的高空作业任务。
[0010]进一步地，所述第二夹子上相对圆形锯片的位置固定设置有用于保护圆形锯片的刀槽，当第一夹子和第二夹子在合拢时，圆形锯片收纳于刀槽内，防止外物碰坏圆形锯片或圆形锯片割坏周围其他物件；同时，刀槽还有一个作用是使圆形铣刀能够更好的完成切割作业，由于切割对象是绳子等柔性物体，如果没有刀槽的话切割对象会缠绕在电机轴上，当它们进入刀槽是能够形成一个拉紧力，这个更加方便铣刀切割。
[0011]进一步地，所述谐波减速器输出盘通过花键与蜗杆相连接，传递扭矩大，对中性好，便于拆卸。
[0012]进一步地，所述第一夹子或第二夹子的前端设置有作业销子，当开口销圆环端头的法向与夹子开合方向垂直时，利用夹子顶端的作业销插入开口销圆环端，将之挑出即可。
[0013]本实用新型具有如下优点和效果:
[0014]1.通过设置驱动部分和执行部分，末端执行器为实现高压电线上挂物清除、预绞丝缠绕、震锤螺母拧卸以及四分叉间隔架上开口销的拔卸等作业提供有效工具，因而具有和集成了多种功能；
[0015]2.作为一个完整的机电系统，具有独立性，可以安装到一般的机器人操作臂末端;
[0016]3.结构简单、小巧灵活、控制容易、能够方便的与操作臂连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是末端执行器总装图。
[0018]图2是执行器驱动部分爆炸视图。
[0019]图3是执行部分爆炸视图。
[0020]图4是特制U形环外观图。
[0021 ] 图5是特制扳手外观图。
[0022]图6是电线挂物清除作业的示意图。
[0023]图7是缠绕预绞丝修补导线的示意图。
[0024]图8是拧卸防震锤螺母的示意图。
[0025]图9是拔取开口销作业示意图。
[0026]图中:1-驱动电机；2_后基座；3_基座盖；4_从动杆；5_蜗轮；6_蜗杆；7-如基座；8_谐波减速器组件；9_圆形锯片；10_切割作业电机；11_电机架；12_第一夹子；13_作业销子；14-第二夹子；15-刀槽。【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本实用新型的实用新型目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0028]如图1至图3所示，一种用于高空作业的机器人多功能末端执行器，包括驱动部分和执行部分，
[0029]所述的驱动部分包括前基座7、后基座2、盖合在后基座2上的基座盖3、蜗杆6、蜗轮5、从动杆4、谐波减速器组件8、驱动电机1，所述驱动电机I和后基座2通过紧固螺钉固定，电机轴通过轴套与谐波减速器组件8的波发生器相连；谐波减速器组件8中的输入钢轮通过螺钉与后基座2紧固连接，输出钢轮则通过螺钉与谐波减速器输出盘紧固连接；谐波减速器输出盘还与蜗杆6的一端相连接，蜗杆6另一端通过轴承设置于前基座7上，蜗杆6两侧啮合一对带有臂杆的蜗轮5，所述从动杆4对称地设置于所述臂杆两侧，所述臂杆和从动杆4的旋转端通过销轴及轴承活动铰接于前基座7上，自由端通过销钉与驱动部分的两个夹子活动连接，所述臂杆、前基座7、从动杆4和夹子构成一个平面平行四边形机构，蜗轮5通过该机构驱动夹子作平面移动形成夹持器的开合动作；
[0030]所述的执行部分包括可开合的第一夹子12、第二夹子14、电机架11、切割作业电机10、圆形锯片9，所述第一夹子12、第二夹子14后端通过销钉与臂杆和从动杆4活动铰接，所述切割作业电机10用螺钉固定在电机架11上，圆形锯片9通过套筒和六角螺母固定在切割作业电机轴上，电机架11则通过螺钉固定在第一夹子12上。
[0031]本实施例的驱动部分由驱动电机I通过谐波减速器组件8驱动蜗杆机构带动夹子，实现夹持器的两个夹子的开合动作；执行部分作为实现高压线挂物清除、缠绕预绞丝、拧防震锤螺母、拔卸四分叉间隔架上的开口销等高空作业的工具；当开口销圆环端头的法向与夹子开合方向接近时，直接用夹子夹住拔下即可；
[0032]本实施例结构简单、紧凑，体积小，操作灵活，能实现多种高空作业功能，能极为方便的与其他机器人组件相组合高效完成多种高危险、高难度的高空作业任务。
[0033]进一步地，所述第二夹子14上相对圆形锯片9的位置固定设置有用于保护圆形锯片9的刀槽15，当第一夹子12和第二夹子14在合拢时，圆形锯片9收纳于刀槽15内，防止外物碰坏圆形锯片9或圆形锯片9割坏周围其他物件。
[0034]当第一夹子12、第二夹子14靠近时(不完全闭合)，圆形锯片9的一小部分伸进到刀槽15中，在切割作业电机10的高速驱动下能对绳线、棉布和塑料布等缠绕在高压线上的挂物进行切割。如果挂物未缠绕在高压线上，那么用两个夹子夹着挂物一端，夹持器将之扯下即可；
[0035]进一步地，所述谐波减速器输出盘通过花键与蜗杆6相连接，传递扭矩大，对中性好，便于拆卸。
[0036]进一步地，所述第一夹子12或第二夹子14的前端设置有作业销子13，当开口销圆环端头的法向与夹子开合方向垂直时，利用夹子顶端的作业销插入开口销圆环端，将之挑出即可。
[0037]根据末端执行器的结构，使其能够完成高压线四项高空作业，即电线挂物清除作业、缠绕预绞丝修补导线、拧卸防震锤螺母、拔取开口销作业，其中在实现缠绕预绞丝修补导线和拧卸防震锤螺母的过程中需要用到特制U形环以及特制扳手，它们的外观图分别如图4、图5所示。
[0038]图4为特制U形环外观图。在图4中，U形环焊接在预绞丝一端，截面厚度1.5mm,形状类似于U形，使得夹子夹紧U形环后能够抱紧在导线上；
[0039]图5为特制扳手外观图。如图5所示，特制扳手整体结构呈Z字形，扳手一端为内六角形，用以套在螺母上，另一端为手柄，末端为球形。球形端可与夹子的圆柱腔部分接触，使夹持器与扳手球形端形成类似球铰的机构，以增加末端执行器完成该项作业的灵活性。
[0040]图6为电线挂物清除作业的示意图。在图6中，切割作业电机10用小螺钉固定在电机架11上，圆形锯片9通过套筒和六角螺母固定在切割作业电机轴上，电机架11则通过螺钉固定在第一夹子12上，刀槽15则固定在与之对应的第二夹子14上。当两个夹子靠近时(不完全闭合)，圆形锯片的一小部分伸进到刀槽中，在切割作业电机的高速驱动下能对绳线、棉布和塑料布等缠绕在高压线上的挂物进行切割。如果挂物未缠绕在高压线上，那么用两个夹子夹着挂物一端，夹持器将之扯下即可。
[0041]图7为缠绕预绞丝修补导线的示意图。如图7所示，利用末端执行器以及特制U形环将预绞丝缠绕在电线损坏处。U形环按一定方向焊在预绞丝一端。在机器人的控制下夹子夹着U形环，将预绞丝移到电线损坏附近，将U形环夹紧在电线上，使得预绞丝一端固定。夹子夹紧预绞丝的另一端，在机器人的控制下作缠绕运动，将预绞丝缠绕在电线上，完成修补导线作业。
[0042]图8为拧卸防震锤螺母的示意图，如图8所示，利用末端执行器以及特制扳手将防震锤上的螺母卸松以完成移动防震锤的作业。工作时在机器人操作臂的控制下，夹子夹住特制的扳手，移动至防震锤螺母处，将之一端套在防震锤螺母上，夹子圆柱腔部分再夹住扳手手柄的球形端，在操作臂的控制下作绕着防震锤螺母的圆周运动，从而将防震锤螺母拧松。松开防震锤螺母之后，执行器即可对防震锤进行移动。
[0043]图9为拔取开口销作业示意图，工作时在机器人操作臂的控制下，在开口销圆环端头的法向与夹子开合方向垂直时，利用夹子顶端的作业销子13插入开口销圆环端，将之挑出即可。
[0044]本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于高空作业的机器人多功能末端执行器，包括驱动部分和执行部分，其特征在于: 所述的驱动部分包括前基座(7)、后基座(2)、盖合在后基座(2)上的基座盖(3)、蜗杆(6)、蜗轮(5)、从动杆(4)、谐波减速器组件(8)、驱动电机(I)，所述驱动电机(I)和后基座(2)通过紧固螺钉固定，电机轴通过轴套与谐波减速器组件(8)的波发生器相连；谐波减速器组件(8)中的输入钢轮通过螺钉与后基座(2)紧固连接，输出钢轮则通过螺钉与谐波减速器输出盘紧固连接；谐波减速器输出盘还与蜗杆(6)的一端相连接，蜗杆(6)另一端通过轴承设置于前基座(7)上，蜗杆(6)两侧啮合一对带有臂杆的蜗轮(5)，所述从动杆(4)对称地设置于所述臂杆两侧，所述臂杆和从动杆(4)的旋转端通过销轴及轴承活动铰接于前基座(7)上，自由端通过销钉与驱动部分的两个夹子活动连接，所述臂杆、前基座(7)、从动杆(4)和夹子构成一个平面平行四边形机构，蜗轮(5)通过该机构驱动夹子作平面移动形成夹持器的开合动作； 所述的执行部分包括可开合的第一夹子(12)、第二夹子(14)、电机架(11)、切割作业电机(10)、圆形锯片(9)，所述第一夹子(12)、第二夹子(14)后端通过销钉与臂杆和从动杆(4)活动铰接，所述切割作业电机(10)用螺钉固定在电机架(11)上，圆形锯片(9)通过套筒和六角螺母固定在切割作业电机轴上，电机架(11)则通过螺钉固定在第一夹子(12)上。
2.根据权利要求1所述的用于高空作业的机器人多功能末端执行器，其特征在于:所述第二夹子(14)上相对圆形锯片(9)的位置固定设置有用于保护圆形锯片(9)的刀槽(15)。
3.根据权利要求1所述的用于高空作业的机器人多功能末端执行器，其特征在于:所述谐波减速器输出盘通过花键与蜗杆(6)相连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于高空作业的机器人多功能末端执行器，其特征在于:所述第一夹子(12)或第二夹子(14)的前端设置有作业销子(13)。
【文档编号】B25J15/08GK203712716SQ201420089055
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】吴品弘, 陈世钟, 管贻生, 苏满佳, 胡杰 申请人:华南理工大学