专利名称：一种巡检机器人机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及移动机器人机构，具体地说是一种应用于超高压输电线路巡检的巡检机器人机构。
背景技术：
在现有的超高压输电线巡检机器人机构中，大部分采用由轮式移动和复合连杆机构组合而成的复合移动机构(文献1Jun Sawada，Kazuyuki Kusumoto，Tadashi Munakata，Yasuhisa Maikawa，Yoshinobu Ishikawa，“A Mobile Robot For Inspection of PowerTransmission Lines”，IEEE Trans.Power Delivery，1991，Vol.6，No.1pp.309-315；文献2Mineo Higuchi，Yoichiro Maeda，Sadahiro Tsutani，Shiro Hagihara，“Development of aMobile Inspection Robot for Power Transmission Lines”，J.of the Robotics Society of Japan，1991，Vol.9，No.4，pp..457-463)，或者采用多组移动单元串联组成的多自由度移动机构(文献3Shin-ichi Aoshima，Takeshi Tsujimura，Tetsuro Yabuta，“A Wire Mobile Robotwith Multi-unit Structure”，IEEE/RSJ Intermational Workshop on Intelligent Robots andSystems’89，Sep.4-6，1989，Tsukuba，Japan，pp..414-421)。这些机构的结构复杂、耗能多、越障能力有限且不易于控制，因此，难以应用于实际的超高压输电线路自主越障巡检作业。
实用新型内容为克服上述移动机构结构复杂、重量大、耗能多、越障能力有限且不易于控制之不足，本实用新型提供一种工作空间大、能耗低且越障能力强的轮臂复合式的超高压输电线巡检机器人机构。
为了实现上述目的，本实用新型技术方案是它由车体、前手臂、前行走机构、前夹持机构、后手臂、后行走机构、后夹持机构组成，所述前、后手臂的一端为后、前滑块螺母位于车体中；另一端与前、后行走机构相连，所述手臂具有四个自由度，分别由前、后偏置回转机构、前、后回转机构、前、后垂直伸缩机构和前、后水平移动机构组成，其中前、后偏置回转机构一端与前、后行走机构相连，另一端经前、后回转机构及前、后垂直伸缩机构后与前、后水平移动机构相连，前、后水平移动机构安装在车体中；所述行走机构位于架空地线上行走，夹持机构安装在行走机构上；所述前、后手臂，前、后行走机构，前、后夹持机构结构相同。
本实用新型基于轮、臂复合的原理，采用连续移动与蠕动行走相结合的工作方式，具有沿超高压输电线行走和跨越其上障碍物的功能。
本实用新型具有如下优点1.本实用新型采用轮臂复合机构，利于行走与越障。该结构结合了轮式移动机构、夹持机构和关节式手臂的优点，既可沿线快速行走，也可跨越障碍。
2.越障能力强。本实用新型利用行走与夹持机构、手臂及车体协调运动，带动车体跨越障碍，并能够跨越超高压输电线路中多种障碍(防振锤、绝缘子、悬垂金具及压接管等)。
3.工作空间大。前后手臂带有伸缩及旋转关节，具有较大的伸长量和旋转角度，使手臂触及的工作范围较大。
4.能耗低。本实用新型采用调节质量偏心的方法，使电机的驱动力矩降低，从而降低了能耗。
5.应用范围较广。本实用新型可作为高压输电线路及电话线路的巡检机器人移动机构。
图1为本实用新型机构示意图。
图2为本实用新型车体结构移动机构示意图。
图3为本实用新型垂直伸缩机构示意图。
图4为本实用新型回转机构示意图。
图5为本实用新型偏置回转机构示意图。
图6为本实用新型夹持机构示意图。
图7为本实用新型行走机构示意图。
图8为障碍环境示意图。
图9a为越障过程第一个动作描述示意图。
图9b为越障过程第二个动作描述示意图。
图9c为越障过程第三个动作描述示意图。
图9d为越障过程第四个动作描述示意图。
图10为本实用新型另一实施例机构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1如图1所示，本实用新型的机械结构由车体1、前手臂2、前行走机构3、前夹持机构4、后手臂5、后行走机构6、后夹持机构7组成，所述前、后手臂2、5的一端为前、后滑块螺母14、15，位于车体1中；另一端与前、后行走机构3、6相连，所述手臂2、5都具有四个自由度，分别由前、后偏置回转机构21、51、前、后回转机构22、52、前、后垂直伸缩机构23、53和前、后水平移动机构24、54组成，其中前、后偏置回转机构21、51一端与前、后行走机构3、6相连，另一端经前、后回转机构22、52及前、后垂直伸缩机构23、53后与前、后水平移动机构24、54相连，前、后水平移动机构24、54安装在车体1中；所述前、后手臂2、5，前、后行走机构3、6，前、后夹持机构4、7结构相同。本实施例以其中一个为例作详细说明。
以所述前水平移动机构为例，其结构由前、后移动丝杠12、13，前、后滑块螺母14、15，导轨16和第一、二电机17、18组成，见图2。第一、二电机17、18，前、后丝杠12、13和导轨16安装在车体1上，前、后滑块螺母14、15安装在前、后移动丝杠12、13和导轨16上，前移动丝杠12的一端与第一电机17相连，后移动丝杠13的一端与第二电机18相连，前、后滑块螺母14、15分别与前、后垂直伸缩机构23、53中的支撑板96相连。第一电机17驱动前丝杠12转动，在导轨16作用下，带动前滑块螺母14移动，从而带动前手臂2移动，第二电机18驱动后移动丝杠13转动，在导轨16作用下，带动后滑块螺母15移动，从而带动后手臂5移动。
以所述前垂直伸缩机构为例，其结构(参见图3)由空心轴91、轴承92、升降丝杠93、升降螺母94、支撑板96和第六电机95组成，轴承92支撑在空心轴91内壁上，安装在升降丝杠93一端(用于支撑)，升降丝杠93的另一端与安装在支撑板96上第六电机95相连，旋合于升降丝杠93的升降螺母94固连在空心轴91内，支撑板96与移动机构上的前、后滑块螺母相连，空心轴91与回转机构中的第一箱体82相连。第六电机95驱动升降丝杠93转动，通过升降螺母94带动空心轴91实现垂直升降。
以所述前回转机构为例参见图4，其结构由第三传动轴81、第一箱体82、第二从动齿轮83、第二主动齿轮84、第四传动轴85和第五电机86组成，第三传动轴81、第四传动轴85和第五电机86支撑在第一箱体82上，第二从动齿轮83安装在第三传动轴81上，第二主动齿轮84安装在第四传动轴85上，与第二从动齿轮83啮合，第四传动轴85的一端与第五电机86相连，另一端支撑在第一箱体82上；第三传动轴81的一端与偏置壳体66相连，另一端支撑在第一箱体82上；第五电机86带动第四传动轴85和第二主动齿轮84转动，第二主动齿轮84通过第二从动齿轮83带动第三传动轴81转动，带动偏置回转机构中的偏置壳体66转动。
以所述前偏置回转机构为例，其结构由第四电机61、第一传动轴62、第一主动齿轮63、第二传动轴64、第一从动齿轮65和偏置壳体66组成，见图5。第四电机61、第一传动轴62、第二传动轴64安装在偏置壳体66上，第一主动齿轮63安装在第二传动轴64上，第一从动齿轮65安装在第一传动轴62上，第二传动轴64上设有第一主动齿轮63，其一端与第四电机61相连，另一端支撑在偏置壳体66上；第一从动齿轮65安装在第一传动轴62上，并与第一主动齿轮63啮合，第一传动轴62的一端与行走机构(3、6)的第二箱体32相连，另一端支撑在偏置壳体66。第四电机61通过第二传动轴64带动第一主动齿轮63转动，带动第一从动齿轮65转动，从而实现第一传动轴62的转动，第一传动轴62最终带动行走机构3、6和夹持机构4、7绕第一传动轴62的轴线做偏置回转运动。
以前行走机构为例，其结构由第三电机31、第二箱体32、行走轮33和轴34组成，见图6。与电机31相连的轴34安装在第二箱体32上，行走轮33安装在轴34上，第二箱体32与偏置回转机构中的传动轴62的一端相连。第三电机31转动，带动轴34转动，从而实现行走轮33在架空地线70上行走。行走机构3、6与夹持机构4、7通过第二箱体32与第三箱体41相连。
以所述前夹持机构为例，其结构由第三箱体41、夹持丝杠42、一对夹爪43、导杆44和第七电机45组成，见图7。夹持丝杠42、导杆44和第七电机45安装在第三箱体41上，一对夹爪43安装在夹持丝杠42和导杆44上，夹持丝杠42上的螺纹分成两段，分别为第一左螺纹46和第一右螺纹47，分别对应于夹爪43的第二左螺纹48和第二右螺纹49，夹持丝杠42的一端与第七电机45相连，另一端安装在第三箱体41上，第三箱体41与行走机构中第二箱体32相连。第七电机45转动，带动夹持丝杠42旋转，在导杆44的作用下，使得一对夹爪43相互靠近和分开，从而实现夹爪43对架空地线70夹紧和松开功能。
图8所示为超高压输电线路障碍环境，在架空地线70上的主要障碍物为防振锤71、绝缘子72、悬垂金具及线夹73等。本机构由伺服电机驱动，通过移动车体、手臂协调动作，可沿线行进并跨越杆塔处的障碍物，参见图9.a、9.b、9.c、9.d。
当前行走机构3在左防振锤71处停下(如图9a所示)，前行走机构3及前夹持机构4在前手臂2的作用下，升高脱离架空地线70，这时后行走机构6驱动车体1及前手臂2向前行走，至左防振锤71处停下。此时前手臂2已越过下方的左防振锤71，前行走机构3及前夹持机构4在前手臂2的作用下，下降落回到架空地线70上(如图9.b所示)。后手臂5跨越左防振锤71的过程同前手臂2相似。
当前行走机构3在悬垂金具73处停下，前行走机构3及前夹持机构4在前手臂2的作用下，升高脱离架空地线70，并绕前臂2的偏置机构旋转180°，以避开悬垂金具73，这时后行走机构6驱动车体1及前手臂2向前行走，至悬垂金具73处停下。此时前手臂2已越过下方的悬垂金具73，前行走机构3及前夹持机构4在前手臂2的作用下，下降落回到架空地线70上(如图9.c所示)。后手臂5跨越悬垂金具73的过程同前手臂2相似。
跨越右防振锤的过程同跨越左防振锤的过程基本相似，越过障碍后的状态如图8.9所示。
实施例2与实施例1不同之处为如图10所示，在车体1内，用前、后卷筒74，76，前、后柔索75、77，代替了原来的丝杠丝母机构，进一步减轻了重量。前、后柔索75、77分别与前、后手臂2、5上的前、后滑块78、79相连，前、后卷筒74，76分别与电机相连，带动前、后柔索75、77移动，从而分别带动前、后手臂2、5沿导轨16移动。
权利要求1.一种巡检机器人机构，其特特在于由车体(1)、前手臂(2)、前行走机构(3)、前夹持机构(4)、后手臂(5)、后行走机构(6)、后夹持机构(7)组成，所述前、后手臂(2、5)的一端为前、后滑块螺母(14、15)位于车体(1)中；另一端与前、后行走机构(3、6)相连，所述手臂(2、5)分别由前、后偏置回转机构(21、51)、前、后回转机构(22、52)、前、后垂直伸缩机构(23、53)和前、后水平移动机构(24、54)组成，其中前、后偏置回转机构(21、51)一端与前、后行走机构(3、6)相连，另一端经前、后回转机构(22、52)及前、后垂直伸缩机构(23、53)后与前、后水平移动机构(24、54)相连，前、后水平移动机构(24、54)安装在车体1中；所述行走机构位于架空地线上，夹持机构安装在行走机构上；所述前、后手臂(2、5)，前、后行走机构(3、6)，前、后夹持机构(4、7)结构相同。
2.按权利要求1所述巡检机器人机构，其特特在于所述水平移动机构由前、后移动丝杠(12、13)、前、后滑块螺母(14、15)、导轨16和第一、二电机(17、18)组成，第一、二电机(17、18)、前、后丝杠(12、13)和导轨(16)安装在车体(1)上，前、后滑块螺母(14、15)安装在前、后移动丝杠(12、13)和导轨(16)上，前移动丝杠(12)的一端与第一电机(17)相连，后移动丝杠(13)的一端与第二电机(18)相连，前、后滑块螺母(14、15)分别与垂直伸缩机构中的支撑板(96)相连。
3.按权利要求1所述巡检机器人机构，其特特在于所述垂直伸缩机构由空心轴(91)、轴承(92)、升降丝杠(93)、升降螺母(94)、支撑板(96)和第六电机(95)组成，轴承(92)支撑在空心轴(91)内壁上，安装在升降丝杠(93)一端，升降丝杠(93)的另一端与安装在支撑板(96)上第六电机(95)相连，旋合于升降丝杠(93)的升降螺母(94)上，并固连在空心轴(91)内，支撑板(96)与移动机构上的前、后滑块螺母相连，空心轴(91)与回转机构中的第一箱体(82)相连。
4.按权利要求1所述巡检机器人机构，其特特在于所述回转机构由第三传动轴(81)、第一箱体(82)、第二从动齿轮(83)、第二主动齿轮(84)、第四传动轴(85)和第五电机(86)组成，第三传动轴(81)、第四传动轴(85)和第五电机(86)支撑在第一箱体(82)上，第二从动齿轮(83)安装在第三传动轴(81)上，第二主动齿轮(84)安装在第四传动轴(85)上，与第二从动齿轮(83)啮合，第四传动轴(85)的一端与第五电机(86)相连，另一端支撑在第一箱体(82)上；第三传动轴(81)的一端与偏置壳体(66)相连，另一端支撑在第一箱体(82)上。
5.按权利要求1所述巡检机器人机构，其特特在于所述偏置回转机构由第四电机(61)、第一传动轴(62)、第一主动齿轮(63)、第二传动轴(64)、第一从动齿轮(65)和偏置壳体(66)组成，第四电机(61)、第一传动轴(62)、第二传动轴(64)安装在偏置壳体(66)上，第一主动齿轮(63)安装在第二传动轴(64)上，第一从动齿轮(65)安装在第一传动轴(62)上，第二传动轴(64)上设有第一主动齿轮(63)，其一端与第五电机(61)相连，另一端支撑在偏置壳体(66)上；第一从动齿轮(65)安装在传动轴(62)上，并与主动齿轮(63)啮合，第一传动轴(62)的一端与行走机构的第二箱体(32)相连，另一端支撑在偏置壳体(66)上。
6.按权利要求1所述巡检机器人机构，其特特在于所述行走机构由第三电机(31)、第二箱体(32)、行走轮(33)和轴(34)组成，与电机(31)相连的轴(34)安装在第二箱体(32)上，行走轮(33)安装在轴(34)上，第二箱体(32)与偏置回转机构中的传动轴(62)的一端相连。
7.按权利要求1所述巡检机器人机构，其特特在于所述夹持机构由第三箱体(41)、夹持丝杠(42)、一对夹爪(43)、导杆(44)和第七电机(45)组成，夹持丝杠(42)、导杆(44)和第七电机(45)安装在第三箱体(41)上，一对夹爪(43)安装在夹持丝杠(42)和导杆(44)上，夹持丝杠(42)上的螺纹分成两段，分别为第一左螺纹(46)和第一右螺纹(47)，分别对应于夹爪(43)的第二左螺纹(48)和第二右螺纹(49)，夹持丝杠(42)的一端与第七电机(45)相连，另一端安装在第三箱体(41)上，第三箱体(41)与行走机构中第二箱体(32)相连。
专利摘要本实用新型公开一种巡检机器人机构。它由车体、前手臂、前行走机构、前夹持机构、后手臂、后行走机构、后夹持机构组成，前、后手臂的一端为前、后滑块螺母位于车体中；另一端与前、后行走机构相连，手臂具有四个自由度，分别由前、后偏置回转机构、前、后回转机构、前、后垂直伸缩机构和前、后水平移动机构组成，其中前、后偏置回转机构一端与前、后行走机构相连，另一端经前、后回转机构及前、后垂直伸缩机构后，与前、后水平移动机构相连，前、后水平移动机构安装在车体中；行走机构在架空地线上行走，夹持机构安装在行走机构上；前、后手臂，前、后行走机构，前、后夹持机构结构相同。本实用新型工作空间大、能耗低且越障能力强。
文档编号B25J5/00GK2759720SQ20042007557
公开日2006年2月22日 申请日期2004年12月31日 优先权日2004年12月31日
发明者王洪光, 房立金, 朱兴龙, 赵明扬 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所