一种夹持装置及其夹持方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种夹持装置及其夹持方法。

背景技术

高压线路上的异物连电、放电造成的电力线路故障严重影响着电网安全运行和社会可靠用电。停电处理影响输电可靠性；采用作业人员进入电场等电位作业，面临着作业人员劳动强度和安全风险较大、作业效率低的不利局面。利用机器人技术辅助解决挂线异物处理难题，保障输电线路的可靠运行，成为迫切需要解决的问题。高压线路巡线清障机器人可以完成高压线路巡线清障功能，而将该机器人从地面安放到高空输电线，需要具有能攀爬电力输电塔的机器人来携带该设备完成。

输电塔一般采用等边直角角钢，由不同型号的角钢搭建而成，型号范围从l90×8到l40×3，不同型号角钢宽度和厚度均有不同。输电角钢塔攀爬机器人首先要能够对输电塔不同规格角钢进行可靠夹持，根据工作要求，攀爬输电角钢塔机器人需能在输电塔各个塔面之间自由翻越行走，即攀爬机器人必须沿着角钢的侧面进行攀爬，而不能沿着角钢两侧面的交叉棱线方向进行攀爬。而目前还没有技术能够提供对不同规格角钢侧面进行可靠夹持，导致攀爬输电角钢塔机器人还停留在研发阶段，不能市场化。

高压输电线清障机器人目前还是通过人工爬上输电塔送至高压线进行操作，危险性高、劳动强度大、工作效率低。因此尽快开发出能可靠夹持角钢侧面机械手装置以装备相应机器人，实现对高压输电线自动化维护，是所述领域的科技工作者共同面临的重要课题。

发明专利cn105690414b公开了一种用于铁塔自动检修攀爬机器人的末端夹持装置，其末端夹持装置的设计存在一定的缺陷，当对角钢侧面进行夹持时，其两侧夹紧机构对角钢夹持受力会形成旋转力矩，若负载过大，夹持装置不能稳定可靠地夹持角钢侧面，同时该末端夹持装置两侧夹紧机构的设计位置在夹持铁塔角钢的过程中，由于铁塔结构的复杂性，不能够完全适应铁塔的攀爬工作。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种夹持装置及其夹持方法，能够从角钢侧面进行可靠夹持，满足对组成输电铁塔的不同规格等边角钢的夹持，实现攀爬输电角钢塔机器人通过自动攀爬输电塔，将高压线巡线清障机器人安装在高压线的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供一种夹持装置，包括：侧向夹紧机构和正向夹紧机构；正向夹紧机构的支架b与侧向夹紧机构的机架固连，正向夹紧机构的连架杆与侧向夹紧机构的机架组成转动副。

优选的，侧向夹紧机构的构成包括机架、滑块a、滑块b、导向柱a、导向柱b、导向柱c、导向柱d、侧压驱动电机、侧压驱动丝杆、侧压驱动螺母、支架a、侧压夹杆a、侧压夹杆b、滚子a、滚子b、滚子c、滚子d和压盘；所述机架内部两侧含有导轨，与有凹槽的滑块a和滑块b分别构成移动副，所述侧压驱动电机用螺栓联结在滑块a上，侧压驱动螺母用螺钉安装在滑块b上，与侧压驱动电机联接的侧压驱动丝杆与侧压驱动螺母形成螺旋副，所述导向柱a、导向柱b用螺钉分别安装在滑块a上，所述导向柱c、导向柱d用螺钉分别安装在滑块b上，所述支架a用螺钉安装在机架上，所述侧压夹杆a、侧压夹杆b交叉与支架a铰接构成回转副，所述侧压夹杆a、侧压夹杆b分别加工有凹槽，所述侧压夹杆a又与导向柱a、导向柱d分别构成高副，所述侧压夹杆b又与导向柱b、导向柱c分别构成高副，所述滚子b、滚子d用螺钉安装在侧压夹杆a上，所述滚子a、滚子c用螺钉安装在侧压夹杆b上，所述压盘用螺钉安装在支架a上。

优选的，正向夹紧机构的构成包括支架b、支架c、正压驱动电机、正压驱动丝杆、正压驱动螺母、丝杆底座、连架杆、曲杆和夹板；所述支架b安装在机架上，所述支架c安装在支架b上，所述正压驱动电机安装在支架b上，与正压驱动电机联结的正压驱动丝杆一端通过丝杆底座与支架c构成回转副，所述正压驱动螺母与正压驱动丝杆构成螺旋副，所述曲杆一端与正压驱动螺母铰接，曲杆中部与铰接在机架的连架杆另一端铰接，曲杆另一端与夹板铰接。

优选的，夹板结构的左右两边凹台与曲杆结构的左右凸台有较大间隙，夹板与曲杆之间的铰接结构限制在一定角度内摆动，当夹持角钢塔不同规格尺寸角钢侧边时，既能保证夹板表面能与角钢侧边内侧面全部接触，又能保证夹板的上表面在夹持运动过程中始终朝向角铁侧边内部。

相应的，一种夹持方法，包括如下步骤：

(1)夹持装置的压盘首先贴近并完全接触角钢侧面，侧向夹紧机构开始夹持角钢侧面两侧边缘，侧压夹紧电机驱动侧压夹紧丝杆转动，侧压夹紧丝杆驱动侧压夹紧螺母移动，从而带动滑块a和滑块b相向或相背沿着机架导轨运动，滑块a上的导向柱a和滑块b上的导向柱d驱动侧压夹杆a转动，滑块b上的导向柱c和滑块a上导向柱b驱动侧压夹杆b反向转动，侧压夹杆a上的滚子a与侧压夹杆b上的滚子b逐步逼近角钢侧面的边缘，侧压夹杆a上的滚子d与侧压夹杆b上的滚子c逐步逼近角钢侧面的另一边缘，直至四个滚子接触角钢侧面两侧，从而从角钢侧面两侧边缘进行了夹紧；

(2)夹持装置正向夹紧机构随后夹持角钢侧面上下两面，正压驱动电机驱动正压驱动丝杆转动，带动正压驱动螺母上下移动，带动曲杆做平面运动，曲杆带动夹板逐步逼近角钢侧面内侧面，与压盘上下夹紧角钢侧面；

(3)侧向夹紧机构和正向夹紧机构对角钢侧面四个方向形成了可靠夹紧，并且能满足不同型号规格尺寸角钢夹持的需要。

本发明的有益效果为：本发明角钢塔攀爬机器人的夹持装置能够提供对组成角钢塔的不同规格尺寸角钢面进行可靠夹持，不同规格尺寸角钢的侧面宽度和厚度均不同，夹持装置的侧向夹紧机构适用于角钢塔角钢侧面各种宽度尺寸的夹持，正向夹紧机构适用于角钢塔角钢不同厚度尺寸的夹持，由此提供了安装本发明夹持装置的攀爬输电角钢塔机器人能沿着角钢的侧面进行夹持攀爬，从而能在输电角钢塔各个塔面之间自由翻越行走，实现对高压输电线自动化维护。

附图说明

图1为本发明夹持装置的三维结构示意图。

图2为本发明夹持装置夹持角钢时的局部三维剖视图。

图3为本发明的侧向夹紧机构三维结构示意图，其中图3(b)是将图3(a)中压盘拆除的底部结构对应图，图3(c)是将图3(b)中侧压夹杆a、侧压夹杆b拆除的底部结构对应图。

图4为本发明的夹板与曲杆联接三维结构示意图，其中图4(b)是图4(a)图的爆炸图。

图5为本发明的夹持装置夹持不同规格尺寸角钢的三维结构示意图，其中图5(a)是夹持较小规格尺寸角钢，图5(b)是夹持较大规格尺寸角钢。

图6为本发明的夹持装置夹持不同规格角钢侧边两边缘过程示意图，其中图6(a)至图6(c)分别对应运动状态的变化进程。

图7为本发明的夹持装置正向夹紧机构夹持角钢过程示意图，其中图7(a)至图7(c)分别对应运动状态的变化进程，其中图7(c)与图7(d)是夹持不同规格尺寸角钢不同厚度对比示意图。

其中，1、连架杆；2、曲杆；3、滚子a；4、滚子b；5、夹板；6、销轴；7、侧压夹杆b；8、侧压夹杆a；9、滚子c；10、滚子d；11、压盘；12、侧压驱动电机；13、机架；14、支架b；15、支架c；16、滑块a；17、角铁；18、滑块b；19、侧压驱动螺母；20、侧压驱动丝杆；21、正压驱动电机；22、正压驱动螺母；23、正压驱动丝杆；24、导向柱b；25、导向柱d；26、导向柱c；27、支架a；28、导向柱a。

具体实施方式

如图1、图2、图3(a)、图3(b)和图3(c)所示，一种夹持装置，包括：侧向夹紧机构和正向夹紧机构。侧向夹紧机构由机架13、侧压夹紧电机12、侧压夹紧丝杆20、滑块a16、滑块b18、侧压夹紧螺母19、导向柱a28、导向柱b24、导向柱c26、导向柱d25、支架a27、侧压夹杆a8、侧压夹杆b7、滚子a3、滚子b4、滚子c9、滚子d10、压盘11构成。其中侧压夹紧电机12固连侧压夹紧丝杆20，侧压夹紧电机12固连滑块a16，滑块a16与安装有导轨的机架13构成导轨滑动副，侧压夹紧螺母19固连滑块b18，滑块b18同样与安装有导轨的机架13构成导轨滑动副，侧压夹紧螺母19与侧压夹紧丝杆20组成螺旋副，导向柱a28、导向柱b24分别与滑块a16联接，导向柱c26、导向柱d25分别与滑块b18联接，支架a27固连机架13，侧压夹杆a8、侧压夹杆b7分别与支架a27连接形成复合铰链，导向柱a28和导向柱d25受到侧压夹杆a8凹槽的约束在凹槽中滑动，同理，导向柱c26和导向柱d24受到侧压夹杆b7凹槽的约束在凹槽中滑动，压盘11固连支架a27。

如图1和图2所示，正向夹紧机构由机架13、支架c15、支架b14、正压驱动电机21、正压驱动丝杆23、正压驱动螺母22、连架杆1、曲杆2、夹板5，销6构成。其中支架b14固连机架13，支架c15固连支架b14，正压驱动电机21固连支架b14，正压夹紧电机21固连正压夹紧丝杆23，正压夹紧丝杆23与正压驱动螺母22组成螺旋副，正压驱动螺母22与曲杆2销接，曲杆2另一端通过销6与夹板5连接，曲杆2与连架杆1销接，连架杆1与机架13销接。

如图4(a)和图4(b)所示，夹板5和曲杆2接合处被设计成当一侧面接触时，另一侧面两构件平面成40°夹角，从而保证夹板5与曲杆2之间的铰接结构只能在一定限度内摆动，当夹持不同规格尺寸角钢侧边时，既能保证夹板5表面能与角钢侧边底部面全部接触，又能保证夹板5的上表面在夹持运动过程中始终朝向角铁侧边底部。

本发明提供的的角钢塔攀爬机器人夹持装置夹持不同规格尺寸角钢状态如图5(a)和图5(b)所示。

本发明提供的的角钢塔攀爬机器人夹持装置侧向夹紧机构夹持角钢侧边两边缘过程如图6(a)、图6(b)和图6(c)所示：压盘11首先贴近并完全接触角钢17侧面，侧压夹紧电机12驱动侧压夹紧丝杆20转动，侧压夹紧丝杆20驱动侧压夹紧螺母19移动，从而带动滑块a16和滑块b18相向或相背沿着机架13导轨运动，滑块a16上的导向柱a28和滑块b18上的导向柱d25驱动侧压夹杆a8转动，滑块b18上的导向柱c26和滑块a16上导向柱b24驱动侧压夹杆b7反向转动，侧压夹杆a8上的滚子a3与侧压夹杆b7上的滚子b4逐步逼近角钢17侧面的边缘，侧压夹杆a8上的滚子d10与侧压夹杆b7上的滚子c9逐步逼近角钢17侧面的另一边缘，直至四个滚子接触角钢17侧面两侧，从而夹紧角钢17。

本发明提供的的角钢塔攀爬机器人夹持装置正向夹紧机构夹持角钢侧面过程如图7(a)-(c)所示：正压驱动电机22驱动正压驱动丝杆23转动，带动正压驱动螺母22上下移动，正压驱动螺母22、曲杆2、连架杆1和刚性机架(机架13、支架a27、支架b14和支架c15固连)构成摇杆滑块机构，正压驱动螺母22作为原动件，带动曲杆2做平面运动，曲杆2带动夹板5逐步逼近角钢17侧面内部，与压盘11夹紧角钢17侧面。图7(d)所示为夹持较大规格角钢尺寸时，正向夹紧机构各个构件的位姿。