一种差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及移动机器人机构，具体地说是一种差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构，包括行走机构、前夹持机构、后夹持机构及差速机构，该前夹持机构、后夹持机构及差速机构分别安装在行走机构的行走轮架上，由行走机构带动共同沿架空导线行走；差速机构位于前夹持机构与后夹持机构之间，分别与前夹持机构和后夹持机构连接；行走机构的行走轮架上安装有夹紧电机，该夹紧电机通过差速机构的传动分别控制前夹持机构和后夹持机构中的两个夹爪同步松开或夹紧。本发明工作空间大，能够夹紧变径导线、夹持能力和适应能力强，具有广泛的应用前景。
【专利说明】一种差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动机器人机构，具体地说是一种差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构。
【背景技术】
[0002]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 1:Jun Sawada,KazuyukiKusumoto, Tadashi Munakata,Yasuhisa Maikawa, YoshinobuIshikawa, " AMobile Robot For Inspection of PowerTransmissionLines”，IEEE Trans.Power Delivery,1991, V01.6, N0.1:pp..309-315 ;文献 2:Mineo Higuchi, Yoichiro Maeda, Sadahiro Tsutani, ShiroHagihara, “Developmentof a Mobile Inspection Robot for PowerTransmission Lines，，，J.0f the RoboticsSociety of Japan, Japan, Vol.9, N0.4, pp.457-463,1991),或者采用多组移功单元串联组成的多自由度移动机构(文献3:Shin_ichi Aoshima, Takeshi Tsujimura,TetsuroYabuta, “A Wire Mobile Robot with Mult1-unit Structure " , IEEE/RSJIntermational Workshop on Intelligent Robots and Systems' 89,Sep.4-6,1989,Tsukuba7Japan,pp.414-421)。这些机构的结构复杂、重量大、耗能多、越障能力有限且不易于控制，不能适应架空地线的角度变化，夹爪的夹紧力小，无法跨越角度过大的障碍物，同时对线的损害程度大，因此，难以应用于实际的超高压输电线路巡检作业。
【发明内容】
[0003]为克服上述移动机构结构复杂、夹紧力不足、越障能力有限且不易于控制，不能适应架空地线的角度变化，不能抓取变径的导线，同时对导线的损害程度大等不足，本发明的目的在于提供一种差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构。该行走夹持机构工作空间大，夹持能力强，越障能力强，能适应架空地线的角度变化，能够夹紧不同直径的导线，同时对导线的损害程度小。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0005]本发明包括行走机构、前夹持机构、后夹持机构及差速机构，该前夹持机构、后夹持机构及差速机构分别安装在行走机构的行走轮架上，由行走机构带动共同沿架空导线行走；所述差速机构位于前夹持机构与后夹持机构之间，分别与前夹持机构和后夹持机构连接；所述行走机构的行走轮架上安装有夹紧电机，该夹紧电机通过差速机构的传动分别控制前夹持机构和后夹持机构中的两个夹爪同步松开或夹紧。
[0006]其中:所述行走机构包括行走轮架、行走电机、行走轮轴、行走轮、锁紧螺母及法兰，其中行走轮架与机器人操作臂相连，行走轮轴的两端转动安装在行走轮架上，其中一端与安装在行走轮架上的行走电机，的输出轴相连，另一端的端部设有安装在行走轮架上的法兰；所述行走轮安装在行走轮轴上，通过套设在行走轮轴上的锁紧螺母进行轴向锁紧；
[0007]所述前夹持机构与后夹持机构结构相同，分别通过夹爪支架及中间板安装在行走机构的行走轮架上；每个夹持机构均包括第二从同步带轮、第二从传动轴、左扇形轮、左支架、左夹爪、第三从传动轴、右扇形轮、右支架及右夹爪，其中第二从同步带轮、左扇形轮、左支架通过螺栓固接在一起并安装在第二从传动轴上，右扇形轮、右支架通过螺栓固接在一起并安装在第三从传动轴上，所述第二从传动轴及第三从传动轴的两端分别转动安装在行走轮架上；所述左夹爪及右夹爪分别铰接于左支架及右支架上，左扇形轮与右扇形轮之间相互啮合传动；所述前夹持机构中的第二从同步带轮通过第三同步带与差速机构中的第二主同步带轮相连；所述前夹持机构与后夹持机构分别位于行走轮的前后两侧；所述左支架及右支架上分别设有限制左夹爪及右夹爪转动的限位凸台；
[0008]所述差速机构包括第二主同步带轮、第二传动轴、差速器支撑架、轴套、差速器架、左从动锥齿轮、主动轴、主动锥齿轮、右从动锥齿轮、第一从同步带轮、第三传动轴及第三主同步带轮，差速机构整体通过差速器支撑架安装在行走轮架上，第二传动轴及第三传动轴分别转动安装在两个差速器支撑架上，所述第二传动轴的一端连接第二主同步带轮、另一端连接左从动锥齿轮，所述第三传动轴的一端连接第三主同步带轮、另一端连接右从动锥齿轮；所述差速器架的两端分别通过轴套转动安装在第二传动轴及第三传动轴上，在差速器架上设有主动轴，该主动轴上连接有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮分别与左从动锥齿轮和右从动锥齿轮相啮合；所述第一从同步带轮安装在第三传动轴上，并与差速器架固接，该第一从同步带轮通过第一同步带与安装在夹紧电机上的第一主同步带轮相连；所述第二主同步带轮及第三主同步带轮分别通过第三同步带及第二同步带与前夹持机构和后夹持机构相连；所述第三传动轴上的差速器支撑架与第一从同步带轮之间设有套在第三传动轴上的套筒；所述夹紧电机通过电机支撑座安装在行走轮架上。
[0009]本发明的优点与积极效果为:
[0010]1.本发明采用轮爪复合机构，利于行走与越障；该行走夹持机构结合了轮式移动和蠕动爬行机构的优点，既可沿线快速行走，也可跨越障碍。
[0011]2.自适应能力强。由于本发明的夹持机构浮置在行走机构上，夹持机构可以绕行走机构作自适应转动，以适应不同倾角的架空地线，保证夹持机构中夹爪姿态始终与架空地线平行。
[0012]3.夹持能力强。由于本发明采用差速机构，前、后夹持机构都能够夹持导线，使夹爪与导线的接触面积增大和前后夹持机构的受力更为均匀，从而增大整机的夹持力，从而使机器人具有跨越大角度障碍物的能力。
[0013]4.越障能力强。本发明采用差速机构，从而使前、后夹持机构能够夹持不同直径的导线，当机器人遇到障碍物时，机器人具有了夹持部分变径圆柱体障碍物的能力，从而使机器人具有能够跨越更复杂障碍物的能力。
[0014]5.应用范围较广。本发明的行走机构可实现移动功能，夹持机构可实现夹紧、松开、半抱等功能，行走轮和夹爪与线相抓持；本发明工作空间大、重量轻、能耗低、越障能力和自适应能力强，同时具有安全保护功能，具有广泛的应用前景，可作为高压输电线路及电话线路的巡检机器人移动机构。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为发明行走机构的结构主视图；[0016]图2为图1的俯视图；
[0017]图3为图1的右视图；
[0018]图4为图1的左视图；
[0019]图5为本发明差速机构的结构剖视图；
[0020]图6为本发明前/后夹持机构的结构主视图；
[0021]图7为本发明夹持机构处于夹紧状态的结构示意图；
[0022]图8为本发明夹持机构处于半抱状态的结构示意图；
[0023]图9为本发明夹持机构处于松开状态的结构示意图；
[0024]图10为超高压线路上障碍物的示意图；
[0025]其中:1为行走机构,2为前夹持机构,3为后夹持机构,4为差速机构,5为行走轮架，6为行走电机,7为轴承,8为行走轮轴,9为行走轮,10为锁紧螺母,11为法兰，12为第一主同步带轮，13为第一同步带，14为电机支撑座，15为第二同步带，16为第三同步带，17为夹紧电机，18为夹爪支架，19为中间板,20为第二主同步带轮,21为第二传动轴,22为差速器支撑架，23为球轴承，24为轴套，25为差速器架，26为左从动锥齿轮，27为主动轴，28为主动锥齿轮，29为右从动锥齿轮，30为第一从同步带轮，31为第三传动轴，32为套筒，33为第三主同步带轮，34为第二从同步带轮，35为第二从传动轴，36为左扇形轮，37为左支架，38为左夹爪，39为第三从传动轴，40为右扇形轮，41为右支架，42为右夹爪，43为耐张塔，44为并沟线夹，45为引流线，46为耐张线夹，47为防震锤，48为架空导线，49为悬垂线夹，50为直线塔。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0027]如图1?4所示，本发明为复合轮爪结构，包括行走机构1、前夹持机构2、后夹持机构3及差速机构4，该前夹持机构2、后夹持机构3及差速机构4分别安装在行走机构I的行走轮架5上，由行走机构I带动共同沿架空导线48行走；差速机构4位于前夹持机构2与后夹持机构3之间，分别与如夹持机构2和后夹持机构3连接；夹紧电机17通过电机支撑座14安装在行走机构I的行走轮架5上，该夹紧电机17通过差速机构4的传动分别控制前夹持机构2和后夹持机构3中的两个夹爪同步松开或夹紧。
[0028]行走机构I包括行走轮架5、行走电机6、轴承7、行走轮轴8、行走轮9、锁紧螺母10及法兰11，其中行走轮架5通过其上的法兰11与机器人操作臂相连，行走轮轴8的两端分别通过轴承7转动安装在行走轮架5上，其中一端与安装在行走轮架5上的行走电机6，的输出轴相连，另一端的端部设有安装在行走轮架5上的法兰11)行走轮9安装在行走轮轴8上，通过套设在行走轮轴8上的锁紧螺母10进行轴向锁紧。
[0029]如图6?9所示，前夹持机构2与后夹持机构3结构相同，分别通过夹爪支架18及中间板19安装在行走机构I的行走轮架5上，前夹持机构2与后夹持机构3分别位于行走轮9的前后两侧。每个夹持机构均包括第二从同步带轮34、第二从传动轴35、左扇形轮36、左支架37、左夹爪38、第三从传动轴39、右扇形轮40、右支架41及右夹爪42，其中第二从同步带轮34、左扇形轮36、左支架37通过螺栓固接在一起并安装在第二从传动轴35上，右扇形轮40、右支架41通过螺栓固接在一起并安装在第三从传动轴39上，第二从传动轴35及第三从传动轴39的两端分别转动安装在行走轮架5上；左夹爪38及右夹爪42分别铰接于左支架37及右支架41上，左扇形轮36与右扇形轮40之间相互啮合传动；前夹持机构2中的第二从同步带轮34通过第三同步带16与差速机构4中的第二主同步带轮20相连。左支架37及右支架41上分别设有限制左夹爪38及右夹爪42转动的限位凸台。
[0030]如图5所示，差速机构4包括第二主同步带轮20、第二传动轴21、差速器支撑架
22、球轴承23、轴套24、差速器架25、左从动锥齿轮26、主动轴27、主动锥齿轮28、右从动锥齿轮29、第一从同步带轮30、第三传动轴31、套筒32及第三主同步带轮33，差速器支撑架22为两个，每个差速器支撑架22上均设有螺纹孔，差速机构4整体通过两个差速器支撑架22上的螺纹孔安装在行走轮架5上；第二传动轴21及第三传动轴31分别通过球轴承23转动安装在两个差速器支撑架22上，第二传动轴21的一端连接第二主同步带轮20、另一端连接左从动锥齿轮26，第三传动轴31的一端连接第三主同步带轮33、另一端连接右从动锥齿轮29 ;差速器架25的两端分别通过轴套24转动安装在第二传动轴21及第三传动轴31上，在差速器架25上设有主动轴27，该主动轴27上连接有主动锥齿轮28，主动锥齿轮28分别与左从动锥齿轮26和右从动锥齿轮29相啮合；第一从同步带轮30安装在第三传动轴31上，并与差速器架25固接，该第一从同步带轮30通过第一同步带13与安装在夹紧电机17上的第一主同步带轮12相连；第二主同步带轮20及第三主同步带轮33分别通过第三同步带16及第二同步带15与前夹持机构2和后夹持机构3中的第二从同步带轮34相连。在第三传动轴31上的差速器支撑架22与第一从同步带轮30之间设有套在第三传动轴31上的套筒32。
[0031]本发明的工作原理为:
[0032]行走电机6驱动行走轮轴8，从而带动行走轮9转动，实现机器人在架空导线48上前进或后退。夹紧电机17通过第一主同步带轮12、第一同步带13驱动差速机构4中的第一从同步带轮30旋转，从而实现差速器架25转动；由于差速器架25的转动，安装在差速器架25上的主动锥齿轮28旋转，通过主动锥齿轮28分别与左从动锥齿轮26、右从动锥齿轮29的啮合作用，左从动锥齿轮26、右从动锥齿轮29分别旋转，通过第二传动轴21、第三传动轴31分别带动第二主同步带轮20和第三同步带轮33旋转,第二主同步带轮20通过第三同步带16带动前夹持机构2中的第二从同步带轮34旋转,通过左扇形轮36、右扇形轮40的啮合作用，实现左夹爪38、右夹爪42的动作；同时第三主同步带轮33通过第二同步带15带动后夹持机构中的第二从同步带轮34旋转，通过左扇形轮36、右扇形轮40的啮合作用，实现左夹爪38、右夹爪42的动作；左夹爪38与右夹爪42的动作有三个状态，分别是夹紧、半抱和松开状态，如图5、图6、图7所示。
[0033]如图10所示，为超高压输电线路障碍环境，线路环境中杆塔的主要类型为耐张塔43和直线塔50，耐张塔43上的主要障碍物为耐张线夹46、引流线45、并沟线夹44，直线塔50上的主要障碍物为悬垂线夹49、防震锤47。由于引流线45没有预加张紧力，所以引流线45呈悬链状。
【权利要求】
1.一种差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构，其特征在于:包括行走机构(I)、前夹持机构(2)、后夹持机构(3)及差速机构(4)，该前夹持机构(2)、后夹持机构(3)及差速机构(4)分别安装在行走机构(I)的行走轮架(5)上，由行走机构(I)带动共同沿架空导线(48)行走；所述差速机构(4)位于前夹持机构(2)与后夹持机构(3)之间，分别与前夹持机构(2)和后夹持机构(3)连接；所述行走机构⑴的行走轮架(5)上安装有夹紧电机(17)，该夹紧电机(17)通过差速机构(4)的传动分别控制前夹持机构(2)和后夹持机构(3)中的两个夹爪同步松开或夹紧。
2.按权利要求1所述的差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构，其特征在于:所述行走机构(I)包括行走轮架(5)、行走电机(6)、行走轮轴(8)、行走轮(9)、锁紧螺母(10)及法兰(11)，其中行走轮架(5)与机器人操作臂相连，行走轮轴(8)的两端转动安装在行走轮架(5)上，其中一端与安装在行走轮架(5)上的行走电机(6)，的输出轴相连，另一端的端部设有安装在行走轮架(5)上的法兰(11);所述行走轮(9)安装在行走轮轴(8)上，通过套设在行走轮轴(8)上的锁紧螺母(10)进行轴向锁紧。
3.按权利要求1所述的差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构，其特征在于:所述前夹持机构(2)与后夹持机构(3)结构相同，分别通过夹爪支架(18)及中间板(19)安装在行走机构(I)的行走轮架(5)上；每个夹持机构均包括第二从同步带轮(34)、第二从传动轴(35)、左扇形轮(36)、左支架(37)、左夹爪(38)、第三从传动轴(39)、右扇形轮(40)、右支架(41)及右夹爪(42)，其中第二从同步带轮(34)、左扇形轮(36)、左支架(37)通过螺栓固接在一起并安装在第二从传动轴(35)上，右扇形轮(40)、右支架(41)通过螺栓固接在一起并安装在第三从传动轴(39)上，所述第二从传动轴(35)及第三从传动轴(39)的两端分别转动安装在行走轮架(5)上；所述左夹爪(38)及右夹爪(42)分别铰接于左支架(37)及右支架(41)上，左扇形轮(36)与右扇形轮(40)之间相互啮合传动；所述前夹持机构(2)中的第二从同步带轮(34)通过第三同步带(16)与差速机构(4)中的第二主同步带轮(20)相连。
4.按权利要求3所述的差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构，其特征在于:所述前夹持机构(2)与后夹持机构(3)分别位于行走轮(9)的前后两侧。
5.按权利要求3所述的差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构，其特征在于:所述左支架(37)及右支架(41)上分别设有限制左夹爪(38)及右夹爪(42)转动的限位凸台。
6.按权利要求1所述的差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构，其特征在于:所述差速机构(4)包括第二主同步带轮(20)、第二传动轴(21)、差速器支撑架(22)、轴套(24)、差速器架(25)、左从动锥齿轮(26)、主动轴(27)、主动锥齿轮(28)、右从动锥齿轮(29)、第一从同步带轮(30)、第三传动轴(31)及第三主同步带轮(33)，差速机构(4)整体通过差速器支撑架(22)安装在行走轮架(5)上，第二传动轴(21)及第三传动轴(31)分别转动安装在两个差速器支撑架(22)上，所述第二传动轴(21)的一端连接第二主同步带轮(20)、另一端连接左从动锥齿轮(26)，所述第三传动轴(31)的一端连接第三主同步带轮(33)、另一端连接右从动锥齿轮(29);所述差速器架(25)的两端分别通过轴套(24)转动安装在第二传动轴(21)及第三传动轴(31)上，在差速器架(25)上设有主动轴(27)，该主动轴(27)上连接有主动锥齿轮(28)，所述主动锥齿轮(28)分别与左从动锥齿轮(26)和右从动锥齿轮(29)相啮合；所述第一从同步带轮(30)安装在第三传动轴(31)上，并与差速器架(25)固接，该第一从同步带轮(30)通过第一同步带(13)与安装在夹紧电机(17)上的第一主同步带轮(12)相连；所述第二主同步带轮(20)及第三主同步带轮(33)分别通过第三同步带(16)及第二同步带(15)与前夹持机构(2)和后夹持机构(3)相连。
7.按权利要求6所述的差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构，其特征在于:所述第三传动轴(31)上的差速器支撑架(22)与第一从同步带轮(30)之间设有套在第三传动轴(31)上的套筒(32)。
8.按权利要求1或6所述的差速双夹爪巡线机器人行走夹持机构，其特征在于:所述夹紧电机(17)通过电机支撑座(14)安装在行走轮架(5)上。
【文档编号】B62D57/02GK103895724SQ201210584754
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】王洪光, 张宏志, 姜勇, 孙启志, 凌烈, 陈学中, 岳湘, 孟庆丰, 朱静, 申学德, 许存德, 董云鹏, 孙艳鹤 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所, 辽宁省电力有限公司检修分公司, 国家电网公司