专利名称：架空线缆攀援机器人行走和越障机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机器人结构，具体讲是涉及一种用于沿架空线缆行走和越障
的机器人运动机构，属机器人技术领域。
背景技术：
电能传输必须依靠高压输电线路。由于输电线路分布点多面广，所处地形复杂，自 然环境恶劣，电力线及杆塔附件长期暴露在野外，因受到持续的机械张力、电气闪络、材料 老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，必须及时修复或更换。所以，必须对输电线路 进行定期巡视检查，随时掌握和了解输电线路的运行情况，线路周围环境和线路保护区的 变化情况，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。目前架空高压输电 线路的运行维护工作基本还是采用传统的人工巡检的方式，工作难度大，危险性高，劳动量 大，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡检，存在很大的困难，甚至有一些巡检项 目靠常规方法难以完成。因此，利用机器人进行自动巡线成为保障线路安全运行的一种必 要手段。如果使用输电线路巡检机器人巡检线路，则可以降低高压线路运行维护费用，提高 巡检作业效率，保证线路维护质量。 国外在巡线机器人领域的研究起步较早，从20世纪80年代末开始，日本东京电力
公司、美国TRC公司等先后开展了巡线机器人的研究工作。但他们研制的巡线机器人一般
需要人工参与，或只能完成两线塔之间电力线路的检查，作业范围小，自治程度低。另外文
献资料表明，当前巡检架空线缆的移动机器人的研制瓶颈在于研制出可快速灵活跨越障碍
的移动机构，机器人不仅能沿相线快速行走，而且还要跨越防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、转
弯、弓子线等诸多障碍，并且线路与障碍物的相对位置和形态还具有不固定的特点，故要求
机器人必须具有灵巧的机械结构，否则不可能完成巡线任务。其中越障能力又是巡线机器人
结构设计的关键。由于机器人悬挂在架空线上，越障时既要保证机器人姿态平稳，又要保证与
其它导线和杆塔金属部件及拉线的安全间距，并且还要容易控制，因此设计难度非常大。 巡线机器人是一个复杂的机电一体化系统，涉及机械结构、自动控制、通信、传感
器信息融合、电源技术等多个领域，国内外科研机构研制的巡检机器人大多体积庞大、机构
复杂，在越障过程中多采用静态行走，能源损耗较大、所需关节扭矩大，而且耗费时间较长，
成本也较高。
实用新型内容为了克服现有的线缆攀援机器人结构复杂、重量大、所需关节扭矩大、越障能力不 足等缺点，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、重量轻、能耗低、越障能力强的架空 线缆攀援机器人行走和越障机构，可实现在架空线缆上行走，并且能够越过线缆上的各种 障碍。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是 —种架空线缆攀援机器人行走和越障机构，包括左手臂、右手臂、摄像头、无线数 传模块、电源、驱动器和和控制器，其特征在于所述的左手臂和右手臂结构一致，分别包括手臂本体、腕俯仰关节、腕偏转关节、线路适配器和电机，所述的线路适配器依次通过腕俯
仰关节、腕偏转关节安装在手臂本体的末端上，腕俯仰关节和腕偏转关节分别通过减速器 与电机相连，由各个电机分别驱动转动；在所述的手臂本体上安装有滚珠丝杠，滚珠丝杠与 驱动电机连接，滑块与滚珠丝杠配合；在左右手臂上的滑块之间安装有主旋转关节。 前述的架空线缆攀援机器人行走和越障机构，其特征在于所述的线路适配器为轮 式移动结构、常规手爪结构或轮爪复合结构。 前述的架空线缆攀援机器人行走和越障机构，其特征在于所述的摄像头、无线数 传模块、电源、驱动器和控制器安装在左右手臂外侧。 前述的架空线缆攀援机器人行走和越障机构，其特征在于所述的腕俯仰关节为水 平转动副，所述的腕偏转关节为竖直转动副。 前述的架空线缆攀援机器人行走和越障机构，其特征在于所述的主旋转关节为水 平转动副。 本实用新型的有益效果是 1、行走规划简单本实用新型采用拟猿猴攀援线缆的行走步态，两个手臂交替前 进，通过调整主旋转关节和滑块的位移可以调整两个线路适配器之间的距离，从而控制行 走步距。 2、越障能力强不但可以跨越直线上的障碍，对于有转角的线路也可以实现行走
跨越。可以通过控制左右手臂上的水平转动副、竖直转动副以及主旋转关节的水平转动副
的转角，调整两个线路适配器之间的相对的姿态，从而满足跨越不同障碍的要求。
3、关节所需扭矩小、能耗低通过滚珠丝杠和滑块，可以把左右手臂重心调整在主
旋转关节位置附近，避免或减少主旋转关节转动时需要对重力做功，从而可以降低此主旋
转关节的扭矩要求。 4、工作空间大本实用新型不但可以通过滚珠丝杠和滑块来改变手臂有效长度， 还可以通过两个手臂之间的主旋转关节来改变左右手臂间的夹角，从而可以进一步扩大两 个线路适配器之间的距离。 5、本实用新型应用范围广，可以应用于沿各种架空线缆移动完成检测等作业的机 器人，也可应用于线缆攀援教育娱乐机器人等。
图1为本实用新型的架空线缆攀援机器人行走和越障机构的结构示意图； 图2为本实用新型实施例的行走过程第一个动作描述示意图； 图3为本实用新型实施例的行走过程第二个动作描述示意图； 图4为本实用新型实施例的行走过程第三个动作描述示意图； 图5为本实用新型实施例的行走过程第四个动作描述示意图； 图6、7为本实用新型的越障过程描述示意图； 图8为本实用新型的越障过程的侧面描述示意图。
具体实施方式下面通过实施例和附图对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。[0027] 图1为本实用新型的架空线缆攀援机器人行走和越障机构的结构示意图，如图1 所示，本实用新型的架空线缆攀援机器人行走和越障机构，包括左手臂1、右手臂2、主旋转 关节3和电源、摄像头及自我维持系统等，左手臂1与右手臂2结构相同，为大行程伸縮机 构，其中每一手臂包括手臂本体、腕俯仰关节、腕偏转关节、线路适配器和电机等，其中左线 路适配器7通过左腕俯仰关节6、左腕偏转关节5安装在左手臂本体的末端上，右线路适配 器8通过右腕俯仰关节9、右腕偏转关节10安装在右手臂本体的末端上，所有的腕俯仰关节 和腕偏转关节都分别通过减速器与电机相连，由各个电机分别带动转动，实现左右线路适 配器的角度调整。在左右手臂本体上安装有滚珠丝杠，滚珠丝杠与驱动电机连接，左右滑块 4、11分别与左右滚珠丝杠配合，通过滚珠丝杠的转动实现左右滑块4、11的移动，从而实现 左右手臂本体的位置的移动。在左右滑块4、 11之间连接有主旋转关节3，主旋转关节3为 一个水平转动副，用于调节两臂间的夹角，左右手臂可以围绕主旋转关节3转动，从而调整 两线路适配器之间的位置，实现行走和越障。 左右线路适配器7、8可以采用轮式移动结构、常规手爪结构或轮爪复合结构，与 输电线12相抓持；同时可以根据线路环境更改尺寸。应用于巡线工作的工具，如摄像头、无 线数传模块以及机器人的自我维持系统电源、驱动器和控制器等部件可以安装在左右手臂 外侧没有相对运动的区域。 左右腕俯仰关节6、9为水平转动副，左右腕偏转关节5、 10为竖直转动副，这样可 以使每个手臂都有3个自由度，单个手臂线路适配器与输电线12相抓持时机器人具有7个 自由度，脱线手臂的线路适配器可实现三维平动和三维转动，即可以以任意姿态到达运动 空间内的任意位置。本实用新型可通过左、右手臂的线路适配器的交替脱、挂线，并配合主 旋转关节3的转动，实现在输电线12上的前进与后退及线路障碍的跨越，也可以通过在线 路适配器上安装轮式移动机构驱动机器人在无障碍线路上移动。 本实用新型的工作过程为 线路行走过程 图2为本实用新型实施例的行走过程第一个动作描述示意图；图3为本实用新型 实施例的行走过程第二个动作描述示意图；图4为本实用新型实施例的行走过程第三个动 作描述示意图；图5为本实用新型实施例的行走过程第四个动作描述示意图。 如图2所示，通过同时调整两个手臂的腕偏转关节、腕俯仰关节、滑块位置以及旋 转主旋转关节3，具体为调整右手臂2上的滚珠丝杠，使右手臂滑块11位于右手臂2的重 心位置，同时调整左手臂1上的滚珠丝杠和主旋转关节3，保证左、右线路适配器7、8在线 路上的位置不变，同时调整左、右手臂上的腕俯仰关节6、9保证线路适配器的姿态不变，调 整完成后左手臂l处于竖直状态。由于这个动作过程中两个线路适配器并没有离开输电线 12，仍然挂在输电线12上，有效减少了动作过程中的关节负载。完成图2所示动作后，进行 图3所示的动作。以左手臂1为支撑，主旋转关节3带动右手臂2旋转脱离线路，右手臂2 转过一定角度后，调整右手臂2上的右腕腕俯仰关节9，使右线路适配器8与输电线1 2接 触。右手臂2挂上线后，如图4所示，调整左手臂1上的滚珠丝杠，使左手臂滑块4位于左 手臂1的重心位置，同时调整右手臂2上的滚珠丝杠和主旋转关节3，保证左、右线路适配器 7、8在输电线12上的位置不变，同时调整左、右腕俯仰关节6、9保证线路适配器的姿态不 变，调整完成后右手臂2处于竖直状态。如图5所示，此时以右手臂2为支撑，主旋转关节3带动左手臂1旋转脱离输电线12，当左手臂1转过一定角度，左线路适配器7重新落在输 电线12上时，便完成了一个完整的线路行走过程。按照这个动作序列，机器人双臂交替前 进，实现在线路上行走。 跨越障碍过程 图6、7为本实用新型的越障过程描述示意图；图8为本实用新型的越障过程的侧 面描述示意图。 当输电线12上有障碍时，机器人可以越过障碍继续前进。如图6所示，当机器人 传感器检测到前方有障碍时，让其中一个手臂靠近障碍物，并以靠近障碍物的手臂为支撑， 另一手臂绕主旋转关节3旋转，越过障碍。下面以左手臂l遇障情况描述越障过程，首先调 整右手臂2上的滚珠丝杠，使右滑块11位于右于臂2重心位置，同时调整左手臂1上的滚 珠丝杠和主旋转关节3，保证左、右线路适配器7、8在输电线12上的位置不变，同时调整左、 右腕俯仰关节6、9保证左、右线路适配器7、8的姿态不变，调整完成后左手臂1处于竖直状 态，根据障碍物尺寸调整左滑块4的位移，具体为障碍物较长时縮短左滑块4与左线路适 配器7之间的距离，而障碍物较短时可以增加左滑块4与左线路适配器7之间的距离，以左 手臂1为支撑，主旋转关节3带动右手臂2旋转脱离输电线12，右手臂2转过一定角度后， 调整右腕俯仰关节9，使右线路适配器8与输电线12接触。机器人双臂交替前进、实现障碍 物的跨越。 对于比较高的障碍物如单挂点金具，线路适配器不能从上方跨越，改为从侧面通 过。越障过程如图7所示。跟图6所示越障过程的区别在于，当右手臂2接近障碍物时，左 腕偏转关节5要旋转一个角度，使得右手臂2从侧向越过障碍，越过障碍后，左腕偏转关节 5再恢复原来角度，主旋转关节3继续旋转直到右线路适配器8接触到输电线12上。机器 人双臂交替前进、实现障碍物的跨越。 对于有转角的线路，则可以根据转角大小和方向，转动两个手臂的腕偏转关节和 腕俯仰关节，配合滑块和主旋转关节的运动来调节姿态，从而实现转角跨越。 上述实施例不以任何方式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所 获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
权利要求架空线缆攀援机器人行走和越障机构，包括左手臂、右手臂、摄像头、无线数传模块、电源、驱动器和和控制器，其特征在于所述的左手臂和右手臂结构一致，分别包括手臂本体、腕俯仰关节、腕偏转关节、线路适配器和电机，所述的线路适配器依次通过腕俯仰关节、腕偏转关节安装在手臂本体的末端上，腕俯仰关节和腕偏转关节分别通过减速器与电机相连，由各个电机分别驱动转动；在所述的手臂本体上安装有滚珠丝杠，滚珠丝杠与驱动电机连接，滑块与滚珠丝杠配合；在左右手臂上的滑块之间安装有主旋转关节。
2. 根据权利要求1所述的架空线缆攀援机器人行走和越障机构，其特征在于所述的线 路适配器为轮式移动结构、常规手爪结构或轮爪复合结构。
3. 根据权利要求1所述的架空线缆攀援机器人行走和越障机构，其特征在于所述的摄 像头、无线数传模块、电源、驱动器和控制器安装在左右手臂外侧。
4. 根据权利要求1所述的架空线缆攀援机器人行走和越障机构，其特征在于所述的腕 俯仰关节为水平转动副，所述的腕偏转关节为竖直转动副。
5. 根据权利要求1所述的架空线缆攀援机器人行走和越障机构，其特征在于所述的主 旋转关节为水平转动副。
专利摘要本实用新型涉及一种架空线缆攀援机器人行走和越障机构，包括左手臂、右手臂等，所述的左手臂和右手臂结构一致，分别包括手臂本体、腕俯仰关节、腕偏转关节、线路适配器等，线路适配器依次通过腕俯仰关节、腕偏转关节安装在手臂本体的末端上，腕俯仰关节和腕偏转关节分别通过减速器与电机相连，由各个电机分别驱动转动；在所述的手臂本体上安装有滚珠丝杠，滚珠丝杠与驱动电机连接，滑块与滚珠丝杠配合；在左右手臂上的滑块之间安装有主旋转关节。本实用新型行走规划简单、工作空间大、受力特性好、重量轻，关节所需扭矩小、能耗低，而且越障能力强，应用范围广，可以应用于各种架空线缆检测等作业的机器人，也可应用于线缆攀援教育娱乐机器人等。
文档编号H02G1/02GK201549825SQ200920230598
公开日2010年8月11日 申请日期2009年8月24日 优先权日2009年8月24日
发明者刘飞, 张建伟, 王臻, 王鲁单, 程胜 申请人:昆山市工业技术研究院有限责任公司