高压线行走机器人轮爪复合机构

摘要

本发明涉及一种高压线行走机器人轮爪复合机构，其特征在于，包括用于在高压线上行走的轮式行走机构和用于夹持高压线并提供正压力的爪式夹持机构，轮式行走机构和爪式夹持机构都设置在机器人框架上，且所述的爪式夹持机构成对使用。本发明采用欠驱动机构的原理，用一个电机驱动夹持机构实现旋转和移动两种运动方式；采用自锁机构，实现夹持机构闭合后自动锁紧，减小能耗；本发明结构小巧新颖，夹持效率高，应用范围广。

权利要求

1.一种高压线行走机器人轮爪复合机构，包括用于在高压线上行走的轮式行走机构和用于夹持高压线并提供正压力的爪式夹持机构，轮式行走机构和爪式夹持机构都设置在机器人框架上，且所述的爪式夹持机构成对使用，其特征在于，所述的爪式夹持机构包括夹持驱动电机、蜗轮蜗杆副、丝杠丝母副、提升板和夹持爪，夹持驱动电机固定在机器人框架外侧，其输出轴与蜗轮蜗杆副中的蜗杆连接，与蜗杆啮合的蜗轮设置在丝杠丝母副中的丝杠顶端，与丝杠配合连接的丝母则设置在提升板上，提升板套装在与丝杠平行设置的导轨上，而夹持爪的一端固定在提升板上。

2.根据权利要求1所述的高压线行走机器人轮爪复合机构，其特征在于，所述的轮式行走机构包括行走驱动电机和行走轮，行走驱动电机设置在机器人框架外侧，行走轮设置在机器人框架内，且行走轮通过轮轴与行走驱动电机连接。

3.根据权利要求2所述的高压线行走机器人轮爪复合机构，其特征在于，所述的行走轮采用铝合金轮毂，且轮槽内压接有天然橡胶。

4.根据权利要求1所述的高压线行走机器人轮爪复合机构，其特征在于，所述的夹持爪包括爪尖、爪中和爪跟，爪跟的一端固定在提升板上，另一端通过旋转轴与爪中连接，且旋转轴处还设置有扭簧，而爪中与爪尖则通过转轴垂直相交连接，上述的爪尖、爪中和爪跟各为两组，且相对设置，此外，在机器人框架上还设置有挡轴，所述的挡轴外缘与爪中外侧表面形成非固定式相切接触。

5.根据权利要求4所述的高压线行走机器人轮爪复合机构，其特征在于，所述的挡轴上还设置有滚动轴承，所述的滚动轴承的外缘与上述的爪中外侧表面相切接触。

6.根据权利要求4所述的高压线行走机器人轮爪复合机构，其特征在于，所述的扭簧与旋转轴同轴心，且扭簧的两端受力点分别固定在爪跟和爪中上。

7.根据权利要求4所述的高压线行走机器人轮爪复合机构，其特征在于，所述的爪尖的材料为ABS塑料或电木。

8.根据权利要求1所述的高压线行走机器人轮爪复合机构，其特征在于，所述的导轨设置有两条。

说明书

高压线行走机器人轮爪复合机构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高压线行走机器人，尤其是涉及一种工作于高压输电线上实现机器人行走和夹持功能的运动机构，属于机器人技术领域。

背景技术

[0002] 高压电网硬件设备的维护是危险性高不可忽视的工作，如高压输电线路的巡检维护、冰冻灾害发生时冰雪附着物的去除等（参见文献：G. Andersson et al., “Causes of the 2003 major grid blackouts in North America and Europe, and recommended means to improve system dynamic performance”， IEEE Trans. Power Systems, vol. 20, is. 4, Nov. 2005, pp.1922-1928.）。目前这些工作主要由人工完成，机器人代替人工作业将是未来发展的必然趋势，机器人沿大坡度高压输电线路行走时，行走轮与输电线间易发生打滑现象，因此需要增大摩擦力来实现对机器人的有效驱动（参见文献:Montambault,S. and Pouliot,N. 2007, “Design and Validation of a Mobile Robot for Power Line Inspection and Maintenance），该文献表明现有机构耗能多、效率低，线上爬坡能力及越障能力有限，安全保护性能差，难以应用于实际输电线路的巡视及维护中。 发明内容

[0003] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、重量轻、爬坡行走及越障功能强大，且安全保护性好的高压线行走机器人轮爪复合机构。

[0004] 为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

[0005] 一种高压线行走机器人轮爪复合机构，其特征在于，包括用于在高压线上行走的轮式行走机构和用于夹持高压线并提供正压力的爪式夹持机构，轮式行走机构和爪式夹持机构都设置在机器人框架上，且所述的爪式夹持机构成对使用。

[0006] 上述的轮式行走机构包括行走驱动电机和行走轮，其中，行走驱动电机设置在机器人框架外侧，行走轮设置在机器人框架内，且行走轮通过轮轴与行走驱动电机连接，此外，行走轮采用铝合金轮毂，且轮槽内压接有天然橡胶。

[0007] 上述的爪式夹持机构包括夹持驱动电机、蜗轮蜗杆副、丝杠丝母副、提升板和夹持爪，其中，夹持驱动电机固定在机器人框架外侧，其输出轴与蜗轮蜗杆副中的蜗杆连接，与蜗杆啮合的蜗轮设置在丝杠丝母副中的丝杠顶端，与丝杠配合连接的丝母则设置在提升板上，提升板套装在与丝杠平行设置的导轨上，导轨设置有两条，而夹持爪的一端固定在提升板上。

[0008] 此外，上述的夹持爪包括爪尖、爪中和爪跟，其中爪跟的一端固定在提升板上，另一端通过旋转轴与爪中连接，且旋转轴处还设置有扭簧，扭簧与旋转轴同轴心，且扭簧的两端受力点分别固定在爪跟和爪中上，而爪中与爪尖则通过转轴垂直相交连接，所述的爪中可绕旋转轴旋转，并可随爪跟一起在提升板的带动下上下运动，上述的爪尖、爪中和爪跟各为两组，且相对设置，此外，在机器人框架上还设置有挡轴，所述的挡轴外缘与爪中外侧表面形成非固定式相切接触，而在挡轴上还设置有滚动轴承，所述的滚动轴承的外缘与上述的爪中外侧表面相切接触。

[0009] 上述的爪尖的材料为非金属材料ABS或电木，爪尖可自由旋转。

[0010] 本发明的有益效果是：

[0011] 1、驱动能力强：本发明采用的轮爪复合机构便于机器人在高压线上行走和越障，当高压线坡度较大，机器人行走轮在输电线上行走打滑时，爪式夹持机构可以增大行走轮与输电线之间的摩擦力，解决打滑问题，有效地提高了机器人的驱动能力。

[0012] 2、结构紧凑：本发明使用一个电机，通过巧妙的机械结构，实现了夹持机构开合与提升两个动作，从而减轻了整个结构的重量，降低了系统的控制难度，提高了控制系统可靠性。

[0013] 3、夹持效率高：本发明中的爪式夹持机构，通过欠驱动的原理将夹持机构的开合与提升动作分开，能量转换效率高。

[0014] 4、应用范围广：本发明可广泛用于高压线巡检及高压线冰雪附着物去除等机器人移动机构。

附图说明

[0015] 图1为本发明的高压线行走机器人轮爪复合结构主视图；

[0016] 图2为本发明所述的爪式夹持机构闭合示意图；

[0017] 图3为本发明所述的爪式夹持机构夹紧示意图；

[0018] 图4为本发明一实施例的应用示意图。

[0019] 附图中主要标记含义如下：

[0020] 1、行走轮 2、行走驱动电机 3、夹持驱动电机 4、蜗杆[0021] 5、蜗轮 6、丝杠 7、导轨 8、丝母[0022] 9、提升板 10、爪跟 11、挡轴 12、旋转轴[0023] 13、爪中 14、爪尖。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

[0025] 图1为本发明的高压线行走机器人轮爪复合结构主视图；图2为本发明所述的爪式夹持机构闭合示意图；图3为本发明所述的爪式夹持机构夹紧示意图；图4为本发明一实施例的应用示意图。

[0026] 如图1-图4所示：一种高压线行走机器人轮爪复合机构，包括用于在高压线上行走的轮式行走机构和用于夹持高压线并提供正压力的爪式夹持机构，轮式行走机构和爪式夹持机构都设置在机器人框架上，且所述的爪式夹持机构成对使用。

[0027] 上述的轮式行走机构包括行走驱动电机2和行走轮1，其中，行走驱动电机2设置在机器人框架外侧，行走轮1设置在机器人框架内，且行走轮1通过轮轴与行走驱动电机2连接，此外，本发明所述的行走轮1采用铝合金轮毂，并在轮槽内压接有天然橡胶，从而减少行走轮2对高压线的损伤。

[0028] 上述的爪式夹持机构包括夹持驱动电机3、蜗轮蜗杆副、丝杠丝母副、提升板9和夹持爪，其中，夹持驱动电机3固定在机器人框架外侧，其输出轴与蜗轮蜗杆副中的蜗杆4连接，与蜗杆4啮合的蜗轮5设置在丝杠丝母副中的丝杠6顶端，与丝杠6配合连接的丝母8则设置在提升板9上，提升板9套装在与丝杠6平行设置的导轨7上，在本实施方式中，导轨7设置有两条，但本发明并不仅限于设置有2条平行的光滑导轨7，具体导轨7的数量可根据实际机器人结构设定，此外，上述的夹持爪的一端固定在提升板9上。

[0029] 本发明为了实现爪式夹持机构在电机断电后仍然保持夹紧状态，其利用蜗轮蜗杆副实现爪式夹持机构的自锁功能，用丝杠丝母副将旋转运动转为直线运动，实现了夹持机构的提升和下降功能。

[0030] 在本实施例中，上述的夹持爪包括爪尖14、爪中13和爪跟10，其中爪跟10的一端固定在提升板9上，另一端通过旋转轴12与爪中13连接，且旋转轴12处还设置有扭簧，扭簧的两端受力点分别固定在爪跟10和爪中13上，扭簧与旋转轴12同轴心，使得爪中13可绕旋转轴12被动旋转，并可随爪跟10一起在提升板9的带动下上下运动，当爪中13随提升板9下降至其外缘与挡轴11脱离，不再受挡轴11限制时，爪中13在扭簧作用力下绕旋转轴12旋转，实现夹持机构的打开动作，而上述的爪中13与爪尖14则通过转轴垂直相交连接，爪尖14可自由旋转，上述的爪尖14、爪中13和爪跟10各为两个，且相对设置。

[0031] 此外，在机器人框架上还设置有挡轴11，所述的挡轴11外缘与爪中13外侧表面形成非固定式相切接触，在挡轴11上还设置有滚动轴承，所述的滚动轴承的外缘与上述的爪中13外侧表面相切接触，但不固连，实现了爪中13运动时，其外缘与挡轴11表面的摩擦力由滑动摩擦变为滚动摩擦，减小了能量损耗。

[0032] 为了减小机器人在高压线上行走时其爪式夹持机构对高压线造成的损伤，本发明所述的爪式夹持机构与高压线接触部分的爪尖14采用非金属材料ABS或电木，爪尖14可自由旋转，使机器人行走时爪尖14相对高压线滚动，实现滑动摩擦转为滚动摩擦。

[0033] 本发明的工作过程为：

[0034] 行走驱动电机2通电后驱动行走轮1正向或反向转动，实现机器人在输电线上前进或后退。

[0035] 夹持动作：

[0036] 如图1所示：在扭簧作用力下，爪中13可保持如图1所示的张开状态，夹持驱动电机3驱动蜗杆4转动，从而驱动蜗轮5及丝杠6转动，丝杠6带动丝母8及提升板9沿光滑导轨7向上移动，从而带动爪跟10及爪中13向上移动。爪中13向上提升过程中，在挡轴11作用力下开始绕旋转轴12旋转闭合，至如图2所示的闭合状态时，此时爪尖14处于水平姿态，并保持水平姿态同爪中13一起提升，爪尖14继续提升接触到高压线，如图3所示：此时夹持机构处于夹紧状态，此时夹持驱动电机3断电后，由于蜗轮5及蜗杆4的自锁作用，夹持机构会保持夹紧，此时行走轮1在高压线上行走，爪尖14相对高压线滚动，并提供正压力，从而增大行走轮1与高压线之间的摩擦力，同时亦可以保护机器人在线上安全行走，不被风吹落脱线。

[0037] 释放动作：

[0038] 释放动作与夹持动作相反，夹持驱动电机3驱动蜗杆4反向转动，从而驱动蜗轮5及丝杠6转动，丝杠6带动丝母8及提升板9沿光滑导轨7向下移动，从而带动爪跟10及爪中13向下移动，使得爪尖14脱离与高压线的接触，爪中13与爪尖14继续向下移动，当旋转轴12在水平方向低于挡轴11时，爪中13在扭簧力的作用下开始绕旋转轴12旋转，使得爪式夹持机构张开至图1所示状态。

[0039] 如图4所示：本发明中的爪式夹持机构设置有2组，且成对使用，两个轮式行走机构各配备一个爪式夹持机构，单个轮式行走机构同时配备两个爪式夹持机构亦在本发明保护范围之内。

[0040] 上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。