一種差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構的制作方法
【專利摘要】本發明涉及移動機器人機構，具體地說是一種差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構，包括行走機構、前夾持機構、后夾持機構及差速機構，該前夾持機構、后夾持機構及差速機構分別安裝在行走機構的行走輪架上，由行走機構帶動共同沿架空導線行走；差速機構位于前夾持機構與后夾持機構之間，分別與前夾持機構和后夾持機構連接；行走機構的行走輪架上安裝有夾緊電機，該夾緊電機通過差速機構的傳動分別控制前夾持機構和后夾持機構中的兩個夾爪同步松開或夾緊。本發明工作空間大，能夠夾緊變徑導線、夾持能力和適應能力強，具有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動機器人機構，具體地說是一種差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構。
【背景技術】
[0002]在現有的超高壓輸電線巡檢機器人機構中，大部分采用由輪式移動和復合連桿機構組合而成的復合移動機構(文獻 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 ;文獻 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),或者采用多組移功單元串聯組成的多自由度移動機構(文獻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)。這些機構的結構復雜、重量大、耗能多、越障能力有限且不易于控制，不能適應架空地線的角度變化，夾爪的夾緊力小，無法跨越角度過大的障礙物，同時對線的損害程度大，因此，難以應用于實際的超高壓輸電線路巡檢作業。

【發明內容】

[0003]為克服上述移動機構結構復雜、夾緊力不足、越障能力有限且不易于控制，不能適應架空地線的角度變化，不能抓取變徑的導線，同時對導線的損害程度大等不足，本發明的目的在于提供一種差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構。該行走夾持機構工作空間大，夾持能力強，越障能力強，能適應架空地線的角度變化，能夠夾緊不同直徑的導線，同時對導線的損害程度小。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0005]本發明包括行走機構、前夾持機構、后夾持機構及差速機構，該前夾持機構、后夾持機構及差速機構分別安裝在行走機構的行走輪架上，由行走機構帶動共同沿架空導線行走；所述差速機構位于前夾持機構與后夾持機構之間，分別與前夾持機構和后夾持機構連接；所述行走機構的行走輪架上安裝有夾緊電機，該夾緊電機通過差速機構的傳動分別控制前夾持機構和后夾持機構中的兩個夾爪同步松開或夾緊。
[0006]其中:所述行走機構包括行走輪架、行走電機、行走輪軸、行走輪、鎖緊螺母及法蘭，其中行走輪架與機器人操作臂相連，行走輪軸的兩端轉動安裝在行走輪架上，其中一端與安裝在行走輪架上的行走電機，的輸出軸相連，另一端的端部設有安裝在行走輪架上的法蘭；所述行走輪安裝在行走輪軸上，通過套設在行走輪軸上的鎖緊螺母進行軸向鎖緊；
[0007]所述前夾持機構與后夾持機構結構相同，分別通過夾爪支架及中間板安裝在行走機構的行走輪架上；每個夾持機構均包括第二從同步帶輪、第二從傳動軸、左扇形輪、左支架、左夾爪、第三從傳動軸、右扇形輪、右支架及右夾爪，其中第二從同步帶輪、左扇形輪、左支架通過螺栓固接在一起并安裝在第二從傳動軸上，右扇形輪、右支架通過螺栓固接在一起并安裝在第三從傳動軸上，所述第二從傳動軸及第三從傳動軸的兩端分別轉動安裝在行走輪架上；所述左夾爪及右夾爪分別鉸接于左支架及右支架上，左扇形輪與右扇形輪之間相互嚙合傳動；所述前夾持機構中的第二從同步帶輪通過第三同步帶與差速機構中的第二主同步帶輪相連；所述前夾持機構與后夾持機構分別位于行走輪的前后兩側；所述左支架及右支架上分別設有限制左夾爪及右夾爪轉動的限位凸臺；
[0008]所述差速機構包括第二主同步帶輪、第二傳動軸、差速器支撐架、軸套、差速器架、左從動錐齒輪、主動軸、主動錐齒輪、右從動錐齒輪、第一從同步帶輪、第三傳動軸及第三主同步帶輪，差速機構整體通過差速器支撐架安裝在行走輪架上，第二傳動軸及第三傳動軸分別轉動安裝在兩個差速器支撐架上，所述第二傳動軸的一端連接第二主同步帶輪、另一端連接左從動錐齒輪，所述第三傳動軸的一端連接第三主同步帶輪、另一端連接右從動錐齒輪；所述差速器架的兩端分別通過軸套轉動安裝在第二傳動軸及第三傳動軸上，在差速器架上設有主動軸，該主動軸上連接有主動錐齒輪，所述主動錐齒輪分別與左從動錐齒輪和右從動錐齒輪相嚙合；所述第一從同步帶輪安裝在第三傳動軸上，并與差速器架固接，該第一從同步帶輪通過第一同步帶與安裝在夾緊電機上的第一主同步帶輪相連；所述第二主同步帶輪及第三主同步帶輪分別通過第三同步帶及第二同步帶與前夾持機構和后夾持機構相連；所述第三傳動軸上的差速器支撐架與第一從同步帶輪之間設有套在第三傳動軸上的套筒；所述夾緊電機通過電機支撐座安裝在行走輪架上。
[0009]本發明的優點與積極效果為:
[0010]1.本發明采用輪爪復合機構，利于行走與越障；該行走夾持機構結合了輪式移動和蠕動爬行機構的優點，既可沿線快速行走，也可跨越障礙。
[0011]2.自適應能力強。由于本發明的夾持機構浮置在行走機構上，夾持機構可以繞行走機構作自適應轉動，以適應不同傾角的架空地線，保證夾持機構中夾爪姿態始終與架空地線平行。
[0012]3.夾持能力強。由于本發明采用差速機構，前、后夾持機構都能夠夾持導線，使夾爪與導線的接觸面積增大和前后夾持機構的受力更為均勻，從而增大整機的夾持力，從而使機器人具有跨越大角度障礙物的能力。
[0013]4.越障能力強。本發明采用差速機構，從而使前、后夾持機構能夠夾持不同直徑的導線，當機器人遇到障礙物時，機器人具有了夾持部分變徑圓柱體障礙物的能力，從而使機器人具有能夠跨越更復雜障礙物的能力。
[0014]5.應用范圍較廣。本發明的行走機構可實現移動功能，夾持機構可實現夾緊、松開、半抱等功能，行走輪和夾爪與線相抓持；本發明工作空間大、重量輕、能耗低、越障能力和自適應能力強，同時具有安全保護功能，具有廣泛的應用前景，可作為高壓輸電線路及電話線路的巡檢機器人移動機構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為發明行走機構的結構主視圖；[0016]圖2為圖1的俯視圖；
[0017]圖3為圖1的右視圖；
[0018]圖4為圖1的左視圖；
[0019]圖5為本發明差速機構的結構剖視圖；
[0020]圖6為本發明前/后夾持機構的結構主視圖；
[0021]圖7為本發明夾持機構處于夾緊狀態的結構示意圖；
[0022]圖8為本發明夾持機構處于半抱狀態的結構示意圖；
[0023]圖9為本發明夾持機構處于松開狀態的結構示意圖；
[0024]圖10為超高壓線路上障礙物的示意圖；
[0025]其中:1為行走機構,2為前夾持機構,3為后夾持機構,4為差速機構,5為行走輪架，6為行走電機,7為軸承,8為行走輪軸,9為行走輪,10為鎖緊螺母,11為法蘭，12為第一主同步帶輪，13為第一同步帶，14為電機支撐座，15為第二同步帶，16為第三同步帶，17為夾緊電機，18為夾爪支架，19為中間板,20為第二主同步帶輪,21為第二傳動軸,22為差速器支撐架，23為球軸承，24為軸套，25為差速器架，26為左從動錐齒輪，27為主動軸，28為主動錐齒輪，29為右從動錐齒輪，30為第一從同步帶輪，31為第三傳動軸，32為套筒，33為第三主同步帶輪，34為第二從同步帶輪，35為第二從傳動軸，36為左扇形輪，37為左支架，38為左夾爪，39為第三從傳動軸，40為右扇形輪，41為右支架，42為右夾爪，43為耐張塔，44為并溝線夾，45為引流線，46為耐張線夾，47為防震錘，48為架空導線，49為懸垂線夾，50為直線塔。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明作進一步詳述。
[0027]如圖1?4所示，本發明為復合輪爪結構，包括行走機構1、前夾持機構2、后夾持機構3及差速機構4，該前夾持機構2、后夾持機構3及差速機構4分別安裝在行走機構I的行走輪架5上，由行走機構I帶動共同沿架空導線48行走；差速機構4位于前夾持機構2與后夾持機構3之間，分別與如夾持機構2和后夾持機構3連接；夾緊電機17通過電機支撐座14安裝在行走機構I的行走輪架5上，該夾緊電機17通過差速機構4的傳動分別控制前夾持機構2和后夾持機構3中的兩個夾爪同步松開或夾緊。
[0028]行走機構I包括行走輪架5、行走電機6、軸承7、行走輪軸8、行走輪9、鎖緊螺母10及法蘭11，其中行走輪架5通過其上的法蘭11與機器人操作臂相連，行走輪軸8的兩端分別通過軸承7轉動安裝在行走輪架5上，其中一端與安裝在行走輪架5上的行走電機6，的輸出軸相連，另一端的端部設有安裝在行走輪架5上的法蘭11)行走輪9安裝在行走輪軸8上，通過套設在行走輪軸8上的鎖緊螺母10進行軸向鎖緊。
[0029]如圖6?9所示，前夾持機構2與后夾持機構3結構相同，分別通過夾爪支架18及中間板19安裝在行走機構I的行走輪架5上，前夾持機構2與后夾持機構3分別位于行走輪9的前后兩側。每個夾持機構均包括第二從同步帶輪34、第二從傳動軸35、左扇形輪36、左支架37、左夾爪38、第三從傳動軸39、右扇形輪40、右支架41及右夾爪42，其中第二從同步帶輪34、左扇形輪36、左支架37通過螺栓固接在一起并安裝在第二從傳動軸35上，右扇形輪40、右支架41通過螺栓固接在一起并安裝在第三從傳動軸39上，第二從傳動軸35及第三從傳動軸39的兩端分別轉動安裝在行走輪架5上；左夾爪38及右夾爪42分別鉸接于左支架37及右支架41上，左扇形輪36與右扇形輪40之間相互嚙合傳動；前夾持機構2中的第二從同步帶輪34通過第三同步帶16與差速機構4中的第二主同步帶輪20相連。左支架37及右支架41上分別設有限制左夾爪38及右夾爪42轉動的限位凸臺。
[0030]如圖5所示，差速機構4包括第二主同步帶輪20、第二傳動軸21、差速器支撐架
22、球軸承23、軸套24、差速器架25、左從動錐齒輪26、主動軸27、主動錐齒輪28、右從動錐齒輪29、第一從同步帶輪30、第三傳動軸31、套筒32及第三主同步帶輪33，差速器支撐架22為兩個，每個差速器支撐架22上均設有螺紋孔，差速機構4整體通過兩個差速器支撐架22上的螺紋孔安裝在行走輪架5上；第二傳動軸21及第三傳動軸31分別通過球軸承23轉動安裝在兩個差速器支撐架22上，第二傳動軸21的一端連接第二主同步帶輪20、另一端連接左從動錐齒輪26，第三傳動軸31的一端連接第三主同步帶輪33、另一端連接右從動錐齒輪29 ;差速器架25的兩端分別通過軸套24轉動安裝在第二傳動軸21及第三傳動軸31上，在差速器架25上設有主動軸27，該主動軸27上連接有主動錐齒輪28，主動錐齒輪28分別與左從動錐齒輪26和右從動錐齒輪29相嚙合；第一從同步帶輪30安裝在第三傳動軸31上，并與差速器架25固接，該第一從同步帶輪30通過第一同步帶13與安裝在夾緊電機17上的第一主同步帶輪12相連；第二主同步帶輪20及第三主同步帶輪33分別通過第三同步帶16及第二同步帶15與前夾持機構2和后夾持機構3中的第二從同步帶輪34相連。在第三傳動軸31上的差速器支撐架22與第一從同步帶輪30之間設有套在第三傳動軸31上的套筒32。
[0031]本發明的工作原理為:
[0032]行走電機6驅動行走輪軸8，從而帶動行走輪9轉動，實現機器人在架空導線48上前進或后退。夾緊電機17通過第一主同步帶輪12、第一同步帶13驅動差速機構4中的第一從同步帶輪30旋轉，從而實現差速器架25轉動；由于差速器架25的轉動，安裝在差速器架25上的主動錐齒輪28旋轉，通過主動錐齒輪28分別與左從動錐齒輪26、右從動錐齒輪29的嚙合作用，左從動錐齒輪26、右從動錐齒輪29分別旋轉，通過第二傳動軸21、第三傳動軸31分別帶動第二主同步帶輪20和第三同步帶輪33旋轉,第二主同步帶輪20通過第三同步帶16帶動前夾持機構2中的第二從同步帶輪34旋轉,通過左扇形輪36、右扇形輪40的嚙合作用，實現左夾爪38、右夾爪42的動作；同時第三主同步帶輪33通過第二同步帶15帶動后夾持機構中的第二從同步帶輪34旋轉，通過左扇形輪36、右扇形輪40的嚙合作用，實現左夾爪38、右夾爪42的動作；左夾爪38與右夾爪42的動作有三個狀態，分別是夾緊、半抱和松開狀態，如圖5、圖6、圖7所示。
[0033]如圖10所示，為超高壓輸電線路障礙環境，線路環境中桿塔的主要類型為耐張塔43和直線塔50，耐張塔43上的主要障礙物為耐張線夾46、引流線45、并溝線夾44，直線塔50上的主要障礙物為懸垂線夾49、防震錘47。由于引流線45沒有預加張緊力，所以引流線45呈懸鏈狀。
【權利要求】
1.一種差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構，其特征在于:包括行走機構(I)、前夾持機構(2)、后夾持機構(3)及差速機構(4)，該前夾持機構(2)、后夾持機構(3)及差速機構(4)分別安裝在行走機構(I)的行走輪架(5)上，由行走機構(I)帶動共同沿架空導線(48)行走；所述差速機構(4)位于前夾持機構(2)與后夾持機構(3)之間，分別與前夾持機構(2)和后夾持機構(3)連接；所述行走機構⑴的行走輪架(5)上安裝有夾緊電機(17)，該夾緊電機(17)通過差速機構(4)的傳動分別控制前夾持機構(2)和后夾持機構(3)中的兩個夾爪同步松開或夾緊。
2.按權利要求1所述的差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構，其特征在于:所述行走機構(I)包括行走輪架(5)、行走電機(6)、行走輪軸(8)、行走輪(9)、鎖緊螺母(10)及法蘭(11)，其中行走輪架(5)與機器人操作臂相連，行走輪軸(8)的兩端轉動安裝在行走輪架(5)上，其中一端與安裝在行走輪架(5)上的行走電機(6)，的輸出軸相連，另一端的端部設有安裝在行走輪架(5)上的法蘭(11);所述行走輪(9)安裝在行走輪軸(8)上，通過套設在行走輪軸(8)上的鎖緊螺母(10)進行軸向鎖緊。
3.按權利要求1所述的差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構，其特征在于:所述前夾持機構(2)與后夾持機構(3)結構相同，分別通過夾爪支架(18)及中間板(19)安裝在行走機構(I)的行走輪架(5)上；每個夾持機構均包括第二從同步帶輪(34)、第二從傳動軸(35)、左扇形輪(36)、左支架(37)、左夾爪(38)、第三從傳動軸(39)、右扇形輪(40)、右支架(41)及右夾爪(42)，其中第二從同步帶輪(34)、左扇形輪(36)、左支架(37)通過螺栓固接在一起并安裝在第二從傳動軸(35)上，右扇形輪(40)、右支架(41)通過螺栓固接在一起并安裝在第三從傳動軸(39)上，所述第二從傳動軸(35)及第三從傳動軸(39)的兩端分別轉動安裝在行走輪架(5)上；所述左夾爪(38)及右夾爪(42)分別鉸接于左支架(37)及右支架(41)上，左扇形輪(36)與右扇形輪(40)之間相互嚙合傳動；所述前夾持機構(2)中的第二從同步帶輪(34)通過第三同步帶(16)與差速機構(4)中的第二主同步帶輪(20)相連。
4.按權利要求3所述的差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構，其特征在于:所述前夾持機構(2)與后夾持機構(3)分別位于行走輪(9)的前后兩側。
5.按權利要求3所述的差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構，其特征在于:所述左支架(37)及右支架(41)上分別設有限制左夾爪(38)及右夾爪(42)轉動的限位凸臺。
6.按權利要求1所述的差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構，其特征在于:所述差速機構(4)包括第二主同步帶輪(20)、第二傳動軸(21)、差速器支撐架(22)、軸套(24)、差速器架(25)、左從動錐齒輪(26)、主動軸(27)、主動錐齒輪(28)、右從動錐齒輪(29)、第一從同步帶輪(30)、第三傳動軸(31)及第三主同步帶輪(33)，差速機構(4)整體通過差速器支撐架(22)安裝在行走輪架(5)上，第二傳動軸(21)及第三傳動軸(31)分別轉動安裝在兩個差速器支撐架(22)上，所述第二傳動軸(21)的一端連接第二主同步帶輪(20)、另一端連接左從動錐齒輪(26)，所述第三傳動軸(31)的一端連接第三主同步帶輪(33)、另一端連接右從動錐齒輪(29);所述差速器架(25)的兩端分別通過軸套(24)轉動安裝在第二傳動軸(21)及第三傳動軸(31)上，在差速器架(25)上設有主動軸(27)，該主動軸(27)上連接有主動錐齒輪(28)，所述主動錐齒輪(28)分別與左從動錐齒輪(26)和右從動錐齒輪(29)相嚙合；所述第一從同步帶輪(30)安裝在第三傳動軸(31)上，并與差速器架(25)固接，該第一從同步帶輪(30)通過第一同步帶(13)與安裝在夾緊電機(17)上的第一主同步帶輪(12)相連；所述第二主同步帶輪(20)及第三主同步帶輪(33)分別通過第三同步帶(16)及第二同步帶(15)與前夾持機構(2)和后夾持機構(3)相連。
7.按權利要求6所述的差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構，其特征在于:所述第三傳動軸(31)上的差速器支撐架(22)與第一從同步帶輪(30)之間設有套在第三傳動軸(31)上的套筒(32)。
8.按權利要求1或6所述的差速雙夾爪巡線機器人行走夾持機構，其特征在于:所述夾緊電機(17)通過電機支撐座(14)安裝在行走輪架(5)上。
【文檔編號】B62D57/02GK103895724SQ201210584754
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優先權日:2012年12月28日
【發明者】王洪光, 張宏志, 姜勇, 孫啟志, 凌烈, 陳學中, 岳湘, 孟慶豐, 朱靜, 申學德, 許存德, 董云鵬, 孫艷鶴 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所, 遼寧省電力有限公司檢修分公司, 國家電網公司