專利名稱：架空線纜攀援機器人行走和越障機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機器人結構，具體講是涉及一種用于沿架空線纜行走和越障
的機器人運動機構，屬機器人技術領域。
背景技術：
電能傳輸必須依靠高壓輸電線路。由于輸電線路分布點多面廣，所處地形復雜，自 然環境惡劣，電力線及桿塔附件長期暴露在野外，因受到持續的機械張力、電氣閃絡、材料 老化的影響而產生斷股、磨損、腐蝕等損傷，必須及時修復或更換。所以，必須對輸電線路 進行定期巡視檢查，隨時掌握和了解輸電線路的運行情況，線路周圍環境和線路保護區的 變化情況，以便及時發現和消除隱患，預防事故的發生，確保供電安全。目前架空高壓輸電 線路的運行維護工作基本還是采用傳統的人工巡檢的方式，工作難度大，危險性高，勞動量 大，特別是對山區和跨越大江大河的輸電線路的巡檢，存在很大的困難，甚至有一些巡檢項 目靠常規方法難以完成。因此，利用機器人進行自動巡線成為保障線路安全運行的一種必 要手段。如果使用輸電線路巡檢機器人巡檢線路，則可以降低高壓線路運行維護費用，提高 巡檢作業效率，保證線路維護質量。 國外在巡線機器人領域的研究起步較早，從20世紀80年代末開始，日本東京電力
公司、美國TRC公司等先后開展了巡線機器人的研究工作。但他們研制的巡線機器人一般
需要人工參與，或只能完成兩線塔之間電力線路的檢查，作業范圍小，自治程度低。另外文
獻資料表明，當前巡檢架空線纜的移動機器人的研制瓶頸在于研制出可快速靈活跨越障礙
的移動機構，機器人不僅能沿相線快速行走，而且還要跨越防震錘、耐張線夾、懸垂線夾、轉
彎、弓子線等諸多障礙，并且線路與障礙物的相對位置和形態還具有不固定的特點，故要求
機器人必須具有靈巧的機械結構，否則不可能完成巡線任務。其中越障能力又是巡線機器人
結構設計的關鍵。由于機器人懸掛在架空線上，越障時既要保證機器人姿態平穩，又要保證與
其它導線和桿塔金屬部件及拉線的安全間距，并且還要容易控制，因此設計難度非常大。 巡線機器人是一個復雜的機電一體化系統，涉及機械結構、自動控制、通信、傳感
器信息融合、電源技術等多個領域，國內外科研機構研制的巡檢機器人大多體積龐大、機構
復雜，在越障過程中多采用靜態行走，能源損耗較大、所需關節扭矩大，而且耗費時間較長，
成本也較高。
實用新型內容為了克服現有的線纜攀援機器人結構復雜、重量大、所需關節扭矩大、越障能力不 足等缺點，本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、重量輕、能耗低、越障能力強的架空 線纜攀援機器人行走和越障機構，可實現在架空線纜上行走，并且能夠越過線纜上的各種 障礙。
為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案是 —種架空線纜攀援機器人行走和越障機構，包括左手臂、右手臂、攝像頭、無線數 傳模塊、電源、驅動器和和控制器，其特征在于所述的左手臂和右手臂結構一致，分別包括手臂本體、腕俯仰關節、腕偏轉關節、線路適配器和電機，所述的線路適配器依次通過腕俯
仰關節、腕偏轉關節安裝在手臂本體的末端上，腕俯仰關節和腕偏轉關節分別通過減速器 與電機相連，由各個電機分別驅動轉動；在所述的手臂本體上安裝有滾珠絲杠，滾珠絲杠與 驅動電機連接，滑塊與滾珠絲杠配合；在左右手臂上的滑塊之間安裝有主旋轉關節。 前述的架空線纜攀援機器人行走和越障機構，其特征在于所述的線路適配器為輪 式移動結構、常規手爪結構或輪爪復合結構。 前述的架空線纜攀援機器人行走和越障機構，其特征在于所述的攝像頭、無線數 傳模塊、電源、驅動器和控制器安裝在左右手臂外側。 前述的架空線纜攀援機器人行走和越障機構，其特征在于所述的腕俯仰關節為水 平轉動副，所述的腕偏轉關節為豎直轉動副。 前述的架空線纜攀援機器人行走和越障機構，其特征在于所述的主旋轉關節為水 平轉動副。 本實用新型的有益效果是 1、行走規劃簡單本實用新型采用擬猿猴攀援線纜的行走步態，兩個手臂交替前 進，通過調整主旋轉關節和滑塊的位移可以調整兩個線路適配器之間的距離，從而控制行 走步距。 2、越障能力強不但可以跨越直線上的障礙，對于有轉角的線路也可以實現行走
跨越。可以通過控制左右手臂上的水平轉動副、豎直轉動副以及主旋轉關節的水平轉動副
的轉角，調整兩個線路適配器之間的相對的姿態，從而滿足跨越不同障礙的要求。
3、關節所需扭矩小、能耗低通過滾珠絲杠和滑塊，可以把左右手臂重心調整在主
旋轉關節位置附近，避免或減少主旋轉關節轉動時需要對重力做功，從而可以降低此主旋
轉關節的扭矩要求。 4、工作空間大本實用新型不但可以通過滾珠絲杠和滑塊來改變手臂有效長度， 還可以通過兩個手臂之間的主旋轉關節來改變左右手臂間的夾角，從而可以進一步擴大兩 個線路適配器之間的距離。 5、本實用新型應用范圍廣，可以應用于沿各種架空線纜移動完成檢測等作業的機 器人，也可應用于線纜攀援教育娛樂機器人等。
圖1為本實用新型的架空線纜攀援機器人行走和越障機構的結構示意圖； 圖2為本實用新型實施例的行走過程第一個動作描述示意圖； 圖3為本實用新型實施例的行走過程第二個動作描述示意圖； 圖4為本實用新型實施例的行走過程第三個動作描述示意圖； 圖5為本實用新型實施例的行走過程第四個動作描述示意圖； 圖6、7為本實用新型的越障過程描述示意圖； 圖8為本實用新型的越障過程的側面描述示意圖。
具體實施方式下面通過實施例和附圖對本實用新型的技術方案做進一步詳細說明。[0027] 圖1為本實用新型的架空線纜攀援機器人行走和越障機構的結構示意圖，如圖1 所示，本實用新型的架空線纜攀援機器人行走和越障機構，包括左手臂1、右手臂2、主旋轉 關節3和電源、攝像頭及自我維持系統等，左手臂1與右手臂2結構相同，為大行程伸縮機 構，其中每一手臂包括手臂本體、腕俯仰關節、腕偏轉關節、線路適配器和電機等，其中左線 路適配器7通過左腕俯仰關節6、左腕偏轉關節5安裝在左手臂本體的末端上，右線路適配 器8通過右腕俯仰關節9、右腕偏轉關節10安裝在右手臂本體的末端上，所有的腕俯仰關節 和腕偏轉關節都分別通過減速器與電機相連，由各個電機分別帶動轉動，實現左右線路適 配器的角度調整。在左右手臂本體上安裝有滾珠絲杠，滾珠絲杠與驅動電機連接，左右滑塊 4、11分別與左右滾珠絲杠配合，通過滾珠絲杠的轉動實現左右滑塊4、11的移動，從而實現 左右手臂本體的位置的移動。在左右滑塊4、 11之間連接有主旋轉關節3，主旋轉關節3為 一個水平轉動副，用于調節兩臂間的夾角，左右手臂可以圍繞主旋轉關節3轉動，從而調整 兩線路適配器之間的位置，實現行走和越障。 左右線路適配器7、8可以采用輪式移動結構、常規手爪結構或輪爪復合結構，與 輸電線12相抓持；同時可以根據線路環境更改尺寸。應用于巡線工作的工具，如攝像頭、無 線數傳模塊以及機器人的自我維持系統電源、驅動器和控制器等部件可以安裝在左右手臂 外側沒有相對運動的區域。 左右腕俯仰關節6、9為水平轉動副，左右腕偏轉關節5、 10為豎直轉動副，這樣可 以使每個手臂都有3個自由度，單個手臂線路適配器與輸電線12相抓持時機器人具有7個 自由度，脫線手臂的線路適配器可實現三維平動和三維轉動，即可以以任意姿態到達運動 空間內的任意位置。本實用新型可通過左、右手臂的線路適配器的交替脫、掛線，并配合主 旋轉關節3的轉動，實現在輸電線12上的前進與后退及線路障礙的跨越，也可以通過在線 路適配器上安裝輪式移動機構驅動機器人在無障礙線路上移動。 本實用新型的工作過程為 線路行走過程 圖2為本實用新型實施例的行走過程第一個動作描述示意圖；圖3為本實用新型 實施例的行走過程第二個動作描述示意圖；圖4為本實用新型實施例的行走過程第三個動 作描述示意圖；圖5為本實用新型實施例的行走過程第四個動作描述示意圖。 如圖2所示，通過同時調整兩個手臂的腕偏轉關節、腕俯仰關節、滑塊位置以及旋 轉主旋轉關節3，具體為調整右手臂2上的滾珠絲杠，使右手臂滑塊11位于右手臂2的重 心位置，同時調整左手臂1上的滾珠絲杠和主旋轉關節3，保證左、右線路適配器7、8在線 路上的位置不變，同時調整左、右手臂上的腕俯仰關節6、9保證線路適配器的姿態不變，調 整完成后左手臂l處于豎直狀態。由于這個動作過程中兩個線路適配器并沒有離開輸電線 12，仍然掛在輸電線12上，有效減少了動作過程中的關節負載。完成圖2所示動作后，進行 圖3所示的動作。以左手臂1為支撐，主旋轉關節3帶動右手臂2旋轉脫離線路，右手臂2 轉過一定角度后，調整右手臂2上的右腕腕俯仰關節9，使右線路適配器8與輸電線1 2接 觸。右手臂2掛上線后，如圖4所示，調整左手臂1上的滾珠絲杠，使左手臂滑塊4位于左 手臂1的重心位置，同時調整右手臂2上的滾珠絲杠和主旋轉關節3，保證左、右線路適配器 7、8在輸電線12上的位置不變，同時調整左、右腕俯仰關節6、9保證線路適配器的姿態不 變，調整完成后右手臂2處于豎直狀態。如圖5所示，此時以右手臂2為支撐，主旋轉關節3帶動左手臂1旋轉脫離輸電線12，當左手臂1轉過一定角度，左線路適配器7重新落在輸 電線12上時，便完成了一個完整的線路行走過程。按照這個動作序列，機器人雙臂交替前 進，實現在線路上行走。 跨越障礙過程 圖6、7為本實用新型的越障過程描述示意圖；圖8為本實用新型的越障過程的側 面描述示意圖。 當輸電線12上有障礙時，機器人可以越過障礙繼續前進。如圖6所示，當機器人 傳感器檢測到前方有障礙時，讓其中一個手臂靠近障礙物，并以靠近障礙物的手臂為支撐， 另一手臂繞主旋轉關節3旋轉，越過障礙。下面以左手臂l遇障情況描述越障過程，首先調 整右手臂2上的滾珠絲杠，使右滑塊11位于右于臂2重心位置，同時調整左手臂1上的滾 珠絲杠和主旋轉關節3，保證左、右線路適配器7、8在輸電線12上的位置不變，同時調整左、 右腕俯仰關節6、9保證左、右線路適配器7、8的姿態不變，調整完成后左手臂1處于豎直狀 態，根據障礙物尺寸調整左滑塊4的位移，具體為障礙物較長時縮短左滑塊4與左線路適 配器7之間的距離，而障礙物較短時可以增加左滑塊4與左線路適配器7之間的距離，以左 手臂1為支撐，主旋轉關節3帶動右手臂2旋轉脫離輸電線12，右手臂2轉過一定角度后， 調整右腕俯仰關節9，使右線路適配器8與輸電線12接觸。機器人雙臂交替前進、實現障礙 物的跨越。 對于比較高的障礙物如單掛點金具，線路適配器不能從上方跨越，改為從側面通 過。越障過程如圖7所示。跟圖6所示越障過程的區別在于，當右手臂2接近障礙物時，左 腕偏轉關節5要旋轉一個角度，使得右手臂2從側向越過障礙，越過障礙后，左腕偏轉關節 5再恢復原來角度，主旋轉關節3繼續旋轉直到右線路適配器8接觸到輸電線12上。機器 人雙臂交替前進、實現障礙物的跨越。 對于有轉角的線路，則可以根據轉角大小和方向，轉動兩個手臂的腕偏轉關節和 腕俯仰關節，配合滑塊和主旋轉關節的運動來調節姿態，從而實現轉角跨越。 上述實施例不以任何方式限制本實用新型，凡采用等同替換或等效變換的方式所 獲得的技術方案，均落在本實用新型的保護范圍內。
權利要求架空線纜攀援機器人行走和越障機構，包括左手臂、右手臂、攝像頭、無線數傳模塊、電源、驅動器和和控制器，其特征在于所述的左手臂和右手臂結構一致，分別包括手臂本體、腕俯仰關節、腕偏轉關節、線路適配器和電機，所述的線路適配器依次通過腕俯仰關節、腕偏轉關節安裝在手臂本體的末端上，腕俯仰關節和腕偏轉關節分別通過減速器與電機相連，由各個電機分別驅動轉動；在所述的手臂本體上安裝有滾珠絲杠，滾珠絲杠與驅動電機連接，滑塊與滾珠絲杠配合；在左右手臂上的滑塊之間安裝有主旋轉關節。
2. 根據權利要求1所述的架空線纜攀援機器人行走和越障機構，其特征在于所述的線 路適配器為輪式移動結構、常規手爪結構或輪爪復合結構。
3. 根據權利要求1所述的架空線纜攀援機器人行走和越障機構，其特征在于所述的攝 像頭、無線數傳模塊、電源、驅動器和控制器安裝在左右手臂外側。
4. 根據權利要求1所述的架空線纜攀援機器人行走和越障機構，其特征在于所述的腕 俯仰關節為水平轉動副，所述的腕偏轉關節為豎直轉動副。
5. 根據權利要求1所述的架空線纜攀援機器人行走和越障機構，其特征在于所述的主 旋轉關節為水平轉動副。
專利摘要本實用新型涉及一種架空線纜攀援機器人行走和越障機構，包括左手臂、右手臂等，所述的左手臂和右手臂結構一致，分別包括手臂本體、腕俯仰關節、腕偏轉關節、線路適配器等，線路適配器依次通過腕俯仰關節、腕偏轉關節安裝在手臂本體的末端上，腕俯仰關節和腕偏轉關節分別通過減速器與電機相連，由各個電機分別驅動轉動；在所述的手臂本體上安裝有滾珠絲杠，滾珠絲杠與驅動電機連接，滑塊與滾珠絲杠配合；在左右手臂上的滑塊之間安裝有主旋轉關節。本實用新型行走規劃簡單、工作空間大、受力特性好、重量輕，關節所需扭矩小、能耗低，而且越障能力強，應用范圍廣，可以應用于各種架空線纜檢測等作業的機器人，也可應用于線纜攀援教育娛樂機器人等。
文檔編號H02G1/02GK201549825SQ200920230598
公開日2010年8月11日 申請日期2009年8月24日 優先權日2009年8月24日
發明者劉飛, 張建偉, 王臻, 王魯單, 程勝 申請人:昆山市工業技術研究院有限責任公司