绝缘子检测机器人机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及移动机器人机构，具体地说是一种绝缘子检测机器人机构。包括上平台、下平台、第一支链、第二支链、第三支链、上夹爪、下夹爪及检测机构，其中上平台和下平台通过第一支链、第二支链及第三支链连接，所述上夹爪和下夹爪分别设置于上平台和下平台上，所述检测机构设置于上平台、下平台、第一支链、第二支链或第三支链上。所述第一支链、第二支链及第三支链结构相同，均包括上连杆、第一下连杆及第二下连杆，其中上连杆的上端与水平布置于上平台上的第一旋转关节连接，所述上连杆的下端分别与第一下连杆和第二下连杆的一端铰接，所述第一下连杆和第二下连杆的另一端分别与下平台铰接。本实用新型具有运动平稳、适应性好及负载能力强等特点。
【专利说明】绝缘子检测机器人机构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及移动机器人机构，具体地说是一种绝缘子检测机器人机构。
【背景技术】
[0002] 在现有技术的绝缘子检测机器人机构中，按照机器人的移动方式可以分分为蠕 动式、履带式和轮腿式三类，其中蠕动式行走机构利用仿生学的原理沿悬垂绝缘子串爬 行，这种机构运动稳定可靠，但是其步态控制复杂（文献1 :J〇〇n-Young Park, Jae-Kyung Lee, Byung-Hak Cho.Development of Automatic Cleaning Robot for Live-line Insulators Strings[J]. ESM0, 2006 ： 1-4,文献 2 :Andrew Phillips. Using Robotics for Insulators [J] · Electricity Today, 2011，4 :76-77.)，履带式行走机构主要依靠履 带沿绝缘子表面进行滚动式爬行，这种机构承载能力强、有很强的表面适应能力，广泛应 用于各类越障机器人中，但其结构复杂、体积笨重（文献3 :Luigi Paris. Equipment to Carry Out Maintenanace Operations, Particularly Washing, On Insulator Chains of High Voltage Electric Lines :United States，5119851[P]· 1992-6-9·)，轮腿式行 走机构是一种利用多组轮腿交替与绝缘子瓷裙接触以实现沿悬垂绝缘子串运动的机构， 机构原理简单、运动连续、体积轻便，然而这类机构在对不同绝缘子串的适应性、运动稳定 性及承载能力等方面略显不足（文献4 :Joon-Young Park, Jae-Kyung Lee, Byung-Hak Cho.Development of Inspection Robot System for Live-line Suspension Insulator Strings in345kV Power Transmission Lines[J]. Control, Automation and System, 2008 :2062-2065.文献 5Joon_Young Park，Jae-Kyung Lee，Byung-Hak Cho. Development of Advanced Insulator Inspection Robot for345kV Suspension Insulator Strings[J].MECS，2010,（2))。 实用新型内容
[0003] 针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种绝缘子检测机器人机构。该绝缘 子检测机器人机构适应性强、运动平稳可靠、负载能力强。
[0004] 为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0005] -种绝缘子检测机器人机构，包括上平台、下平台、第一支链、第二支链、第三支 链、上夹爪、下夹爪及检测机构，其中上平台和下平台通过第一支链、第二支链及第三支链 连接，所述上夹爪和下夹爪分别设置于上平台和下平台上，所述检测机构设置于上平台、下 平台、第一支链、第二支链或第三支链上。
[0006] 所述第一支链、第二支链及第三支链沿圆周方向均布于上平台和下平台之间，所 述第一支链、第二支链及第三支链结构相同，均包括上连杆、第一下连杆及第二下连杆，其 中上连杆的上端与水平布置于上平台上的第一旋转关节连接，所述上连杆的下端分别与第 一下连杆和第二下连杆的一端铰接，所述第一下连杆和第二下连杆的另一端分别与下平台 铰接。
[0007] 所述第一下连杆和第二下连杆相互平行，所述上连杆的下端通过第一球铰链和第 三球铰链分别与第一下连杆和第二下连杆的一端连接，所述第一下连杆和第二下连杆的另 一端分别通过第二球铰链和第四球铰链与下平台连接。
[0008] 所述检测机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一探针及第二探针，其中第一齿轮和第 二齿轮设置于上平台上、并相互啮合，所述第一齿轮与检测机构驱动电机连接，所述第一探 针和第二探针分别与第二齿轮两侧的转轴垂直连接。
[0009] 所述上夹爪和下夹爪结构相同，均包括第一夹爪、第二夹爪及夹爪驱动机构，所述 上夹爪和下夹爪的夹爪驱动机构分别设置于上平台和下平台上，所述第一夹爪和第二夹爪 均与夹爪驱动机构连接、并通过夹爪驱动机构的驱动进行反向运动。
[0010] 所述夹爪驱动机构为反平行四边形机构，包括第一连杆、第二连杆及第三连杆，其 中第一连杆和第三连杆分别通过第二旋转关节和第五旋转关节与上平台连接，所述第二连 杆的两端分别与第一连杆和第三连杆的一端通过旋转关节连接，所述第一连杆和第三连杆 的另一端分别与第一夹爪和第二夹爪固接，所述第二旋转关节通过电机驱动、并带动第一 连杆运动，从而带动第一夹爪和第二夹爪进行反方向运动。
[0011] 所述夹爪驱动机构包括丝杠驱动电机、第一丝杠、第一丝母及第二丝母，其中第一 丝杠转动安装在上平台上、并与丝杠驱动电机连接，所述第一丝杠分为左旋部分和右旋部 分，所述第一丝母和第二丝母分别与第一丝杠的右旋部分和左旋部分连接，所述第一夹爪 和第二夹爪分别与第二丝母和第一丝母连接；通过丝杠驱动电机驱动第一丝杠带动第一丝 母及第二丝母旋转，同时带动第一夹爪和第二夹爪反方向运动。
[0012] 所述夹爪驱动机构包括蜗杆驱动电机、蜗杆、涡轮、第三齿轮和第四齿轮，其中蜗 杆与涡轮配合，所述蜗杆与蜗杆驱动电机连接，所述第三齿轮与涡轮啮合，所述第四齿轮与 第三齿轮啮合，所述第一夹爪和第二夹爪分别与第三齿轮和第四齿轮连接；通过蜗杆驱动 电机驱动蜗杆带动涡轮、第三齿轮、第四齿轮旋转，同时带动第一夹爪和第二夹爪反方向运 动。
[0013] 所述夹爪驱动机构包括驱动电机、第五齿轮、第六齿轮、第三丝母及第二丝杠，其 中第五齿轮与驱动电机连接，所述第六齿轮与第五齿轮啮合，所述第三丝母固联于第六齿 轮上、并与第二丝杠螺纹连接，所述第一夹爪和第二夹爪的一端均设有两个分支，其中一个 分支端部分别通过第六旋转关节和第七旋转关节与上平台连接，另一个分支端部均通过第 八旋转关节与第二丝杠的端部连接；通过驱动电机驱动第五齿轮带动第六齿轮旋转，实现 第三丝母的转动和第二丝杠的移动，进而实现第一夹爪和第二夹爪反方向运动。
[0014] 本实用新型的优点与积极效果为：
[0015] 1.本实用新型对不同类型的绝缘子适应性强。本实用新型采用蠕动式爬行方式， 可适应不同结构高度、不同盘径的绝缘子；由于该机构采用多连杆复合机构原理设计，机器 人可适应水平、I型、V型和Y型等不同类型的绝缘子串。
[0016] 2.本实用新型运动平稳可靠。腿足式绝缘子检测机器人机构与绝缘子表面为点接 触，本实用新型通过上下夹爪夹持钢帽，因此机构的运动平稳可靠。
[0017] 3.本实用新型负载能力强。蠕动式绝缘子检测机器人机构通过夹持绝缘子瓷盘实 现机器人的移动，因此机器人的夹持力有限。本实用新型通过上下夹爪夹持钢帽实现机器 人的移动，机器人的夹持力大，负载能力强。
[0018] 4.本实用新型易于布置检测机构，便于检测。检测装置可布置于上平台、下平台或 者三组支链任意位置，便于实现对绝缘子的检测。
[0019] 5.本实用新型采用多连杆复合机构，该机构由蠕动式行走机构与检测机构组成， 可实现三维移动。采用反平行四边形机构实现夹紧，与现有的绝缘子检测机器人机构相比， 该机构具有运动平稳、适应性好及负载能力强等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0021] 图2为本实用新型中支链的结构示意图；
[0022] 图3为本实用新型实施例一中夹爪驱动机构的结构示意图；
[0023] 图4为本实用新型中检测机构的结构示意图；
[0024] 图5为本实用新型在绝缘子上爬行与检测的第一步示意图；
[0025] 图6为本实用新型在绝缘子上爬行与检测的第二步示意图；
[0026] 图7为本实用新型在绝缘子上爬行与检测的第三步示意图；
[0027] 图8为本实用新型在绝缘子上爬行与检测的第四步示意图；
[0028] 图9为本实用新型在绝缘子上爬行与检测的第五步示意图；
[0029] 图10为本实用新型实施例二中夹爪驱动机构的结构示意图；
[0030] 图11为本实用新型实施例三中夹爪驱动机构的结构示意图；
[0031] 图12为本实用新型实施例四中夹爪驱动机构的结构示意图。
[0032] 其中：1为上平台，2为下平台，3为第一支链，3-1为上连杆，3-2为第一下连杆， 3-3为第二下连杆，3-4为第一旋转关节，3-5为第一球铰链，3-6为第二球铰链，3-7为第三 球铰链，3-8为第四球铰链，4为第二支链，5为第三支链，6为上夹爪，6-1为第一连杆，6-2 为第二连杆，6-3为第三连杆，6-4为第一夹爪，6-5为第二夹爪，6-6为第二旋转关节，6-7为 第三旋转关节，6-8为第四旋转关节，6-9为第五旋转关节，6-10为第一丝杠，6-11为第一丝 母，6_12为第二丝母，6_13为蜗杆，6_14为润轮，6_15为第二齿轮，6_16为第四齿轮，6_17 为第五齿轮，6-18为第六齿轮,6-19为第三丝母,6-20为第二丝杠,6-21为连杆,6-24为第 六旋转关节，6-25为第七旋转关节，6-26为第八旋转关节，7为下夹爪，8为检测机构，8-1 为第一齿轮，8-2为第二齿轮,8-3为第一探针,8-4为第二探针,9为绝缘子串。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0034] 实施例一
[0035] 如图1所示，本实用新型包括上平台1、下平台2、第一支链3、第二支链4、第三支 链5、上夹爪6、下夹爪7及检测机构8,其中平台1和下平台2采用圆环状结构，分别布置于 机器人的顶部和底部。上平台1和下平台2通过第一支链3、第二支链4及第三支链5连 接，所述上夹爪6和下夹爪7分别设置于上平台1和下平台2上，所述检测机构8设置于上 平台1、下平台2、第一支链3、第二支链4或第三支链5上的任意位置。
[0036] 如图2所示，所述第一支链3、第二支链4及第三支链5沿圆周方向均布于上平台1 和下平台2之间。所述第一支链3、第二支链4及第三支链5结构相同，均包括上连杆3-1、 第一下连杆3-2及第二下连杆3-3,其中上连杆3-1的上端与水平布置于上平台1上的第一 旋转关节3-4连接，所述上连杆3-1的下端通过第一球铰链3-5和第三球铰链3-7分别与 第一下连杆3-2和第二下连杆3-3的一端铰接，所述第一下连杆3-2和第二下连杆3-3的 另一端分别通过第二球铰链3-6和第四球铰链3-8与下平台2铰接。所述第二支链4和第 三支链5的连接和驱动形式与第一支链3完全相同。
[0037] 如图3所示，所述夹爪驱动机构为反平行四边形机构，包括第一连杆6-1、第二连 杆6-2及第三连杆6-3,其中第一连杆6-1和第三连杆6-3分别通过垂直放置的第二旋转 关节6-6和第五旋转关节6-9与上平台1连接，其中AB =⑶，AC = BD。所述第二连杆6-2 的两端分别通过垂直放置的第三旋转关节6-7和第四旋转关节6-8与第一连杆6-1和第三 连杆6-3的一端连接。所述第一连杆6-1和第三连杆6-3的另一端分别与第一夹爪6-4和 第二夹爪6-5固接，所述旋转关节6-6通过电机驱动、并带动第一连杆6-1运动，同时带动 第一夹爪6-4和第二夹爪6-5向反方向运动，从而实现上夹爪6 (或下夹爪7)的夹紧和松 开。
[0038] 如图4所示，所述检测机构8包括第一齿轮8-1、第二齿轮8-2、第一探针8-3及第 二探针8-4,其中第一齿轮8-1和第二齿轮8-2设置于上平台1上、并相互啮合，所述第一齿 轮8-1与检测机构驱动电机连接，所述第一探针8-3和第二探针8-4分别与第二齿轮8-2两 侧的转轴垂直连接。通过检测机构驱动电机驱动第一齿轮8-1转动，带动第二齿轮8-2旋 转，进而实现第一探针8-3和第二探针8-4的转动对绝缘子串钢帽的搭接。
[0039] 所述上夹爪6和下夹爪7结构相同，均包括第一夹爪6-4、第二夹爪6-5及夹爪驱 动机构，所述上夹爪6和下夹爪7的夹爪驱动机构分别设置于上平台1和下平台2上，所述 第一夹爪6-4和第二夹爪6-5均与夹爪驱动机构连接、并通过夹爪驱动机构的驱动进行反 向运动，从而实现上夹爪6 (或下夹住7)的夹紧或张开。
[0040] 本实用新型可实现对水平、I型、Y型或者V型等绝缘子串9进行检测，现以本机器 人的等效机构对I型绝缘子串9的一片绝缘子检测为例说明。
[0041] 本实用新型在绝缘子串9上爬行的过程是：
[0042] 第一步，上夹爪6和下夹爪7夹紧钢帽，检测机构8、第一支链3、第二支链4和第 三支链5保持原位，如图5所示。
[0043] 第二步，上夹爪6夹紧钢帽，下夹爪7松开钢帽，第一支链3、第二支链4和第三支 链5的上连杆逆时针转动,下夹爪7向上爬行，如图6所示。
[0044] 第三步，下夹爪7夹紧钢帽，上夹爪6松开钢帽，第一支链3、第二支链4和第三支 链5的上连杆顺时针转动,上夹爪6向上爬行，如图7所示。
[0045] 第四步，上夹爪6夹紧钢帽，检测机构8的探针摆动实现对绝缘子阻值检测，如图 8所示。
[0046] 第五步，检测结束后检测机构8的探针回到初始位置，完成一片绝缘子的检测，如 图9所示。
[0047] 实施例二
[0048] 本实施例与实施例一相比，只有夹爪驱动机构不同，其它结构基本相同。如图10 所示，本实施例中夹爪驱动机构包括丝杠驱动电机、第一丝杠6-10、第一丝母6-11及第二 丝母6-12,其中第一丝杠6-10转动安装在上平台1上、并与丝杠驱动电机连接，所述第一丝 杠6-10分为左旋部分和右旋部分，所述第一丝母6-11和第二丝母6-12分别连接于第一丝 杠6-10的右旋部分和左旋部分上，所述第一夹爪6-4和第二夹爪6-5分别与第二丝母6-12 和第一丝母6-11连接；通过丝杠驱动电机驱动第一丝杠6-10带动第一丝母6-11和第二 丝母6-12反方向移动，从而实现上夹爪6的夹紧和松开。所述下夹爪7与上夹爪6结构相 同，安装在下平台2上。
[0049] 实施例三
[0050] 本实施例与实施例一相比，只有夹爪驱动机构不同，其它结构基本相同。如图11 所示，本实施例中夹爪驱动机构包括蜗杆驱动电机、蜗杆6-13、涡轮6-14、第三齿轮6-15和 第四齿轮6-16,其中蜗杆6-13与涡轮6-14配合，所述蜗杆6-13与蜗杆驱动电机连接，所 述第三齿轮6-15与涡轮6-14啮合，所述第四齿轮6-16与第三齿轮6-15啮合，所述第一夹 爪6-4和第二夹爪6-5分别与第三齿轮6-15和第四齿轮6-16连接；通过蜗杆驱动电机驱 动蜗杆6-13带动涡轮6-14、第三齿轮6-15、第四齿轮6-16旋转，同时带动第一夹爪6-4和 第二夹爪6-5反方向移动，实现上夹爪6的夹紧和松开。所述下夹爪7与上夹爪6结构相 同，安装在下平台2上。
[0051] 实施例四
[0052] 本实施例与实施例一相比，只有夹爪驱动机构不同，其它结构基本相同。如图12 所示，本实施例中夹爪驱动机构包括驱动电机、第五齿轮6-17、第六齿轮6-18、第三丝母 6-19及第二丝杠6-20,其中第五齿轮6-17固联于上平台1上、并与驱动电机连接。所述第 六齿轮6-18与第五齿轮6-17啮合，所述第三丝母6-19固联于第六齿轮6-18上、并与第二 丝杠6-20螺纹连接。所述第一夹爪6-4和第二夹爪6-5的一端均设有两个分支，其中一 个分支（短分支）端部分别通过第六旋转关节6-24和第七旋转关节6-25与上平台1连接， 另一个分支（长分支）端部均通过第八旋转关节6-26与第二丝杠6-20的端部连接。通过 驱动电机驱动第五齿轮6-17带动第六齿轮6-18旋转，实现第三丝母6-19的转动和第二丝 杠6-20的移动。由于第二丝杠6-20的前后移动，进而实现第一夹爪6-4和第二夹爪6-5 的反方向转动，实现上夹爪6的夹紧和松开。所述下夹爪7与上夹爪6结构相同，安装在下 平台2上。
【权利要求】
1. 一种绝缘子检测机器人机构，其特征在于：包括上平台（1)、下平台（2)、第一支链 (3)、第二支链（4)、第三支链（5)、上夹爪（6)、下夹爪（7)及检测机构（8)，其中上平台（1) 和下平台（2)通过第一支链（3)、第二支链（4)及第三支链（5)连接，所述上夹爪（6)和下 夹爪（7)分别设置于上平台（1)和下平台（2)上，所述检测机构（8)设置于上平台（1)、下 平台（2)、第一支链（3)、第二支链（4)或第三支链（5)上。
2. 按权利要求1所述的绝缘子检测机器人机构，其特征在于：所述第一支链（3)、第二 支链（4)及第三支链（5)结构相同，均包括上连杆（3-1)、第一下连杆（3-2)及第二下连杆 (3-3)，其中上连杆（3-1)的上端与水平布置于上平台（1)上的的第一旋转关节（3-4)连 接，所述上连杆（3-1)的下端分别与第一下连杆（3-2)和第二下连杆（3-3)的一端铰接，所 述第一下连杆（3-2)和第二下连杆（3-3)的另一端分别与下平台（2)铰接。
3. 按权利要求2所述的绝缘子检测机器人机构，其特征在于：所述第一下连杆（3-2) 和第二下连杆（3-3)相互平行，所述上连杆（3-1)的下端通过第一球铰链（3-5)和第三 球铰链（3-7)分别与第一下连杆（3-2)和第二下连杆（3-3)的一端连接，所述第一下连杆 (3-2)和第二下连杆（3-3)的另一端分别通过第二球铰链（3-6)和第四球铰链（3-8)与下 平台⑵连接。
4. 按权利要求1或2所述的绝缘子检测机器人机构，其特征在于：所述检测机构（8) 包括第一齿轮（8-1)、第二齿轮（8-2)、第一探针（8-3)及第二探针（8-4),其中第一齿轮 (8-1)和第二齿轮（8-2)设置于上平台（1)上、并相互啮合，所述第一齿轮（8-1)与检测机 构驱动电机连接，所述第一探针（8-3)和第二探针（8-4)分别与第二齿轮（8-2)两侧的转 轴垂直连接。
5. 按权利要求1或2所述的绝缘子检测机器人机构，其特征在于：所述上夹爪（6)和 下夹爪（7)结构相同，均包括第一夹爪￠-4)、第二夹爪￠-5)及夹爪驱动机构，所述上夹 爪（6)和下夹爪（7)的夹爪驱动机构分别设置于上平台（1)和下平台（2)上，所述第一夹 爪（6-4)和第二夹爪（6-5)均与夹爪驱动机构连接、并通过夹爪驱动机构的驱动进行反向 运动。
6. 按权利要求5所述的绝缘子检测机器人机构，其特征在于：所述夹爪驱动机构为反 平行四边形机构，包括第一连杆（6-1)、第二连杆（6-2)及第三连杆（6-3)，其中第一连杆 (6-1)和第三连杆（6-3)分别通过第二旋转关节（6-6)和第五旋转关节（6-9)与上平台（1) 连接，所述第二连杆（6-2)的两端分别与第一连杆（6-1)和第三连杆（6-3)的一端通过旋 转关节连接，所述第一连杆（6-1)和第三连杆（6-3)的另一端分别与第一夹爪（6-4)和第 二夹爪（6-5)固接，所述第二旋转关节（6-6)通过电机驱动、并带动第一连杆（6-1)运动， 从而带动第一夹爪￠-4)和第二夹爪￠-5)进行反方向运动。
7. 按权利要求5所述的绝缘子检测机器人机构，其特征在于：所述夹爪驱动机构包 括丝杠驱动电机、第一丝杠（6-10)、第一丝母（6-11)及第二丝母（6-12)，其中第一丝杠 (6-10)转动安装在上平台（1)上、并与丝杠驱动电机连接，所述第一丝杠（6-10)分为左旋 部分和右旋部分，所述第一丝母￠-11)和第二丝母￠-12)分别与第一丝杠￠-10)的右旋 部分和左旋部分连接，所述第一夹爪￠-4)和第二夹爪￠-5)分别与第二丝母￠-12)和第 一丝母（6-11)连接；通过丝杠驱动电机驱动第一丝杠（6-10)带动第一丝母（6-11)及第二 丝母￠-12)旋转，同时带动第一夹爪￠-4)和第二夹爪￠-5)反方向运动。
8. 按权利要求5所述的绝缘子检测机器人机构，其特征在于：所述夹爪驱动机构包括 蜗杆驱动电机、蜗杆（6-13)、涡轮（6-14)、第三齿轮（6-15)和第四齿轮（6-16)，其中蜗杆 (6-13)与涡轮（6-14)配合，所述蜗杆（6-13)与蜗杆驱动电机连接，所述第三齿轮（6-15) 与润轮（6-14)哨合，所述第四齿轮（6-16)与第三齿轮（6-15)哨合，所述第一夹爪（6-4) 和第二夹爪（6-5)分别与第三齿轮（6-15)和第四齿轮（6-16)连接；通过蜗杆驱动电机驱 动蜗杆（6-13)带动涡轮（6-14)、第三齿轮（6-15)、第四齿轮（6-16)旋转，同时带动第一夹 爪（6-4)和第二夹爪（6-5)反方向运动。
9. 按权利要求5所述的绝缘子检测机器人机构，其特征在于：所述夹爪驱动机构包括 驱动电机、第五齿轮（6-17)、第六齿轮（6-18)、第三丝母（6-19)及第二丝杠（6-20)，其中 第五齿轮（6-17)与驱动电机连接，所述第六齿轮（6-18)与第五齿轮（6-17)啮合，所述第 三丝母（6-19)固联于第六齿轮（6-18)上、并与第二丝杠（6-20)螺纹连接，所述第一夹爪 (6-4)和第二夹爪￠-5)的一端均设有两个分支，其中一个分支端部分别通过第六旋转关 节（6-24)和第七旋转关节（6-25)与上平台（1)连接，另一个分支端部均通过第八旋转关 节（6-26)与第二丝杠（6-20)的端部连接；通过驱动电机驱动第五齿轮（6-17)带动第六齿 轮（6-18)旋转，实现第三丝母（6-19)的转动和第二丝杠（6-20)的移动，进而实现第一夹 爪（6-4)和第二夹爪（6-5)反方向运动。
【文档编号】B62D57/02GK203888924SQ201420294138
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】王洪光, 何磊, 潘新安, 刘爱华, 张宏志, 陈学中, 孙艳鹤, 杜江, 段世杰 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所, 国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司检修分公司