巡线机器人V型上开式挂线行走机构的制作方法

本发明属于机器人结构设计技术领域，涉及一种可应用于高压输电线路检修的悬臂式巡线机器人线上行走机构。

背景技术：

现有技术中，用于高压输电线路检修的巡线机器人的机械结构多种多样，功能和用途也各不相同，其中多数机器人虽具备基本的线上越障功能，但缺少“跨线”功能，只能在两杆塔之间行走。对于巡线机器人来说，合理的机械结构是其跨越各种障碍，在输电线路上安全行驶的基础，尤其是其“夹线”机构和“行走驱动”机构。目前本领域公知的巡线机器人多采用悬臂式结构，其在线上行走方式是依靠行走轮压于电线上，靠重力压紧线绳，在电机的带动下利用轮与绳间的摩擦力在线上行走，如山东大学研制的巡线机器人及其行走机构等。这类行走机构在输电线路上遇到障碍后，采用三个手臂轮流松开前移的方式，实现越障和跨线(跨线指的是从目前运行的线绳换到另一个线绳上，也是通过机械臂交替抓线实现的)。

行走机构设计中除基本转轮压线行走结构外，还要考虑到越障过程中机构“松线”、“抓线”以及在外载荷干扰时行走轮的线上复位问题。常用的线上行走加紧行走机构主要为具有上驱动轮和下夹紧轮的机构，通过上下两轮间的凹槽实现线绳的夹紧。这种方法夹线的可靠性较好，受外力影响小，可以在线上稳定行走，但是上线时需要将线绳准确的对正到两个轮中间才能夹紧，在巡线机器人松线越障后，再次上线时对机械臂运动位置的控制和检测精度要求很高。为此在应用中又多采用左右两半式的悬垂行走机构，其在“松线”时左右两部分分开，机械臂向下移动实现“松线”；“抓线”时机械臂将线绳控制在结构左右两部分中间，后然后两部分合拢，机械臂下拉使“驱动轮”压在线上实现上线操作。采用这种左右两半式的悬垂行走机构，驱动轮由左右两部分组成，上线时左右两部分的开度会影响抓线成功的概率，对目标识别的精度有一定要求，同时结构左右分开两部分的设计也会影响线上行走的稳定性，对左右两部分结构加工制造的一致性要求也较高，而且该结构在受到较大风力载荷作用时驱动轮脱离线绳后，由于没有绳轮的复位导向机构，线绳有可能卡在非运动部件中，影响巡线机器人对输电线路的检修工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、易于实现运动控制的巡线机器人v型上开式挂线行走机构。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的巡线机器人v型上开式挂线行走机构包括上抓手和下抓手，其中，上抓手由一个倒v形支架构成，在倒v形支架中悬撑设置有一个受控于驱动电机的行走轮，下抓手由一个下端与巡线机器人机械臂相连的u形支架构成，u形支架和倒v形支架的一侧架杆通过闭合锁定电磁销相吸合，u形支架和倒v形支架的另一侧架杆通过销轴相铰接，在该侧架杆上设有用于使倒v形支架绕销轴转动的电控开合机构。

上述巡线机器人v型上开式挂线行走机构中，所述的电控开合机构由摇杆、连杆、曲柄、联轴器和步进电机组成，步进电机设置在u形支架铰接端一侧的架杆上，其输出轴通过联轴器与曲柄的一端连接，曲柄的另一端通过连杆与摇杆的一端连接，摇杆的另一端焊接在倒v形支架铰接端一侧的架杆上。

上述巡线机器人v型上开式挂线行走机构中，在倒v形支架的两侧架杆上对称各设置有一个轴承支座，行走轮的轴杆装在两轴承支座上，在倒v形支架的架杆上装有电机支座，驱动电机安装在电机支座上，其输出轴通过联轴器与行走轮的轴杆相连接。

本发明相对于现有技术的改进是挂线行走机构采用倒v形上抓手和u形下抓手组成的“上开”式结构，“上开”的结构降低了机械臂在“抓线”时的位置控制精度，易于实现运动控制，可以满足挂线行走机构在越障和跨线过程中“松线”和“抓线”的要求。实际工作中，当上抓手张开后，只要线绳进入倒v形上抓手的范围并闭合住上抓手后，线绳就会在机械臂下拉和重力的作用下沿着倒v形框架滑入行走轮凹槽内，如此即可将线绳控制在行走机构中。上抓手的倒“v”形设计还具有运动导向功能，可以防止风载作用下行走轮脱离线绳。另外本发明在线绳行走轮的下方采用“u形”设计，给行走机构留有较大的空间，工作中可以直接让过部分较小的障碍物(如防震锤等)，使行走机构在障碍物较小时具备直接通行的能力，其与“上开”的结构相配合提高了行走机构线上行走的效率。

与现有技术相比，本发明的结构简单、操作方便，在巡线机器人行走过程中，对机械臂的运动位置的检测精度要求很低，易于编制设计控制算法，降低了对传感器和控制系统处理分析能力的要求，从而降低了控制系统的开发难度和成本。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2是本发明的开合极限位置示意图，内中的虚线为上抓手闭合状态，实线为上抓手打开状态。

图3为电控开合机构的运动连接示意图。

图4－图5是步进电机带动上抓手运动的方向示意图，其中图4为步进电机旋转运动前半周上抓手运动的方向示意图，图5为步进电机旋转运动后半周上抓手运动的方向示意图。

图6－图7是线绳在行走机构内运动方式的示意图，其中图6为线绳进入机构的示意图，图7是倒v形结构对线绳进行导向作用的示意图。

图8是本发明在线绳上行走状态的示意图。

图中各数字标号的名称分别是：1－上抓手，2－下抓手，3－步进电机，4－曲柄，5－连杆，6－驱动电机，7－电机支座，8－行走轮,9－闭合锁定电磁销，10－销轴，11－摇杆，12－联轴器，13－线绳。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明内容做进一步说明，但本发明的实际制作结构并不仅限于附图所示的实施例。

参见附图，本发明所述的巡线机器人v型上开式挂线行走机构主要由上抓手1和下抓手2组成。上抓手1由一个倒v形支架构成，在倒v形支架的两侧架杆上对称各设置有一个轴承支座，行走轮8的轴杆装在两轴承支座上，在倒v形支架的架杆上装有电机支座7，驱动电机6安装在电机支座7上，其输出轴通过联轴器与行走轮8的轴杆相连接；下抓手2采用u形支架设计，其底部通过四个螺钉与巡线机器人机械臂相连(图1中只画出了连接部分，机械臂未画出)。u形支架和倒v形支架的一侧架杆通过闭合锁定电磁销9相吸合，u形支架和倒v形支架的另一侧架杆通过销轴10相铰接，在该侧架杆上设有用于使倒v形支架绕销轴10转动的电控开合机构。

电控开合机构的运动连接方式主要如图3所示。图中标号11为摇杆(与上抓手1焊接)，5为连杆，4为曲柄，3为步进电机，12是用于将步进电机3和曲柄4连接的联轴器。工作时曲柄4在步进电机3的控制下通过连杆5带动摇杆11运动，摇杆11与上抓手焊接固连，在步进电机3的控制下，上抓手1绕销轴10转动，实现开合动作。上抓手1运动的两个极限位置如附图2所示，图2中的虚线为上抓手闭合状态，实线为上抓手打开状态。

图4－图5是步进电机带动上抓手运动的方向示意图。图4为步进电机3旋转运动前半周，带动上抓手1打开，图5为步进电机3旋转运动后半周，带动上转手1闭合，其运动规律符合曲柄摇杆机构特征，通过控制步进电机3旋转的角度，实现对上抓手1开合的控制。

图6－图7是线绳在行走机构内运动方式的示意图。如图6所示，上开式挂线行走机构的整体结构设计有助于机械臂“上线”操作，可以降低机械臂运动控制的精度。当上抓手1张开后，只要线绳13进入图中虚线所示的范围，这时闭合上抓手1，就可以将线绳13控制在行走结构中。图1中上抓手1倒“v”字形的设计具有运动导向功能。当上抓手1与下抓手2闭合后，在机械臂下拉和重力的作用下，如图7所示，线,13会沿着倒v形框架滑入行走轮凹槽内。当挂线行走机构整机在强风载作用下发生摆动致行走轮8脱离线绳13后，在重力的作用下，线绳13也会沿着倒v形框架滑入行走轮8的凹槽内，实现行走机构在线绳上的复位。

该挂线行走机构中的下抓手2采用u形支架的结构设计，与上抓手1相配合，这样在行走轮8的下方就可以留有一部分较大的空间，巡线机器人在输电线路上行走时，遇到位于输电线路下方诸如防震锤一类体积较小的障碍物时，可以直接通过，不需要再进行松线、抓线的动作，可以提高巡线机器人的巡检效率。