一種高壓巡線機器人機械臂的制作方法
【專利摘要】一種高壓巡線機器人機械臂，包括主臂擺動臂、主臂支撐橫桿、夾緊機構和凸輪組件，主臂擺動臂上設有行走電機和行走輪，其左右兩側對稱開設有外側斜行滑槽、內(nèi)側斜行滑槽，且下端與主臂支撐橫桿垂直相連。夾緊機構一端通過柱銷桿與主臂擺動臂相連，另一端通過圓形滾輪在凸輪組件的軌跡槽中滑動；凸輪組件中盤形凸輪頂端與主臂支撐橫桿底端相接觸；圓柱凸輪中心設有圓柱凸輪軸，圓柱凸輪軸通過下部軸承與橫式錐齒輪相連；橫式錐齒輪與立式錐齒輪垂直并外嚙合。其優(yōu)點是：通過凸輪運動控制機械臂主臂擺動臂和夾緊機構的升降與保持，遇到障礙物可以避開，并可以回歸原位夾緊；是一種凸輪帶動式、電機數(shù)量少、爬坡性能好的高壓巡線機器人機械臂。
【專利說明】一種高壓巡線機器人機械臂

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓巡線機器人【技術領域】，具體的說是一種高壓巡線機器人機械臂。

【背景技術】
[0002]高壓輸電線路是長距離輸電的主要方式，輸電線路巡檢是保證高壓輸電線路正常運行的必要措施，將巡線機器人運用于高壓線路的巡檢，以一定速度沿線路爬行，并可以跨越防震錘，耐張線夾，懸垂線夾，桿塔等障礙物。利用攜帶的儀器對桿塔，導線及避雷線，絕緣子、線路夾具，等實施檢測，不僅可以減輕工人的勞動力度，降低巡檢作業(yè)費用，而且可以提高巡線的質(zhì)量和力度。高壓巡線機器人具有強烈的市場需求和廣闊的發(fā)展前景，因而得到國內(nèi)外科技人員的關注。
[0003]目前使用的巡線機器人，采用輪式爬行的機器臂，電機驅動實現(xiàn)爬行。缺少夾緊機構且電機裝載過多，機身重量大，導致電機帶動爬行爬坡能力差，爬行過慢，結構復雜且不易控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出了一種凸輪帶動式、電機數(shù)量少、結構簡單、爬坡性能好、行走穩(wěn)定、控制精度高的高壓巡線機器人機械臂。
[0005]一種高壓巡線機器人機械臂，包括主臂擺動臂5、主臂支撐橫桿8、夾緊機構2和凸輪組件，所述主臂擺動臂5上設有行走電機I和行走輪16，主臂擺動臂5上左右兩側對稱開設有外側斜行滑槽7、內(nèi)側斜行滑槽40 ;主臂擺動臂5下端與主臂支撐橫桿8垂直并相連；
所述夾緊機構2，包括夾緊輪15、矩形連桿4、圓形滾輪31和滾輪橫臂32，矩形連桿4一端和夾緊輪15的軸相連，矩形連桿4另一端和滾輪橫臂32轉軸連接，滾輪橫臂32的自由端設有圓形滾輪31 ;夾緊機構2 —端通過柱銷桿3與主臂擺動臂5相連，另一端通過圓形滾輪31在凸輪組件的軌跡槽36中滑動；
所述凸輪組件，包括支架9、圓柱凸輪12，所述支架9底部內(nèi)設轉動軸19，所述轉動軸19 一側連有擺動電機20，轉動軸19的中部套設有盤形凸輪28和立式錐齒輪27，盤形凸輪28頂端與主臂支撐橫桿8底端相接觸；圓柱凸輪12中心設有圓柱凸輪軸13，圓柱凸輪軸13通過上部軸承23與支架9頂端橫梁相連，圓柱凸輪軸13通過下部軸承11與橫式錐齒輪25相連；所述橫式錐齒輪25與立式錐齒輪27互相垂直并相哨合；所述圓柱凸輪12外表面開設有軌跡槽36 ;所述支架9與主臂擺動臂5通過對稱設置的外支撐臂6、內(nèi)支撐臂22相連。
[0006]所述轉動軸19 一側設有外側軸承26，另一側設有內(nèi)側軸承29。
[0007]圓柱凸輪軸13下端與支架支撐17相連，繼而通過螺栓24與橫式錐齒輪25相連。
[0008]所述外支撐臂6 —端設有外支撐臂滾輪38，用于在外側斜行滑槽7中滑動；內(nèi)支撐臂22 —端設有內(nèi)支撐臂滾輪39，用于在內(nèi)側斜行滑槽40中滑動；所述外支撐臂6、內(nèi)支撐臂22的另一端與支架9的頂端橫梁相連。
[0009]盤形凸輪28的基圓半徑為90-110mm,推程為30-50mm,推程運動角為60度，近休止角為180度，遠休止角為O度，回程運動角為120度，盤形凸輪28上端推程運動角的起始端點連有主臂支撐橫桿8。
[0010]圓柱凸輪12的軌跡槽36的轉動角與盤形凸輪28的各個轉動角大小對應一致，夾緊機構2的圓形滾輪31鑲嵌在軌跡槽36推程運動角的起始端。圓柱凸輪12的軌跡槽36分為四個部分，運動軌跡一對應的凸輪轉動角為推程運動角a，軌跡二對應的凸輪轉動角為遠休止角b，此時圓柱凸輪12不轉動，軌跡為O ;軌跡三對應的凸輪轉動角為回程運動角C，軌跡四對應的凸輪轉動角為近休止角d。
[0011]本發(fā)明高壓巡線機器人機械臂的優(yōu)點是:
1)本發(fā)明的轉動軸上有一個盤形凸輪，設計凸輪基圓、推程運動角、近休止角、遠休止角、回程運動角，通過凸輪運動控制機械臂主臂擺動臂的升降與保持，機械臂遇到障礙物可以避開，并且可以回歸原位；
2)凸輪轉動帶動主臂支撐橫桿上移，由于內(nèi)、外支撐臂與橫梁固定，滾輪只能在滑槽內(nèi)滾動，主臂擺動臂通過柱銷擺動，脫離高壓線；結構巧妙，零件結構也比較簡單，易于加工，因此零件的加工精度容易保證；
3)本發(fā)明的機械臂圓柱凸輪，圓柱凸輪固定在圓柱凸輪軸上，通過兩個錐齒輪嚙合，轉動軸帶動圓柱凸輪轉動；圓柱凸輪設計推程運動角、近休止角、遠休止角、回程運動角，且各個角度均與盤形凸輪相同，故盤形凸輪與圓柱凸輪的運動行程一致，即當盤形凸輪轉動一定角度主臂上升時，圓柱凸輪轉動相同角度保證夾緊機構同時下降，保證主臂與夾緊機構運動的同時性，當盤形凸輪轉動一定角度主臂下降時，圓柱凸輪轉動相同角度保證夾緊機構上升，當盤形凸輪基圓轉動時主臂沒位移時，圓柱凸輪主動相同角度且保證夾緊機構不運動；保證主臂與夾緊機構同時脫離高壓線，同時夾緊高壓線，保證運動的同時性、一致性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
圖2是圖1的左視圖；
圖3是圖1的俯視圖；
圖4是圖1的A-A向首I]面不意圖；
圖5是主臂擺動臂的結構示意圖；
圖6是圖5的右視圖；
圖7是圖5俯視圖；
圖8是夾緊機構的結構示意圖；
圖9是圖8的右視圖；
圖10是圖8的俯視圖；
圖11是盤形凸輪的結構示意圖；
圖12是圖11的左視圖；
圖13是圖11的右視圖；
圖14是圖11的俯視圖；
圖15是圖11的仰視圖；
圖16是橫式錐齒輪的結構示意圖； 圖17是圖16的左視圖；
圖18是圖16的右視圖；
圖19是圖16的俯視圖；
圖20是圓柱凸輪的結構示意圖；
圖21是圖20的左視圖；
圖22是圖20的右視圖；
圖23是圖20的俯視圖；
圖24是內(nèi)外支撐臂的結構示意圖；
圖25是圖24的左視圖。
[0013]圖中，I為行走電機，2為夾緊機構，3為柱銷桿，4為矩形連桿，5為主臂擺動臂，6為外支撐臂，7為外側斜行滑槽，8為主臂支撐橫桿，9為支架，10為下部軸承端蓋，11為下部軸承，12為圓柱凸輪，13為圓柱凸輪軸，14為上部軸承端蓋，15為夾緊輪，16為行走輪，17為支架支撐，18為外側軸承端蓋,19為轉動軸,20為擺動電機,21為內(nèi)側軸承端蓋,22為內(nèi)支撐臂,23為上部軸承,24為螺栓,25為橫式錐齒輪,26為外側軸承,27為立式錐齒輪,28為盤形凸輪，29為內(nèi)側軸承，30為圓形孔槽，31為圓形滾輪，32為滾輪橫臂，33為鍵槽，34為螺釘孔，35為橫式錐齒輪螺栓孔，36為軌跡槽，37為圓柱凸輪軸螺栓孔，38為外支撐臂滾輪，39為內(nèi)支撐臂滾輪，40為內(nèi)側斜行滑槽。

【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖，對本發(fā)明進行進一步說明。
[0015]一種高壓巡線機器人機械臂，主要部件包括行走電機1、夾緊機構2、主臂擺動臂5、主臂支撐橫桿8、支架9、外支撐臂6和內(nèi)支撐臂22、圓柱凸輪12、圓柱凸輪軸13、支架支撐17、轉動軸19、擺動電機20、橫式錐齒輪25、立式錐齒輪27、盤形凸輪28等。
[0016]所述轉動軸19前端裝有擺動電機20，固定安裝在支架9上。盤形凸輪28和立式錐齒輪27均與轉動軸19垂直，并固定在轉動軸19的中部，盤形凸輪28上部推程運動角a起始點裝有水平放置的主臂支撐橫桿8，主臂支撐橫桿8與主臂擺動臂5成90度并通過柱銷連接。主臂擺動臂5與支架9通過外支撐臂6與內(nèi)支撐臂22固定安裝。夾緊機構2與主臂擺動臂5通過柱銷桿3連接，夾緊機構2底端滾輪橫臂32上的圓形滾輪31鑲嵌在圓柱凸輪12上的軌跡槽36內(nèi)，圓柱凸輪12與圓柱凸輪軸13固定安裝，圓柱凸輪軸13上端與支架9的橫梁固定安裝,圓柱凸輪軸13下端與支架支撐17固定安裝。圓柱凸輪軸13與橫式錐齒輪25通過螺栓24固定連接，橫式錐齒輪25與立式錐齒輪27外嚙合。擺動電機20帶動轉動軸19轉動，轉動軸19帶動盤形凸輪28和立式錐齒輪27運動，從而帶動整個機械臂運動。
[0017]所述主臂擺動臂5與主臂支撐橫桿8，包括圓形行走輪16、圓型孔槽30、外側斜行滑槽7與內(nèi)側斜行滑槽40。圓形行走輪16同中心固定安裝在主臂擺動臂5頂部左端伸出軸，壓緊高壓線，行走電機I同中心的固定安裝在主臂擺動臂5的頂部右端伸出軸，帶動機械臂向前運動。外側斜行滑槽7與內(nèi)側斜行滑槽40均為斜行向下的滾輪滑槽,外側斜行滑槽7開設在主臂擺動臂5外側中下部，內(nèi)側斜行滑槽40開設在主臂擺動臂5內(nèi)側中下部。圓形孔槽30開設在主臂擺動臂5的上部，柱銷桿3鑲嵌在圓形孔槽30內(nèi)。主臂支撐橫桿8與主臂擺動臂5成90度并通過柱銷連接。主臂支撐橫桿8底端安裝有盤形凸輪28，并與盤形凸輪28推程運動角a的起始端點重合，主臂支撐橫桿8由支架9進行限位支撐。
[0018]所述夾緊機構2，包括圓形夾緊輪15、矩形連桿4、圓形滾輪31、滾輪橫臂32。柱銷桿3同中心的鑲嵌在主臂擺動臂5上的圓形孔槽30內(nèi)，夾緊機構2與主臂擺動臂5通過柱銷桿3連接，并且夾緊機構2可圍繞柱銷桿3相對于主臂擺動臂5擺動。圓形夾緊輪15同中心固定安裝在夾緊機構2頂部左端的伸出軸，與行走輪16相配合夾緊高壓線向前運動。矩形連桿4固定安裝在夾緊機構2的中部并向下伸出，與豎直方向呈一定角度，矩形連桿4底端開有螺栓孔，滾輪橫臂29右端開有螺栓孔，兩者通過螺栓固定連接在一起。圓形滾輪31同中心固定安裝在滾輪橫臂32左端伸出軸，并鑲嵌在圓柱凸輪12的軌跡槽36內(nèi)，圓形滾輪31安裝放置位置與圓柱凸輪12推程運動角a起始端點重合。
[0019]所述盤形凸輪28為可繞固定軸線轉動且有變化直徑的圓盤形構件，盤形凸輪28上開有鍵槽33，鍵槽33上開有螺釘孔34。盤形凸輪28與轉動軸19同中心垂直固定連接通過平鍵與螺釘，并且固定在轉動軸19的中部。盤形凸輪28輪廓即運動軌跡分為四個部分。運動軌跡一對應凸輪轉動角為推程運動角a，運動軌跡二對應凸輪轉動角為遠休止角b，此時盤形凸輪28不轉動,運動軌跡二為O ;運動軌跡三對應凸輪轉動角為回程運動角C，運動軌跡四對應凸輪轉動角為近休止角d，盤形凸輪28上端推程運動角a起始端點裝有主臂支撐橫桿8。
[0020]所述橫式錐齒輪25自身軸上部開有螺栓孔35，圓柱凸輪軸13下端開有螺栓孔37，橫式錐齒輪25水平橫式放置，與圓柱凸輪軸13通過螺栓24連接固定在一起。同時橫式錐齒輪25與固定在轉動軸19上的立式錐齒輪27成90度外嚙合。經(jīng)轉動軸19轉動，帶動橫式錐齒輪25轉動，從而帶動圓柱凸輪軸13轉動。
[0021]所述圓柱凸輪12為軌跡槽36環(huán)繞圓柱的圓柱形凸輪構件。圓柱凸輪12同中心固定安裝在圓柱凸輪軸13中部，圓柱凸輪12的軌跡槽36分為四個部分一、二、三和四。軌跡一對應的凸輪轉動角為推程運動角a，軌跡二對應的凸輪轉動角為遠休止角b，此時圓柱凸輪12不轉動，軌跡為O ;軌跡三對應的凸輪轉動角為推回程運動角C，軌跡四對應的凸輪轉動角為近休止角d。圓柱凸輪12各個轉動角與盤形凸輪28各個轉動角大小對應一致。夾緊機構2底端圓形滾輪31鑲嵌在軌跡槽36推程運動角a的起始端，隨著圓柱凸輪12轉動，圓形滾輪31在軌跡槽36中上下運動，從而帶動夾緊機構2上下移動。
[0022]所述外支撐臂6和內(nèi)支撐臂22左端固定在固定在支架9的橫梁上，外支撐臂6右端裝有外支撐臂滾輪38，外支撐臂滾輪38鑲嵌安裝在外側斜行滑槽7內(nèi)；內(nèi)支撐臂22右端裝有內(nèi)支撐臂滾輪39，內(nèi)支撐臂滾輪39鑲嵌安裝在內(nèi)側斜行滑槽40內(nèi)。當主臂擺動臂5受到向上的作用力時，外支撐臂滾輪38可在外側斜行滑槽7內(nèi)滾動，內(nèi)支撐臂滾輪39可在內(nèi)側斜行滑槽40內(nèi)滾動；主臂擺動臂5向斜上方運動，行走輪脫離高壓線。
[0023]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
由于采用上述技術方案，本發(fā)明的擺動電機旋轉角度a時，可通過轉動軸上的盤形凸輪旋轉相同角度a，凸輪完成推程運動到達最高點，由于主臂支撐橫桿由支架支撐限位，帶動機械臂主臂支撐橫桿向上運動，且主臂擺動臂一端通過支撐臂固定在支架橫梁上，支撐臂的另外一端裝有滾輪，可在主臂擺動臂上滑槽內(nèi)滾動，主臂擺動臂與主臂支撐橫桿間通過柱銷連接而轉動，主臂擺動臂向斜上方擺動，行走輪與高壓線分離達到最高點。
[0024]夾緊機構上機械臂前端的滾輪初始位置位于圓柱凸輪的軌跡槽推程運動角的起始位置。擺動電機帶動轉動軸轉動，轉動軸上的錐齒輪與圓柱凸輪軸下端的錐齒輪嚙合，轉動軸轉動角度a帶動圓柱凸輪軸轉動相同的角度a，機械臂前端的滾輪在圓柱凸輪軌跡槽行走軌跡與盤形凸輪運動軌跡同步，滾輪在圓柱凸輪內(nèi)滾動，從而帶動夾緊機構向下運動，夾緊機構夾緊輪與高壓線分離，當盤形凸輪轉動角度a，運動到頂端時候，滾輪運動在圓柱凸輪軌跡槽內(nèi)運動到軌跡槽最低端，夾緊機構夾緊輪運動到最低點。
[0025]由于盤形凸輪及圓柱凸輪的遠休止角均為O度，所以盤形凸輪及圓柱凸輪運動直接進入回程運動角轉動。隨著轉動軸帶動凸輪轉動角度C，凸輪由最高點向下轉動，由于機械臂主臂中間支架固定在橫梁上，滾輪在上主臂中部滑槽內(nèi)滾動，機械臂主臂下行，當凸輪運動到最低點時，機械臂主臂由最高點運動到原位。同時轉動軸帶動錐齒輪轉動，由于錐齒輪嚙合，盤形凸輪轉動角度與圓柱凸輪相同，帶動圓柱凸輪轉動，滾輪在軌跡槽中由最低點向上運動相同角度C，當盤形凸輪運動到最低點時，滾輪運動到軌跡槽最高端，夾緊機構向上運動到初始位置，夾緊輪重新夾緊高壓線。
[0026]隨著轉動軸轉動帶動盤形凸輪轉動近休止角角度d，主臂支撐橫桿沿盤形凸輪基圓運動，主臂支撐橫桿沒有位移，主臂擺動臂不擺動，行走輪與高壓線不脫離，當運動恰好完成到近休止角度d時，盤形凸輪轉動到初始位置。同時，圓柱凸輪轉動相同的近休止角d，滾輪在在圓柱凸輪在軌跡槽水平段運動，當運動恰好完成到近休止角度d時，滾輪正好運動到初始位置，夾緊輪與高壓線不脫離，機械臂正常工作。一個工作周期完成。
【權利要求】
1.一種高壓巡線機器人機械臂，其特征在于:包括主臂擺動臂(5)、主臂支撐橫桿(8)、夾緊機構(2)和凸輪組件，所述主臂擺動臂(5)上設有行走電機(I)和行走輪(16)，主臂擺動臂(5)上左右兩側對稱開設有外側斜行滑槽(7)、內(nèi)側斜行滑槽(40);主臂擺動臂(5)下端與主臂支撐橫桿(8)垂直并相連； 所述夾緊機構(2)，包括夾緊輪(15)、矩形連桿(4)、圓形滾輪(31)和滾輪橫臂(32)，矩形連桿(4) 一端和夾緊輪(15)的軸相連，矩形連桿(4)另一端和滾輪橫臂(32)轉軸連接，滾輪橫臂(32)的自由端設有圓形滾輪(31);夾緊機構(2) —端通過柱銷桿(3)與主臂擺動臂(5)相連，另一端通過圓形滾輪(31)在凸輪組件的軌跡槽(36)中滑動； 所述凸輪組件，包括支架(9)、圓柱凸輪(12)，所述支架(9)底部內(nèi)設轉動軸(19)，所述轉動軸(19) 一側連有擺動電機(20)，轉動軸(19)的中部套設有盤形凸輪(28)和立式錐齒輪(27)，盤形凸輪(28)頂端與主臂支撐橫桿(8)底端相接觸；圓柱凸輪(12)中心設有圓柱凸輪軸(13)，圓柱凸輪軸(13)通過上部軸承(23)與支架(9)頂端橫梁相連，圓柱凸輪軸(13)通過下部軸承(11)與橫式錐齒輪(25)相連；所述橫式錐齒輪(25)與立式錐齒輪(27)互相垂直并相嚙合；所述圓柱凸輪(12)外表面開設有軌跡槽(36);所述支架(9)與主臂擺動臂(5)通過對稱設置的外支撐臂(6)、內(nèi)支撐臂(22)相連。
2.如權利要求1所述的高壓巡線機器人機械臂，其特征在于:所述轉動軸(19)一側設有外側軸承(26)，另一側設有內(nèi)側軸承(29)。
3.如權利要求1所述的高壓巡線機器人機械臂，其特征在于:圓柱凸輪軸(13)下端與支架支撐(17)相連，繼而通過螺栓(24)與橫式錐齒輪(25)相連。
4.如權利要求1所述的高壓巡線機器人機械臂，其特征在于:所述外支撐臂(6)—端設有外支撐臂滾輪(38)，用于在外側斜行滑槽(7)中滑動；內(nèi)支撐臂(22) —端設有內(nèi)支撐臂滾輪(39)，用于在內(nèi)側斜行滑槽(40)中滑動；所述外支撐臂(6)、內(nèi)支撐臂(22)的另一端與支架(9)的頂端橫梁相連。
5.如權利要求1所述的高壓巡線機器人機械臂，其特征在于:盤形凸輪(28)的基圓半徑為90-1 1mm,推程為30-50mm,推程運動角為60度,近休止角為180度,遠休止角為O度，回程運動角為120度，盤形凸輪(28)上端推程運動角的起始端點連有主臂支撐橫桿(8)。
6.如權利要求5所述的高壓巡線機器人機械臂，其特征在于:圓柱凸輪(12)的軌跡槽(36)的轉動角與盤形凸輪(28)的各個轉動角大小對應一致，夾緊機構(2)的圓形滾輪(31)鑲嵌在軌跡槽(36)推程運動角的起始端。
【文檔編號】H02G1/02GK104332893SQ201410651771
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權日:2014年11月17日
【發(fā)明者】蔣林, 劉曉磊, 金祖飛, 肖俊, 朱建陽, 陶波, 吳若麟, 鄭開柳, 鄒競剛, 朱志超, 程文凱, 郭晨, 趙慧, 劉白雁, 雷斌, 李公法 申請人:武漢科技大學