巡检机器人轮爪复合机构 【技术领域】
本发明涉及一种机器人结构，具体讲是涉及一种用于沿架空线缆行走和夹持的机器人运动机构，属于机器人技术领域。
背景技术
巡线机器人是一个复杂的机电一体化系统，涉及机械结构、自动控制、通信、传感器信息融合、电源技术等多个领域。巡线机器人在大坡度线路行走过程中需要增大行走轮与线路之间的摩擦力来实现对机器人的有效驱动(文献1Xinglong Zhu，Hongguang Wang，Fang Lijin，Mingyang Zhao，Jiping Zhou .AnAutonomous Obstacles Negotiating Inspection Robot for Extra-High Voltage PowerTransmission Lines.In：The Ninth International Conference on Control，Automation，Robotics and Vision，Singapore，2006；文献2Montambault，S.and Pouliot，N.，2007，“Design and Validation of a Mobile Robot for Power Line Inspection andMaintenance”，Proceedings of the 6th International Conference on Field and ServiceRobotics，Chamonix，France，FSR 2007)。文献表明现有机构耗能多、效率低，越障能力有限且控制复杂，重量大、安全保护性能差，使得机器人下线困难，难以应用于实际的输电线路巡检作业。
【发明内容】
为解决现有的高压线巡检机器人行走结构复杂、重量大、耗能多、行走时安全保护性差、机器人下线困难等不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、重量轻、效率高、安全保护性好、具有大坡度爬行能力的巡检机器人轮爪复合机构。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种巡检机器人轮爪复合机构，包括：
行走驱动机构，驱动电机安装在手臂上，行走轮安装在手臂内侧的行走轮安装板上，与驱动电机的输出轴连接，行走轮的外缘设有轮槽，其特征在于还包括前夹持机构和后夹持机构，夹持电机安装在手臂的顶板上，输出轴穿过顶板连接丝杠，在顶板的下侧安装有竖直光杆，提升板套装在竖直光杆上，在提升板上设有丝母，与丝杠配合；在提升板的前后分别安装前后滑动板，前后滑动板的下侧的两侧分别开有底部向中间靠拢的导向槽，左右夹爪活动安装在水平移动丝杠上，水平移动丝杠的两端连接在竖直光杆上，左右夹爪上设有突出的滑块，所述的滑块插入导向槽中，在左右夹爪的末端安装有滚动轮；后夹持机构与前夹持机构结构相同，前后对称。
前述的巡检机器人轮爪复合机构，其特征在于所述的竖直光杆为4根，前夹持机构中的水平移动丝杠为两根，左右夹爪分别安装在前上水平移动丝杠和前下水平移动丝杠上，前上水平移动丝杠和前下水平移动丝杠的两端分别固联在前左水平端件和前右水平端件上，前左水平端件和前右水平端件分别套装在前左竖直光杆和前右竖直光杆上，在前左水平端件和前右水平端件与行走轮安装板之间的竖直光杆上分别套装弹簧，在前左水平端件和前右水平端件下方的手臂上分别设有竖直挡块，后夹持机构与前夹持机构结构相同，前后对称。
前述的巡检机器人轮爪复合机构，其特征在于在行走轮的轮槽中压注或粘贴摩擦系数较高的材料。
前述的巡检机器人轮爪复合机构，其特征在于所述的导向槽，其斜度为45°。
本发明的有益效果是：
1、驱动能力强：本发明采用轮式驱动方式实现机器人在输电线路上的移动功能，驱动效率高，在坡度较大的线路型走时可以通过夹持机构的夹持动作增大行走轮与线路之间的正压力，从而增大摩擦力，实现较强的驱动能力；
2、结构紧凑：通过巧妙的结构设计实现了仅用一个电机驱动夹爪2个方向(水平、竖直)的运动功能，方案节约了成本，降低了系统的控制难度；系统结构紧凑、重量轻适合在实际巡检机器人上应用；
3、夹持效率高：通过欠驱动机构实现将夹爪运动分为独立的水平、竖直运动，在竖直运动过程中实现夹持机构对输电线路的夹紧功能，此时夹紧力的方向与丝杠螺母系统的方向一致，能量转换效率高，可选用驱动能力偏小的夹持电机；
4、本发明应用范围广，再做相应的改进后可以应用各种需要夹持的环境。
【附图说明】
图1为本发明的巡检机器人轮爪复合机构的结构示意图；
图2是图的后视图；
图3为本发明实施例松开状态示意图；
图4为本发明实施例闭合状态示意图；
图5为本发明实施例夹紧状态示意图；
图6为本发明的巡检机器人轮爪复合机构的左视图。
图中主要标记的含义如下：
1、行走电机，2、手臂，3、顶板，4、夹持电机，5、丝杠，6、行走轮，7、前滑动板，8、前右竖直光杆，9、提升板，10、前右弹簧，11、前左竖直光杆，12、前左弹簧，13、前左水平端件，14、竖直挡块，15、前左夹爪，16、滚动轮，17、前下水平移动丝杠，18、前上水平移动丝杠，19、前右夹爪，20、前右水平端件，21、行走轮安装板。
【具体实施方式】
下面通过实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
图1为本发明的巡检机器人轮爪复合机构的结构示意图；图2是图的后视图；图3为本发明实施例松开状态示意图；图4为本发明实施例闭合状态示意图；图5为本发明实施例夹紧状态示意图；图6为本发明的巡检机器人轮爪复合机构的左视图。
图示是以四个竖直光杆和前后各两个水平移动丝杠地结构进行介绍的，但是本发明并不限定于此，可以进行等效的变换，当然，经等效变换的技术方案也为本发明的保护范围。
如图所示，本发明的巡检机器人轮爪复合机构包括行走驱动机构、前夹持结构和后夹持机构，行走机构的驱动电机安装在手臂上，行走轮安装在手臂内侧的行走轮安装板上，与驱动电机的输出轴连接，行走轮的外缘设有轮槽，通过驱动电机的转动，带动行走轮转动，使机器人通过轮槽在架空输电线路上行走。
夹持电机安装在手臂的顶板上部，夹持电机的输出轴穿过顶板连接有丝杠，在顶板的下侧安装有竖直光杆，提升板套装在四根竖直光杆上，通过四根竖直光杆导向，分别为前左竖直光杠11、前右竖直光杠8、后左竖直光杠和后右竖直光杠，四根光杠固联在顶板3上。在提升板上设有丝母，与丝杠配合。夹持电机的转动通过丝杠、提升板上的丝母转换为提升板的竖直运动，从而实现提升板的上下运动。
在提升板的前后分别固定安装前滑动板和后滑动板，可随提升板一起竖直运动。前滑动板和后滑动板的下侧的两侧分别开有底部向中间靠拢的导向槽。前左夹爪和前右夹爪活动安装在前上水平移动丝杠18与前下水平移动丝杠17上，并可沿水平移动丝杠水平运动。前上水平移动丝杠18与前下水平移动丝杠17的两端分别固联在前左水平端件13与前右水平端件20上，前左水平端件13与前右水平端件20分别套装在前左竖直光杠11与前右竖直光杠8上，并可带动水平移动丝杠沿竖直光杠上下移动。在前左水平端件13与前右水平端件20与行走轮安装板21之间的数值光杆上分别安装有前左弹簧12和前右弹簧10，在前左水平端件13与前右水平端件20的下方的手臂上分别设有竖直挡块14，前左水平端件13与前右水平端件20被弹簧压在竖直档块14上。这样，在夹持电机4不工作时，通过弹簧保持夹爪的分离。在前左夹爪和前右夹爪上分别设有突出的滑块，滑块插入导向槽中，并可沿导向槽滑动。通过导向槽的导引，使夹爪在水平移动丝杠上水平移动。在前左夹爪和前右夹爪的末端安装有滚动轮，来减少移动过程中夹爪和输电线路之间的摩擦力。
为了增加行走轮和输电线路间的摩擦力，在行走轮的轮槽中可以压注或粘贴摩擦系数较高的材料。
同时，为了保证夹爪上的滑块的滑动顺利，导向槽的设为45°。
后夹持机构与前夹持机构结构相同，前后对称，在此就不再赘述。
本发明的工作过程为：
行走电机1驱动行走轮6正向或反向转动，实现机器人在架空输电线上前进或后退。
夹持动作：
夹持电机4驱动丝杠5转动，将通过提升板9带动前7滑动板和后滑动板一起竖直向上运动，前左弹簧12、前右弹簧10将前左水平端件13与前右水平端件20压在竖直档块14上，前左夹爪15、前右夹爪19在前滑动板7上的45°导向槽作用下，沿前上水平移动丝杠18、前下水平移动丝杠17相向运动，实现夹爪的闭合。闭合后在前滑动板7的作用下，前左水平端件13与前右水平端件20克服前左弹簧12、前右弹簧10的压力竖直向上运动，直到滚动轮16压到输电线上。这样就将输电线路夹紧了。在此过程中，前左弹簧12、前右弹簧10可以防止前下水平移动丝杠17、前上水平移动丝杠18连同前左夹爪15、前右夹爪19在未闭合的情况下开始竖直向上运动。在弹簧力的作用下，有效的实现了夹爪先闭合再竖直向上运动，防止空行程。动作过程中前左弹簧12、前右弹簧10始终处于受压状态。后夹持机构的工作原理和前夹持机构的工作原理相同，动作同时进行。图4是夹爪闭合状态，图5为夹紧状态。
释放动作：
释放动作与夹持动作相反，夹持电机4驱动丝杠5转动，将通过提升板9带动前滑动板7和后滑动板一起竖直向下运动，首先前左弹簧12和前右弹簧10将前左水平端件13与前右水平端件20向下压，同时带动夹爪向下运动；当两个水平端件被压到竖直档块14上时，夹爪的竖直运动停止，前左夹爪15、前右夹爪19在前滑动板7的45°导向槽作用下，沿水平移动丝杠作分离运动，实现夹爪的释放动作。图3为机构处于释放状态。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。