CN105269593A - 一种巡检机器人伸缩手臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种巡检机器人伸缩手臂，包括驱动模块、伸缩臂以及滑臂；所述伸缩臂包括导轨、皮带以及皮带卡，所述导轨的前后两端分别安装有前轮和后轮，所述皮带环绕在所述前轮和后轮上，所述皮带卡夹持所述皮带；所述导轨与所述驱动模块连接；所述滑臂可移动地安装在所述导轨上，并与所述皮带连接。本发明利用驱动模块带动伸缩臂及滑臂移动，当伸缩臂移动时，克服皮带卡对皮带的夹持摩擦力，使得皮带发生转动，转动皮带进而带动滑臂移动，实现了机器人手臂的伸缩。

Description

一种巡检机器人伸缩手臂

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种巡检机器人伸缩手臂。

背景技术

巡检机器人在进行巡检时，其机身并非能准确到达所有位置，特别是对于某些机身只能在上下一个维度伸缩的机器人，当其探测目标与其探测传感器有一定的距离时，需要传感器能前后移动，以提高作业精度，本发明公开的手臂即适用于这样的应用场合。

中国发明专利文献CN101780674A《输电线路自动巡检机器人伸缩手臂传动装置》中公开的一种机器人伸缩手臂传动装置采用类似于天线的内外升降筒形式，手臂升降机构由内、外丝杆、螺母传动机构、内外升降筒、升降电机和升降齿轮组成。该装置体积小，可有效地达到2倍伸缩距离，但采用的内外筒结构适合于上下升降，当顶端负载较重时，伸缩过程容易造成手臂弯曲，关节间摩擦增大等现象。

中国发明专利文献CN104209957A《一种用于搬运机器人上的伸缩手臂》公开的伸缩手臂包括第一线轨、第二线轨、内伸缩体、滚珠丝杆转动副、外伸缩体、平衡器、伺服电机。伺服电机和滚珠丝杆转动副的设计方案方便自动化控制，以及提高抓取的精确度。但这种设计在负载传感器进行伸缩的应用场景显得复杂，难以使产品小型化和成本控制。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种巡检机器人伸缩手臂，在承受较大负载时保持伸缩的结构稳定性，机器人完全收缩时，结构紧凑、体积小，伸缩机构结构简单，驱动控制便捷。

本发明提供的巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：包括驱动模块、伸缩臂以及滑臂；所述伸缩臂包括导轨、皮带以及皮带卡，所述导轨的前后两端分别安装有前轮和后轮，所述皮带环绕在所述前轮和后轮上，所述皮带卡夹持所述皮带；所述导轨与所述驱动模块连接；所述滑臂可移动地安装在所述导轨上，并与所述皮带连接。本发明利用驱动模块带动伸缩臂及滑臂移动，当伸缩臂移动时，克服皮带卡对皮带的夹持摩擦力，使得皮带发生转动，转动皮带进而带动滑臂移动，实现了机器人手臂的伸缩。

所述驱动模块包括驱动电机、基轨以及驱动皮带，所述基轨的前后两端分别安装辅轮和主轮，所述驱动皮带环绕在主轮和辅轮上，所述驱动皮带在驱动电机作用下转动；所述伸缩臂的导轨与所述驱动皮带连接。驱动模块、伸缩臂、滑臂实现了联动，带负载伸缩时结构稳定可靠，驱动皮带转动单位距离，带动伸缩臂移动单位距离，同时，伸缩臂也会带动滑臂移动单位距离。

为增强结构稳定性，尤其是带较大负载时保持稳定移动，所述伸缩臂还包括与所述导轨连接的滑块，该滑块可移动地安装在所述基轨上，负载重量通过滑块转移，避免皮带承受过重负载。

所述滑臂与皮带的连接点、所述皮带卡在皮带上的夹持点，分别位于所述皮带的两个半带上；其中，当所述巡检机器人伸缩手臂收起时，所述滑臂与皮带的连接点靠近所述后轮，所述皮带卡皮带上的夹持点靠近所述前轮。如果两连接点位于皮带的同一个半带上，那么滑臂在伸缩臂上的移动距离较短，缩短了机器人手臂伸长的距离。

为使得机器人手臂可以更远距离的伸缩，所述巡检机器人伸缩手臂包括多级伸缩臂，其中：第一级伸缩臂的导轨与所述驱动模块连接，下一级伸缩臂的导轨与上一级伸缩臂的皮带连接；所述滑臂可移动地套在最后一级伸缩臂的导轨上，并与该最后一级伸缩臂的皮带连接。

所述导轨的后端安装有前辅门，前辅门随伸缩臂一起移动，在带动较大负载运动时起到稳定伸缩臂的作用。

优选地，还包括基座，所述基轨的一端安装在所述基座上，该基座上还安装有后辅门，所述基轨穿过所述后辅门，后辅门起到支撑作用。

优选地，所述导轨的后端安装有固定皮带卡，所述固定皮带卡的端部与所述驱动皮带连接。

优选地，所述滑臂的后端安装有上皮带卡，所述上皮带卡的端部与所述皮带连接。

本发明具有以下有益效果：(1)各级间可以实现联动，带负载伸缩时结构稳定可靠，伸缩速度快，伸缩运动过程稳定。(2)采用电机加皮带的驱动方式，驱动简单可靠。(3)结构简单、小巧，便于实现产品小型化。

附图说明

图1为巡检机器人探测***整体示意图；

图2为本发明左视示意图；

图3为本发明右视示意图；

图4为本发明后视示意图。

图中：101、移动传感器***；102、挂臂；103、探测箱；140、电机安装点；141、皮带；142、辅轮；143、后辅门；144、基轨；145、基座；146、底部皮带卡；147、主轮；150、中间导轨；151、中间滑块；152、后轮；154、中间皮带；155、前轮；156、中间皮带卡；157、前辅门；158、中间滑块；161、滑臂；162、上皮带卡；163、传感器安装点。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，巡检机器人的探测***由移动传感器***101、挂臂102、探测箱103组成；挂臂102用于与巡检机器人可上下伸缩的机身连接，使机器人的探测***可以随机器人机身上下运动；探测箱103内从上到下依次设置三层传感器安装点，分别可以安装诸如红外、可见光相机，超声波传感器等，其中最下层为移动传感器***101安装点，传感器安装在巡检机器人伸缩手臂上，传感器与巡检机器人伸缩手臂共同构成移动传感器***101，机器人手臂伸缩时传感器可前后调整探测位置；探测箱103的第一、二层传感器相对探测箱箱体本身位置固定，本发明提供的巡检机器人伸缩手臂安装在移动传感器101安装点。

如图2、3、4所示，巡检机器人伸缩手臂包括底层驱动模块、中层伸缩臂和上层滑臂161。

底层驱动模块包括驱动电机(图中未示出)、基轨144、皮带141，基轨144的一端安装在基座145上，基座145的上方设置有电机安装点140，驱动电机安装在电机安装点140。基轨144的前、后两端分别安装辅轮142和主轮147，皮带141环绕在辅轮142、主轮147上。驱动电机驱动位于其下方的主轮147正转或反转，皮带141为带齿皮带，主轮、辅轮上有适配的刻齿，该刻齿与皮带上的刻齿良好齿合，从而带动皮带141正转或反转。基座145上还安装有后辅门143，基轨144及皮带141从后辅门143的内部方孔中穿过，后辅门143起到支撑的作用。

中层伸缩臂包括中间导轨150、中间滑块151、中间皮带154、底部皮带卡146；中间导轨154的前后两端分别安装前轮155、后轮152，中间皮带154环绕在前轮155和后轮152上，为增强驱动效果，中间皮带154也采用带齿皮带，前轮、后轮具有适配的刻齿。中间滑块151安装在中间导轨150的后端，中间滑块151套在基轨144上并可在基轨144上滑动。中间导轨150的后端还安装有中间皮带卡156，中间皮带卡156的端部与皮带141连接，当皮带141转动时，利用中间皮带卡156带动整个中层伸缩臂前后移动；通过中间滑块151在基轨144上滑动，一方面起到导向作用，另一方面起到支撑作用，避免了中间伸缩臂的重量全部由皮带141承受，有利于增强稳定性。中间导轨150的后端还安装有前辅门157，前辅门157随中层伸缩臂一起前后移动，在承受较大负载运动时，前辅门起到稳定中层伸缩臂的作用。底部皮带卡146的一端安装在基轨144的前端，另一端夹持中间皮带154，当皮带141转动时，皮带141带动中间皮带卡156、进而带动中层伸缩臂移动，由于底部皮带卡146安装在基轨上、保持不动，中层伸缩臂移动过程中，克服底部皮带卡146对中间皮带154的夹持摩擦力，从而使得中间皮带154转动。

滑臂161套在中层伸缩臂的中间导轨150上、并可以沿中间导轨150前后移动。滑臂161的后端固定安装了上皮带卡162，滑臂161通过上皮带卡162与中层伸缩臂的中间皮带154连接，当中间皮带154转动时，带动滑臂161前后移动。滑臂161的前端设置有传感器安装点163，用于安装传感器。

结合图2、3、4，底部皮带卡146、中间皮带卡156、上皮带卡162的安装位置有一定的要求：底部皮带卡146的一端安装在基轨144的前端，其另一端靠近前轮155处夹持中间皮带154；中间皮带卡156的一端与中间导轨的后端连接，其另一端靠近主轮147处、与皮带141连接；上皮带卡162的一端与滑臂161的后端连接，其另一端靠近后轮152处、与中间皮带154连接；中间皮带154被前轮、后轮分成两个半带，上皮带卡与中间皮带的连接点、底部皮带卡与中间皮带的连接点分别位于这两个半带上。这样设置的好处是，伸缩时，中层伸缩臂随皮带141移动的最大行程接近半根皮带141的距离，滑臂移动的最大行程接近半根中间皮带154的距离；当然，也可以不这样设置，移动的最大行程略短些。

本发明工作时，驱动电机带动皮带141转动，皮带141带动中间皮带卡156、进而带动中层伸缩臂、滑臂整体移动，中层伸缩臂移动时，克服底部皮带卡146的夹持摩擦力，使得中间皮带154发生转动，从而带动滑臂161沿中间导轨150移动。

实施例二

结合实施例一，为进一步增强伸缩的距离，本发明提供的巡检机器人伸缩手臂采用多级伸缩臂，各级伸缩臂的结构与中层伸缩臂结构相同，其中，第一级伸缩臂的导轨与皮带141连接，第一级伸缩臂的滑块套在基轨144上并可在基轨上滑动；第二级伸缩臂的导轨与第一级伸缩臂的皮带连接，第二级伸缩臂的滑块套在第一级伸缩臂的导轨上并可在第一级伸缩臂的导轨上滑动；依此类推，最后一级伸缩臂的导轨与倒数第二级伸缩臂的皮带连接，最后一级伸缩臂的滑块套在倒数第二级伸缩臂的导轨上并可在倒数第二级伸缩臂的导轨上滑动；滑臂可移动地套在最后一级伸缩臂的导轨上，并与最后一级伸缩臂的皮带连接。

工作时，驱动电机带动皮带141转动，皮带141带动多级伸缩臂及滑臂整体移动，多级伸缩臂的第一级伸缩臂移动时，克服第一级伸缩臂的皮带卡的夹持摩擦力，使得第一级伸缩臂的皮带发生转动，从而带动第二级伸缩臂沿第一级伸缩臂的导轨移动；依此类推，最后一级伸缩臂移动时，克服最后一级伸缩臂的皮带卡的夹持摩擦力，使得最后一级伸缩臂的皮带发生转动，从而带动滑臂沿最后一级伸缩臂的导轨移动。

Claims (9)

1.一种巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：包括驱动模块、伸缩臂以及滑臂；所述伸缩臂包括导轨、皮带以及皮带卡，所述导轨的前后两端分别安装有前轮和后轮，所述皮带环绕在所述前轮和后轮上，所述皮带卡夹持所述皮带；所述导轨与所述驱动模块连接；所述滑臂可移动地安装在所述导轨上，并与所述皮带连接。

2.如权利要求1所述的巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：所述驱动模块包括驱动电机、基轨以及驱动皮带，所述基轨的前后两端分别安装辅轮和主轮，所述驱动皮带环绕在主轮和辅轮上，所述驱动皮带在驱动电机作用下转动；所述伸缩臂的导轨与所述驱动皮带连接。

3.如权利要求2所述的巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：所述伸缩臂还包括与所述导轨连接的滑块，该滑块可移动地安装在所述基轨上。

4.如权利要求1所述的巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：所述滑臂与皮带的连接点、所述皮带卡在皮带上的夹持点，分别位于所述皮带的两个半带上；其中，当所述巡检机器人伸缩手臂收起时，所述滑臂与皮带的连接点靠近所述后轮，所述皮带卡皮带上的夹持点靠近所述前轮。

5.如权利要求1或2所述的巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：所述巡检机器人伸缩手臂包括多级伸缩臂，其中：第一级伸缩臂的导轨与所述驱动模块连接，下一级伸缩臂的导轨与上一级伸缩臂的皮带连接；所述滑臂可移动地套在最后一级伸缩臂的导轨上，并与该最后一级伸缩臂的皮带连接。

6.如权利要求1、2、3或4所述的巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：所述导轨的后端安装有前辅门。

7.如权利要求2或3所述的巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：还包括基座，所述基轨的一端安装在所述基座上，该基座上还安装有后辅门，所述基轨穿过所述后辅门。

8.如权利要求2或3所述的巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：所述导轨的后端安装有固定皮带卡，所述固定皮带卡的端部与所述驱动皮带连接。

9.如权利要求1、2、3或4所述的巡检机器人伸缩手臂，其特征在于：所述滑臂的后端安装有上皮带卡，所述上皮带卡的端部与所述皮带连接。