CN115503000A - 一种无人机载机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本发明涉及一种在几十米至一百多米高空架空输电线路上用于在导地线上安装传感器的无人机载机械臂，所述机械臂包括机载模块、传动模块和张合模块；所述机载模块包括用于与无人机连接固定的机械爪臂，所述机械爪臂远离无人机的一端设有用于抓取张合模块的机械爪，所述传动模块与张合模块连接；所述机械爪臂上还设有爪张合电机，所述爪张合电机的输出端设有用于驱动传动模块的驱动件，所述爪张合电机驱动所述传动模块控制张合模块的张合。与现有技术相比，本发明具有提高电力检修效率，保障检修无人机与工作人员的安全等优点。

Description

一种无人机载机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，尤其是涉及一种无人机载机械臂。

背景技术

电力系统中，高压架空输电线路是地区电力输送的主动脉，架空输电设备由于长期暴露于户外，一方面导线、避雷线、绝缘子及金具等在长时间运行过程中极易产生磨损、断股、锈蚀、过热、倒塔等异常情况；另一方面，雷电击穿绝缘子、树枝接触引起高压放电、线路绝缘老化和异物覆盖也容易诱发输电线路故障，输电线路需要定时进行检修、导线修补以及线路涂覆等工作。因此，对高压架空输电线路开展日常检修以及及时动态监测工作是保障电网安全、稳定、高效运行的重中之重。在架空现上安装监测传感器设备以及其他相关设备是架空输电线路监控的新的解决方案，利用无人机搭载机械臂可高效可靠的实现设备的安装与拆卸。

利用各种线上设备进行监控可以减少检修人员的工作强度，也可以实时对线路进行检测与数据分析。然而，线上检测设备的安装与拆装是目前的一个难题。传统的方法是检修人员现场安装拆卸，存在着较大的工作风险以及工作效率低下等问题，无人机检修是未来架空输电线路维修的主要前进方向，现阶段将无人机作为实现野外高空检修搭载工具的检修方法已成为架空输电线路不可或缺的检修手段。携带有机械臂的无人机可以替代人工在就空闲上安装拆卸线上监控设备，因此对基于机械臂的无人机检修作业系统开展研究具有重大的社会和经济效益。

授权号为CN102306915B的中国专利文献公开了一种输电线路机器人安装装置，它包括推动块、连接所述推动块的推杆、转动电机、转动块和升降吊臂。但装置本身只有清除异物功能，不具备稳定工作运行的能力。目前有人工以及巡检机器人两种输电线路巡检方式，人工巡检存在工作效率低，作业风险较高且易受地形天气等因素影响的问题，而巡检机器人虽然提高了工作效率，但容易受到高电压的影响，导致机器人出现故障以及不受控等问题。针对输电线路其他的工作(导线修补、线路涂料涂覆、动态监测等)，亦是如此。

公开号为CN113799974A的中国专利文献公开了一种空中机器人多功能机械臂装置，属于无人机多自由度机械臂装置技术领域，包括两条机械臂、四个舵机、两个电机、两对机械爪、两个减震机构和两个间歇机构。多自由度的多条机械臂的设计可以保证操作灵活性。但这也导致机械结构复杂，操作繁琐，不适合在高空中进行精密作业，而且机械臂重量较大，机械臂上各电机依赖导线进行电气连接，致使机械臂的安全性较低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无人机载机械臂。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种无人机载机械臂，所述机械臂安装于无人机上，所述机械臂包括机载模块、传动模块和张合模块；所述机载模块包括用于与无人机连接固定的机械爪臂，所述机械爪臂远离无人机的一端设有用于抓取张合模块的机械爪，所述传动模块与张合模块连接；

所述机械爪臂上还设有爪张合电机，所述爪张合电机的输出端设有用于驱动传动模块的驱动件，所述爪张合电机驱动所述传动模块控制张合模块的张合。

作为优选技术方案，所述驱动件为主动齿轮。

作为优选技术方案，所述传动模块包括与驱动件配合连接的从动件；所述从动件的一端螺纹连接有螺纹杆，另一端固定连接有固定连杆；所述螺纹杆和固定连杆远离从动件的端部分别于张合模块连接。

作为优选技术方案，所述从动件为螺纹齿轮套，所述螺纹齿轮套的外表面具有与驱动件配合的结构，内表面设有与螺纹杆配合的螺纹结构。

作为优选技术方案，所述张合模块包括连杆、固定夹和供机械爪臂抓取的支架；所述连杆一端与传动模块相连，另一端与固定夹相连接，所述支架固定于固定夹上。

作为优选技术方案，所述固定夹设有限制张开角度的机械限位结构。

作为优选技术方案，所述爪张合电机设有转动力矩限值。

作为优选技术方案，所述传动模块采用铝合金材料。

作为优选技术方案，当所述机械臂进行安装时：

所述爪张合电机正转带动所述驱动件，所述驱动件带动传动装置使张合模块夹紧；

当爪张合电机转动力矩达到设定值后，所述爪张合电机停止转动，所述机械爪松开张合模块。

作为优选技术方案，当所述机械臂进行卸载时：

所述机械爪抓紧张合模块，所述驱动件与传动模块配合，所述爪张合电机反转带动所述驱动件，所述驱动件带动传动装置使张合模块松开；

当爪张合电机转动力矩达到设定值后，所述爪张合电机停止转动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明设计的机械臂装置，结构相对简单，检测传感器布置与于传动模块上，采用张合模块夹紧目标线缆，夹紧目标后机械爪松开将传动模块和布置与其上的检测传感器留在目标位置，即可实现检测传感器的部署。便于检修人员进行操作，提高电力检修效率，保障检修无人机与工作人员的安全。

2)本发明设计的机械臂装置，进行设备安装时，在传感器安装到位无人机即可与张合模块脱离，在设备卸载时只需控制机械爪抓取张合模块，相较于其他无人机机械臂需要同时控制多个自由度的变化，操作更简单，更不容易出错，更适合于高空精密作业。

3)本发明的机械臂以ABS工程塑料为主，机载机械臂装置和无人机之间没有电气联系，在传动部件处选用铝合金材料，在保证机械性能的同时，也能减轻重量，以保证无人机搭载的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的无人机与机载机械臂的整体结构示意图；

图2为本发明提供的无人机载机械臂的结构示意图；

图3为本发明提供的无人机载机械臂的机载模块结构示意图；

图4为本发明提供的无人机载机械臂的传动模块结构示意图；

图5为本发明提供的无人机载机械臂的固定模块结构示意图；

图中标号所示：

101、机械爪臂，102、机械爪，103、爪张合电机，104、主动齿轮，201、螺纹杆，202、螺纹齿轮套，203、固定连杆，301、连杆，302、固定夹，303、支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1所示的是无人机与机载机械臂相连总体工作示意图，机械臂与无人机通过固定模块固定在一起。

图2所示的是一种无人机载机械臂装置，它包括固定模块、传动模块、张合模块。

如图3所示，所述机载模块包括机械爪臂101、机械爪102、爪张合电机103、主动齿轮104，该模块主要用于固定无人机，避免在固定检测传感器设备时无人机出现大幅抖动的情况，保持相对平稳状态，保证将检测传感器设备顺利的固定在输电线路上，机械爪臂101固定在无人机起落架上，机械爪102抓紧支架303，将无人机固定。特别的是，固定模块和无人机之间不存在电气联系，保障无人机飞行安全。

如图3所示，所述传动模块包括螺纹杆201、螺纹齿轮套202、固定连杆203，该模块主要作用是待无人机处于相对平稳状态之后，爪张合电机103正转，然后主动齿轮104带动螺纹齿轮套202转动，与张合模块相互配合，从而控制固定夹302的张合。

如图3所示，所述张合模块包括连杆301、固定夹302、支架303，该模块主要作用是在传动模块的配合下通过固定夹302的张合实现对输电线路检测传感器设备以及动态监测设备的安装与取回。

如图2所示，爪张合电机101正转，主动齿轮104带动螺纹齿轮套202转动，固定连杆203与螺纹齿轮套202相对固定，只有绕轴转动一个自由度，由于螺纹杆201与连杆301相连接，同时与螺纹齿轮套202螺纹连接，在螺纹齿轮套202的带动下，螺纹杆201可以进行直线运动，带动连杆203绕轴转动，进而实现固定夹302的张合。

本实施例中机械臂以ABS工程塑料为主，机载机械臂装置和无人机没有电气联系，在传动部件处选用铝合金材料，在保证机械性能的同时，也能减轻重量，以保证无人机搭载的安全性。

在实现安装输电线路检测传感器设备时，本发明提供了安装方法较佳实施例，其主要包括以下步骤：

步骤一，工作人员操作无人机飞至目标线路上方约2.5米处，机械臂处于初始状态，机械爪102抓紧支架303上的固定杆，此时固定夹302处于张开状态；

步骤二，通过视觉定位，确定目标线路处于无人机下方，通过测距，确定目标线路距离固定夹302的距离，无人机沿Z方向下落，飞手此时通过目测或另一架无人机辅助观察，确保机械臂位置的准确性；

步骤三，爪张合电机103转动，带动主动齿轮104，主动齿轮104带动两侧齿轮外形的螺纹齿轮套202转动，螺纹杆201旋出螺纹齿轮套202内，带动固定夹302夹紧目标电线，在固定夹302夹紧时，爪张合电机103转动力矩上升到预设值，此时电机停止转动，机械爪102松开支架303；

步骤四，无人机飞离现场，并返航。

在实现卸载输电线路检测传感器设备时，本发明提供了卸载方法较佳的实施例，其主要包括以下步骤：

步骤一，无人机飞至目标线路上方约2.5米处，通过视觉定位，确定目标线路处于无人机下方；

步骤二，通过传感器设备测距，确定目标线路距离活动夹爪的可操作范围距离，无人机沿Z方向下落，飞手此时通过目测或另一架无人机辅助观察，确保机械臂位置的准确性；

步骤三，机械爪102抓紧支架303固定杆，在固定好无人机后，爪张合电机103反转，带动主动齿轮104转动，螺纹齿轮套202在主动齿轮104带动下转动，螺纹杆201旋入螺纹齿轮套202，固定夹302张开，固定夹302松开至机械限位后停止，爪张合电机103转动力矩上升至预设值，此时爪张合电机103停止转动；

步骤四，无人机携带设备飞离现场，并返航。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机载机械臂，所述机械臂安装于无人机上，其特征在于，所述机械臂包括机载模块、传动模块和张合模块；所述机载模块包括用于与无人机连接固定的机械爪臂(101)，所述机械爪臂(101)远离无人机的一端设有用于抓取张合模块的机械爪(102)，所述传动模块与张合模块连接；

所述机械爪臂(101)上还设有爪张合电机(103)，所述爪张合电机(103)的输出端设有用于驱动传动模块的驱动件，所述爪张合电机(103)驱动所述传动模块控制张合模块的张合。

2.根据权利要求1所述的一种无人机载机械臂，其特征在于，所述驱动件为主动齿轮(104)。

3.根据权利要求1所述的一种无人机载机械臂，其特征在于，所述传动模块包括与驱动件配合连接的从动件；所述从动件的一端螺纹连接有螺纹杆(201)，另一端固定连接有固定连杆(203)；所述螺纹杆(201)和固定连杆(203)远离从动件的端部分别于张合模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种无人机载机械臂，其特征在于，所述从动件为螺纹齿轮套(202)，所述螺纹齿轮套(202)的外表面具有与驱动件配合的结构，内表面设有与螺纹杆(201)配合的螺纹结构。

5.根据权利要求1所述的一种无人机载机械臂，其特征在于，所述张合模块包括连杆(301)、固定夹(302)和供机械爪臂(101)抓取的支架(303)；所述连杆(301)一端与传动模块相连，另一端与固定夹(302)相连接，所述支架(303)固定于固定夹(302)上。

6.根据权利要求5所述的一种无人机载机械臂，其特征在于，所述固定夹(302)设有限制张开角度的机械限位结构。

7.根据权利要求1所述的一种无人机载机械臂，其特征在于，所述爪张合电机(103)设有转动力矩限值。

8.根据权利要求1所述的一种无人机载机械臂，其特征在于，所述传动模块采用铝合金材料。

9.根据权利要求1所述的一种无人机载机械臂，其特征在于，当所述机械臂进行安装时：

所述爪张合电机(103)正转带动所述驱动件，所述驱动件带动传动装置使张合模块夹紧；

当爪张合电机(103)转动力矩达到设定值后，所述爪张合电机(103)停止转动，所述机械爪(102)松开张合模块。

10.根据权利要求1所述的一种无人机载机械臂，其特征在于，当所述机械臂进行卸载时：

所述机械爪(102)抓紧张合模块，所述驱动件与传动模块配合，所述爪张合电机(103)反转带动所述驱动件，所述驱动件带动传动装置使张合模块松开；

当爪张合电机(103)转动力矩达到设定值后，所述爪张合电机(103)停止转动。

Images