介绍电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析

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1、机械设计与制造第3期52MachineryDesign&Manufacture2012年3月文章编号：1001—3997(2012)03—0052—03电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析术}【Abstract】Fortheautomationofpowertransmissioninspectionandmaintenance，血dual—armarticu一{；latedrobotwhichCanclimbelectricitypylonsflexiblyisproposedtope咖珊dangerousae

2、rialclimbingde—i》tectionwork．Thesymmetricalandcompactmechanismstructureoftherobotisdevelopedwith2grippers《；and5-DOF，whichaudaciouslyadoptsthelinearrodunits，whichmaysuppthedualarmswell，￡orealize{；gripingandloosingmotion,thusthetorquerequirementfordrivingmotoriss

3、ubstantiallylessenedcompar-{；ngtothetraditionaljointsdesignwhichisdrivedbymotorwithlargetorquedirectly．Then0CADmodelof{lthelinearrodunitsisproposed．AndstaticsanalysisandsimulationusingAdams$oflwareareputforword．2}Comparingtothetraditionalmethoddrivedbymotordire

4、ctly，analysisandsimulationresultscoati{；thatthedesigncanreducethetorqueofthemotor．PrototypeExperimentsdemonstratethatthedesignpFin-i★来稿日期：2011-05—08★基金项目：四川省科技厅资助项目(2008GZ0156)第3期王蕾等：电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析53服自身重力，而且其攀爬环境相对复杂，所以机器人具备以下特匀速旋起这一种运动情况进行分析，比较采用电机直驱关节和采

5、点：体积小、重量轻、刚度高、有越障和灵活的转向能力。机器人采用直线推杆关节两种方案。用对称设计原则，由手臂、手爪和用于调整两手臂角度变化的直当机器人处于此运动状态时，后手臂保持静止不动，因此只线推杆机构三部分组成，如图1所示。其关节分配情况如下：两个考虑前手臂的受力情况。机器人处于初始位姿时，两臂所成夹角实现手臂抬起落下的旋转关节，两个实现手爪转动的旋转关节，最dx(30。)，此时前臂与水平方向所成角度的最小值am=15。；一个实现两手臂张合的移动关节。机器人最终位姿，两臂所成夹角最大(120。)，此时Ot的最大值1

6、05。。3．2．1电机直驱关节方案分析大多数的两足机器人，手臂旋起落下动作的完成是通过在两臂连接处设置旋转关节，并采用大转矩电机驱动，静力学受力情况，如图3所示。图1电力铁塔攀爬机器人及机构简图机器人两臂上端通过安装轴连接，直线推杆机构一端与前臂铰接，另一端和后臂铰接。手臂下端与手臂旋转关节相连，可使手臂绕旋转轴旋转。手臂旋转关节下端和位于手爪上部的手爪旋转关节相连。(电力铁塔攀爬机器人的运动包括直线攀爬运动和转向运动。两手爪交替吸附于铁塔角钢上，通过手臂旋转关节绕旋转轴旋转和直线推杆移动关节伸缩的联动实现机器人的攀

7、爬前进运图3电机直驱关节机器人受力分析动；如遇到铁塔连接处连接板、螺栓螺母等构成的较大障碍时，手取两臂连接处电机直驱关节为矩心，建立力矩平衡方程：爪旋转关节和直线推杆移动关节联动，使机器人进行转向运动，肘(F)0由原本攀爬铁塔的主材转到水平材或斜材上，绕过障碍继续进行G~Lcosa直线攀爬运动。一——G2Lc。=o3直线推杆机构分析解得关节处电机转矩：3．1直线推杆机构CAD模型rl=TGlLeos~+GLcos=Leo锨(争+G)(1)机器人方采用直线推杆机构，避免了在两臂旋转关节使用3．2．2直线推杆关节分析大转

8、矩驱动电机。同时直线推杆机构和两手臂形成了一个封闭的两臂之间添加直线推杆机构，机器人受力分析，如图4所三角形，两臂构成三角形定长边，边长比例为3：1，直线推杆构成示。三角形的一条长度变化的边。两臂夹角随着直线推杆的伸缩而变化，范围[30。，120。]。直线推杆机构，如图2所示。包括电机输出轴相连的丝杆、与直线推杆相连接的螺母和带有导轨的固定件。