CN104108432A - 铁塔攀爬巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁塔攀爬巡检机器人，包括：载具，用于载置检测设备；上攀爬部分；下攀爬部分，具有一对铰接于载具下端并被约束绕相应铰轴转动转角大小的下臂，以及连接于下臂非铰接端的脚爪，该脚爪下部为上拱的曲部；其中，上臂和下臂均具有伸缩结构，从而配置相应的驱动装置，使上臂和下臂交替伸缩。本发明结构紧凑,并利于铁塔的可靠攀爬。

Description

铁塔攀爬巡检机器人

技术领域

本发明涉及一种电力设备上用以攀爬铁塔的机器人。 

背景技术

线路杆塔及其附属设备安装完成后，监理需对安装质量和工艺进行巡检，通常对杆塔的检查主要是安排登高人员攀爬杆塔进行检查，不仅存在人员安全问题，还存在观测点少，人力成本高的问题。 

关于线路巡检，越来越多的采用机器人进行巡检。用于巡检的机器人根据具体巡检对象不同而在结构上有所区分，然而巡检机器人都具有一定的基础结构，其通常包含载具，用以承载各类检测设备，匹配该载具通常还需要设置攀爬装置，其中攀爬装置因其具体应用的适配性而决定了巡检机器人的分类。 

于第一应用中，载具具有履带式底盘结构，对于需要垂直攀爬的机器人来说单纯的履带式底盘显然无法胜任攀爬的需要，因而，加以匹配的攀爬装置就成为此类巡检机器人的必备附件。常用的攀爬装置具有上下分布的两对攀爬臂，每个攀爬臂的具体形态构造为以中心轴为装配轴并以中心轴为基准辐设的若干臂部，利用臂部端头与被检测对象托持形成攀爬动力，若干臂部交替形成支撑，从而完成连续的攀爬。 

第一应用中的攀爬装置所涉及的臂部数量、长度需要与攀爬对象具有严格的匹配关系，因而适用范围受到很大限制。 

在第二应用中，臂部被简化为一对，并关于中心轴对称，在此条件下，往往需要额外的合抱装置进行辅助，避免机器人的掉落，且上下攀爬臂在转角相位上存在一个相位差，因而需要进行上下攀爬臂轴的同步驱动，整体结构相对比较复杂。 

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种适于铁塔攀爬的机器人，其结构相对简单，并具有攀爬的可靠性。 

本发明采用以下技术方案： 

一种铁塔攀爬巡检机器人，包括： 

载具，用于载置检测设备； 

上攀爬部分，具有一对铰接于载具上端并被约束绕相应铰轴转动转角大小的上臂，以及连接于上臂非铰接端的手爪，该手爪顶部为上拱的曲部； 

下攀爬部分，具有一对铰接于载具下端并被约束绕相应铰轴转动转角大小的下臂，以及连接于下臂非铰接端的脚爪，该脚爪下部为上拱的曲部； 

其中，上臂和下臂均具有伸缩结构，从而配置相应的驱动装置，使上臂和下臂交替伸缩。 

于上述结构中，依据本发明，利用上攀爬部分和下攀爬部分被约束的上臂和下臂的交替伸缩运动，形成悬挂和支撑，借助于铁塔具有的倾斜度，实现攀爬。对于脚爪和手爪，利用上拱的结构实现自导引，从而实现悬挂活着支撑两个动作的脱离或者置位。相对而言，其整体结构相对比较简单，借助于铁塔的斜度，能够可靠的进行攀爬。 

上述铁塔攀爬巡检机器人，于一些较佳的实施例中，所述上臂和下臂为流体缸，相应地，流体缸的缸体座端为铰接端，活塞杆连接相应的手爪或脚爪，控制结构非常简单，不依赖于复杂的机械结构，通过管路的匹配连接即可。 

具体地，所述流体缸为单作用气压缸，配管更加简单，且相对于其他的流体缸，无污染； 

相应地，所述驱动装置为匹配的压缩系统。 

优选地，所述手爪和脚爪均为弧形结构，结构紧凑，制作成本低。 

于一些实施例中，被约束转角的所述上臂或者下臂在转角的一个止点配置为初始位置，并通过配置在相应铰轴处的扭簧约束该初始位置，籍以产生复位到初始位置的回复力，借以提高攀爬的可靠性。 

优选地，所述载具包括： 

载置部；以及 

导引部，配置在载置部朝向攀爬面侧，至少在上端设有反向于攀爬面的翘曲面，攀爬受导引部约束，从而攀爬稳定性更好。 

优选地，所述导引部为雪橇板。 

进一步地，所述雪橇板配有两个而左右各一地分居于载置部两侧。 

在较佳的实施例中，所述载置部包括一主架和通过平行于攀爬方向的铰轴连接在该主架上的副架，以及锁定该铰轴的锁紧装置，方便载置部整体宽度的调整。 

优选地，所述主架包括一平架和从该平架左右侧之一向攀爬侧延伸的支撑部，其中所述副架与所述支撑部结构相同。 

附图说明

图1为依据本发明的一种铁塔攀爬巡检机器人的原理图。 

图2为一种载具结构示意图。 

图3为对上臂的转角进行约束的结构示意图。 

图中：1.载具，2.上臂，3.手爪，4.摄像头，5.旋臂，6.下臂，7.脚爪，8.无线通信单元；11.主架，12.副架，13.销轴，14.雪橇；21.主动齿轮，22.被动齿轮，23.气口，24.缸体，25.活塞杆。 

具体实施方式

铁塔往往是上小下大的锥形结构，侧面通常具有各种连接结构，可作为攀爬的支撑。锥形结构在其侧面具有一定的斜度，依赖于该斜度可通过支撑和悬挂不致机器人掉落。 

本案中的上、下以攀爬方向上为参考，前进的方向为上，以此，本领域的技术人员应当理解。进而左右方向即为以上下方向为参考的左右。 

关于攀爬面，可以理解为如铁塔的侧面，尽管铁塔的侧面非面板结构，但在学理上能够为本领域的技术人员所理解。 

参见说明书附图1至3所示的一种铁塔攀爬巡检机器人，其基本结构可见于附图1，图1为原理图，它包括： 

载具1，用于载置检测设备，如摄像头4，还可以包含如通信终端，以利于把检测结构传送给地面站。 

关于检测设备及其在载具1上的配置可以参考既有的攀爬机器人，在本案中侧重于攀爬结构的配置。 

在图1所示的结构中，攀爬结构被配制成上下两个部分，其中： 

上攀爬部分，具有一对铰接于载具上端并被约束绕相应铰轴转动转角大小的上臂2，以及连接于上臂2非铰接端的手爪3，该手爪3顶部为上拱的曲部。 

首先关于转角的约束，如上臂2，可以直接采用最简单的机械约束，如配置在销轴活着转轴上的挡销结构或者其他的以阻挡为基本结构的结构。 

单纯的机械约束还可以表现传动结构的约束上，如图3所示的传动部分的约束，也就是如上臂2的转动不再依靠自身的导引所产生的翻转力，而是依靠传动的转角控制。具体可见于如图3所示的主动齿轮21于被动齿 轮22的啮合，通过齿轮传动的转角控制实现如上臂2的摆动，实现挂起或者脱开的控制。 

在一些实施例中，依靠纯粹的导引实现翻转，并依赖于复位，用以形成可靠的如上臂2的挂起，相对而言，这种结构更加简单。 

对位配置下攀爬部分，具有一对铰接于载具1下端并被约束绕相应铰轴转动转角大小的下臂6，以及连接于下臂6非铰接端的脚爪7，该脚爪7下部为上拱的曲部。相应的转角控制可以参考上臂2的控制方式。 

其中，上臂2和下臂6均具有伸缩结构，从而配置相应的驱动装置，使上臂和下臂交替伸缩。当下臂6伸出时，上臂2上的手爪3因下部有支持而脱开，当下臂6支撑到一定高度时，手爪3受到铁塔相应位置的阻挡而自导引，从而挂在该结构上，上臂2在进行收缩，挂起，脚爪7脱开，依次类推实现交替的攀爬。 

关于上臂2和下臂6的伸缩控制，从前述的内容中可以看出应该是交替进行，当然，两者可能在某些时段都处于伸的状态，但这并不影响对交替伸缩的理解。 

关于如上臂2的摆动，签署的内容中已经涉及，可采用主动的摆动，也可以采用被动的摆动。 

关于伸缩，在机械领域，可以理解为最为简单的直线运动，因此实现上相对容易，在优选的结构中，直接采用流体缸，具体如图3所示，所述上臂3和下臂6为流体缸，相应地，流体缸的缸体座端为铰接端，活塞杆25连接相应的手爪或脚爪。 

流体缸能量密度大，换言之，整体结构非常紧凑，尤其是液压缸。并且依赖于管路传送动力，因此，对机械结构的配置要求相对较低。 

在图3所示的结构中，仅配有一个气口23，表示为所述流体缸为单作用气压缸，配管非常简单，活塞杆25的复位可以采用机械复位，如利用复位弹簧的复位。 

由于流体缸的伸缩采用止点控制，其应用受到一定的限制，因此在一些应用中，还可以调配如缸体24座端的结构，配置机械伸缩结构，如螺纹结构，通过双重的伸缩配置，满足不同条件下的应用。 

进一步地，所述驱动装置为匹配的压缩系统，具体是气体压缩系统。由于所实现的控制只是简单地伸缩控制，所需要的气体压缩系统比较简单，本领域的技术人员无需付出创造性劳动即可实现，在此不再赘述。 

于一些实现中，所述手爪3和脚爪7均为弧形结构，整体结构非常紧凑，制作成本低。 

在一些实施例中，如手爪3与上臂2的非连接端配有一个勾部，而其余部分构成一个斜向上的倾斜部，更容易形成导引和钩挂结构。 

机械约束，具体是被约束的转角必然存在两个止点，可以理解为一个为起点，另一个为终点，其中起点表示如上臂2的挂起的位置，终点为极限摆动位置，那么如所述上臂2或者下臂6在转角的一个起点配置为初始位置，并通过配置在相应铰轴处的扭簧约束该初始位置，籍以产生复位到初始位置的回复力。 

这种结构主要用于自导引的方式中，关于图3所示的机械传动约束，可以不受该结构的限制。 

在一些实施例中，所述载具包括： 

载置部，如图2中所示的主架11和副架12构成的总成，主要用来承载各种检测设备和驱动设备，以及必要的电源等。 

载置部通常不具有导引性，当然可以对其与铁塔的结合面配置成板面，进行导引，但相对可靠性差。 

为此，配置独立的导引部，配置在载置部朝向攀爬面侧，至少在上端设有反向于攀爬面的翘曲面，翘曲面一般可以配置为平面，还可以配置为如弧面的结构，形成导引。 

进一步地，所述导引部为雪橇板，结构简单，上下可导引。 

优选地，所述雪橇板配有两个而左右各一地分居于载置部两侧，如图2所示的雪橇14的配置结构，分居在载置部的两侧，支撑距离比较大，稳定性更好。 

一种可调结构为，所述载置部包括一主架11和通过平行于攀爬方向的铰轴(如图2中所示的销轴13)连接在该主架11上的副架12，以及锁定该铰轴的锁紧装置。这样可以通过该结构调整载置部的整体宽度，以适应不同的应用。 

优选地，所述主架11包括一平架和从该平架左右侧之一向攀爬侧延伸的支撑部，其中所述副架12与所述支撑部结构相同，该结构并不影响整体的支撑高度，关于看销轴13的位置处所处的状态。 

Claims (10)

1.一种铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，包括：

载具，用于载置检测设备；

上攀爬部分，具有一对铰接于载具上端并被约束绕相应铰轴转动转角大小的上臂，以及连接于上臂非铰接端的手爪，该手爪顶部为上拱的曲部；

下攀爬部分，具有一对铰接于载具下端并被约束绕相应铰轴转动转角大小的下臂，以及连接于下臂非铰接端的脚爪，该脚爪下部为上拱的曲部；

其中，上臂和下臂均具有伸缩结构，从而配置相应的驱动装置，使上臂和下臂交替伸缩。

2.根据权利要求1所述的铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，所述上臂和下臂为流体缸，相应地，流体缸的缸体座端为铰接端，活塞杆连接相应的手爪或脚爪。

3.根据权利要求2所述的铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，所述流体缸为单作用气压缸；

相应地，所述驱动装置为匹配的压缩系统。

4.根据权利要求1至3任一所述的铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，所述手爪和脚爪均为弧形结构。

5.根据权利要求4所述的铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，被约束转角的所述上臂或者下臂在转角的一个止点配置为初始位置，并通过配置在相应铰轴处的扭簧约束该初始位置，籍以产生复位到初始位置的回复力。

6.根据权利要求1至3任一所述的铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，所述载具包括：

载置部；以及

导引部，配置在载置部朝向攀爬面侧，至少在上端设有反向于攀爬面的翘曲面。

7.根据权利要求6所述的铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，所述导引部为雪橇板。

8.根据权利要求7所述的铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，所述雪橇板配有两个而左右各一地分居于载置部两侧。

9.根据权利要求6所述的铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，所述载置部包括一主架和通过平行于攀爬方向的铰轴连接在该主架上的副架，以及锁定该铰轴的锁紧装置。

10.根据权利要求9所述的铁塔攀爬巡检机器人，其特征在于，所述主架包括一平架和从该平架左右侧之一向攀爬侧延伸的支撑部，其中所述副架与所述支撑部结构相同。