CN105059416B - 一种带有稳定装置的爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

一种带有稳定装置的爬杆机器人，它涉及一种爬杆机器人。本发明为了解决现有的小型爬杆机器人存在稳定性差的问题。本发明的蓄电池安装在直线伸缩机构的下端，第二机械手通过第二曲柄连杆机构安装在直线伸缩机构的下部，第三电机安装在直线伸缩机构的下部，工作机械手通过第一曲柄连杆机构安装在直线伸缩机构的下部，第二机械手之上，稳定装置与直线伸缩机构连接并位于工作机械手的上方，第一机械手通过第三曲柄连杆机构安装在直线伸缩机构的上部，第二电机与第三曲柄连杆机构连接，第二电机带动第三曲柄连杆机构运动使第一机械手张开或闭合。本发明用于电线杆的爬杆清理。

Description

一种带有稳定装置的爬杆机器人

技术领域

本发明涉及一种爬杆机器人，具体涉及一种带有稳定装置的爬杆机器人。

背景技术

现今无论都市或乡镇，电线杆随处可见。电线杆的直径大约在150至400毫米不等，承载着运输电能的重大作用，因此，及时地维修电线杆是必不可少的。然而如今绝大部分地区仍采取完全人工在电线杆上作业的办法，不仅耗时，更容易对工人造成安全威胁。因此，发明一种能简便且灵活的爬杆机器人，使其起到辅助工人作业或者在遥感操控下能代替工人完成一些简单维修工作的作用，是十分必要的。而且城市中不乏大型公共设施或现代建筑，其中有些可能会包括柱体的结构，在墙面清洁机器人已经在某些地区有所普及的今天，专门针对柱体清洁的机器人还没有得到适当的开发，所以，一种可以携带喷涂装置或清洁装置，能保证稳定上下移动的爬杆机器人有较大的市场需求。但现有的小型爬杆机器人存在稳定性差的问题。

发明内容

本发明要提供一种带有稳定装置的爬杆机器人，以解决现有的小型爬杆机器人存在稳定性差的问题。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：带有稳定装置的爬杆机器人包括第一机械手、稳定装置、第二机械手、工作机械手、第二电机、第一曲柄连杆机构、第二曲柄连杆机构、蓄电池、第三曲柄连杆机构、第三电机和直线伸缩机构，直线伸缩机构带动第一机械手和第二机械手上下移动，

蓄电池安装在直线伸缩机构的下端并为直线伸缩机构提供电源，第二机械手通过第二曲柄连杆机构安装在直线伸缩机构的下部，第三电机安装在直线伸缩机构的下部并与第二曲柄连杆机构连接，且第三电机带动第二曲柄连杆机构运动使第二机械手张开或闭合，

工作机械手通过第一曲柄连杆机构安装在直线伸缩机构上，且工作机械手位于第二机械手的上方，稳定装置与直线伸缩机构连接并位于工作机械手的上方，

第一机械手通过第三曲柄连杆机构安装在直线伸缩机构的上部，第二电机与第三曲柄连杆机构连接，第二电机带动第三曲柄连杆机构运动使第一机械手张开或闭合。

本发明具有以下有益效果：

1.通过曲柄连杆的调节作出变化来调节机械手的直径，从而能够实现粗细变化的柱体的攀爬；

2.运动稳定性高。稳定装置的设计，使机器人攀爬过程中任意时刻都保证至少有两个夹紧机构来夹紧柱体，而且，稳定装置中轮子的设计使得其可以较大的夹紧力来提高稳定性；

3.系统集约、成本低。在现今机器人驱动的三种主要形式：电气驱动、气压驱动与液压驱动中，选取电气驱动这一形式，则避免了在液压驱动的情况下配备压力源及复杂的管道系统，避免了在气压驱动的情况下因压缩空气含冷凝水腐蚀气压系统而对其维修，或难以胜任精度较高的驱动工作而对其进行频繁调试，从而在一定程度上降低成本，并且凸轮举升机构的设计，使机器人仅以三个电机来实现爬杆功能，进一步降低了成本；

4.兼容性强。因配备了功能区，能在其上通过连接件安装各种工具(清洁工具、涂装工具等)，从而能使机器人适用于较多种类的小型作业，最大承载力为3kg。

5、本发明一种集约且配有稳定装置的爬杆机器人，在上下机械手的配合当中有序地在电线杆时外围作垂直于地面的上下运动，并且能在工作机械手中携带涂装工具等需要的器具，整个工作机械手的直径大小也能通过曲柄连杆的调节作出变化。而最重要的是其配备的稳定装置能保证机器人在作业中免于因自重而向后倾倒，从而影响施工以及有可能磨损机器、削短使用寿命的风险。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明工作控制原理图；图3是第一机械手的结构示意图；图4是稳定装置的结构示意图；图5是工作机械手的结构示意图；图6是直线伸缩机构的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式包括第一机械手1、稳定装置2、第二机械手3、工作机械手4、第二电机11、第一曲柄连杆机构6、第二曲柄连杆机构7、蓄电池8、第三曲柄连杆机构9、第三电机14和直线伸缩机构，直线伸缩机构带动第一机械手1和第二机械手3上下移动，

蓄电池8安装在直线伸缩机构的下端并为直线伸缩机构提供电源，第二机械手3通过第二曲柄连杆机构7安装在直线伸缩机构的下部，第三电机14安装在直线伸缩机构的下部并与第二曲柄连杆机构7连接，且第三电机14带动第二曲柄连杆机构7运动使第二机械手3张开或闭合，

工作机械手4通过第一曲柄连杆机构6安装在直线伸缩机构的下部，且工作机械手4位于第二机械手3的上方，稳定装置2与直线伸缩机构连接并位于工作机械手4的上方，

第一机械手1通过第三曲柄连杆机构9安装在直线伸缩机构的上部，第二电机11与第三曲柄连杆机构9连接，第二电机11带动第三曲柄连杆机构9运动使第一机械手1张开或闭合。

具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的第一机械手1和第二机械手3结构相同，第一机械手1包括左手爪1-1、右手爪1-2、行走滑块1-3、行走连接件1-4和行走丝杠1-5，

左手爪1-1和右手爪1-2相对设置，且左手爪1-1的内侧和右手爪1-2的内侧均开设内凹坑，左手爪1-1和右手爪1-2的同一侧外侧壁上连接有行走连接件1-4，行走滑块1-3安装在行走连接件1-4内，行走丝杠1-5穿过行走滑块1-3安装在行走连接件1-4上，第三曲柄连杆机构9的一端与左手爪1-1和右手爪1-2的同一侧外侧壁连接，第三曲柄连杆机构9的另一端与行走滑块1-3连接，第二电机11与第一机械手1的行走丝杠1-5连接，第三电机14带动行走丝杠1-5的运动使行走滑块1-3发生沿行走丝杠1-5的移动，带动曲柄连杆机构9，使第一机械手1张开或闭合。其它连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的稳定装置2包括两个二分之一稳定组件，两个二分之一稳定组件相对连接组成稳定装置2，每个二分之一稳定组件均包括带有凹槽的二分之一外壳2-1、滚动轴2-2、连接杆2-5、多个轮子2-3和多个弹簧2-4，滚动轴2-2通过多个弹簧2-4安装在带有凹槽的二分之一外壳2-1内，滚动轴2-2上套装有多个轮子2-3，连接杆2-5的一端安装在带有凹槽的二分之一外壳2-1的外部，连接杆2-5的另一端与直线伸缩机构连接。其它连接方式与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的多个轮子2-3的数量为3-6个。多个轮子2-3套装在滚动轴2-4上，且每个轮子2-3轴线两端都进行了固定，保证其只能做绕轴的旋转运动。其它连接方式与具体实施方式一或具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的带有凹槽的二分之一外壳2-1为带有凹槽的弧形二分之一外壳。其它连接方式与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的工作机械手4包括左工具架4-1、右工具架4-2、工作滑块4-3、工作丝杠4-4和工作连接架4-5，左工具架4-1和右工具架4-2均为半圆弧形工具架，左工具架4-1和右工具架4-2的同一侧面通过工作连接架4-5连接，工作滑块4-3安装在工作连接架4-5内，工作丝杠4-4穿过工作滑块4-3安装在工作连接架4-5上，第一曲柄连杆机构6的一端安装在工作滑块4-3上，第一曲柄连杆机构6的另一端与左工具架4-1和右工具架4-2连接。在作业前手动调试工作丝杠4-4使整个工作机械手4保持相对机器人下片13静止的状态。其它连接方式与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的左工具架4-1和右工具架4-2上均开设多个通孔4-6。其它连接方式与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式的直线伸缩机构包括上片10、第一电机5、盘形凸轮12、下片13和两组伸缩件，上片10和下片13上下设置，且上片10和下片13之间通过两组伸缩件连接，第一电机5安装在上片10的侧面，第一电机5的输出轴与盘形凸轮12连接。其它连接方式与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式的每组伸缩件均包括弹簧20和直线轴承21，直线轴承21竖直安装在上片10和下片13之间，弹簧20套装在直线轴承21上。其它连接方式与具体实施方式八相同。

本发明通过一个电源对三套电动机(直流无刷电动机)独立供电，其中一个电机驱动凸轮，此电机通过用适当大小的螺丝通过基座的安装孔固定在上片上，输出轴通过上片的孔固定于上片，并且另一端与凸轮固连。选取弹性系数为2.3，自由长度为15mm的弹簧固定在凸轮装置的两侧，连接上下两片，其中还固定有直线轴承，竖直方向上运动，同时在水平方向能够固定弹簧使机构快速而稳定伸缩。上升时，通过电机带动凸轮转动，凸轮转动顶住上片向上运动，导致连接上片的弹簧伸长，当凸轮继续转动时，弹簧产生弹性形变向内收缩，拉动下片向上。下降同上升，只需改变方向。

该基于凸轮与弹簧的伸缩机构与能实现夹持固定的基于曲柄与连杆结构的夹持机构配合使用，该机械手采用了曲柄滑块机构，通过电机带动丝杠的转动，从而实现滑块的直线移动。在曲柄滑块机构中，滑块为原动件，通过连杆带动曲柄实现手爪的张开闭合。在滑块的极限位置设置限位开关，保证滑块的运动不会越过连杆运动的死点以及保证滑块与螺纹导杆不会脱离且便于控制。同时安装传感器，当抓紧时反馈抓紧信号使电机停转。

第一机械手与第二机械手之间的功能机械手也由曲柄连杆机构带动，使工具架能根据电线杆直径的大小变化和其上所携带的作业工具的作业范围，来进行宽窄的调整。工具架上均匀打孔，方便作业工具的安放。

其中的稳定装置由两个半圆形的圆环壳组成，壳内各置有3-6个橡皮轮，轮子由一根半圆弧形的滚动轴串联，而滚动轴在各个轮之间的间隙及轴两端都装有弹簧(内置直线轴承保持弹簧只在水平有运动)，弹簧将轴与外壳连接，而外壳又通过夹持零件连接到机器人主体上，从而保证外壳不会做除了相对于地面垂直上下的运动，而内置直线轴承的弹簧能使滚动轴能在一定范围内，对电线杆做相对的向内缩与向外扩的运动。当电线杆直径变大时，轮子受到压力，压力使滚动轴向外扩导致弹簧收缩，当电线杆直径变小时，轮子受到压力减小，弹簧不受压力而开始反弹，力又使滚动轴向内收缩，导致轴上的轮子始终保持与电线杆紧密接触的状态，保持一定的摩擦力，避免机器人因自身重力向后倾倒的情况，有效地保证整个机器人上下作业的稳定。

关于机器人升降的具体控制：上升时：在作业开始前，调整下方的夹持装置使其夹紧固定在电线杆上，再控制凸轮旋转，凸轮开始旋转后，上片被凸轮顶住向上移动，导致弹簧伸长，上面部分上升；当凸轮的转动使弹簧伸长长度最大时，控制上方的夹持装置将电线杆夹紧，上方固定在电线杆上，同时控制下方夹持机构松开，继续旋转凸轮，并利用弹簧弹性形变拉动下面部分上升。下降同上升，只需改变方向。从而实现双向移动操作。

机器人夹持杆体的具体控制：通过对直流无刷电机运转的控制来控制丝杠的旋转频率与直线移动距离，从而控制机械手的开合速率与夹紧程度；在控制夹紧程度时，当曲柄夹紧杆体，电流变大，电流传感器(即力传感器)，判断驱动器给电机的电流，将信号传给控制器进行分析，控制器再把指令发给驱动器，驱动器控制电机的运转，从而实现机器人的智能化，完成在直径变化杆体上的运行。设计简单的无线遥控装置对一定距离的攀爬实现方便操控。

Claims (7)

1.一种带有稳定装置的爬杆机器人，它包括第一机械手(1)、稳定装置(2)、第二机械手(3)、工作机械手(4)、第二电机(11)、第一曲柄连杆机构(6)、第二曲柄连杆机构(7)、蓄电池(8)、第三曲柄连杆机构(9)、第三电机(14)和直线伸缩机构，直线伸缩机构带动第一机械手(1)和第二机械手(3)上下移动，蓄电池(8)安装在直线伸缩机构的下端并为直线伸缩机构提供电源，第二机械手(3)通过第二曲柄连杆机构(7)安装在直线伸缩机构的下部，第三电机(14)安装在直线伸缩机构的下部并与第二曲柄连杆机构(7)连接，且第三电机(14)带动第二曲柄连杆机构(7)运动使第二机械手(3)张开或闭合，工作机械手(4)通过第一曲柄连杆机构(6)安装在直线伸缩机构的下部，且工作机械手(4)位于第二机械手(3)的上方，稳定装置(2)与直线伸缩机构连接并位于工作机械手(4)的上方，

第一机械手(1)通过第三曲柄连杆机构(9)安装在直线伸缩机构的上部，第二电机(11)与第三曲柄连杆机构(9)连接，第二电机(11)带动第三曲柄连杆机构(9)运动使第一机械手(1)张开或闭合；其特征在于：

第一机械手(1)和第二机械手(3)结构相同，第一机械手(1)包括左手爪(1-1)、右手爪(1-2)、行走滑块(1-3)、行走连接件(1-4)和行走丝杠(1-5)，左手爪(1-1)和右手爪(1-2)相对设置，且左手爪(1-1)的内侧和右手爪(1-2)的内侧均开设内凹坑，左手爪(1-1)和右手爪(1-2)的同一侧外侧壁上连接有行走连接件(1-4)，行走滑块(1-3)安装在行走连接件(1-4)内，行走丝杠(1-5)穿过行走滑块(1-3)安装在行走连接件(1-4)上，第三曲柄连杆机构(9)的一端与左手爪(1-1)和右手爪(1-2)的同一侧外侧壁连接，第三曲柄连杆机构(9)的另一端与行走滑块(1-3)连接，第二电机(11)与第一机械手(1)的行走丝杠(1-5)连接；

稳定装置(2)包括两个二分之一稳定组件，两个二分之一稳定组件相对连接组成稳定装置(2)，每个二分之一稳定组件均包括带有凹槽的二分之一外壳(2-1)、滚动轴(2-2)、连接杆(2-5)、多个轮子(2-3)和多个弹簧(2-4)，滚动轴(2-2)通过多个弹簧(2-4)安装在带有凹槽的二分之一外壳(2-1)内，滚动轴(2-2)上套装有多个轮子(2-3)，连接杆(2-5)的一端安装在带有凹槽的二分之一外壳(2-1)的外部，连接杆(2-5)的另一端与直线伸缩机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种带有稳定装置的爬杆机器人，其特征在于：多个轮子(2-3)的数量为3-6个。

3.根据权利要求2所述的一种带有稳定装置的爬杆机器人，其特征在于：带有凹槽的二分之一外壳(2-1)为带有凹槽的弧形二分之一外壳。

4.根据权利要求3所述的一种带有稳定装置的爬杆机器人，其特征在于：工作机械手(4)包括左工具架(4-1)、右工具架(4-2)、工作滑块(4-3)、工作丝杠(4-4)和工作连接架(4-5)，左工具架(4-1)和右工具架(4-2)均为半圆弧形工具架，左工具架(4-1)和右工具架(4-2)的同一侧面通过工作连接架(4-5)连接，工作滑块(4-3)安装在工作连接架(4-5)内，工作丝杠(4-4)穿过工作滑块(4-3)安装在工作连接架(4-5)上，第一曲柄连杆机构(6)的一端安装在工作滑块(4-3)上，第一曲柄连杆机构(6)的另一端与左工具架(4-1)和右工具架(4-2)连接。

5.根据权利要求4所述的一种带有稳定装置的爬杆机器人，其特征在于：左工具架(4-1)和右工具架(4-2)上均开设多个通孔(4-6)。

6.根据权利要求1或5所述的一种带有稳定装置的爬杆机器人，其特征在于：直线伸缩机构包括上片(10)、第一电机(5)、盘形凸轮(12)、下片(13)和两组伸缩件，上片(10)和下片(13)上下设置，且上片(10)和下片(13)之间通过两组伸缩件连接，第一电机(5)安装在上片(10)的侧面，第一电机(5)的输出轴与盘形凸轮(12)连接。

7.根据权利要求6所述的一种带有稳定装置的爬杆机器人，其特征在于：每组伸缩件均包括弹簧(20)和直线轴承(21)，直线轴承(21)竖直安装在上片(10)和下片(13)之间，弹簧(20)套装在直线轴承(21)上。