CN105128969A - 爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爬杆机器人，其使上部弹性卡爪装置弹性抵接于从动凸轮的两侧，下部弹性卡爪装置弹性抵接于主动凸轮的曲线外缘，通过主动轮和从动轮的外缘尺寸的变化来控制上、下部弹性卡爪装置进行交替夹爪动作，并交替的为另一弹性卡爪装置提供位移参照点，同时，采用行程变化曲柄带动上部弹性卡爪装置和下部弹性卡爪装置交替进行向上运动，进一步的，主动凸轮采用包含有第一主动凸轮和第二主动凸轮的并联凸轮，使下部弹性卡爪装置的夹爪周期与第二曲柄的推送周期相同，保证上部弹性卡爪装置完成上升位移，且本发明爬杆机器人通过主动轮、从动轮以及行程变化曲柄的配合，仅采用一个动力机构即控制完成夹爪、张开以及提升、推送的动作。

Description

爬杆机器人

技术领域

本发明及一种攀爬装置，具体涉及一种爬杆机器人。

背景技术

随着经济的快速发展，城市中出现较多与商业或市政工程有关的高杆设施，如路灯、电线杆、广告牌的立柱等，这些设施需要定时进行清洗与维护，现今多为人力完成工作，效率低、成本高且具有高危险性，因此，人们发明出爬杆机器人，采用机械代替人力进行攀爬、高点维修等较危险的工作，所述爬杆机器人的正常工作需要两种必要功能才能在灯杆上进行上下攀爬，即移动功能和贴附功能。但是现有的爬杆机器人大部分采用多个制动机构分别对上升动作、上下交替夹爪动作进行单独控制，成本较高且结构复杂，另外也有只采用一个制动机构的爬杆机械人，如专利申请号为201110101717.1的《步行式爬杆机器人》，其采用一个制动机构用来控制两曲柄成180°角交替循环运动，使左攀爬臂或右攀爬臂做连续不间断的交替上下运动，并采用摩擦顶杆与爬杆机器人本体的角度配合，通过摩擦力使爬杆机器人本体吊挂在攀爬物上，使攀爬臂在攀爬物上形成自锁，上述方式虽然仅用一个制动机构，但是该制动机构仅用于为左攀爬臂或右攀爬臂的交替上下运动提供动能，而其攀爬臂是通过摩擦力保持在攀爬物上的位置，并没有对攀爬物进行主动夹紧，当摩擦面的摩擦力不足以支撑爬杆机器人的自身重量时，即容易造成爬杆机器人自攀爬物上掉落，损坏爬杆机器人。

由此可见，现有技术中仍存在诸多缺失，急待加以改良。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种结构简单、成本低廉且攀爬性能良好的爬杆机器人。

一种爬杆机器人，其包括上行程机构和下行程机构，所述上行程机构和下行程机构分别包括上部弹性卡爪装置和下部弹性卡爪装置，所述上部弹性卡爪装置和下部弹性卡爪装置之间设有一行程推送装置，所述行程推送装置包括，

一从动凸轮，所述从动凸轮的宽度自上往下逐渐增大，所述上部弹性卡爪装置弹性抵接于所述从动凸轮的两侧，用于改变所述上部弹性卡爪装置的卡夹间距；

一主动凸轮，所述主动凸轮包括共有同一轮心的第一主动凸轮和第二主动凸轮，所述第一主动凸轮和第二主动凸轮以所述轮心对称设置，所述下部弹性卡爪装置弹性抵接于所述主动凸轮的曲线外缘，用于改变所述下部弹性卡爪装置的卡夹间距；

一连接所述从动凸轮与主动凸轮的行程变化曲柄，所述行程变化曲柄包括活动连接的第一曲柄和第二曲柄，所述第一曲柄的自由端与从动凸轮活动连接；所述第二曲柄的自由端与主动凸轮固定连接，且所述第一曲柄的长度大于第二曲柄的长度；

其中，所述主动凸轮的轮心为制动旋转中心，当所述主动凸轮做圆周运动时，所述从动凸轮通过行程变化曲柄在主动凸轮的带动下进行轴向上下运动。

本发明所述爬杆机器人，将所述上部弹性卡爪装置弹性抵接于所述从动凸轮的两侧，所述下部弹性卡爪装置弹性抵接于所述主动凸轮的曲线外缘，通过主动轮和从动轮的外缘尺寸的变化来控制所述上部弹性卡爪装置和下部弹性卡爪装置进行交替夹爪动作，并交替的为另一弹性卡爪装置提供位移参照点，同时，采用行程变化曲柄改变所述行程机构和下行程机构之间的相对轴向距离，从而带动所述上部弹性卡爪装置和下部弹性卡爪装置交替进行向上运动，进一步的，所述主动凸轮采用包含有第一主动凸轮和第二主动凸轮的并联凸轮，使所述下部弹性卡爪装置的夹爪周期与所述第二曲柄的推送周期相同，保证上部弹性卡爪装置完成上升位移，且本发明所述爬杆机器人通过主动轮、从动轮以及行程变化曲柄的配合，仅采用一个动力机构即控制完成夹爪、张开以及提升、推送的动作。

附图说明

图1为本发明所述爬杆机器人的立体结构示意图；

图2为图1中行程推送装置的结构示意图；

图3为本发明所述爬杆机器人的动作状态示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种爬杆机器人，其包括上行程机构100和下行程机构200，所述上行程机构100和下行程机构200分别包括上部弹性卡爪装置10和下部弹性卡爪装置20，所述上部弹性卡爪装置10和下部弹性卡爪装置20之间设有一行程推送装置30，所述行程推送装置30包括，

一从动凸轮31，所述从动凸轮31的宽度自上往下逐渐增大，所述上部弹性卡爪装置10弹性抵接于所述从动凸轮31的曲线外缘，用于改变所述上部弹性卡爪装置10的卡夹间距。

一主动凸轮32，所述主动凸轮32包括共有同一轮心的第一主动凸轮321和第二主动凸轮322，所述第一主动凸轮321和第二主动凸轮322以所述轮心对称设置，因此，所述主动凸轮32为并联凸轮，所述下部弹性卡爪装置20弹性抵接于所述主动凸轮32的曲线外缘，用于改变所述下部弹性卡爪装置20的卡夹间距。

一连接所述从动凸轮31与主动凸轮32的行程变化曲柄33，所述行程变化曲柄33包括活动连接的第一曲柄331和第二曲柄332，所述第一曲柄331的自由端与从动凸轮31活动连接；所述第二曲柄332的自由端与主动凸轮32的轮心固定连接，且所述第一曲柄331的长度大于第二曲柄332的长度，所述行程变化曲柄33用于使主动凸轮32带动从动凸轮31，以改变上行程机构100与下行程机构200之间相对的轴向距离。

其中，所述主动凸轮32的轮心为制动旋转中心，当所述主动凸轮32做圆周运动时，所述从动凸轮31通过行程变化曲柄33在主动凸轮32的带动下进行轴向上下运动。

具体的，所述主动凸轮32的轮心与一电机323的旋转输出轴连接，所述电机323带动所述主动凸轮32旋转，使所述主动凸轮32的第一主动凸轮321和第二主动凸轮322做相对圆周运动，并带动第二曲柄332绕所述主动凸轮32的轮心做圆周运动，所述第一曲柄331与所述第二曲柄332活动连接，因此第一曲柄331将第二曲柄332的圆周运动转化为上下轴向运动，从而带动所述从动凸轮31做轴向上下运动。

如图2和图3所示，所述主动凸轮32的起始状态时，其轮心转动角度为0度，所述上行程机构100与下行程机构200之间相对的轴向距离最长，由于所述上部弹性卡爪装置10弹性抵接于所述从动凸轮31的两侧，所述下部弹性卡爪装置20弹性抵接于所述主动凸轮32的曲线外缘，因此，当所述主动凸轮32的轮心自0度顺时针向90度转动时，所述下部弹性卡爪装置20抵接于所述主动凸轮32的外缘自近休止角转动至远休止角，其横向宽度逐渐增大，所述下部弹性卡爪装置20的卡夹间距也随之变大，进行张开动作，同时，所述从动凸轮31被带动向下运动，其与上部弹性卡爪装置10抵接的外缘的横向宽度逐渐减小，所述上部弹性卡爪装置10的卡夹间距也随之变小，进行夹爪动作。

此时，相对行程变化曲柄33而言，所述下部弹性卡爪装置20为自由活动端，所述上部弹性卡爪装置10为参考固定端，所述第二曲柄332的自由端相对所述第一曲柄331的自由端向上运动，从而带动所述下部弹性卡爪装置20向上运动。

因此，当主动凸轮32的轮心转动至90度时，所述上部弹性卡爪装置10为夹爪状态，所述下部弹性卡爪装置20为张开状态，且所述下部弹性卡爪装置20的轴向水平高度向上提升了二分之一的单位行程。

当所述主动凸轮32的轮心自90度顺时针向180度转动时，所述下部弹性卡爪装置20抵接于所述主动凸轮32的外缘自远休止角转动至近休止角，其横向宽度逐渐减小，所述下部弹性卡爪装置20的卡夹间距也随之减小，进行夹爪动作，所述从动凸轮31被仍然保持夹爪动作，所述第二曲柄332的自由端继续带动所述下部弹性卡爪装置20向上运动。

当主动凸轮32的轮心转动至180度时，所述上部弹性卡爪装置10为夹爪状态，所述下部弹性卡爪装置20为夹爪状态，且所述下部弹性卡爪装置20的轴向水平高度向上提升了一个单位行程，此时，所述上行程机构100与下行程机构200之间相对的轴向距离最短。

当所述主动凸轮32的轮心自180度顺时针向270度转动时，所述下部弹性卡爪装置20仍然抵接于所述主动凸轮32的近休止角，因此其横向宽度不变，所述下部弹性卡爪装置20仍保持夹爪动作，同时，所述从动凸轮31被推动向上运动，其与上部弹性卡爪装置10抵接的外缘的横向宽度逐渐增大，所述上部弹性卡爪装置10的卡夹间距也随之变大，进行张开动作。

此时，相对行程变化曲柄33而言，所述下部弹性卡爪装置20为参考固定端，所述上部弹性卡爪装置10为自由活动端，所述第一曲柄331的自由端相对所述第二曲柄332的自由端向上运动，从而带动所述上部弹性卡爪装置10向上运动。

因此，当主动凸轮32的轮心转动至270度时，所述上部弹性卡爪装置10为张开状态，所述下部弹性卡爪装置20为夹爪状态，且所述上部弹性卡爪装置10的轴向水平高度向上提升了二分之一的单位行程。

当所述主动凸轮32的轮心自270度顺时针向360度转动时，所述下部弹性卡爪装置20仍然抵接于所述主动凸轮32的近休止角，因此其横向宽度不变，所述下部弹性卡爪装置20仍保持夹爪动作，所述从动凸轮31继续被推动向上运动，所述上部弹性卡爪装置10仍然保持张开动作，所述第二曲柄332的自由端继续带动所述下部弹性卡爪装置20向上运动。

直至所述主动凸轮32的轮心转动至360度时，所述上部弹性卡爪装置10为张开状态，所述下部弹性卡爪装置20为夹爪状态，且所述上部弹性卡爪装置10的轴向水平高度向上提升了一个单位行程。

对上述动作重复循环，所述爬杆机器人即能够自动进行向上的爬杆动作；反之，当所述主动凸轮32的轮心逆时针旋转时，所述爬杆机器人则自动进行向下的爬杆动作。

本发明所述爬杆机器人，将所述上部弹性卡爪装置10弹性抵接于所述从动凸轮31的两侧，所述下部弹性卡爪装置20弹性抵接于所述主动凸轮32的曲线外缘，通过主动凸轮32和从动凸轮31的外缘尺寸的变化来控制所述上部弹性卡爪装置10和下部弹性卡爪装置20进行交替夹爪动作，并交替为另一弹性卡爪装置提供位移参照点，同时，采用行程变化曲柄33改变所述行程机构和下行程机构200之间的相对轴向距离，带动所述上部弹性卡爪装置10和下部弹性卡爪装置20交替进行向上运动，进一步的，所述主动凸轮32采用包含有第一主动凸轮321和第二主动凸轮322的并联凸轮，使所述下部弹性卡爪装置20的夹爪周期与所述第二曲柄332的推送周期相同，保证上部弹性卡爪装置10完成上升位移，且本发明所述爬杆机器人通过主动凸轮32、从动凸轮31以及行程变化曲柄33的配合，仅采用一个动力机构即控制完成夹爪、张开以及提升、推送的动作。

所述上部弹性卡爪装置10包括对称设置的第一上卡爪11和第二上卡爪12，其中，所述第一上卡爪11设有第一卡爪部111和第一支撑部112，所述第二上卡爪12设有第二卡爪部121和第二支撑部122，所述第一卡爪部111与第二卡爪部121相对设置，所述第一支撑部112与第二支撑部122分别抵接于所述从动凸轮31两侧，且所述第一支撑部112与第二支撑部122之间通过一上弹簧件13弹性连接。

由图3可知，当所述从动凸轮31在所述主动凸轮32的带动下向下运动时，所述第一支撑部112与第二支撑部122之间的间距逐渐减小，所述第一上卡爪11和第二上卡爪12在上弹簧件13的弹性回复力的作用下相对靠近，对杆体进行夹紧。

当所述从动凸轮31在所述主动凸轮32的带动下向上运动时，所述第一支撑部112与第二支撑部122之间的间距逐渐增大，所述第一上卡爪11和第二上卡爪12分别被第一支撑部112与第二支撑部122带动做相互远离的运动，张开对杆体的夹爪。

所述下部弹性卡爪装置20包括对称设置的第三下卡爪21和第四下卡爪22，其中，所述第三下卡爪21设有第三卡爪部211和第三支撑部212，所述第四下卡爪22设有第四卡爪部221和第四支撑部222，所述第三卡爪部211与第四卡爪部221相对设置，所述第三支撑部212与第四支撑部222分别抵接于所述主动凸轮32两侧，且所述第三支撑部212与第四支撑部222之间通过一下弹簧件23弹性连接。具体的，所述第三支撑部212与第四支撑部222分别抵接于第一主动凸轮321和第二主动凸轮322的外缘，且所述第三支撑部212、第四支撑部222与主动凸轮32的轮心位于同一水平直线上。

当所述下部弹性卡爪装置20抵接于所述主动凸轮32的外缘自近休止角转动至远休止角时，所述第三支撑部212与第四支撑部222之间的间距逐渐增大，所述第三下卡爪21和第四下卡爪22分别被第三支撑部212与第四支撑部222带动做相互远离的运动，张开对杆体的夹爪。

当所述下部弹性卡爪装置20抵接于所述主动凸轮32的外缘自远休止角转动至近休止角时，所述第三支撑部212与第四支撑部222之间的间距逐渐减小，所述第三下卡爪21和第四下卡爪22在下弹簧件23的弹性回复力的作用下相对靠近，对杆体进行夹紧。

利用弹簧的弹力对各个卡爪进行夹爪控制，使本发明所述爬杆机器人可适应不同直径的灯杆，所以弹簧的拉紧力在灯杆直径变化的时候，也会发生相应的变化，为满足弹簧弹力变化尽可能的小的要求，可以选择中经大、圈数多的弹簧。

为减小上部弹性卡爪装置10与从动凸轮31之间的摩擦力，所述第一支撑部112与第二支撑部122抵接于所述从动凸轮31两侧的抵接端分别设有滚轮14，所述滚轮14的曲面分别与所述从动凸轮31的两侧面相抵接，通过设置滚轮14，使所述上部弹性卡爪装置10与从动凸轮31之间形成滑动抵接，减小了摩擦力，避免由于摩擦力过大使上部弹性卡爪装置10与从动凸轮31之间相对滑动受阻，进而影响爬杆机器人爬杆性能的问题。

进一步优选的，还可将所述第一上卡爪11和第二上卡爪12在轴向高度上错落设置，所述第三下卡爪21和第四下卡爪22亦轴向错落设置，使本发明所述爬杆机器人还可适应直径小于第一上卡爪11和第二上卡爪12相配合的最小内切直径的灯杆。

所述行程变化曲柄33为上行程机构100和下行程机构200之间的一个活动支撑，但仅有一个活动支撑不足以保证上行程机构100和下行程机构200之间的相对稳定位移，因此，在所述上行程机构100和下行程机构200分别设有上支撑板101和下支撑板201，所述上支撑板101和下支撑板201的纵向移动位移分别与所述上行程机构100和下行程机构200的纵向移动位移同步变化，且所述上支撑板101和下支撑板201之间设有自由伸缩连接部件。

具体的，所述自由伸缩连接部件包括一与所述上支撑板101垂直连接的套筒102，和一与所述下支撑板201垂直连接、并与所述套筒102活动配合设置的导杆202，所述套筒102与导杆202的总长度大于所述上支撑板101和下支撑板201之间的轴向最大距离。通过设置套筒102与导杆202，为所述上行程机构100和下行程机构200之间提供另一活动支撑，既不会影响上行程机构100和下行程机构200之间的位移变化，又提供了稳定支撑，从而提高了所述爬杆机器人运动的稳定性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种爬杆机器人，其特征在于，包括上行程机构(100)和下行程机构(200)，所述上行程机构(100)和下行程机构(200)分别包括上部弹性卡爪装置(10)和下部弹性卡爪装置(20)，所述上部弹性卡爪装置(10)和下部弹性卡爪装置(20)之间设有一行程推送装置(30)，所述行程推送装置(30)包括，

一从动凸轮(31)，所述从动凸轮(31)的宽度自上往下逐渐增大，所述上部弹性卡爪装置(10)弹性抵接于所述从动凸轮(31)的两侧，用于改变所述上部弹性卡爪装置(10)的卡夹间距；

一主动凸轮(32)，所述主动凸轮(32)包括共有同一轮心的第一主动凸轮(321)和第二主动凸轮(322)，所述第一主动凸轮(321)和第二主动凸轮(322)以所述轮心对称设置，所述下部弹性卡爪装置(20)弹性抵接于所述主动凸轮(32)的曲线外缘，用于改变所述下部弹性卡爪装置(20)的卡夹间距；

一连接所述从动凸轮(31)与主动凸轮(32)的行程变化曲柄(33)，所述行程变化曲柄(33)包括活动连接的第一曲柄(331)和第二曲柄(332)，所述第一曲柄(331)的自由端与从动凸轮(31)活动连接；所述第二曲柄(332)的自由端与主动凸轮(32)固定连接，且所述第一曲柄(331)的长度大于第二曲柄(332)的长度；

其中，所述主动凸轮(32)的轮心为制动旋转中心，当所述主动凸轮(32)做圆周运动时，所述从动凸轮(31)通过行程变化曲柄(33)在主动凸轮(32)的带动下进行轴向上下运动。

2.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述上部弹性卡爪装置(10)包括对称设置的第一上卡爪(11)和第二上卡爪(12)，其中，所述第一上卡爪(11)设有第一卡爪部(111)和第一支撑部(112)，所述第二上卡爪(12)设有第二卡爪部(121)和第二支撑部(122)，所述第一卡爪部(111)与第二卡爪部(121)相对设置，所述第一支撑部(112)与第二支撑部(122)分别抵接与所述从动凸轮(31)两侧，且所述第一支撑部(112)与第二支撑部(122)之间通过一上弹簧件(13)弹性连接。

3.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述下部弹性卡爪装置(20)包括对称设置的第三下卡爪(21)和第四下卡爪(22)，其中，所述第三下卡爪(21)设有第三卡爪部(211)和第三支撑部(212)，所述第四下卡爪(22)设有第四卡爪部(221)和第四支撑部(222)，所述第三卡爪部(211)与第四卡爪部(221)相对设置，所述第三支撑部(212)与第四支撑部(222)分别抵接与所述主动凸轮(32)两侧，且所述第三支撑部(212)与第四支撑部(222)之间通过一下弹簧件(23)弹性连接。

4.根据权利要求2所述的爬杆机器人，其特征在于，所述第一支撑部(112)与第二支撑部(122)抵接于所述从动凸轮(31)两侧的抵接端分别设有滚轮(14)，所述滚轮(14)的曲面分别与所述从动凸轮(31)的两侧面相抵接。

5.根据权利要求2所述的爬杆机器人，其特征在于，所述第一上卡爪(11)和第二上卡爪(12)在轴向高度上错落设置。

6.根据权利要求3所述的爬杆机器人，其特征在于，所述第三下卡爪(21)和第四下卡爪(22)在轴向高度上错落设置。

7.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述上行程机构(100)和下行程机构(200)分别设有上支撑板(101)和下支撑板(201)，所述上支撑板(101)和下支撑板(201)的纵向移动位移分别与所述上行程机构(100)和下行程机构(200)的纵向移动位移同步变化。

8.根据权利要求7所述的爬杆机器人，其特征在于，所述上支撑板(101)和下支撑板(201)之间设有自由伸缩连接部件，所述自由伸缩连接部件包括一与所述上支撑板(101)垂直连接的套筒(102)，和一与所述下支撑板(201)垂直连接、并与所述套筒(102)活动配合设置的导杆(202)，所述套筒(102)与导杆(202)的总长度大于所述上支撑板(101)和下支撑板(201)之间的轴向最大距离。

9.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述主动凸轮(32)的轮心与一电机(323)的旋转输出轴连接。