CN105438304B - 一种爬杆机器人系统装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

一种爬杆机器人系统装置及应用方法，至少包括三组单体爬杆机器人，通过齿轮连接杆环抱安装于爬杆上；各单体爬杆机器人中具有电机变速箱机构、行走轮执行机构和气弹簧夹紧机构；电机变速箱机构中包括有两个涡轮蜗杆电机，各涡轮蜗杆电机的输出与对应的变速箱的输入连接，变速箱的输出轴连接一大锥齿轮；行走轮执行机构中有一对行走轮组，各行走轮组中包括有一行走轮；电机变速箱的输出轴上与行走轮轴上分别装有链轮，两个链轮通过链条连接；气弹簧夹紧机构由可对行走轮支架形成压紧力的一对气弹簧支架及一气弹簧组合构成。用动力源带动各电机旋转，带动机器人上行或下行，从而形成了机器人的爬行运动；其能够显著提高爬杆效率，降低人工成本。

Description

一种爬杆机器人系统装置及应用方法

技术领域

本发明涉及一种机器人研制技术领域，具体涉及一种爬杆机器人机构及应用的方法。

背景技术

北京市具有约数十万盏路灯，每年要维护2次，在这之中，需要大量的人员上下攀爬，不仅人工维护劳动强度大、工作环境危险且工作效率低。

所以研制可替代真人工作的爬杆机器人已成为人们日益关注的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种爬杆机器人系统装置，利用其可以提高工作效率，减少人力成本。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种爬杆机器人系统装置，其至少包括有三组单体爬杆机器人，通过横向连接组件俩俩相互连接，整体环抱安装于一爬杆上；各组单体爬杆机器人中具有电机变速箱机构、行走轮执行机构和气弹簧夹紧机构；

所述的电机变速箱机构中包括有两个涡轮蜗杆电机，通过电机支架相向而连接在一起，每个涡轮蜗杆电机的输出端与一个变速箱的输入端连接，变速箱的输出轴端部连接有一大锥齿轮；

所述的行走轮执行机构中有一对行走轮组；各行走轮组中包括有安装在变速箱输出轴端部两侧的一对行走轮支架，一行走轮通过行走轮轴安装在该对行走轮支架间且位于外端侧；所述电机变速箱的输出轴上与所述的行走轮轴上分别装有链轮，两个链轮通过链条连接构成传动单元；

所述的气弹簧夹紧机构由可对行走轮支架形成压紧力的一对气弹簧支架及一气弹簧组合构成。

所述爬杆机器人系统装置中，在电机支架上装有小锥齿轮轴座，用于安装小锥齿轮轴，该小锥齿轮轴的两端头上分别安装小锥齿轮，各小锥齿轮分别与对应侧的大锥齿轮啮合。

所述爬杆机器人系统装置中，所述的行走轮外包用于加大爬行时摩擦力的橡胶圈。

所述爬杆机器人系统装置中，在一对行走轮支架间固定有支撑柱。

所述爬杆机器人系统装置中，所述横向连接组件由水平齿轮、齿轮连接板和连接杆组合构成，相邻两个单体爬杆机器人的本体先分别与一连接杆的一端连接，该连接杆的另一端再与水平齿轮连接；相邻两个单体爬杆机器人间的两个水平齿轮相互齿接并由齿轮连接板将两者相互固定，所有的水平齿轮均为相同参数的齿轮。

所述爬杆机器人系统装置中，所述所述水平齿轮与连接杆的连接位置可调。

所述爬杆机器人系统装置中，相邻两组单体爬杆机器人通过横向连接组件相互连接，相邻两组单体爬杆机器人间的圆心夹角为120度。

本发明的另一目的是提供一种爬杆机器人系统装置的应用方法，利用其可以提高工作效率，减少人力成本。

一种爬杆机器人系统装置的应用方法，具有上述的任一种爬杆机器人系统装置，将电源导线与爬杆机器人系统装置中的各电机的正负级相连接；其方法如下：

a)首先将各单体爬杆机器人的两侧分别与一个连接杆固定连接，再在各连接杆的另一端上装上水平齿轮，然后让至少三组单体爬杆机器人围绕着所要攀爬的爬杆环抱在一起，并使每个单体爬杆机器人的一对行走轮都落足于爬杆上；调整水平齿轮与连接杆的连接位置，使相邻的两个水平齿轮相互齿接，并用齿轮连接板将两个水平齿轮的相互位置锁定；

b)上推电源开关，同时带动各组单体爬杆机器人上的两个涡轮蜗杆电机正向旋转，随着各涡轮蜗杆电机的正向旋转，各组单体爬杆机器人一对行走轮沿爬杆转动着上行，直至到达所预设的位置，关断电源开关，各组单体爬杆机器人的行走轮均停止行进；

c)下推电源开关，同时带动各组单体爬杆机器人上的两个涡轮蜗杆电机反向旋转，随着各涡轮蜗杆电机的反向旋转，各组单体爬杆机器人一对行走轮沿爬杆转动着下行，直至回到原始位置，关断电源开关，各组单体爬杆机器人回位，原位等待下一次攀爬，或拆分移到另一处要攀爬的爬杆处再次实施攀爬工作。

所述的应用方法中，本发明爬杆机器人系统装置可携行一可完成具体工作的智能机器人，该智能机器人为除冰或电缆巡线机器人，工作时，上行到达所预设的位置，让智能机器人开始操作，待智能机器人完成本职工作，控制爬杆机器人系统装置下行，将智能机器人带回原位。

本发明的各组爬杆机器人可沿灯杆爬升，爬升的高度能达到10米，电线杆倾斜度可控制在0～15度，可适应的电线杆直径为80～200毫米。该爬杆机器人系统装置可以给社会创造的价值是不可估量的，同时也为我国机器人事业的发展做出了贡献。

本发明的优点是：能够显著提高爬杆效率，降低人工成本，适于批量生产。

附图说明

图1为本发明一组单体爬杆机器人结构示意图(主视图)。

图2为本发明一组单体爬杆机器人结构示意图(左视图)。

图3为本发明一组单体爬杆机器人结构示意图(右视图)。

图4为本发明爬杆机器人系统装置应用状态下的结构示意图(俯视图)。

图中:1-电机及变速箱；2-电机支架；3-大齿轮；4-大垫圈；5-齿轮垫片；6-行走轮支架；7-支撑柱；8-行走轮；9-行走轮轴；10-大锥齿轮；11-小锥齿轮；12-小锥齿轮轴；13-小锥齿轮轴座；14-轴承；15-链轮；16-链条；17-气弹簧；18-气弹簧支架；19-连接杆；20-水平齿轮；21-齿轮连接板；100-单体爬杆机器人；200-爬杆。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。

具体实施方式

本发明爬杆机器人系统装置至少需要有三组单体爬杆机器人(最佳是三组)，可以通过齿轮连接杆使它们相互环抱而安装于爬杆(服务对象)上。

参见图1至图3所示，示出了本发明爬杆机器人系统装置中的一组单体爬杆机器人的一较佳实施例结构，主要包括电机变速箱机构、行走轮执行机构和气弹簧夹紧机构三大部分。

所述的电机变速箱机构由电机变速箱1、电机支架2、大齿轮3、大垫片4、齿轮垫片5等组成。变速箱轴上装有大齿轮3，另一端装有大垫圈4，它们通过螺钉连接在电机支架2上。大垫圈4外侧和大齿轮外侧装有齿轮垫片5。

所述的行走轮执行机构由行走轮支架6、支撑柱7、行走轮8、行走轮轴9、大锥齿轮10、小锥齿轮11、小锥齿轮轴12、小锥齿轮轴座13、轴承14、链轮15、链条16等组成。行走轮支架6与行走轮轴9通过轴承连接，行走轮支架6与电机变速箱1也通过轴承连接。电机变速箱1输出轴与行走轮轴9上分别装有链轮15(构成一对)，该对链轮15通过链条16连接形成链轮传动系统。支撑柱7用螺钉固定在一对行走轮支架6上，使支架成为稳固的一体。行走轮8外包橡胶圈，使爬行时的摩擦力加大。大锥齿轮10套设在电机变速箱1输出轴上同时用螺钉固定在行走轮支架6上。电机支架2上装有小锥齿轮轴座13。小锥齿轮轴12上安装小锥齿轮11。小锥齿轮轴12通过轴承14与小锥齿轮轴座13连接。小锥齿轮11通过顶丝与小锥齿轮轴12连接。小锥齿轮11与大锥齿轮10啮合，目的是使两行走轮支架6有共同的夹角。两链轮15通过链条16连接。目的是使电机转动带动行走轮转动，形成行走爬杆的目的。

所述的气弹簧夹紧机构包括有气弹簧17与一对气弹簧支架18，其中的气弹簧可由压力缸、活塞杆和活塞组成，气弹簧17通过螺钉与气弹簧支架18连接，气弹簧支架18再通过螺钉与行走轮支架6连接。气弹簧17通过气压的作用，可以产生夹紧力，使行走轮8与爬杆紧密贴合，从而上下行走。

具体在现场应用时，是直接将本爬杆机器人系统装置的若干(三组为佳)单体爬杆机器人环抱安装于一爬杆上。可以由一个12伏、7.2安培的电瓶做为动力源，同时带动三组单体爬杆机器人上的六个涡轮蜗杆电机，把电源导线与各电机的正负级相连接，上推电源开关，机器人上行，下推电源开关，机器人下行，从而形成了机器人的爬行运动。如此循环连续工作。

实现多组(三组较佳)单体爬杆机器人环抱一起的连接装置可参见图4所示的实施例结构，可以通过若干水平齿轮20与若干连接杆19把三组单体爬杆机器人100连接为一整体，相邻两个单体爬杆机器人的本体先分别与一连接杆的一端固定连接，该连接杆的另一端再与水平齿轮连接，然后相邻两个单体爬杆机器人间的两个水平齿轮相互齿接并由齿轮连接板21将两者相互固定。所有用于实现多组单体爬杆机器人相互连接而环抱一起的水平齿轮均为相同参数(同齿数和同模数)的齿轮。安装及使用时，水平齿轮20的中心轴线与爬杆200的中心轴线应尽量保持相互平行，采用两个水平齿轮相互齿接的方式进行连接，可以让两个邻接的单体爬杆机器人100在共同爬行时有一定的活动余量，行走更加游刃有余。

较佳的，所述水平齿轮20与连接杆19的连接位置可调(现有技术可实现，此处不赘述)，并且通过气弹簧的张紧幅度，以适应不同的工作对象(适应多种直径的爬杆)。

本发明爬杆机器人系统装置的技术特征是：

1)每组电机分别与两个变速箱连接，变速箱输出轴上装有链轮，链轮通过链条，带动行走轮上的链轮转动，从而带动行走轮转动；行走轮通过行走轮支架与电机变速箱连接，行走轮支架与变速箱轴、行走轮轴通过轴承连接，可以保证运动自如。

2)变速箱的另一端与大锥齿轮连接，大锥齿轮与轮架固定，并与小锥齿轮啮合，可以保证使气弹簧形成张力时两个行走轮支架夹角一致。

3)通过三对齿轮与连接杆，使三组单体爬杆机器人围成一整体，环抱于爬杆，圆心夹角为120度，使抱紧力均衡。

4)在三组轮架上安装气弹簧，通过气弹簧的张紧力，使机器人整体抱紧在灯杆上，可适用于不同直径的爬杆。

本发明爬杆机器人系统装置即可独立工作，亦可配合安装(携带)其他智能的机器人，以完成更多种类的工作，如2015年12月17日，刚刚从山西省电力检修公司传来的消息,该公司依据特高压线路运维需求及线路运行特点,成功研发特高压输电线路智能化带电巡检机器人，或是一些科研人员一研制出的除冰智能机器人等，本爬杆机器人系统装置可以负责将它们送到欲达的位置进行特种工作，并负责携带它们重返地面以收存或维护。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种爬杆机器人系统装置，其特征在于：至少包括有三组单体爬杆机器人，通过横向连接组件俩俩相互连接，整体环抱安装于一爬杆上；各组单体爬杆机器人中具有变速箱机构、行走轮执行机构和气弹簧夹紧机构；

所述的变速箱机构中包括有两个蜗轮蜗杆电机，通过电机支架相向而连接在一起，每个蜗轮蜗杆电机的输出端与一个变速箱机构的输入端连接，变速箱机构的输出轴端部连接有一大锥齿轮；在电机支架上装有小锥齿轮轴座，用于安装小锥齿轮轴，该小锥齿轮轴的两端头上分别安装小锥齿轮，各小锥齿轮分别与对应侧的大锥齿轮啮合；

所述的行走轮执行机构中有一对行走轮组；各行走轮组中包括有安装在变速箱机构输出轴端部两侧的一对行走轮支架，一行走轮通过行走轮轴安装在该对行走轮支架间且位于外端侧；所述变速箱机构的输出轴上与所述的行走轮轴上分别装有链轮，两个链轮通过链条连接构成传动单元；

所述的气弹簧夹紧机构由可对行走轮支架形成压紧力的一对气弹簧支架及一气弹簧组合构成，其中的气弹簧由压力缸、活塞杆和活塞组成，气弹簧通过螺钉与气弹簧支架连接，气弹簧支架再通过螺钉与行走轮支架连接。

2.如权利要求1所述的爬杆机器人系统装置，其特征在于：所述的行走轮外包用于加大爬行时摩擦力的橡胶圈。

3.如权利要求1所述的爬杆机器人系统装置，其特征在于：在一对行走轮支架间固定有支撑柱。

4.如权利要求1所述的爬杆机器人系统装置，其特征在于：所述横向连接组件由水平齿轮、齿轮连接板和连接杆组合构成，相邻两个单体爬杆机器人的本体先分别与一连接杆的一端连接，该连接杆的另一端再与水平齿轮连接；相邻两个单体爬杆机器人间的两个水平齿轮相互齿接并由齿轮连接板将两者相互固定，所有的水平齿轮均为相同参数的齿轮。

5.如权利要求4所述的爬杆机器人系统装置，其特征在于：所述水平齿轮与连接杆的连接位置可调。

6.如权利要求4或5所述的爬杆机器人系统装置，其特征在于：相邻两组单体爬杆机器人通过横向连接组件相互连接，相邻两组单体爬杆机器人间的圆心夹角为120度。

7.一种爬杆机器人系统装置的应用方法，具有权利要求1至6所述的任一种爬杆机器人系统装置，将电源导线与爬杆机器人系统装置中的各电机的正负级相连接；其特征在于方法如下：

首先将各单体爬杆机器人的两侧分别与一个连接杆固定连接，再在各连接杆的另一端上装上水平齿轮，然后让至少三组单体爬杆机器人围绕着所要攀爬的爬杆环抱在一起，并使每个单体爬杆机器人的一对行走轮都落足于爬杆上；调整水平齿轮与连接杆的连接位置，使相邻的两个水平齿轮相互齿接，并用齿轮连接板将两个水平齿轮的相互位置锁定；

上推电源开关，同时带动各组单体爬杆机器人上的两个蜗轮蜗杆电机正向旋转，随着各蜗轮蜗杆电机的正向旋转，各组单体爬杆机器人一对行走轮沿爬杆转动着上行，直至到达所预设的位置，关断电源开关，各组单体爬杆机器人的行走轮均停止行进；

下推电源开关，同时带动各组单体爬杆机器人上的两个蜗轮蜗杆电机反向旋转，随着各蜗轮蜗杆电机的反向旋转，各组单体爬杆机器人一对行走轮沿爬杆转动着下行，直至回到原始位置，关断电源开关，各组单体爬杆机器人回位，原位等待下一次攀爬，或拆分移到另一处要攀爬的爬杆处再次实施攀爬工作。

8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于：携行一可完成具体工作的智能机器人，该智能机器人为除冰或电缆巡线机器人，工作时，上行到达所预设的位置，让智能机器人开始操作，待智能机器人完成本职工作，控制爬杆机器人系统装置下行，将智能机器人带回原位。