CN105523094A - 一种铁塔攀爬机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁塔攀爬机器人，包括通过第三关节舵机连接左足臂和右足臂，其中，左足臂包括依次连接的第一机械臂、第一关节舵机、第一连接杆和第一吸附装置，第一关节舵机控制第一机械臂和第一连接杆的相对偏转角度，第一吸附装置固定在第一连接杆的末端，右足臂包括依次连接的第二机械臂、第二关节舵机、第二连接杆和第二吸附装置，第二关节舵机控制第二机械臂和第二连接杆的相对偏转角度，第二吸附装置固定在第二连接杆的末端，第一机械臂和第二机械臂通过第三关节舵机连接，第三关节舵机或者左足臂或者右足臂上设置有摄像头。本发明提供的铁塔攀爬机器人，能够实现拍摄铁塔高处实景，无需人工攀爬进行检查，降低了危险性。

Description

一种铁塔攀爬机器人

技术领域

本发明涉及电力铁塔攀爬技术领域，尤其涉及一种铁塔攀爬机器人。

背景技术

高压输电线线路是电力系统的动脉，其能否安全运行直接关系到供电的稳定性和可靠性。需要定期对输电线路杆塔及其附件进行检修和维护，以确保输电线路的安全可靠运行。

目前国内高压输电线路的检修、维护基本上采用人工攀登铁塔的方式，由检修人员携带检修维护设备攀爬到铁塔上进行人工检查并完成各项检修任务，如：绝缘子检测、清扫、铁塔维护等，这不仅大量消耗检修人员的体力，影响工作效率，也极不安全。随着高压和特高压输电线路的持续建设，输电线路铁塔的高度越来越高，人工攀爬越来越不方便，也更加危险。

因此，如何提供一种铁塔攀爬机器人，以实现拍摄铁塔高处实景，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁塔攀爬机器人，以实现拍摄铁塔高处实景，将拍摄下来的图像传输到地面，供工作人员对铁塔的情况进行检测分析，无需人工攀爬进行检查，降低了危险性。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铁塔攀爬机器人，包括通过第三关节舵机连接左足臂和右足臂，所述第三关节舵机控制所述左足臂和所述右足臂的相对偏转角度，其中，所述左足臂包括依次连接的第一机械臂、第一关节舵机、第一连接杆和第一吸附装置，所述第一关节舵机控制所述第一机械臂和所述第一连接杆的相对偏转角度，所述第一吸附装置固定在所述第一连接杆的末端，且用于吸附在铁塔上，所述右足臂包括依次连接的第二机械臂、第二关节舵机、第二连接杆和第二吸附装置，所述第二关节舵机控制所述第二机械臂和所述第二连接杆的相对偏转角度，所述第二吸附装置固定在所述第二连接杆的末端，且用于吸附在铁塔上，所述第一机械臂和所述第二机械臂通过所述第三关节舵机连接，所述第三关节舵机或者所述左足臂或者所述右足臂上设置有摄像头。

优选的，上述第一连接杆通过第一U型片连接在所述第一关节舵机上，所述第二连接杆通过第二U型片连接在所述第二关节舵机上。

优选的，上述摄像头分别设置在所述第一吸附装置和所述第二吸附装置上。

优选的，上述第一机械臂和所述第二机械臂均为框架且镂空设置。

优选的，上述第一关节舵机、所述第二关节舵机、所述第三关节舵机和所述摄像头的电源以及所述第一关节舵机、所述第二关节舵机和所述第三关节舵机的驱动控制装置分别设置在所述第一机械臂和所述第二机械臂内部。

优选的，上述左足臂和所述右足臂左右对称设置。

优选的，上述第一吸附装置和所述第二吸附装置均为电磁铁，且外形为圆柱形。

优选的，上述第一吸附装置还包括第一外壳，所述第一外壳内固定有所述电磁铁，所述第一外壳的外壁与所述第一连接杆固定连接，所述第二吸附装置还包括第二外壳，所述第二外壳内固定有所述电磁铁，所述第二外壳的外壁与所述第二连接杆固定连接。

优选的，上述摄像头为旋转摄像头。

优选的，上述左足臂通过第三U型片连接在所述右足臂上。

优选的，上述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，还包括检测装置。

本发明提供的铁塔攀爬机器人，包括通过第三关节舵机连接左足臂和右足臂，所述第三关节舵机控制所述左足臂和所述右足臂的相对偏转角度，其中，所述左足臂包括依次连接的第一机械臂、第一关节舵机、第一连接杆和第一吸附装置，所述第一关节舵机控制所述第一机械臂和所述第一连接杆的相对偏转角度，所述第一吸附装置固定在所述第一连接杆的末端，且用于吸附在铁塔上，所述右足臂包括依次连接的第二机械臂、第二关节舵机、第二连接杆和第二吸附装置，所述第二关节舵机控制所述第二机械臂和所述第二连接杆的相对偏转角度，所述第二吸附装置固定在所述第二连接杆的末端，且用于吸附在铁塔上，所述第一机械臂和所述第二机械臂通过所述第三关节舵机连接，所述第三关节舵机或者所述左足臂或者所述右足臂上设置有摄像头。攀爬时主要是沿着铁塔的塔臂外侧，倾斜着向铁塔高处攀爬，第一吸附装置吸附固定在铁塔上，然后以第一吸附装置所在的左足臂为支点，第三关节舵机工作，驱动右足臂远离左足臂转动，向上移动然后第二吸附装置吸附固定在铁塔上，然后以第二吸附装置所在的右足臂为支点，第三关节舵机工作，驱动左足臂靠近右足臂转动，向上移动，之后依次类推，向上攀爬，同时，由于铁塔的塔臂外侧并不是顺畅的，攀爬时会被塔臂之间的连接处的螺栓阻碍，为了跨过这些阻碍，左足臂和右足臂移动时的抬起动作能够跨过一些障碍，但是在落脚的时候，同样需要避开障碍，那么此时，通过第一关节舵机和第二关节舵机工作，实现第一吸附装置和第二吸附装置的自身转动，同时配合摄像头的观察对第一吸附装置和第二吸附装置的自身转动进行控制，在落脚时能够避开障碍，从而实现了攀爬，最终到达铁塔高处摄像头进行拍摄，将拍摄下来的图像传输到地面，供工作人员对铁塔的情况进行检测分析，无需人工攀爬进行检查，降低了危险性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的左足臂和右足臂的连接结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一连接杆、第一U型片和第一吸附装置的连接结构示意图；

图4为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第一步结构示意图；

图6为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第二步结构示意图；

图7为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第三步结构示意图；

图8为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第四步结构示意图；

图9为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第五步结构示意图；

图10为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第六步结构示意图；

图11为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第七步结构示意图；

图12为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第八步结构示意图；

图13为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第九步结构示意图。

上图1-13中：

第一吸附装置1、第一连接杆2、第一U型片3、第一关节舵机4、第一机械臂5、第三U型片6、第三关节舵机7、第二机械臂8、第二关节舵机9、第二U型片10、第二连接杆11、第二吸附装置12、障碍13。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-图13，图1为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人的结构示意图；图2为本发明实施例提供的左足臂和右足臂的连接结构示意图；图3为本发明实施例提供的第一连接杆、第一U型片和第一吸附装置的连接结构示意图；图4为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的结构示意图；图5为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第一步结构示意图；图6为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第二步结构示意图；图7为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第三步结构示意图；图8为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第四步结构示意图；图9为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第五步结构示意图；图10为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第六步结构示意图；图11为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第七步结构示意图；图12为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第八步结构示意图；图13为本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人工作时的第九步结构示意图。

本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人，包括通过第三关节舵机7连接左足臂和右足臂，第三关节舵机7控制左足臂和右足臂的相对偏转角度，其中，左足臂包括依次连接的第一机械臂5、第一关节舵机4、第一连接杆2和第一吸附装置1，第一关节舵机3控制第一机械臂5和第一连接杆2的相对偏转角度，第一吸附装置1固定在第一连接杆2的末端，且用于吸附在铁塔上，右足臂包括依次连接的第二机械臂8、第二关节舵机9、第二连接杆11和第二吸附装置12，第二关节舵机9控制第二机械臂8和第二连接杆11的相对偏转角度，第二吸附装置12固定在第二连接杆11的末端，且用于吸附在铁塔上，第一机械臂5和第二机械臂8通过第三关节舵机7连接，第三关节舵机7或者左足臂或者右足臂上设置有摄像头。攀爬时主要是沿着铁塔的塔臂外侧，倾斜着向铁塔高处攀爬，第一吸附装置1吸附固定在铁塔上，然后以第一吸附装置1所在的左足臂为支点，第三关节舵机7工作，驱动右足臂远离左足臂转动，向上移动然后第二吸附装置12吸附固定在铁塔上，然后以第二吸附装置12所在的右足臂为支点，第三关节舵机7工作，驱动左足臂靠近右足臂转动，向上移动，之后依次类推，向上攀爬，也就是其中一个吸附装置在塔架上稳定吸附之后，由两个机械臂的张合，再带动另一个的吸附装置运动。两个吸附装置是交替吸附在塔架上的，一个吸附的时候另一个松开运动，如此交替动作，从而实现机器人的攀爬及越障功能，而且由于铁塔的塔臂外侧并不是顺畅的，攀爬时会被塔臂之间的连接处的螺栓阻碍，为了跨过这些阻碍13，左足臂和右足臂移动时的抬起动作能够跨过一些障碍，但是在落脚的时候，同样需要避开障碍，那么此时，通过第一关节舵机4和第二关节舵机9工作，实现第一吸附装置1和第二吸附装置12的自身转动，同时配合摄像头的观察对第一吸附装置1和第二吸附装置12的自身转动进行控制，在落脚时能够避开障碍13，从而实现了攀爬，最终到达铁塔高处摄像头进行拍摄，将拍摄下来的图像传输到地面，供工作人员对铁塔的情况进行检测分析，无需人工攀爬进行检查，降低了危险性。并且，本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人是一个3旋转副构成的3自由度多关节机器人，其结构总体对称，3个关节的旋转轴线相互平行，这种结构布局保证了机器人运动学逆问题存在封闭解，这样使得机器人控制方便。

关节舵机为现有装置，采用两机械臂之间通过关节舵机连接，机械臂与吸附装置之间也是通过关节舵机进行连接的。通过控制关节舵机的旋转角度可以使两机械臂之间张开不同的角度，实现两个机械臂的张合运动。机械臂与吸附装置之间的舵机则可以调节吸附装置的姿态，机械臂的张合与吸附装置的姿态变化，利用这两种运动即可以实现机器人的攀爬以及越障。结构简洁，灵巧，三个关节的联动可实现在铁塔上越障。三个关节的控制易于实现，可以提高机器人在攀爬时的使用性和稳定性。机器人本身可以携带一定的检测设备，可以代替工人攀爬电力铁塔，完成一定的检测任务。

具体的，左足臂与右足臂在连接时，参照现有装置关节舵机的结构，第三关节舵机7的一端固定在右足臂上，当然也可以是左足臂，此处仅仅是举例说明，那么第三关节舵机7的动力输出端与第三U型片6配合使用，即第三U型片6夹住第三关节舵机7的动力输出端并与第三关节舵机7的动力输出端固定连接，同理，第一连接杆2通过第一U型片3连接在第一关节舵机4上，第二连接杆11通过第二U型片10连接在第二关节舵机9上，那么此时，第一关节舵机4的另一端固定在第一机械臂5上，第二关节舵机9的另一端固定在第二机械臂8上，第一关节舵机4和第二关节舵机9可以使两个吸附装置实现最大角度为180°的旋转运动。

为了便于观察障碍，摄像头分别设置在第一吸附装置1和第二吸附装置12上，当然，摄像头也可以为旋转摄像头，拍摄面积更广。机器人在塔架上会遇到一段是由螺栓连接的角钢部分，机器人在攀爬这种障碍13的时候是利用第一吸附装置1和第二吸附装置12吸附在螺栓之间的空隙部分，然后完成攀爬动作的。在跨越这种障碍13的时候，需要摄像头精确的对螺栓的位置进行辨识，然后人工控制吸附装置很好的吸附在空隙上。

为了进一步优化上述方案，左足臂和右足臂左右对称设置，那么机器人左右对称，结构紧凑，而且两个机械臂均由薄板构成的框架，同时薄板上面有减重孔形成镂空设置，这样可以减小整个机器人的质量。那么于此同时，第一关节舵机4、第二关节舵机9、第三关节舵机7和摄像头的电源以及第一关节舵机4、第二关节舵机9和第三关节舵机7的驱动控制装置分别设置在第一机械臂5和第二机械臂8内部，结构设计合理，缩小了自身体积，更有利于攀爬。

为了进一步优化上述方案，第一吸附装置1和第二吸附装置12均为电磁铁，且外形为圆柱形。电磁铁的使用，可以让机器人攀爬多种类型的铁塔。由电磁铁的吸附功能来实现机器人在塔架上的运动以及越障，电磁铁具有广泛的通用性，机器人可以实现在各种类型塔架上的可靠攀爬越障，并且第一吸附装置1还包括第一外壳，第一外壳内固定有电磁铁，第一外壳的外壁与第一连接杆固定连接，第二吸附装置12还包括第二外壳，第二外壳内固定有电磁铁，第二外壳的外壁与第二连接杆固定连接。有效的对电磁铁起到保护作用，延长使用寿命。

具体的工作情况，可以参考图5-图13，在图5中，本发明实施例提供的铁塔攀爬机器人，全文简称机器人，机器人位于障碍13的下方，需要跨越障碍13到达其上方，图6中，机器人以第一吸附装置1为支点不动，第二吸附装置12抬起并向上移动，跨过障碍13，图7中，第二吸附装置12已经跨过障碍并吸附固定，图8中机器人以第二吸附装置12为支点不动，第一吸附装置1抬起并向上移动，有跨过障碍13的趋向，此处需要说明，针对不同的障碍13，跨过的过程是不同的，对于容易跨过的障碍13，经过图8后，第一吸附装置1直接跨过障碍13即可，从而实现目的，但是对于不容易跨过的障碍13，需要更加复杂的步骤，接下来看图9，可以看到，第一吸附装置1向上移动了一定距离但是并不足以跨过障碍13，然后重复动作，图10中第二吸附装置12再次抬起向上移动，图11中第二吸附装置12吸附固定，可以看到，在第二吸附装置12和障碍13之间存在更大的距离，为第一吸附装置1提供更大的空间，图12中第一吸附装置1抬起向上移动跨过障碍13，最终从图13中可以看到，达到目的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铁塔攀爬机器人，其特征在于，包括通过第三关节舵机连接左足臂和右足臂，所述第三关节舵机控制所述左足臂和所述右足臂的相对偏转角度，其中，

所述左足臂包括依次连接的第一机械臂、第一关节舵机、第一连接杆和第一吸附装置，所述第一关节舵机控制所述第一机械臂和所述第一连接杆的相对偏转角度，所述第一吸附装置固定在所述第一连接杆的末端，且用于吸附在铁塔上，

所述右足臂包括依次连接的第二机械臂、第二关节舵机、第二连接杆和第二吸附装置，所述第二关节舵机控制所述第二机械臂和所述第二连接杆的相对偏转角度，所述第二吸附装置固定在所述第二连接杆的末端，且用于吸附在铁塔上，

所述第一机械臂和所述第二机械臂通过所述第三关节舵机连接，

所述第三关节舵机或者所述左足臂或者所述右足臂上设置有摄像头。

2.根据权利要求1所述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，所述第一连接杆通过第一U型片连接在所述第一关节舵机上，所述第二连接杆通过第二U型片连接在所述第二关节舵机上。

3.根据权利要求1所述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，所述摄像头分别设置在所述第一吸附装置和所述第二吸附装置上。

4.根据权利要求1所述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，所述第一机械臂和所述第二机械臂均为框架且镂空设置。

5.根据权利要求4所述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，所述第一关节舵机、所述第二关节舵机、所述第三关节舵机和所述摄像头的电源以及所述第一关节舵机、所述第二关节舵机和所述第三关节舵机的驱动控制装置分别设置在所述第一机械臂和所述第二机械臂内部。

6.根据权利要求1所述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，所述左足臂和所述右足臂左右对称设置。

7.根据权利要求1所述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，所述第一吸附装置和所述第二吸附装置均为电磁铁，且外形为圆柱形。

8.根据权利要求7所述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，所述第一吸附装置还包括第一外壳，所述第一外壳内固定有所述电磁铁，所述第一外壳的外壁与所述第一连接杆固定连接，

所述第二吸附装置还包括第二外壳，所述第二外壳内固定有所述电磁铁，所述第二外壳的外壁与所述第二连接杆固定连接。

9.根据权利要求1所述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，所述摄像头为旋转摄像头。

10.根据权利要求1所述的铁塔攀爬机器人，其特征在于，还包括检测装置。