CN105641880A - 一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，它包括机架以及设置在其上的爬杆，所述爬杆通过其侧边设置的长条齿与机架上设置的驱动齿轮相啮合；驱动齿轮连接着传动装置以及电机；所述爬杆前端设置有卡爪座且其上设置有可以活动的卡爪以及驱动卡爪的推杆。本发明的目的是提供了一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，方便实现爬梯机器人沿着楼梯或踏杆上、下运行的载人机器人，将安装、维修人员安全、平稳、快速、方便地输送到塔筒顶或者杆顶部进行设备的安装与维护，降低安装、维修人员的劳动强度和工作危险风险，提高工作效率。

Description

一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构

技术领域

本发明涉及一种可以沿垂直楼梯横杆或脚踏横杆上、下爬行的载人机器人，具体为一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构。

背景技术

目前，风力发电机的单机容量不断增大，其塔筒垂直高度不断提高。而通常绝大部分风力发电机只配有人力爬梯或在人力爬梯上加装简易助爬装置。在日常维护时，维护人员的上下几乎完全靠人力攀爬。为此，维护人员每上下一次都十分疲惫。而其简易助爬装置的技术性能尚不成熟，其牵拉速度和力度很难调整和控制，在使用时需配专人值守，负责监护配合攀爬人员。如遇配合或调整控制不适当，极易造成人身伤亡事故。

在风力发电塔筒内，设备安装、维修人员经常要到高达70—120多米以上的塔筒顶部进行发电机组的检查、维保及修理工作；目前，设备安装、维修人员到达塔筒顶部的途径主要有三种方式：1、人工沿塔筒内的垂直楼梯爬到顶部；2、借助爬梯器沿楼梯爬到顶部；3、在塔筒内安装专用升降机，利用升降机将安装、维保人员运送到顶部；第1种方式存在费力、费时、不安全的现象，而且对安装、维保人员的体能要求非常高；第2种方式只是在一定程度减轻安装、维保人员的体力，但仍然是体力活，费时、不安全的因素仍然存在；第3种方式虽然克服了第1、2种方式存在的问题，但由于塔筒内空间的限制，升降机的运行区间受到限制——向上不能达顶，向下不能到底，只能在中间的一段区域运行；而且升降机安装必须在塔筒设计、制造阶段考虑开设专用的运行通道，否则则无法加装升降机，且升降机不能移动，只能一塔一机，设备投入成本较大。

通过专利检索，存在如下已知的现有技术：

专利1：专利专利申请号：201410558578.9，申请日2014.10.18，公开日2015.02.25，公开了一种风力发电塔自爬升维修机器人，风力发电塔自爬升维修机器人，包括爬升机构和吊装机构，所述吊装机构安装在爬升机构的上方，所述爬升机构包括上、下平行设置的环梁，所述上、下平行设置的环梁通过竖直设置的顶升油缸连接，各环梁上均设有环状施工平台，施工平台上安装有插销油缸，插销油缸的端部连接有锲形块。风力发电塔自爬升维修机器人，重量轻，安装及运输方便，自动化程度较高，可上下自爬行，大大降低维修费用，提高维修效率。

其为一种固定式结构，需要在建设风机塔的同时进行建造，不便于已有风机塔的攀登维修；而且其为一机一塔设置，多个风机需要多次重复投入，设备投入成本较高。

专利2：中国专利申请号：201310017407.0，申请日2013.01.08，公开日2014.07.09，公开了一种直接悬挂在人力爬梯上的爬梯机器人。调速电动机与蜗轮减速机输入轴直联，蜗轮减速机输出端安装的主传动轴两端穿过两侧的内导行板，各安装一个主动链轮，主动链轮下方安装着从动短齿链轮，并由两条传动链条相联结。两个从动短齿链轮的垂直下方各安装一个下运载链轮，两个下运载链轮的上方链齿与传动链相吻合，并通过运载链条和上运载链轮相联结。两条运载链条上各安装着十只机械手，每只机械手上的两只导行轴承和两只翻手轴承各自沿着内外导行板内的曲线廻转槽道运转。机械手的掌部手掌垫挂压在人力爬梯的横梁上，并由机械手前部的指钩拉住。置于两组导行板组合外壳前部上下两侧的四个导行轮沿人力爬梯两侧的立柱导行，使爬梯机器人上下运行。

但是其主要是通过并排设置的多组机械手臂与横梯相对应，实现攀爬；现有的塔梯其横梯的间距没有完全标准化，各式梯子的跨度不一，这样不同规格的梯子就需要不同规格的机械手臂来对应，这样给此处专利2的技术方案实施带来了较大不便；同时，多个并排的手臂设置，其运行必须完全统一协调，后期维护机械手臂比较麻烦，不利于做到各机械手臂步调完全统一；第三个情况是，机械手臂在与横梯接触的过程中(在受力支撑的过程中)，并没有额外的夹紧措施来保证完全夹紧，其安全性能有待验证，存在较大的安全隐患。

通过以上的检索发现，以上技术方案不能影响本发明的新颖性；并且以上专利文件的相互组合不能破坏本发明的创造性。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供了一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，方便实现爬梯机器人沿着楼梯或踏杆上、下运行的载人机器人，将安装、维修人员安全、平稳、快速、方便地输送到塔筒顶或者杆顶部进行设备的安装与维护，降低安装、维修人员的劳动强度和工作危险风险，提高工作效率

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，它包括机架(1)以及设置在其上的爬杆(4)，所述爬杆(4)通过其侧边设置的长条齿(401)与机架(1)上设置的驱动齿轮(7)相啮合；驱动齿轮(7)连接着传动装置(6)以及电机(5)；所述爬杆(4)前端设置有卡爪座(402)且其上设置有可以活动的卡爪(2)以及驱动卡爪(2)的推杆(3)。

进一步的，在所述机架(1)与爬梯接触的一侧设置有导向支撑(8)，且导向支撑(8)通过连接件(801)固定在机架(1)上；导向支撑(8)与机架(1)之间的间距构成爬杆(4)的活动空间，且导向支撑(8)与爬梯为平面接触。

进一步的，在所述机架(1)上，与爬杆(4)对应设置有两组驱动齿轮(7)、传动装置(6)、电机(5)分别与之相配合。

进一步的，在所述机架(1)上，与爬杆(4)对应设置有一组驱动齿轮(7)、传动装置(6)、电机(5)与之相配合；另外设置有若干组齿轮与爬杆(4)上的长齿条(401)相啮合。

进一步的，所述导向支撑(8)包括：与横梯接触的封闭的导向履带(803)以及导向履带(803)两端的履带轮(802)；履带轮(802)通过连接轴与连接件(801)相连。

进一步的，在导向支撑(8)的侧面，所述履带轮(802)中心所在连接轴线上设置有连接轮(806)，所述连接轮(806)支撑在导向履带(803)中间。

进一步的，在机架(1)的侧面设置有张紧轮(804)，张紧轮(804)的外表面与爬杆(4)的竖直平滑表面相切，且张紧带(805)与机架(1)上的带轮配合；张紧轮(804)与驱动齿轮(7)之间的距离共同构成爬杆(4)的活动空间。

进一步的，所述机架(1)上的带轮设置在驱动齿轮(7)所在齿轮轴上。

进一步的，所述左爬杆(4)和右爬杆(11)顶部设置的卡爪座(402)与活动的卡爪(2)之间通过燕尾槽(403)配合，且推杆(3)固定在卡爪座(402)的侧面。

进一步的，所述卡爪(2)的前端向下突出形成锁紧勾(201)。

本发明的有益效果：本发明提供了一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，方便实现爬梯机器人沿着楼梯或踏杆上、下运行的载人机器人，将安装、维修人员安全、平稳、快速、方便地输送到塔筒顶或者杆顶部进行设备的安装与维护，降低安装、维修人员的劳动强度和工作危险风险，提高工作效率。

1、本发明采用模拟人攀登梯子的形式，通过机械手臂来仿生实现攀登，其安全性高，机械传动，效率高。

2、可以不受限于升降机的区域限制，可以自由达到塔的顶端和底端进行施工维修。

3、本发明技术方案采用的机械手臂带有机械锁紧横梁的结构，不会出现打滑或者误操作，安全性能优良。

4、本发明技术方案采用了特有的升降提升方式，对安全性能做了进一步加强。

附图说明

图1为现有人工爬梯的一种状态示意图。

图2为现有采用助爬器爬梯的一种状态示意图。

图3为本发明主视示意图。

图4为图3中A处局部放大示意图。

图5为本发明侧视示意图。

图6为图5中B处局部放大示意图。

图7为本发明爬杆机构安装在爬梯机器人上的工作示意图。

图8为图7中C处局部放大示意图。

图9为采用了两组本发明爬杆机构的仿生爬梯机器人工作原理简化示意图。

图中所述文字标注表示为：1001、爬梯；1002、横杆；1003、操作员；1004、升降带；1005、提升装置；

1、机架；2、卡爪；201、锁紧勾；3、推杆；4、爬杆；401、长齿条；402、卡爪座；403、燕尾槽；5、电机；6、传动装置；7、驱动齿轮；8、导向支撑；801、连接件；802、履带轮；803、导向履带；804、张紧轮；805、张紧带；806、连接轮；9、载人平台；10、平台护栏。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

图1为现有人工爬梯的一种状态示意图，其为人工沿塔筒内的垂直楼梯爬到顶部，操作员1003沿着爬梯1001，一步步踏着横杆1002拾级而上；此种方式存在费力、费时、不安全的现象，而且对安装、维保人员的体能要求非常高。

图2为现有采用助爬器爬梯的一种状态示意图，其为借助爬梯器沿楼梯爬到顶部；此种方式需要事先在塔顶安装用于升降的提升装置，通过升降带1004带动束缚在操作员1003上的提升装置1005向上或向下运动，从而带动操作员1003向上或者向下运动。此种方式只是在一定程度减轻安装、维保人员的体力，但仍然是体力活，费时、不安全的因素仍然存在；特别是在下降的过程中，在重力的作用下，操作员1003通过升降带1004的下降会演变成自由下降的形式，容易与其他物件发生碰撞；且高度落差大，晃动明显，安全隐患较大。

以上两种方式，制约了风机塔的维修工作，操作员工作辛苦而且安全风险大。

如图2-图8所示，本发明的具体结构为：一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，它包括机架1以及设置在其上的爬杆4，所述爬杆4通过其侧边设置的长条齿401与机架1上设置的驱动齿轮7相啮合；驱动齿轮7连接着传动装置6以及电机5；所述爬杆4前端设置有卡爪座402且其上设置有可以活动的卡爪2以及驱动卡爪2的推杆3。

本处技术描述中，对于电机5的电源以及控制器件作了省略，电源可以采用充电式或者外接电源式多种结构，但其均为现有可以实现的技术，为了描述的简便性本处作了省略。

优选的，在所述机架1与爬梯接触的一侧设置有导向支撑8，且导向支撑8通过连接件801固定在机架1上；导向支撑8与机架1之间的间距构成爬杆4的活动空间，且导向支撑8与爬梯为平面接触。导向支撑8保证左爬杆4和右爬杆11的运动方向和驱动齿轮7之间的啮合间隙。

优选的，在所述机架1上，与爬杆4对应设置有两组驱动齿轮7、传动装置6、电机5分别与之相配合。

优选的，在所述机架1上，与爬杆4对应设置有一组驱动齿轮7、传动装置6、电机5与之相配合；另外设置有若干组齿轮与爬杆4上的长齿条401相啮合。

优选的，所述导向支撑8包括：与横梯接触的封闭的导向履带803以及导向履带803两端的履带轮802；履带轮802通过连接轴与连接件801相连。机架1上的导向履带803将机架1与爬梯1001上的横杆1002隔开，其中导向履带803可以绕其两端设置的履带轮802运转。

优选的，在导向支撑8的侧面，所述履带轮802中心所在连接轴线上设置有连接轮806，所述连接轮806支撑在导向履带803中间。

优选的，在机架1的侧面设置有张紧轮804，张紧轮804的外表面与爬杆4的竖直平滑表面相切，且张紧带805与机架1上的带轮配合；张紧轮804与驱动齿轮7之间的距离共同构成爬杆4的活动空间。

优选的，所述机架1上的带轮设置在驱动齿轮7所在齿轮轴上。

如图4所示，优选的，所述左爬杆4和右爬杆11顶部设置的卡爪座402与活动的卡爪2之间通过燕尾槽403配合，且推杆3固定在卡爪座402的侧面。

如图6所示，优选的，所述卡爪2的前端向下突出形成锁紧勾201。如此结构可以保证卡爪2与横杆1002的紧密锁紧。

采用本发明爬杆机构的仿生爬梯机器人，侧视结构如图7、图8所示。在机架1的下方设置有用于载人的载人平台9。载人平台9是用来承载乘客,平台护栏10起保护载人平台9上的乘客不与周边物体接触。

采用本发明爬杆机构的仿生爬梯机器人，可以设置多组爬杆机构，通常一般至少设置两组；该仿生爬梯机器人采用模拟图1中人攀登梯子的形式，通过机械手臂来仿生实现攀登，其安全性高，机械传动，效率高。

具体使用时，以采用了两组本发明爬杆机构的仿生爬梯机器人为例来说明，参照图9为采用了两组本发明爬杆机构的仿生爬梯机器人工作原理简化示意图：

将本发明爬梯机器人通过爬杆4(左、右爬杆)分别挂在爬梯上，操作员站在载人平台9上操作控制开关，使电机5工作，电机5的运动和动力经传动装置6、驱动齿轮7分别传递到左、右爬杆上，使左、右爬杆同向向下运动，如图9中的序号①所代表的示意图，图中左爬杆相对于右爬杆处在下方位置。

由于左、右爬杆的上端卡爪2挂在爬梯1001的横杆1002上,固定不动，从而使机架1产生向上的运动；当左、右爬杆有一个运行到离机架1上部的极限高度时，该爬杆停止向下运行，如图9中的序号②所代表的示意图，图中左爬杆达到机架1的左极限，停止向下运动。

左爬杆达到机架1的左极限后，改为反向向上快速向上移动，而另一爬杆继续向下运行，继续带动机架1上升；当左爬杆反向向上快速移动脱离爬梯横杆时——即该爬杆不受力时，卡爪2在推杆3的作用下迅速收缩，脱离爬梯横杆的位置，使快速向上移动的爬杆在向上移动过程中不与爬梯横杆碰撞，如图9中的序号③所代表的示意图。

当向上快速移动的爬杆到达设定高度时，停止向上移动，以正常工作速度改向下运行，同时卡爪2在推杆3的作用下迅速伸出，为该爬杆在向下运行的过程中抓住爬梯横杆做好准备。如图9中的序号④所代表的示意图，图中左爬杆达设定高度时，停止向上移动，以正常工作速度改向下运行，同时卡爪2在推杆3的作用下迅速伸出推杆。

当另一爬杆(图9中的序号④显示的右爬杆)向下运行到离机架1顶部右极限高度时，也停止向下运行，改向向上快速移动，同时左爬杆向下与横杆1002接触实现下落固定，如图9中的序号⑤代表的示意图。

左爬杆继续向下运动，使得机架1向上运动，左爬杆达到机架1的左极限位置；而右爬杆向上快速移动的爬杆到达设定高度时，停止向上移动，以正常工作速度改向下运行，同时卡爪2在推杆3的作用下迅速伸出，为该爬杆在向下运行的过程中抓住爬梯横杆做好准备。如图9中的序号⑥代表的示意图。

完成以上②-⑥步骤图，机架1带着载人平台9上升H高度。

重复上述工作步骤，这样左、右爬杆的反复交替运行，就驱动机架1及载人平台9连续不停地向上地爬升，从而实现将乘客向上运输的目的。

爬梯机器人向下运行的工作原理和动作过程与向上运行原理一样，只是电机5工作时旋转方向与向上运行相反而已。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，它包括机架(1)以及设置在其上的爬杆(4)，所述爬杆(4)通过其侧边设置的长条齿(401)与机架(1)上设置的驱动齿轮(7)相啮合；驱动齿轮(7)连接着传动装置(6)以及电机(5)；所述爬杆(4)前端设置有卡爪座(402)且其上设置有可以活动的卡爪(2)以及驱动卡爪(2)的推杆(3)。

2.根据权利要求1所述的一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，在所述机架(1)与爬梯接触的一侧设置有导向支撑(8)，且导向支撑(8)通过连接件(801)固定在机架(1)上；导向支撑(8)与机架(1)之间的间距构成爬杆(4)的活动空间，且导向支撑(8)与爬梯为平面接触。

3.根据权利要求2所述的一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，在所述机架(1)上，与爬杆(4)对应设置有两组驱动齿轮(7)、传动装置(6)、电机(5)分别与之相配合。

4.根据权利要求2所述的一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，在所述机架(1)上，与爬杆(4)对应设置有一组驱动齿轮(7)、传动装置(6)、电机(5)与之相配合；另外设置有若干组齿轮与爬杆(4)上的长齿条(401)相啮合。

5.根据权利要求2所述的一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，所述导向支撑(8)包括：与横梯接触的封闭的导向履带(803)以及导向履带(803)两端的履带轮(802)；履带轮(802)通过连接轴与连接件(801)相连。

6.根据权利要求5所述的一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，在导向支撑(8)的侧面，所述履带轮(802)中心所在连接轴线上设置有连接轮(806)，所述连接轮(806)支撑在导向履带(803)中间。

7.根据权利要求5所述的一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，在机架(1)的侧面设置有张紧轮(804)，张紧轮(804)的外表面与爬杆(4)的竖直平滑表面相切，且张紧带(805)与机架(1)上的带轮配合；张紧轮(804)与驱动齿轮(7)之间的距离共同构成爬杆(4)的活动空间。

8.根据权利要求7所述的一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，所述机架(1)上的带轮设置在驱动齿轮(7)所在齿轮轴上。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，所述左爬杆(4)和右爬杆(11)顶部设置的卡爪座(402)与活动的卡爪(2)之间通过燕尾槽(403)配合，且推杆(3)固定在卡爪座(402)的侧面。

10.根据权利要求9所述的一种用于仿生爬梯机器人的爬杆机构，其特征在于，所述卡爪(2)的前端向下突出形成锁紧勾(201)。