CN105833479A - 脚扣连续式爬杆装置及其爬杆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脚扣连续式爬杆装置，包括左、右执行机构、左、右升降机构以及传动机构，执行机构包括支撑臂和半圆形脚扣，支撑臂的后端铰连，脚扣铰连在支撑臂前端内侧，支撑臂上设有调节脚扣与水平面夹角的曲柄摇杆构件；升降机构包括铰连的曲柄和连杆以及竖直滑动的滑块，连杆铰连在滑块上，滑块上的滑动销滑动设于支撑臂上对应开设的滑动槽内；传动机构包括齿轮传动副带动的传动轴，传动轴的左、右轴端分别连接对应的曲柄；左、右执行机构的交替动作，从而实现爬杆装置于杆件上的连续性攀爬。本发明负载大，可连续性、高效、安全爬杆，技术方案简单，从设计和生产角度看具有较好的前景和经济效益。

Description

脚扣连续式爬杆装置及其爬杆方法

技术领域

本发明涉及攀爬机器人，具体为一种脚扣连续式爬杆装置及其爬杆方法。

背景技术

我们在日常生活中很多时候需要进行高空作业，比如高空摄像、播音、照明、测量、清洁和高空修理等。这些作业带有极大的不安全性，随着人们对自身保护意识的提高，人们学会了研发机器人来代替自身的危险性工作，同时用机器来帮助人类完成一些繁琐沉重的工作，以解放人类双手。

爬杆机器人的特征在于机器人需要克服本体和其载体的重力，沿着杆的轴方向做功，使得机器人的高度发生变化，以完成特定的其他工作。

现有爬杆机器人主要有几种：电动机械式爬杆机器人、气动蠕行式爬杆机器人和电动蠕行式爬杆机器人。

电动机械式爬杆机器人主要是以电动机作为主动力源，结合链轮、齿轮、带轮、蜗轮蜗杆和曲柄滑块等机构进行上升和下降运动，其支撑是依靠轮子和杆件之间的摩擦力来保持平衡，或者依靠夹紧手臂与杆件之间摩擦力保持平衡——这类机器人需要控制的电机多，控制部分设计复杂，机械结构笨重，负载能力非常有限。

气动蠕行式爬杆机器人是依靠气缸驱动夹紧手臂进行夹紧和松开的交替运动，并配合其它机构对上下夹紧手臂进行上下交替运动，从而实现机器人的上升与下降，其支撑是依靠夹紧手臂与杆件之间摩擦力保持平衡——这类机器人优点是载重较大，机器人本体结构简单，但控制其工作的气动系统庞大，不适于户外移动使用，而且费用高昂。

电动蠕行爬杆机器人是以电动机为动力源，采取夹紧机构进行夹紧和松开的交替运动，并配合其它机构对上下夹紧手臂进行上下交替运动，从而实现机器人的攀爬功能——这类机器人采用了曲柄滑块作为主运动机构，使得机器人结构简单，易实现，但是由于夹紧装置本身受摩擦力的限制，使得此类型机器人的负载能力有限，不适用于强负载的工作环境。

目前，攀爬机器人的攀爬运动都是间歇式运动，非连续运动，攀爬效率低，适应性差或负载能力差或系统庞大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种负载大、非间歇性、高效、安全、稳定及结构简单的脚扣连续式爬杆装置及其爬杆方法。

能够解决上述技术问题的脚扣连续式爬杆装置，其技术方案包括基于机架设置的左、右执行机构、对应于左、右执行机构设置的左、右升降机构以及同时控制左、右升降机构的传动机构，其中：

1、所述执行机构包括支撑臂和可松开和扣紧杆件的脚扣，所述支撑臂的后端铰连于机架，所述脚扣设于支撑臂的前端，支撑臂上设有控制脚扣放松和扣紧杆件的脚扣控制组件。

2、所述升降机构为机架上设置的曲柄滑块机构，包括铰连的曲柄和连杆以及竖直滑动的滑块，所述连杆铰连在滑块上，所述滑块上设置的滑动销滑动设于对应支撑臂上开设的滑动槽内。

3、所述传动机构包括由具有降速传动比的齿轮传动副带动的传动轴，所述传动轴的左、右轴端分别连接对应的曲柄。

左、右执行机构的支撑臂与机架的铰连点处于上、下不同的高度位置上且分别向上、下斜伸。

所述脚扣优选半圆形环扣，所述半圆形环扣通过扣环座铰连在支撑臂的内侧，所述脚扣控制组件的一种方案为转动扣环座调节半圆形环扣与水平面夹角的曲柄摇杆组件。

所述半圆形环扣平行于水平面为松开杆件状态，半圆形环扣与水平面形成夹角为扣紧杆件状态。

为使半圆形环扣有效扣紧杆件，所述半圆形环扣与水平面的夹角为5°～30°。

所述曲柄摇杆构件的驱动优选舵机，所述舵机由装置上设置的电控系统控制。

所述齿轮传动副的驱动为减速电机，所述减速电机由装置上设置的电控系统控制。

本发明脚扣连续式爬杆装置的爬杆方法，其攀爬方式为：

1、左、右执行机构的脚扣于上、下位置围住杆件。

2、左或右执行机构的脚扣卡紧杆件，机架通过左或右升降机构上升左或右执行机构而得到提升，右或左执行机构的脚扣松开杆件，在随机架提升的同时，右或左执行机构通过右或左升降机构而得到提升。

3、右或左执行机构的脚扣卡紧杆件，机架通过右或左升降机构上升右或左执行机构而得到提升，左或右执行机构的脚扣松开杆件，在随机架提升的同时，左或右执行机构通过左或右升降机构而得到提升。

4、左、右执行机构的交替动作，从而实现爬杆装置于杆件上的连续性攀爬。

本发明的有益效果：

1、本发明可实现装置大负载，并且可连续性、高效、安全爬杆。

2、本发明技术方案简单，设计和制作成本，工作效率高。

3、本发明可独立工作，亦可在其机身上配置安装或携带多种类功能性构件而完成不同的工作。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的立体结构示意图。

图2为图1实施方式的主视图。

图3为图1实施方式的侧视图。

图4为图1实施方式的俯视图。

图号标识：1、机架；2、支撑臂；3、脚扣；4、扣环座；5、曲柄摇杆组件；6、曲柄；7、连杆；8、滑块；9、传动轴；10、舵机；11、齿轮传动副；12、减速电机；13、滑杆。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明脚扣连续式爬杆装置的技术方案，包括基于机架1设置的左、右执行机构、对应于左、右执行机构设置的左、右升降机构以及同时控制左、右升降机构的传动机构以及各执行机构、各升降机构的电路控制系统。

所述执行机构包括支撑臂2、脚扣3(优选半圆形环扣)、曲柄摇杆组件5和舵机10，所述支撑臂2的后端于机架1的对应侧面上铰装，所述半圆形环扣的中部穿设于扣环座4的内部并且使半圆形环扣的环口向内，所述扣环座4通过外侧轴销铰装于支撑臂2的前端内侧；所述舵机10安装于支撑臂2的外侧，所述曲柄摇杆组件5连接扣环座4的轴销与舵机10的输出轴；左、右支撑臂2于机架1对应侧面上的铰装位置一高一低，一个支撑臂2向上斜伸，另一个支撑臂2向下斜伸，各支撑臂2上的舵机10通过曲柄摇杆组件5控制对应半圆形环扣的转动位置，使其与水平面平行或与水平面呈5°～30°的夹角，如图1、图2、图3、图4所示。

所述传动机构设于机架1上部，包括传动轴9、齿轮传动副11和减速电机12，所述传动轴9左、右横置于机架1的左、右侧面上，所述齿轮传动副11(具有一级降速传动比)的从动大齿轮安装于传动轴9上，齿轮传动副11的主动小齿轮安装于减速电机12的输出轴上，如图2所示。

所述升降机构采用曲柄滑块机构，包括曲柄6、连杆7和滑块8，所述滑块8滑动安装于机架1对应侧面的滑杆13上，所述曲柄6的上端固连传动副11的对应轴端(伸在机架1对应侧面外)，曲柄6的下端铰连连杆7的上端，所述连杆7的下端铰连滑块8，所述滑块8上设有滑动销，所述滑动销滑动设于对应支撑臂2上开设的滑动槽内，如图1、图2、图3所示。

采用本发明脚扣连续式爬杆装置的爬杆方法，按如下步骤进行：

1、所述机架1置于杆件(比如电线杆)旁的下端，上、下半圆形环扣即脚扣3分别于左、右方向围住杆件。

2、上方半圆形环扣(脚扣3)对应的执行机构动作，即舵机10通过曲柄摇杆组件5转动半圆形环扣，使半圆形环扣与水平面呈5°～30°的夹角而扣紧杆件(曲柄摇杆构件5的转动死点锁紧半圆形环扣的扣紧位置)；对应的升降机构动作，即在减速电机12控制下曲柄滑块机构推动滑块8下行，向上斜伸的支撑臂2逐渐变换为向下斜伸，在该支撑臂2的变换过程中，机架1沿着杆件上升；此时下方脚扣3对应的执行机构动作，即舵机10通过曲柄摇杆组件5转动半圆形环扣，使半圆形环扣与水平面呈0°～5°的夹角而松开杆件，在机架1上升的同时，下方的半圆形环扣跟随上升。

3、下方半圆形环扣对应的升降机构动作，即在减速电机12控制下曲柄滑块机构拉动滑块8上行，向下斜伸的支撑臂2逐渐变换为向上斜伸，在该支撑臂2的变换过程中，原来下方的半圆形环扣变换为上方半圆形环扣，而原来上方的半圆形环扣变换为下方半圆形环扣。

4、重复第2、第3步骤，即左、右升降机构控制左、右执行机构交替动作，从而实现于杆件上的连续性攀爬。

上述实施方式可在不脱离本发明的范围之内进行若干设计上的变化，故以上具体实施案例的说明应视为示例性质，并非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (7)

1.脚扣连续式爬杆装置，其特征在于包括基于机架(1)设置的左、右执行机构、对应于左、右执行机构设置的左、右升降机构以及同时控制升降机构的传动机构，其中：

①、所述执行机构包括支撑臂(2)和可松开和扣紧杆件的脚扣(3)，所述支撑臂(2)的后端铰连于机架(1)，所述脚扣(3)设于支撑臂(2)的前端，支撑臂(2)上设有控制脚扣(3)放松和扣紧杆件的脚扣控制组件；

②、所述升降机构为机架(1)上设置的曲柄滑块机构，包括铰连的曲柄(6)和连杆(7)以及竖直滑动的滑块(8)，所述连杆(7)铰连在滑块(8)上，所述滑块(8)上的滑动销滑动设于对应支撑臂(2)上开设的滑动槽内；

③、所述传动机构包括由具有降速传动比的齿轮传动副(11)带动的传动轴(9)，所述传动轴(9)的左、右轴端分别连接对应的曲柄(6)。

左、右执行机构的支撑臂(2)与机架(1)的铰连点处于上、下不同的高度位置上且分别向上、下斜伸。

2.根据权利要求1所述的脚扣连续式爬杆装置，其特征在于：所述脚扣(3)为半圆形环扣，所述半圆形环扣通过扣环座(4)铰连在支撑臂(2)的内侧，所述脚扣控制组件为转动扣环座(4)调节半圆形环扣与水平面夹角的曲柄摇杆组件(5)。

3.根据权利要求2所述的脚扣连续式爬杆装置，其特征在于：所述半圆形环扣平行于水平面为松开杆件状态，半圆形环扣与水平面形成夹角为扣紧杆件状态。

4.根据权利要求3所述的脚扣连续式爬杆装置，其特征在于：为使半圆形环扣有效卡紧杆件，所述半圆形环扣与水平面的夹角为5°～30°。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的脚扣连续式爬杆装置，其特征在于：所述曲柄摇杆构件(5)的驱动为电控系统控制的舵机(10)。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的脚扣连续式爬杆装置，其特征在于：所述齿轮传动副(11)的驱动为电控系统控制的电机(12)。

7.脚扣连续式爬杆装置爬杆方法，其特征在于采用了如权利要求1～4中任意一项所述的脚扣连续式爬杆装置在杆上进行攀爬，其攀爬方式为：

①、左、右执行机构的脚扣(3)于上、下位置围住杆件；

②、左或右执行机构的脚扣(3)卡紧杆件，机架(1)通过左或右升降机构上升左或右执行机构而得到提升，右或左执行机构的脚扣(3)松开杆件，在随机架(1)提升的同时，右或左执行机构通过右或左升降机构而得到提升；

③、右或左执行机构的脚扣(3)卡紧杆件，机架(1)通过右或左升降机构上升右或左执行机构而得到提升，左或右执行机构的脚扣(3)松开杆件，在随机架(1)提升的同时，左或右执行机构通过左或右升降机构而得到提升；

④、左、右执行机构的交替动作，从而实现于杆件上的连续性攀爬。