CN108382480A - 一种电力钢管杆塔攀爬机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力钢管杆塔攀爬机器人，属于机器人技术领域。一种电力钢管杆塔攀爬机器人，包括：两个分别通过曲轴连杆机构和导杆连接的机座；机座的底部均设有吸附足架，吸附足架包括支撑架以及电磁铁吸盘，支撑架的顶部通过伸缩机构与机座连接，支撑架的底部与电磁铁吸盘连接。本发明采用直线导杆式的运动方式并采用电磁铁吸盘进行吸附攀爬，其整体控制简单，移动速度较快。在移动过程中，攀爬机器人整体的重心偏移量小，运动稳定，当负载有重物进行移动时，重物对机器人的冲击较小，具有很好的稳定性。

Description

一种电力钢管杆塔攀爬机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种电力钢管杆塔攀爬机器人。

背景技术

输电线的远距离传输需要架设输电线电力铁塔作为支撑，输电线的定时巡检是保障电力传输系统安全稳定的前提。电力铁塔一般架设在远离城镇的郊区或者山区，要遭受风吹日晒，雷电雨雪等气候的影响，非常容易受损；需要定期或不定期的进行巡检。而现在的巡检技术主要是依靠人工爬塔的方式进行巡检。采用人工爬塔挂扣安全锁，并以人的经验对线路进行巡查，其作业难度大，挂扣时危险性高。

目前随着机器人技术的发展，开发出多种不同结构和功能特点的攀爬机器人，代替人工进行攀爬作业。常见的足式攀爬机器人能跨越障碍，但控制复杂，移动速度较慢；蛇形机器人采用“粘附式”运动完成障碍的跨越，具有运动稳定性好、适应地形能力强和牵引力大等特点，但其自由度多，控制困难且速度低；轮式攀爬机器人靠着轮子和壁面之间的摩擦力产生前进的动力，行驶速度快，移动灵活，其运动方式采用负压吸附，运动速度高，易于控制，但是它与塔面的接触面积较小，并且机器人在运动过程中需要承载的重量较大，这样一来就使得轮式机器人很难维持稳定攀爬的状态，并且对于越障也十分不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力钢管杆塔攀爬机器人，以解决现有攀爬机器人不能同时满足控制简单且能负重的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种电力钢管杆塔攀爬机器人，包括：间隔设置的两个机座，机座之间分别通过曲轴连杆机构和导杆连接，导杆的一端与其中一个机座固定连接，导杆的另一端与另一个机座滑动连接；

机座的底部均设有吸附足架，吸附足架包括支撑架以及电磁铁吸盘，支撑架的顶部通过伸缩机构与机座连接，支撑架的底部与电磁铁吸盘连接。

本发明的曲轴连杆机构在电机的带动下能够实现两个机座之间做相对的往复运动，并且方向为导杆的延伸方向。电磁铁吸盘能够分别将两个机座固定吸附在电力钢管杆塔上，伸缩机构在电机作用下可以实现电磁铁吸盘和电力钢管杆塔之间的分离操作。通过曲轴连杆机构的不断运动以及两个机座上的电磁铁吸盘分开通、断电即可实现攀爬机器人的攀爬工作。通过简单控制电机转动和电磁铁吸盘的通、断电即可实现攀爬机器人的攀爬操作，可以提高攀爬机器人的攀爬速度。两个机座在电力钢管杆塔运动时，导杆的方向基本不变，电力钢管杆塔攀爬机器人整体重心偏移较小，具有很好的稳定性。由于攀爬机器人与电力钢管杆塔之间采用电磁铁吸附连接，增加通过电磁铁的电流即可增加吸引力，增加攀爬机器人的负重能力。

伸缩机构可以使电磁铁吸盘与电力钢管杆塔分离并使电磁铁吸盘和电力钢管杆塔之间具有一定的间隙。当电磁铁吸盘和电力钢管杆塔之间具有间隙时，曲轴连杆机构带动两个机座分别向前运动，能使两个机座分别越过障碍，从而实现攀爬机器人的越障功能。

攀爬机器人的运动过程：将机器人按照机座从上到下的方式放置在电力钢管杆塔上，位置在上的机座为前机座，位置在后的机座为后机座，并且使两个机座之间的距离处于最近位置。电磁铁吸盘通电后，机器人在电磁铁吸盘的作用下固定在电力钢管杆塔上。将前机座上的电磁铁吸盘断电，前机座上的伸缩机构在电机的带动下带动吸附足架收缩。曲轴连杆机构在电机的作用工作，由于后机座固定在电力钢管杆塔上，曲轴连杆机构会带动前机座沿着导杆的方向向上移动，直到前机座和后机座之间的距离最大。电机驱动前机座上的伸缩机构伸展，直到吸附足架上的电磁铁吸盘与电力钢管杆塔接触，接通电磁铁吸盘的电源，电磁铁吸盘牢牢吸附在电力钢管杆塔上。将后机座上的电磁铁吸盘断电，后机座上的伸缩机构在电机的带动下带动吸附足架收缩。曲轴连杆机构工作，带动后机座沿着导杆的方向向上移动，直到后机座与前机座之间距离最小。电机驱动后机座上的伸缩机构伸展，直到吸附足架上的电磁铁吸盘与电力钢管杆塔接触，接通电磁铁吸盘的电源，电磁铁吸盘牢牢吸附在电力钢管杆塔上。至此，完成攀爬机器人一个运动周期。

在攀爬机器人完成工作向下移动时，前机座变后机座，后机座变前机座，以上述运动方式进行向下移动。

本发明在完成一个运动周期内，两个机座的重心基本处于竖直方向，机器人总体重心偏移较小，运动稳定，当负载有重物进行移动时，重物对机器人的冲击较小，具有很好的稳定性。此外，加大通过电磁铁吸盘的电流，可以提高电磁铁吸盘的吸引力，提高负载的重量。由此攀爬机器人可以将系有安全绳的安全锁带到电力钢管杆塔的横杆处，并将安全锁系挂在横杆处，代替人工进行安全锁的系挂操作。

进一步地，上述导杆的数量为2，导杆平行设置在机座两侧。

进一步地，上述支撑架与电磁铁吸盘的连接方式为阻尼铰链连接。

本发明的支撑架和电磁铁吸盘的连接方式设为阻尼铰链连接，可以在电磁铁吸盘在与电力钢管杆塔吸附配合时，可以转动一定的角度，用以配合电力钢管杆塔表面上的不规则结构，提高电磁铁吸盘与电力钢管杆塔之间的接触面积，不但可以增大电磁铁吸盘与电力钢管杆塔之间的吸引力，还可以防止在重力作用下电磁铁吸盘与电力钢管杆塔之间出现相对滑动。

进一步地，每一个上述吸附足架上的电磁铁吸盘的数量为多个并且呈环抱状。

本发明的每一个吸附足架上的电磁铁吸盘呈环抱状用以配合圆形的电力钢管杆塔，使攀爬机器人能够沿着电力钢管杆塔的轴向进行移动，防止出现方向偏离的情况。

进一步地，上述伸缩机构包括外杆体、与外杆体滑动连接的内杆体以及偏心轴；外杆体固定在机座上；内杆体的固定端与支撑架连接，内杆体的自由端置于外杆体内；偏心轴的一端与电机连接，偏心轴的另一端穿过外杆体的侧壁并且通过联动轴与内杆体的自由端连接。

本发明的机械式伸缩机构的结构简单，通过电机带动偏心轴的转动即可进行伸缩操作，通过对电机的转速的控制即可实现对伸缩流程的控制，控制方式简单，伸缩操作响应迅速。显然，还可以使用液压伸缩机构等进行伸缩操作。

进一步地，上述电力钢管杆塔攀爬机器人还包括红外线测距模块、控制器以及电机，控制器分别与红外线测距模块、电磁铁吸盘以及电机电连接，曲轴连杆结构的曲轴以及伸缩机构分别与电机连接。

本发明的红外线测距模块能测量攀爬机器人与前方法兰盘障碍物之间的距离，控制器通过红外线测距模块传输的数据，控制攀爬机器人的前机座停留在法兰盘前，即使前机座和后机座之间的位置没有处于最远的距离，前机座也会停留在法兰盘前，然后控制后机座移动到与前机座最近的位置，再控制前机座和后机座向前移动，以最大的步距跨过法兰盘。

进一步地，上述电力钢管杆塔攀爬机器人还包括视觉云台以及与所述视觉云台电连接的无线发射器。

本发明的视觉云台能够通过无线发射器将图像信号传递到地面上的无线接收器中，操作人员可以通过地面上的显示器进行对电力钢管杆塔的巡检工作。由于攀爬机器人运动稳定性好，视觉云台捕捉到的画面质量较高，能够使巡检工作能够在攀爬机器人运动时即可进行，缩短了通过机器人进行巡检工作的时间。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用直线导杆式的运动方式并采用电磁铁吸盘进行吸附攀爬，其整体控制简单，移动速度较快。在移动过程中，攀爬机器人整体的重心偏移量小，运动稳定，当负载有重物进行移动时，重物对机器人的冲击较小，具有很好的稳定性。

附图说明

图1为本发明的电力钢管杆塔攀爬机器人的结构示意图；

图2为本发明的伸缩机构的结构示意图。

图中：10-前机座；20-后机座；30-曲轴连杆机构；31-曲轴；32-连杆；40-导杆；50-吸附足架；51-支撑架；52-电磁铁吸盘；61-外杆体；62-内杆体；63-联动轴；64-偏心轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

请参照图1，一种电力钢管杆塔攀爬机器人，包括一前一后间隔设置的前机座10和后机座20，两个机座的顶部通过曲轴连杆机构30连接在一起，曲轴连杆机构30的曲轴31与设置在后机座20内的电机连接，曲轴31在电机的带动下做圆周运动，曲轴连杆机构30的连杆32与前机座10活动连接。

两个机座的侧面通过两个平行的导杆40连接在一起，导杆40的一端与后机座20固定连接，导杆40的另一端与前机座10滑动连接。在曲轴连杆机构30的带动下，导杆40和前机座10之间可以相对滑动。导杆40的运动方向和曲轴连杆机构30的运动方向一致，在曲轴连杆机构30运动时，导杆40能随着曲轴连杆机构30的运动而与前机座10做相对的往复运动。导杆40的长度能够满足当曲轴连杆机构30处于最长位置时，导杆40不会从前机座10中滑出。此外，导杆40与前机座10接触的位置能够承受后机座20以及其上面的其它构件的重量。显然，在本发明的其它实施例中，导杆40还可以与前机座10固定连接，与后机座20滑动连接。

前机座10的底部和后机座20的底部均设置有吸附足架50，两个机座分别通过伸缩机构和吸附足架50连接在一起，伸缩机构与分别设置在两个机座中的电机连接，伸缩机构在电机的带动下可以做垂直于导杆40延伸方向的往复运动，从而带动吸附足架50做垂直于导杆40延伸方向的往复运动。

吸附足架50包括支撑架51和电磁铁吸盘52，每一个支撑架51上的电磁铁吸盘52的数量为4，4个电磁铁吸盘52两两分布在攀爬机器人轴向的两端并且呈环抱状，当电磁铁吸盘52与电力钢管杆塔匹配时，4个电磁铁吸盘52能够通过环抱的方式与电力钢管杆塔接触，在攀爬机器人运动时，能够限制攀爬机器人向电力钢管杆塔延伸方向运动，防止运动时偏离方向。在本发明的其它实施例中，每一个支撑架51上的电磁铁吸盘52的数量可以是1个呈弧形的吸盘，还可以是多个与截面积较小的吸盘，用以增加电磁铁吸盘52与电力钢管杆塔之间的接触面积，增大电磁铁吸盘52与电力钢管杆塔之间的吸引力。

支撑架51和电磁铁吸盘52之间采用阻尼旋转铰链连接方式连接在一起，当电力钢管杆塔为异径圆柱外形或形状发生突变时，电磁铁吸盘52的位置可以随电力钢管杆塔形状的改变而发生变动，用以匹配电力钢管杆塔的形状，增加电磁铁吸盘52与电力钢管杆塔之间的接触面积，增大电磁铁吸盘52与电力钢管杆塔之间的吸引力。

请参照图1和图2，伸缩机构为机械式，其结构简单，对其控制较为简单，能够降低攀爬机器人自身的重量，降低攀爬机器人在攀爬过程中由于重力作用而坠落的几率。在本发明的其他实施例中，伸缩机构还可以是液压式伸缩机构。

机械式的伸缩机构包括圆柱形外杆体61、圆柱形内杆体62和偏心轴64。外杆体61的内部中空并且沿着垂直于导杆40的方向固定安装在机座上。内杆体62一端与支撑架51固定连接，此端为内杆体62的固定端；内杆体62的另一端置于外杆体61的内部，此端为内杆体62的自由端。内杆体62的自由端可以在外杆体61的内部做往复运动，内杆体62的往复运动带动吸附足架50的往复运动。

内杆体62的自由端通过联动轴63与偏心轴64活动连接，偏心轴64在与其连接的电机的带动下做旋转运动，联动轴63将偏心轴64的旋转运动转换为内杆体62的往复运动。偏心轴64的中部穿过外杆体61的侧壁，并且外杆体61通过滚动轴承和偏心轴64连接在一起。两个机座内的偏心轴64以及曲轴31分别连接不同的电机，各电机之间的转动不同步，便于分别对两个机座内的偏心轴64以及曲轴31进行控制。

电力钢管杆塔攀爬机器人还包括控制器，控制器分别与各个电机和电磁铁吸盘52电连接，控制器根据编程能够控制电机的开关以及控制电磁铁吸盘52通、断电，从而实现攀爬机器人的攀爬操作。在本发明中，控制器的主控芯片的型号是STC89C51。

电力钢管杆塔攀爬机器人还包括和控制器电连接的红外线测距模块，红外线测距模块包括型号为YHJ-200的红外线测距仪。红外线测距模块能够监测到攀爬机器人与法兰盘障碍物之间的距离，并将监测到的数据传递给控制器，控制器通过控制电机和电磁铁吸盘52将攀爬机器人的前机座10停在法兰盘障碍物之前，然后控制电机和电磁铁吸盘52进行越障操作。

为了实现电力钢管杆塔攀爬机器人的巡检功能，其还包括视觉云台以及与视觉云台电连接的无线发射器。视觉云台能够将捕捉到的图像通过无线发射器传递到底面，通过显示设备显示出图像，从而完成巡检工作。用机器人代替人工进行巡检，避免人工攀爬电力钢管杆塔的各种风险。

为了实现电力钢管杆塔攀爬机器人的悬挂安全锁的功能，其还包括机械臂，机械臂设置在前机座10上。机械臂可以将带有安全绳的安全锁悬挂到指定位置，避免人工悬挂安全锁的各种风险。

电力钢管杆塔攀爬机器人向上攀爬过程：(1)将攀爬机器人按照前机座10在上、后机座20在下的顺序放置在电力钢管杆塔上，并且两个机座之间的距离处于最近位置；(2)将电磁铁吸盘52通电，机器人在电磁铁吸盘52的作用下固定在电力钢管杆塔上；(3)将前机座10上的电磁铁吸盘52断电，前机座10上的伸缩机构在电机的带动下带动吸附足架50收缩；(4)与曲轴连杆机构30连接的电机工作，带动曲轴31做旋转运动，前机座10在曲轴连杆机构30的驱动作用和导杆40的导向作用下向上移动，直到两个机座之间的距离最大；(5)电机驱动前机座10上的伸缩机构伸展，直到吸附足架50上的电磁铁吸盘52与电力钢管杆塔接触；(6)接通前机座10上的电磁铁吸盘52的电源，电磁铁吸盘52牢牢吸附在电力钢管杆塔上；(7)将后机座20上的电磁铁吸盘52断电，后机座20上的伸缩机构在电机的带动下带动吸附足架50收缩；(8)电机带动曲轴连杆机构30工作，在曲轴连杆机构30的驱动作用和导杆40的导向作用下，后机座20向上移动，直到两个机座之间距离最小；(9)电机驱动后机座20上的伸缩机构伸展，直到吸附足架50上的电磁铁吸盘52与电力钢管杆塔接触；(10)接通后机座20上的电磁铁吸盘52的电源，电磁铁吸盘52牢牢吸附在电力钢管杆塔上。至此，完成电力钢管杆塔攀爬机器人一个运动周期，电力钢管杆塔攀爬机器人连续不断进行上述过程，可以实现电力钢管杆塔攀爬机器人的连续向上攀爬操作。

电力钢管杆塔攀爬机器人向下攀爬过程：在进行向下攀爬时，前机座10变后机座20，后机座20变前机座10，重复上述攀爬工程，即可实现向下攀爬过程。

电力钢管杆塔攀爬机器人越障过程：(1)红外线测距模块测量攀爬机器人与法兰盘障碍物之间的距离，并将测到的数据传递给控制器；(2)控制器控制前机座10停在法兰盘障碍物前并固定吸附在电力钢管杆塔；(3)控制器控制后机座20移动到与前机座10最近的位置并固定吸附在电力钢管杆塔上；(4)重复电力钢管杆塔攀爬机器人攀爬过程，即可实现越障过程。

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 (7)

1.一种电力钢管杆塔攀爬机器人，其特征在于，包括：间隔设置的两个机座，所述机座之间分别通过曲轴连杆机构(30)和导杆(40)连接，所述导杆(40)的一端与其中一个所述机座固定连接，所述导杆(40)的另一端与另一个所述机座滑动连接；

所述机座的底部均设有吸附足架(50)，所述吸附足架(50)包括支撑架(51)以及电磁铁吸盘(52)，所述支撑架(51)的顶部通过伸缩机构与所述机座连接，所述支撑架(51)的底部与所述电磁铁吸盘(52)连接。

2.根据权利要求1所述的电力钢管杆塔攀爬机器人，其特征在于，所述导杆(40)的数量为2，所述导杆(40)平行设置在所述机座两侧。

3.根据权利要求1所述的电力钢管杆塔攀爬机器人，其特征在于，所述支撑架(51)与所述电磁铁吸盘(52)的连接方式为阻尼铰链连接。

4.根据权利要求3所述的电力钢管杆塔攀爬机器人，其特征在于，每一个所述吸附足架(50)上的电磁铁吸盘(52)的数量为多个并且呈环抱状。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电力钢管杆塔攀爬机器人，其特征在于，所述伸缩机构包括外杆体(61)、与所述外杆体(61)滑动连接的内杆体(62)以及偏心轴(64)；所述外杆体(61)固定在所述机座上；所述内杆体(62)的固定端与所述支撑架(51)连接，所述内杆体(62)的自由端置于所述外杆体(61)内；所述偏心轴(64)的一端与电机连接，所述偏心轴(64)的另一端穿过所述外杆体(61)的侧壁并通过联动轴(63)与所述内杆体(62)的自由端连接。

6.根据权利要求5所述的电力钢管杆塔攀爬机器人，其特征在于，所述电力钢管杆塔攀爬机器人还包括红外线测距模块、控制器以及电机，所述控制器分别与所述红外线测距模块、所述电磁铁吸盘(52)以及电机电连接，所述曲轴连杆结构(30)的曲轴(31)以及所述伸缩机构分别与电机连接。

7.根据权利要求6所述的电力钢管杆塔攀爬机器人，其特征在于，所述电力钢管杆塔攀爬机器人还包括视觉云台以及与所述视觉云台电连接的无线发射器。