CN109131624B - 一种多自由度的越障爬杆装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多自由度的越障爬杆装置，包括爬杆躯干和上下间隔设置的两个抱箍机构，所述爬杆躯干包括自下而上依次连接的第一摆动机构、第一转向器、第一扭动机构、伸缩器、第二扭动机构、第二转向器、以及第二摆动机构，所述抱箍机构包括用于合抱杆身的两个抱箍半体，其中，各所述抱箍半体包括抱箍臂架、内抱爪、外抱爪、以及外抱爪伸缩器，其中，各所述抱箍半体由抱箍伺服电机控制其打开角度，其中，所述抱箍机构的两个抱箍半体连接至抱箍俯仰机构的中心转子上，能够同步俯仰运动。在本发明中，爬杆躯干能够扭转，并且抱箍机构能够俯仰调整抱杆角度，二者相互配合，不仅能够越障、而且还可以适应弯杆、枝丫杆等复杂爬杆工况。

Description

一种多自由度的越障爬杆装置
技术领域
本发明涉及电力作业工具，尤其涉及一种多自由度的越障爬杆装置。
背景技术
电力工作者经常进行电线电缆的架设、维修和维护等高空作业，该项作业危险度高、劳动强度大且效率较低。
爬杆装置可替代人工登杆进行危险作业。爬杆机械人按照爬杆方式分为尺蠖式和滚轮式。滚轮式爬杆的主要特点是通过滚轮主动施加对圆柱杆的正压力，由此产生摩擦力克服重力。尺蠖式爬杆的主要特点是上下端交替夹紧放松，通过连接部分的移动或旋转实现攀爬。
在爬杆过程中，通常会遇到附着在圆柱杆上的构件，例如横担，对爬杆形成阻碍，影响爬杆装置的正常应用。
另外，还有一些异形杆件，例如带枝丫的杆件、弯杆等，现有的爬杆装置只能适应直杆件，无法适应特殊的工况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多自由度的越障爬杆装置，以实现越障爬杆功能。
为此，本发明提供了一种多自由度的越障爬杆装置，包括爬杆躯干和上下间隔设置的两个抱箍机构，所述爬杆躯干包括自下而上依次连接的第一摆动机构、第一转向器、第一扭动机构、伸缩器、第二扭动机构、第二转向器、以及第二摆动机构，所述抱箍机构包括用于合抱杆身的两个抱箍半体，其中，各所述抱箍半体包括抱箍臂架、内抱爪、外抱爪、以及外抱爪伸缩器，其中，各所述抱箍半体由抱箍伺服电机控制其打开角度，其中，所述抱箍机构的两个抱箍半体连接至抱箍俯仰机构的中心转子上，能够同步俯仰运动。
进一步地，上述越障爬杆装置还包括夹持机械臂，用于夹持电力工具，所述夹持机械臂连接至第一摆动机构或第二摆动机构上。
进一步地，上述第一摆动机构、第一转向器、第一扭动机构、第二扭动机构、第二转向器、以及第二摆动机构均包括呈扁平块状的定子壳体和中心转子。
进一步地，上述中心转子由设置在所述定子壳体上的伺服电机驱动。
进一步地，上述第一转向器和第二转向器均呈水平置放姿态，所述第一摆动机构、第一扭动机构、第二扭动机构和第二摆动机构均呈竖直放置姿态。
在本发明中，爬杆躯干能够扭转，并且抱箍机构能够俯仰调整抱杆角度，二者相互配合，不仅能够越障、而且还可以适应弯杆、枝丫杆等复杂爬杆工况。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明一实施例的越障爬杆装置从一视角观看的立体结构图；
图2是根据本发明一实施例的越障爬杆装置从另一视角观看的立体结构图；
图3是根据本发明一实施例的越障爬杆装置的抱箍从一视角观看的结构示意图；
图4是根据本发明一实施例的越障爬杆装置的抱箍从另一视角观看的结构示意图；
图5是根据本发明另一实施例的越障爬杆装置从一视角观看的立体结构图；
图6是根据本发明另一实施例的越障爬杆装置从另一视角观看的立体结构图；
图7是根据本发明的越障爬杆装置在正常爬杆状态的结构示意图；
图8示出了根据本发明的越障爬杆装置的越障爬杆状态一，其中上抱箍松开；
图9示出了根据本发明的越障爬杆装置的越障爬杆状态二，其中伸缩器伸出；
图10示出了根据本发明的越障爬杆装置的越障爬杆状态三，其中上抱箍抱紧；
图11示出了根据本发明的越障爬杆装置的越障爬杆状态四，其中下抱箍松开；
图12示出了根据本发明的越障爬杆装置在完全越障后的状态。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1至图12示出了根据本发明的一些实施例。
在一实施例中，结合参照图1至图5，本越障爬杆装置包括爬杆躯干10、上下间隔设置的第一抱箍机构21和第二抱箍机构22。
本爬杆躯干为多关节躯干，用于形成尺蠖式运动。第一抱箍机构21和第二抱箍机构22用于在尺蠖式运动中交替抱杆。
该爬杆躯干自下而上依次为第一摆动机构11、第一转向器12(也称为腰部转向器)、第一扭动机构13、伸缩器14、第二扭动机构15、第二转向器16(也称为颈部转向器)、以及第二摆动机构17。
第一抱箍机构21和第二抱箍机构22的结构相同，第一抱箍机构21包括用于对杆件形成合抱的两个抱箍半体。这两个抱箍半体分别由抱箍伺服电机控制其打开角度。
如图3和图4所示，抱箍半体包括抱箍臂架211、内抱爪212、外抱爪213、以及外抱爪伸缩器214。
其中，抱箍臂架211呈丫型结构，其第一端与第一摆动机构11连接，第二端连接内抱爪212，第三端连接外抱爪伸缩器214，该外抱爪214由外抱爪伸缩器214驱动、相对于内抱爪212作伸缩运动。该外抱爪伸缩器214由伸缩器电机215驱动。
其中，内抱爪212和外抱爪213呈弧形，且外抱爪的弧长大于内抱爪的弧长，例如外抱爪的弧长为πr/2，内抱爪的弧长为πr/4，其中r为设定抱杆半径。
如图1、图2和图5所示，第一摆动机构11整体呈扁平块状，包括呈扁平块状的定子壳体112和中心转子113，其中，所述定子壳体112上设有伺服电机111，伺服电机111与所述中心转子113之间通过齿轮啮合传动。
第一摆动机构11整体呈竖直放置姿态，其中心转子113绕水平轴线能够正反向偏转，抱箍臂架211连接至中心转子113上，由中心转子113带动抱箍机构、整体作上下摆动。
第二摆动机构17与第一摆动机构11的结构相同，在此不作赘述。
如图1、图2和图5所示，第一转向器12整体呈扁平块状，包括定子壳体122和中心转子123，其中，所述定子壳体上设有伺服电机121，伺服电机121与所述中心转子123之间通过齿轮啮合传动。
该第一转向器12整体呈水平置放姿态，该中心转子123围绕竖直轴线在水平面内转动，第一摆动机构11的定子壳体112固定连接至第一转向器12的定子壳体122上，由伺服电机121驱动中心转子123转向。
第二转向器16与该第一转向器12的结构相同，在此不作赘述。
如图1、图2和图5所示，该第一扭动机构13包括呈扁平块状的定子壳体132、中心转子133、以及与中心转子133连接的安装座134，其中，所述定子壳体132上设有伺服电机131，该伺服电机131与中心转子133之间通过齿轮啮合传动。
该第一扭动机构13的放置姿态与第一摆动机构11相同。
第二扭动机构15的结构可与第一扭动机构13的结构相同，也可与第一扭动机构13的结构有差异：第二扭动机构的定子壳体上不设置伺服电机，由手动调节中心转子相对于定子壳体的转动角度。
伸缩器14固定连接至第一扭动机构13的安装座134上，伸缩器14的伸缩杆端连接至第二扭动机构的中心转子，该伸缩器14由伸缩器电机驱动，实现爬杆躯干的伸缩运动。
在本实施例中，第二摆动机构17、第一摆动机构11、第一扭动机构和第二扭动机构的放置姿态相同，均为竖直放置，第一转向器12和第二转向器16的放置姿态相同，均为水平放置，这样布置的好处是：伺服电机有宽裕的安置空间，爬杆躯干具有较大的活动变形量。
在本实施例中，爬杆躯干可以绕竖直方向(Z轴)转动、在竖直平面内活动变形，第一抱箍机构和第二抱箍机构可以相对打开，俯仰调整，以适应各种复杂工况。
在另一实施例中，如图6所示，本越障爬杆装置上还设有夹持机械臂31，用于夹持多种电力工具。该夹持机械臂31安装在第二摆动机构的定子壳体上，也可以安装在第一摆动机构的定子壳体上。
在一实施例中，带电作业人员在地面用遥控器操控本越障爬杆装置的爬杆动作，具有操控简单的优点。
图7至图12示出了本越障爬杆装置的越障爬杆工作过程。
如图7所示，越障爬杆装置在圆柱杆100上处于爬杆状态，第一抱箍机构21和第二抱箍机构22均呈抱杆状态，该越障爬杆装置上安装有夹持机械臂31，该夹持机械臂31夹持有杆状工件200，此时还未遇到障碍物101。由于各抱箍机构设有外抱爪伸缩器，因此可以适应不同杆径变化。
如图8所示，越障爬杆装置在圆柱杆100上遇到障碍物101，位置在上的第二抱箍机构22脱离杆身，位置在下的第一抱箍机构21处于抱杆状态。
如图9所示，越障爬杆装置的伸缩器14作动，伸缩杆伸出，使得第一抱箍机构21越过障碍物101。
如图10所示，越障爬杆装置的第一抱箍机构21进行抱杆动作，外抱爪伸缩器收缩，实现对杆身的抱紧。
如图11所示，越障爬杆装置的第二抱箍机构22解除抱紧状态，具体地，外抱爪伸缩器伸出，外抱爪远离杆身。
重复图9至图11所示的尺蠖式爬杆动作，直到第一抱箍机构21遇到障碍物101，此时第一抱箍半体和第二抱箍半体向外张开，实现对障碍物的避让。此外，还可以使第一摆动机构驱动第一抱箍机构俯仰运动和/或爬杆躯干的扭动，实现对障碍物的避让。最终第一抱箍机构和第二抱箍机构均处于障碍物之上的正常爬杆状态。
在本发明中，爬杆躯干能够扭转，并且抱箍机构能够俯仰调整抱杆角度，二者相互配合，不仅能够越障、而且还可以适应弯杆、枝丫杆等复杂爬杆工况。
本发明具有以下效果：1)可适应不同直径的电杆；2)可替代人工登杆进行危险作业；3)能越过电杆上各种障碍物；4)可携带多种带电作业工具。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (2)

1.一种多自由度的越障爬杆装置，包括爬杆躯干（10）和上下间隔设置的两个抱箍机构，
所述爬杆躯干（10）包括自下而上依次连接的第一摆动机构（11）、第一转向器（12）、第一扭动机构（13）、伸缩器（14）、第二扭动机构（15）、第二转向器（16）、以及第二摆动机构（17），
所述第一摆动机构（11）、第一转向器（12）、第一扭动机构（13）、第二扭动机构（15）、第二转向器（16）、以及第二摆动机构（17）均包括呈扁平块状的定子壳体和中心转子，
所述中心转子由设置在所述定子壳体上的伺服电机驱动，
所述第一转向器（12）和第二转向器（16）均呈水平置放姿态，所述第一摆动机构（11）、第一扭动机构（13）、第二扭动机构（15）和第二摆动机构（17）均呈竖直放置姿态，
所述抱箍机构包括用于合抱杆身的两个抱箍半体，其中，各所述抱箍半体包括抱箍臂架、内抱爪、外抱爪、以及外抱爪伸缩器，其中，各所述抱箍半体由抱箍伺服电机控制其打开角度，
其中，所述抱箍机构的两个抱箍半体连接至第一摆动机构（11）和第二摆动机构（17）的中心转子上，能够同步俯仰运动。
2.根据权利要求1所述的多自由度的越障爬杆装置，其特征在于，还包括夹持机械臂（31），用于夹持电力工具，所述夹持机械臂连接至第一摆动机构（11）或第二摆动机构（17）上。
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