CN109263742A - 输电杆塔攀爬机器人夹持装置及其机器人 - Google Patents

Abstract

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置涉及一种用于夹持角钢的输电塔攀爬机器人。其目的是为了提供一种能够有效夹紧角钢并能够跨越障碍的输电杆塔攀爬机器人夹持装置。本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置包括箱体、设置在箱体上的传动机构、设置在箱体外侧的用于夹持角钢的夹持机构以及夹持机构联动的顶紧机构，传动机构包括电机、由电机驱动的齿轮传动机构以及一端安装在齿轮传动机构上的传动杆，传动杆的另一端固定在夹持机构上，传动杆能够在齿轮传动机构的带动下作“S”形运动，夹持机构能够在传动杆的带动下作闭合和张开动作，以实现对角钢的夹持或松开，顶紧机构能够随着夹持机构的闭合与张开动作实现对角钢的顶紧与收回。

Description

输电杆塔攀爬机器人夹持装置及其机器人

技术领域

本发明涉及一种输电塔攀爬装置，特别是涉及一种用于夹持角钢的输电塔攀爬机器人夹持装置。

背景技术

在我国电力系统中，输电铁塔的巡检与维修大多是由人工来完成，但是人工攀爬铁塔进行检修存在一定的危险性。通常第一位检修人员要带着安全绳攀爬铁塔，然后进行安全绳的挂接，为后续攀爬人员提供安全保障。检修完毕后，最后一位工作人员还需带着安全绳下来，但是第一位和最后一位工作人员在攀爬与返回的过程是没有任何保护措施的，难免会出现人员坠落及其他危险性事件发生。针对这些问题，相关技术人员也做了大量的研究，设计出一些能够代替人工操作的铁塔攀爬机器人，但是现有的铁塔攀爬机器人在结构上都还不是很完善，且或多或少存在一些不足。例如发明名称为一种攀爬机器人的攀爬机构，公开号为CN104908835的中国专利，【参见说明书第3页，第0004段】该攀爬机构中吸盘和机械手能够灵活转换使机器人可以实现地面行走，墙壁攀爬，杆件攀爬等功能，还可使其实现杆件攀爬与墙面攀爬之间的转化。虽然这种攀爬装置可以用于输电铁塔的攀爬，但这种攀爬机构只适合攀爬铁塔上不带脚钉的角钢，对于带有脚钉和固定螺栓的角钢侧，该攀爬机构不能实现抓紧或吸附。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效夹紧角钢并能够跨越障碍的输电杆塔攀爬机器人夹持装置，本装置作为杆塔攀爬机器人的夹持装置，可以实现机器人在攀爬过程中夹紧或松开输电杆塔角钢的功能，保证机器人实现攀爬动作。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，包括箱体、设置在箱体上的传动机构、设置在箱体外侧的用于夹持角钢的夹持机构以及与所述夹持机构联动的顶紧机构，所述传动机构包括电机、由电机驱动的齿轮传动机构以及一端偏心安装在所述齿轮传动机构上的传动杆，所述传动杆的另一端固定在所述夹持机构上，所述传动杆能够在所述齿轮传动机构的带动下作“S”形运动，所述夹持机构能够在所述传动杆的带动下作闭合和张开动作，以实现对角钢的夹持或松开，所述顶紧机构能够随着所述夹持机构的闭合与张开动作实现对角钢的顶紧与收回。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其中所述齿轮传动机构包括由电机驱动的主动齿轮以及与所述主动齿轮外啮合传动的从动齿轮。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其中所述主动齿轮与所述从动齿轮具有相同的模数和齿数。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其中所述传动杆为两个，分别为第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆的一端偏心设置在所述主动齿轮上，所述第二传动杆的一端偏心设置在所述从动齿轮上，且所述第一传动杆与所述第二传动杆对称布置，所述第一传动杆能够在所述主动齿轮的带动下、所述第二传动杆能够在所述从动齿轮的带动下同步作“S”形运动。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其中所述夹持机构为对称布置的两个夹持手臂，所述箱体外侧固定安装有第一安装座，两个所述夹持手臂一端均铰接连接在所述第一安装座上，所述传动杆的另一端贯穿所述箱体后安装在所述夹持手臂上与所述夹持手臂的夹持面相对的一侧上。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其中所述箱体上开设有用于所述传动杆穿过的槽口。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其中所述夹持手臂为L形结构，所述夹持手臂包括向夹持一侧弯曲一定角度的上段、中段和与所述中段呈垂直设置的下段，所述中段上与夹持侧相对的一侧面上固定安装有第二安装座，所述传动杆的另一端安装在所述第二安装座上。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，所述顶紧机构包括推杆、导杆以及设置在推杆下方的压块，所述夹持机构上设置有滑轨，所述导杆为两个，两个所述导杆的一端均位于所述滑轨内，且所述导杆能沿所述滑轨滑动，所述导杆的另一端固定在所述推杆上，所述压块套装与所述推杆内，所述压块与所述推杆之间通过螺栓连接，所述压块能够在所述推杆内绕所述推杆的轴线作微转动以实现对角钢的精准顶紧。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其中所述箱体上与所述推杆对应的位置上开设有开口，所述开口的大小大于所述推杆的直径。

一种包括上述任一所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置的机器人。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置与现有技术不同之处在于本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，所述传动杆能够在所述齿轮传动机构的带动下作“S”形运动，所述夹持机构能够在所述传动杆的带动下作闭合和张开动作，以实现对角钢的夹持和松开，提高安全系数，避免人工操作带来的安全隐患，同时本装置当跨越障碍物例如焊接点或者脚钉时，依然能够实现对角钢的夹持与吸附，能够很好的适应铁塔复杂的工作环境。设置与夹持机构联动的顶紧机构，这两个动作同步进行保证对角钢施加的有效夹紧力，使机器人不会沿着角钢打滑。这种设计即保证了机构的紧凑度又提高了机械效率。而且在动力传输的过程中，中间结构少，精确度高。

本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置中齿轮传动机构为主动齿轮与从动齿轮的啮合传动，其传动结构简单，降低成本；主动齿轮与从动齿轮具有相同模数与齿数，是为了保证主动齿轮与从动齿轮输出的参数保持一致；传动杆包括一端连接到主动齿轮上的第一传动杆以及一端连接到从动齿轮上的第二传动杆，传动杆的另一端连接到夹持机构上，实现两侧夹持手臂同角度的张开与闭合；夹持机构为对称设置的夹持手臂，且夹持手臂交接连接到箱体外侧的第一安装座上，夹持手臂连接传动杆的另一端，实现夹持手臂的一端绕第一安装座的转动，另一端可以同角度的张开与闭合；在箱体上设置槽口，避免箱体对传动杆的运动产生干涉作用；夹持机构上设置滑轨，导杆能够沿滑轨移动，以实现导杆随夹持机构的开合而沿滑轨移动，进而带动整个顶紧机构完成顶出或收回动作；开口大于推杆直径，避免当夹持手臂张开角度时过大，推杆碰到箱体而对夹持手臂的张开动作形成阻碍作用。

下面结合附图对本发明的输电杆塔攀爬机器人夹持装置作进一步说明。

附图说明

图1为本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置的立体图；

图2为本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置的左视图；

图3为本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置的夹持手臂张开的主视图；

图4为本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置中顶紧机构的主视图。

1-电机，2-从动齿轮，3-从动轴，4-传动杆，41-第一传动杆，5-夹持手臂，51-上段，511-滑轨，512-圆孔，52-中段，53-下段，6-导杆，61-连接部分，62-导向部分，7-推杆，71-螺纹孔，8-箱体，81-槽口，82-开口，9-固定轴，10-主动齿轮，11-压块，12-螺栓，13-第二安装座，14-第一安装座，15-第三安装座，151-定位孔，152-连接孔，16-电机输出轴。

具体实施方式

本发明中，定义“夹持面”为夹持机构上用于夹持角钢的一面。

现有技术中，输电铁塔的巡检与维修大多是由人工来完成，但是人工攀爬铁塔进行检修存在一定的危险性；现有已有的一些输电塔攀爬智能设备，在其跨越障碍物例如脚钉或者焊接点时，其夹持机构无法对角钢进行吸附或者攀爬，不能实现对角钢的夹持作用，为解决上述问题，我们设计了一种输电铁塔攀爬夹持装置，其可以跨越脚钉等障碍物并对角钢进行夹紧，能够很好的适应铁塔复杂的工作环境。

如图1所示，本发明输电杆塔攀爬机器人夹持装置，包括箱体8、设置在箱体8上的传动机构、设置在箱体8外侧的用于夹持角钢的夹持机构以及与夹持机构联动的顶紧机构，传动机构包括电机1、由电机1驱动的齿轮传动机构、一端偏心安装在齿轮传动机构上的传动杆4，传动杆4的另一端贯穿箱体8后固定在夹持机构上，由于传动杆4的固定轴的位置偏心，所以传动杆4能够在齿轮传动机构的带动下作“S”形运动，这种运动形式传递的是偏心力，可以避免传动杆4在运动过程出现卡死现象，且偏心机构可以传递纵向位移，即夹持机构能够在传动杆4的带动下作闭合和张开动作，以实现对角钢的夹持和松开。当夹持机构的张开角度一定大的时候，实现脚钉等障碍物的跨越。顶紧机构能够随着夹持机构的闭合与张开动作实现对角钢的夹紧与收回。

具体地，电机1设置在箱体8的外侧，电机输出轴16伸入到箱体8内与传动机构连接。进一步优选地，箱体8采用铝材质。进一步优选地，在保证刚度的基础上，箱体8上设置有减重孔(图中未示出)，即去除一些多余的材料，以保证夹持装置本体的轻盈灵活。电机1优选为减速电机1。

优选地，如图1所示，为了便于传动杆4的动作，避免箱体8的干涉作用，箱体8上开设有槽口81。

优选地，如图1和图2所示，齿轮传动机构包括由电机1驱动的主动齿轮10以及与主动齿轮10外啮合传动的从动齿轮2。进一步优选地，主动齿轮10以及从动齿轮2设置在箱体8内。具体地，主动齿轮10固定套装在电机输出轴16上，箱体8内固定安装有从动轴3，从动齿轮2套装在从动轴3上其能够相对从动轴3转动，主动齿轮10与从动齿轮2均为标准齿轮。

进一步优选地，为了保证主动齿轮10与从动齿轮2的输出参数保持一致，主动齿轮10与从动齿轮2采用相同的模数和齿数。

优选地，如图1所示，传动杆4为两个，分别为第一传动杆41和第二传动杆(图中未示出)，第一传动杆41的一端偏心设置在主动齿轮10上，第二传动杆的一端偏心设置在从动齿轮2上，且第一传动杆41与第二传动杆对称布置，第一传动杆41能够在主动齿轮10的带动下、第二传动杆能够在从动齿轮2的带动下同步作“S”形运动。具体地，主动齿轮10上以及从动齿轮2上设置有对称布置的固定轴9，固定轴9均在主动齿轮10以及从动齿轮2上偏心安装，第一传动杆41以及第二传动杆的一端均固定套装到固定轴9上，以实现第一传动杆41随主动齿轮10、第二传动杆随从动齿轮2的运动。进一步地，固定轴9上安装有轴承(图中未示出)，以减少对固定轴9的磨损，保证运动的精度。

进一步优选地，固定轴9呈对称布置，且第一传动杆41与第二传动杆也对称设置，其目的是为了确保第一传动杆41与第二传动杆运动的同步性，从而保证夹持机构的闭合与张开角度的一致性。

优选地，如图1结合图3所示，夹持机构为对称布置的两个夹持手臂5，箱体8外侧固定安装有对称布置的两个第一安装座14，两个夹持手臂5的一端分别铰接连接到两个第一安装座14上，传动杆4的另一端贯穿箱体8后安装在夹持手臂5上与夹持手臂5的夹持面相对的一侧上。

进一步优选地，如图3所示，夹持手臂5为L形结构，夹持手臂5包括向夹持一侧弯曲一定角度的上段51、中段52和与中段52呈垂直设置的下段53，上段51设置有滑轨511，中段52上与夹持侧相对的一侧面上固定安装有第二安装座13，传动杆4的另一端安装在第二安装座13上。下段53与中段52呈垂直设置，便于对角钢的夹持定位。

进一步优选地，如图3所示，上段51为连接板，一个夹持手臂5上有相对设置的两个连接板。第一安装座14包括一对支撑耳板。具体地，一对支撑耳板之间留有一定间隔，支撑耳板上开设有轴孔，连接板的一端也开设有与所述轴孔大小相同且同心的圆孔512，连接板卡入到上述间隔内，并通过贯穿到轴孔与圆孔内的销轴以及与销轴一端相配合使用的销钉，实现夹持手臂5绕销轴的转动，进而实现夹持手臂5的开合动作。如图所示的，只需要四根销轴与四根销钉配合使用即可。

进一步优选地，第二安装座13为相对设置的一对安装耳板，传动杆4的另一端与安装耳板通过销轴铰接连接。

进一步优选地，为了降低控制精度以及增大角钢与夹持手臂5之间的摩擦系数，使得夹持更加牢靠，下段53上设置有橡胶垫。

优选地，如图4所示，还包括顶紧机构，顶紧机构包括推杆7、导杆6以及设置在推杆7下方的压块11，导杆6为两个，两个导杆6的一端分别位于两个夹持手臂5的滑轨511内，且导杆6能够随着夹持手臂5的开合动作沿滑轨511滑动，导杆6的另一端固定在推杆7上，压块11套装于推杆7内，压块11与推杆7之间通过螺栓12连接，压块11能够在推杆7内绕推杆7的轴线作小角度的转动，以实现压块11对准角钢。压块11的形状与夹持角钢的形状相适配。

进一步优选地，为了实现压块11通过自调节实现对角钢的精准定位，推杆7上与压块11的连接处开设有周向方向的螺纹孔71，螺纹孔71内放置有螺栓12，螺纹孔71沿周向方向的长度大于螺栓的直径，且不超过两倍的螺栓12直径，以防压块前端的90度开口转出与角钢面的接触范围，当出现夹持误差时，压块11可以通过摆动一定的角度来寻找角钢的棱角并顶紧。但压块11转动的过程中并不影响定位精度与顶紧力，因它的转动轴线与推杆7轴线共线，不产生其他方向的分力。

进一步优选地，螺栓12与螺纹孔71之间有一定的摩擦力，是为了防止压块11的自由转动，使其可以在不受外力的情况下保持与角钢对准的状态。

进一步优选地，导杆6包括连接部分61以及相对连接部分61垂直设置的导向部分62，连接部分61的一端固定到推杆7上，导向部分62与滑轨511的内表面为相切配合。进一步优选地，为了便于导杆6沿滑轨511的移动，减小摩擦系数提高机械效率，将导向部分62设计成为圆柱状。

进一步优选地，推杆7上安装有第三安装座15，第三安装座15为空心座，连接部分61插入固定到第三安装座15内。具体地，第三安装座15上开设有三个连接孔152，中间的一个连接孔152为定位孔151，其余两个连接孔152起顶紧作用，安装时，将连接部分61插入到第三安装座15内，通过三个连接孔152实现对连接部分61的定位以及顶紧作用，确保导杆6的上表面与第三安装座15的上表面平行，从而使得夹持机构开合传递到顶紧机构的移动距离才最大，可以提高效率，且能避免其他方向的分力对结构的不良影响。

进一步优选地，为了防止夹持手臂5张开角度时过大，推杆7碰到箱体8，使箱体8对夹持手臂5的张开动作形成阻碍作用，在箱体8上与推杆7对应的位置上开设有开口82，开口82的大小大于推杆7的直径。

进一步优选地，为了进一步减轻本装置的整体重量，将推杆7设计成为空心管。

本发明的动作过程为：初始状态时，夹持手臂5夹持在角钢上，启动电机1，电机输出轴16带动主动齿轮10顺时针转动，主动齿轮10带动从动齿轮2逆时针转动，进而，第一传动杆41与第二传动杆开始随主动齿轮10与从动齿轮2的运动作“S”形运动，第一传动杆41拉动与第二传动杆拉动夹持手臂5开始张开动作，导杆6随着夹持手臂5的张开动作开始沿上段51的滑轨511向着远离中段52的方向滑动，进而带动顶紧机构松开角钢，完成收回动作。当攀爬过程中遇到脚钉等障碍物时，控制夹持手臂5的张开角度，使其角度张开到一定程度，即可实现对脚钉等障碍物的跨越；继续攀爬动作，电机输出轴16带动主动齿轮10逆时针转动，主动齿轮10带动从动齿轮2顺时针转动，夹持手臂5在第一传动杆41以及第二传动杆在拉动下开始闭合动作，导杆6开始沿上段51的滑轨511向着靠近中段52的方向滑动，带动推杆7以及压块11向着角钢的方向运动，当夹持手臂5夹紧角钢时，推杆7前端的压块11也顶紧在角钢的棱上，起到定位及固定夹持机构的功能。上述动作过程中，传动杆4运动的过程中带动对称夹持手臂张合，进而带着顶紧机构完成顶紧与收回的动作。夹持手臂的开合是主动的，顶紧机构的后退和顶紧是被动的。

本发明中，机器人在攀爬过程中为了让夹持手臂在张开时能够避开脚钉且不触碰箱体，我们需要对夹持手臂的张开最大角度和步幅进行控制，由于脚钉在角钢上是等间距交错存在的，同侧两根脚钉最小间隔98cm，异侧脚钉最小间隔49cm，脚钉长度均匀为15cm,由于角钢均为90度且脚钉一般位于角钢侧面的中间位置，所以夹持手臂的最大张开角度应该控制在160-180度范围内，步幅为60cm/步。

本发明由减速电机直接驱动一对标准齿轮一起安装在箱体8内，标准齿轮上偏心安装的传动杆4随着齿轮转动做S形曲线运动，这种设计即保证了机构的紧凑度又提高了机械效率。而且在动力传输的过程中，中间结构少，精确度高。

本发明中，夹持装置可以实现沿着角钢稳定移动、跨越障碍物，自动跨越转角的功能。

本发明中还包括使用上述所述夹持装置的一种机器人，利用该夹持装置的攀爬机器人可以最先爬上输电铁塔并代替人工进行防坠装置的固定，保证人工在攀爬铁塔的时候有安全保障。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其特征在于：包括箱体(8)、设置在箱体(8)上的传动机构、设置在箱体(8)外侧的用于夹持角钢的夹持机构以及与所述夹持机构联动的顶紧机构，所述传动机构包括电机(1)、由电机(1)驱动的齿轮传动机构以及一端偏心安装在所述齿轮传动机构上的传动杆(4)，所述传动杆(4)的另一端固定在所述夹持机构上，所述传动杆(4)能够在所述齿轮传动机构的带动下作“S”形运动，所述夹持机构能够在所述传动杆(4)的带动下作闭合和张开动作，以实现对输电杆塔角钢的夹持或松开，所述顶紧机构能够随着夹持机构的闭合与张开动作实现对所述角钢的顶紧与收回。

2.根据权利要求1所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其特征在于：所述齿轮传动机构包括由电机(1)驱动的主动齿轮(10)以及与所述主动齿轮(10)外啮合传动的从动齿轮(2)。

3.根据权利要求2所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其特征在于：所述主动齿轮(10)与所述从动齿轮(2)具有相同的模数和齿数。

4.根据权利要求2或3所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其特征在于：所述传动杆(4)为两个，分别为第一传动杆(41)和第二传动杆，所述第一传动杆(41)的一端偏心设置在所述主动齿轮(10)上，所述第二传动杆的一端偏心设置在所述从动齿轮(2)上，且所述第一传动杆(41)与所述第二传动杆对称布置，所述第一传动杆(41)能够在所述主动齿轮(10)的带动下、所述第二传动杆能够在所述从动齿轮(2)的带动下同步作“S”形运动。

5.根据权利要求1所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其特征在于：所述夹持机构为对称布置的两个夹持手臂(5)，所述箱体(8)外侧固定安装有第一安装座(14)，两个所述夹持手臂(5)一端均铰接连接在所述第一安装座(14)上，所述传动杆(4)的另一端贯穿所述箱体(8)后安装在所述夹持手臂(5)上与所述夹持手臂(5)的夹持面相对的一侧上。

6.根据权利要求5所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其特征在于：所述箱体(8)上开设有用于所述传动杆(4)穿过的槽口(81)。

7.根据权利要求5所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其特征在于：所述夹持手臂(5)为L形结构，所述夹持手臂(5)包括向夹持一侧弯曲一定角度的上段(51)、中段(52)和与所述中段(52)呈垂直设置的下段(53)，所述中段(52)上与夹持侧相对的一侧面上固定安装有第二安装座(13)，所述传动杆(4)的另一端安装在所述第二安装座(13)上。

8.根据权利要求1所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其特征在于：所述顶紧机构包括推杆(7)、导杆(6)以及设置在推杆(7)下方的压块(11)，所述夹持机构上设置有滑轨(511)，所述导杆(6)为两个，两个所述导杆(6)的一端均位于所述滑轨(511)内，且所述导杆(6)能沿随着所述夹持机构的闭合与张开动作沿所述滑轨(511)滑动，所述导杆(6)的另一端固定在所述推杆(7)上，所述压块(11)套装与所述推杆(7)内，所述压块(11)与所述推杆(7)之间通过螺栓(12)连接，且所述压块(11)能够在所述推杆(7)内绕所述推杆(7)的轴线作微转动以实现对角钢的精准顶紧。

9.根据权利要求8所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置，其特征在于：所述箱体(8)上与所述推杆(7)对应的位置上开设有开口(82)，所述开口(82)的大小大于所述推杆(7)的直径。

10.一种机器人，其特征在于：所述机器人包括上述权利要求1-9任一所述的输电杆塔攀爬机器人夹持装置。