CN110271620A - 一种可控制作业的轮式爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可控制作业的轮式爬杆机器人，包括机架，其为水平设置的等腰梯形框架；框架的较长边的外侧壁水平固接有两个架杆，两个架杆沿框架的中心线对称；每个架杆的悬空端固接有一个所述行进电机，且两个行进电机同轴线；框架中，与较长边平行的较短边的下端中部固接有一个万向轮；两个机械臂，每个机械臂上分别安装有一个动爬杆轮，动爬杆轮的轴向与机械臂的延伸方向相同；机械手，其通过位移单元安装于机架上端。本发明所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，能够在爬杆时稳固的将杆抱紧，也能提供较大动力。通过竖直位移单元和水平位移单元，可满足机械手在作业时的位移要求；同时，通过作业气缸能够完成机械手在作业时的伸缩需求。

Description

一种可控制作业的轮式爬杆机器人

技术领域

本发明属于高空作业设备领域，尤其是涉及一种爬杆机器人。

背景技术

随着现代城市建设步伐越来越快，城市中矗立着许多集实用性、美观性于一体的市政、商业工程，诸如电线杆、路灯杆、广告牌立柱等，它们一般高在5--30米，由于常年受风沙影响，表面积累了一层厚厚的尘沙层，或是由于雨水冲刷、空气中的酸性物质腐蚀，这些建筑需要定期清洁。清洁分为两种，人工清洗和高压水枪清洗，但是这些方式都有劳动强度大、成本高的弊端。尤其是电线杆的电力维修、维护等高空作业，人工操作危险性极高。而随着近些年机器人的发展，爬杆机器人应运而生。

目前市场上现有爬杆机器人一般速度较慢，稳定性较差，工作效率低下。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可控制作业的轮式爬杆机器人，以解决现有技术中，爬杆机器人速度较慢，稳定性较差，工作效率低下的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可控制作业的轮式爬杆机器人，包括机架，其下端安装有行进电机，行进电机的主轴上固接有行进轮；两个固定电机，其安装于机架上，且相对于机架的中心线对称；每个固定电机的电机轴上分别固接有一个定爬杆轮，两个定爬杆轮的轴线水平方向所成角度为锐角；两个机械臂，其分别通过一个竖直设置的支柱与机架的上端水平转动连接；每个机械臂上分别安装有一个旋转电机，旋转电机的电机轴上安装有动爬杆轮，动爬杆轮的轴向与机械臂的延伸方向相同；每个机械臂配有一个驱动缸，驱动缸的活塞杆与机械臂水平铰接，驱动缸的缸体端部通过支架与机架水平铰接；机械手，其通过位移单元安装于机架上端。

进一步，所述机架包括一个框架，框架为水平设置的等腰梯形结构；框架的较长边的外侧壁水平固接有两个架杆，两个架杆沿框架的中心线对称；每个架杆的悬空端固接有一个所述行进电机，且两个行进电机同轴线；框架中，与较长边平行的较短边的下端中部固接有一个万向轮。

进一步，所述机架还包括两根支撑梁；两根支撑梁的一端分别固定于所述框架的较长边的上端，另一端分别固接于两个所述架杆的上端；两个所述固定电机分别固接于两根支撑梁上；两个所述支柱的下端分别安装于两根支撑梁上，且位于固定电机靠近行进电机的一侧。

进一步，所述机械臂包括高度较低的第一机械臂和高度较高的第二机械臂，两者高度差不小于第二机械臂的厚度；两个旋转电机分别固定于第一机械臂的上端和第二机械臂的下端。

进一步，每个所述支架包括水平段，其一端与一个所述支撑梁的外侧壁固接；水平段的上端固接有竖直段，所述驱动缸与竖直段铰接。

进一步，所述驱动缸为气缸，其通过软管与气瓶连接，气瓶通过固接于机架上的气瓶支架固定。

进一步，所述气瓶支架包括两根竖直固接于框架较长边上端的支杆，两根支杆的上端架设有上固梁；框架较短边的上端中部固接有一个分隔杆，分隔杆的上端与上固梁固接，且位于两根支杆之间。

进一步，所述位移单元包括竖直位移单元和水平位移单元，竖直位移单元包括两个第一同步带轮，两个第一同步带轮分别安装于所述上固梁的下端和框架较长边的上端，两个第一同步带轮之间安装有与之配合的第一同步带；水平位移单元包括与第一同步带固接的水平支架，水平支架上安装有两个第二同步带轮，两个第二同步带轮之间安装有与之配合的第二同步带，所述机械手通过固接板固接于第二同步带上。

进一步，所述机械手通过连杆安装于所述固接板上，连杆的两端分别与机械手和固接板铰接；固接板上还铰接有作业气缸，作业气缸的缸体与固接板铰接，活塞杆的端部与连杆铰接。

进一步，所述机架、支架和机械臂均由矩形不锈钢管制成；所述行进轮、定爬杆轮和动爬杆轮均为橡胶轮。

相对于现有技术，本发明所述的可控制作业的轮式爬杆机器人具有以下优势：

本发明所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，结构简单，运行稳定。通过两个动爬杆轮和两个定爬杆轮相配合，能够使本发明在爬杆时稳固的将杆抱紧；同时，也能提供较大动力，有助于本发明快速完成爬杆任务。通过竖直位移单元和水平位移单元，可满足机械手在作业时的位移要求；同时，通过作业气缸能够完成机械手在作业时的伸缩需求。

附图说明

构成本发明的一部分的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为本发明实施例所述的可控制作业的轮式爬杆机器人的轴测图；

图2为本发明实施例所述的可控制作业的轮式爬杆机器人除气瓶和位移单元的轴测图；

图3为本发明实施例所述的可控制作业的轮式爬杆机器人除气瓶、气瓶支架和位移单元的轴测图；

图4为本发明实施例所述的可控制作业的轮式爬杆机器人除位移单元后的行进状态的俯视图；

图5为本发明实施例所述的可控制作业的轮式爬杆机器人除位移单元后的行抱杆态的俯视图。

附图标记说明：

1-机架；101-框架；102-支杆；103-分隔杆；104-上固梁；105-架杆；2-支撑梁；3-水平段；31-竖直段；4-支柱；5-第一机械臂；51-第二机械臂；6-驱动缸；7-行进轮；71-定爬杆轮；72-动爬杆轮；8-行进电机；81-固定电机；82-旋转电机；9-万向轮；10-气瓶；11-水平支架；111-第一同步带；112-第二同步带；113-固接板；114-作业气缸；115-连杆；116-机械手；117-第二同步带轮；118-第一同步带轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-3，本发明提出一种可控制作业的轮式爬杆机器人，包括机架1，其下端安装有行进电机8，行进电机8的主轴上固接有行进轮7；两个固定电机81，其安装于机架1上，且相对于机架1的中心线对称；每个固定电机81的电机轴上分别固接有一个定爬杆轮71，两个定爬杆轮71的轴线水平方向所成角度为锐角；两个机械臂，其分别通过一个竖直设置的支柱4与机架1的上端水平转动连接；每个机械臂上分别安装有一个旋转电机82，旋转电机82的电机轴上安装有动爬杆轮72，动爬杆轮72的轴向与机械臂的延伸方向相同；每个机械臂配有一个驱动缸6，驱动缸6的活塞杆与机械臂水平铰接，驱动缸6的缸体端部通过支架与机架1水平铰接；机械手116，其通过位移单元安装于机架1上端。

上述机架1包括一个框架101，框架101为水平设置的等腰梯形结构；框架101的较长边的外侧壁水平固接有两个架杆105，两个架杆105沿框架101的中心线对称；每个架杆105的悬空端固接有一个上述行进电机8，且两个行进电机8同轴线；框架101中，与较长边平行的较短边的下端中部固接有一个万向轮9。两个行进电机8上的行进轮7和万向轮9形成三角形的位置布局，能够在保证本发明行进平稳的情况下，能够任意转动，也提高了本发明的灵活度。

上述机架1还包括两根支撑梁2；两根支撑梁2的一端分别固定于上述框架101的较长边的上端，另一端分别固接于两个上述架杆105的上端；两个上述固定电机81分别固接于两根支撑梁2上；两个上述支柱4的下端分别安装于两根支撑梁2上，且位于固定电机81靠近行进电机8的一侧。该结构使两个固定电机81上的定爬杆轮71先与杆体贴近，完成本发明相对于杆体的定位；之后，在机械臂抱合时，两个动爬杆轮72才与杆体的外侧壁贴紧，完成本发明抱杆的抱杆动作。

上述机械臂包括高度较低的第一机械臂5和高度较高的第二机械臂51，两者高度差不小于第二机械臂51的厚度；两个旋转电机82分别固定于第一机械臂5的上端和第二机械臂51的下端。该结构使得第一机械臂5和第二机械臂51在抱合时能够相互交错，使本发明能够适用于直径较小的杆体，增大通用性。

每个上述支架包括水平段3，其一端与一个上述支撑梁2的外侧壁固接；水平段3的上端固接有竖直段31，上述驱动缸6与竖直段31铰接。

上述驱动缸6为气缸，其通过软管与气瓶10连接，气瓶10通过固接于机架1上的气瓶支架固定。上述气瓶支架包括两根竖直固接于框架101较长边上端的支杆102，两根支杆102的上端架设有上固梁104；框架101较短边的上端中部固接有一个分隔杆103，分隔杆103的上端与上固梁104固接，且位于两根支杆102之间。气瓶10依靠框架101作为底部支撑，并在分隔杆103的两侧各放置一个气瓶10，用于保证气瓶10所储存的气量满足本发明的工作需要。气瓶10可通过束带等结构分别与支杆102与分隔杆103固定。

上述位移单元包括竖直位移单元和水平位移单元，竖直位移单元包括两个第一同步带轮118，两个第一同步带轮118分别安装于上述上固梁104的下端和框架101较长边的上端，两个第一同步带轮118之间安装有与之配合的第一同步带111；水平位移单元包括与第一同步带111固接的水平支架11，水平支架11上安装有两个第二同步带轮117，两个第二同步带轮117之间安装有与之配合的第二同步带112，上述机械手116通过固接板113固接于第二同步带112上。

其中一个第一同步带轮118与一个驱动电机传动连接；其中一个第二同步带轮117与另一个驱动电机传动连接。采用同步带轮和同步带的传动方式，能够使竖直位移单元和水平位移单元控制更加精确，不会出现打滑的情况。

上述机械手116通过连杆115安装于上述固接板113上，连杆115的两端分别与机械手116和固接板113铰接；固接板113上还铰接有作业气缸114，作业气缸114的缸体与固接板113铰接，活塞杆的端部与连杆115铰接。

上述机架1、支架和机械臂均由矩形不锈钢管制成；上述行进轮7、定爬杆轮71和动爬杆轮72均为橡胶轮。采用不锈钢管一方面减轻了本发明的重量，另一方面也能够提高了本发明的使用寿命。采用橡胶轮能够增加其与需要攀爬的杆体外侧壁的摩擦力，有助于本发明完成爬杆作业。

使用时，行进电机8带动行进轮7转动，本发明向需要攀爬的杆体靠近。在行进过程中，第一机械臂5和第二机械臂51在驱动缸6的作用下张开(如图4所示)。

当需要攀爬的杆体同时贴近两个定爬杆轮71时，在驱动缸6的作用下，第一机械臂5和第二机械臂51交错抱合(如图5所示)。此时，两个定爬杆轮71和两个动爬杆轮72同时贴紧杆体的外侧壁，并分别在固定电机81和旋转电机82的驱动下旋转，带动本发明沿杆体上升，完成爬杆动作。

爬杆到位后，在第一同步带轮118和第一同步带111的传动作用下，水平支架11按照需要完成竖直方向的升降调节，即机械手116完成竖直方向的位移；在第二同步带轮117和第二同步带112的传动作用下，固接板113带动机械手116完成水平方向的调节。

之后，作业气缸114的活塞杆伸出，推动连杆115的一端水平远离固接板113，即机械手116伸出，完成预定任务。

本发明所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，结构简单，运行稳定。通过两个动爬杆轮72和两个定爬杆轮71相配合，能够使本发明在爬杆时稳固的将杆抱紧；同时，也能提供较大动力，有助于本发明快速完成爬杆任务。通过竖直位移单元和水平位移单元，可满足机械手116在作业时的位移要求；同时，通过作业气缸114能够完成机械手116在作业时的伸缩需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (10)

1.一种可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于，包括：

机架(1)，其下端安装有行进电机(8)，行进电机(8)的主轴上固接有行进轮(7)；

两个固定电机(81)，其安装于机架(1)上，且相对于机架(1)的中心线对称；每个固定电机(81)的电机轴上分别固接有一个定爬杆轮(71)，两个定爬杆轮(71)的轴线水平方向所成角度为锐角；

两个机械臂，其分别通过一个竖直设置的支柱(4)与机架(1)的上端水平转动连接；每个机械臂上分别安装有一个旋转电机(82)，旋转电机(82)的电机轴上安装有动爬杆轮(72)，动爬杆轮(72)的轴向与机械臂的延伸方向相同；

每个机械臂配有一个驱动缸(6)，驱动缸(6)的活塞杆与机械臂水平铰接，驱动缸(6)的缸体端部通过支架与机架(1)水平铰接；

机械手(116)，其通过位移单元安装于机架(1)上端。

2.根据权利要求1所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于：所述机架(1)包括一个框架(101)，框架(101)为水平设置的等腰梯形结构；框架(101)的较长边的外侧壁水平固接有两个架杆(105)，两个架杆(105)沿框架(101)的中心线对称；

每个架杆(105)的悬空端固接有一个所述行进电机(8)，且两个行进电机(8)同轴线；框架(101)中，与较长边平行的较短边的下端中部固接有一个万向轮(9)。

3.根据权利要求2所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于：所述机架(1)还包括两根支撑梁(2)；两根支撑梁(2)的一端分别固定于所述框架(101)的较长边的上端，另一端分别固接于两个所述架杆(105)的上端；

两个所述固定电机(81)分别固接于两根支撑梁(2)上；两个所述支柱(4)的下端分别安装于两根支撑梁(2)上，且位于固定电机(81)靠近行进电机(8)的一侧。

4.根据权利要求3所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于：所述机械臂包括高度较低的第一机械臂(5)和高度较高的第二机械臂(51)，两者高度差不小于第二机械臂(51)的厚度；两个旋转电机(82)分别固定于第一机械臂(5)的上端和第二机械臂(51)的下端。

5.根据权利要求3所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于：每个所述支架包括水平段(3)，其一端与一个所述支撑梁(2)的外侧壁固接；水平段(3)的上端固接有竖直段(31)，所述驱动缸(6)与竖直段(31)铰接。

6.根据权利要求2所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于：所述驱动缸(6)为气缸，其通过软管与气瓶(10)连接，气瓶(10)通过固接于机架(1)上的气瓶支架固定。

7.根据权利要求6所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于：所述气瓶支架包括两根竖直固接于框架(101)较长边上端的支杆(102)，两根支杆(102)的上端架设有上固梁(104)；框架(101)较短边的上端中部固接有一个分隔杆(103)，分隔杆(103)的上端与上固梁(104)固接，且位于两根支杆(102)之间。

8.根据权利要求7所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于：所述位移单元包括竖直位移单元和水平位移单元，竖直位移单元包括两个第一同步带轮(118)，两个第一同步带轮(118)分别安装于所述上固梁(104)的下端和框架(101)较长边的上端，两个第一同步带轮(118)之间安装有与之配合的第一同步带(111)；

水平位移单元包括与第一同步带(111)固接的水平支架(11)，水平支架(11)上安装有两个第二同步带轮(117)，两个第二同步带轮(117)之间安装有与之配合的第二同步带(112)，所述机械手(116)通过固接板(113)固接于第二同步带(112)上。

9.根据权利要求8所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于：所述机械手(116)通过连杆(115)安装于所述固接板(113)上，连杆(115)的两端分别与机械手(116)和固接板(113)铰接；固接板(113)上还铰接有作业气缸(114)，作业气缸(114)的缸体与固接板(113)铰接，活塞杆的端部与连杆(115)铰接。

10.根据权利要求1所述的可控制作业的轮式爬杆机器人，其特征在于：所述机架(1)、支架和机械臂均由矩形不锈钢管制成；所述行进轮(7)、定爬杆轮(71)和动爬杆轮(72)均为橡胶轮。