CN110316271A - 连续行走式爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续行走式爬杆机器人，包括呈中空结构的壳体，所述壳体的一侧设有卡入口，所述壳体内设有至少一组自适应行走机构，所述壳体的上下两端设有夹紧机构；所述自适应行走机构包括沿壳体周向均匀分布的轴架，所述轴架的一端通过转轴安装有滚轮，另一端以可转动方式支撑在壳体上，且轴架与壳体之间设有弹性元件，在所述弹性元件的作用下，各所述轴架上的滚轮合围形成夹持空间，该夹持空间在正对卡入口的位置形成嵌入端口。可与依附的杆状物体大小自适应，并达到连续行走或夹紧操作的目的，具有较高的工作效率和安全系数，构思巧妙，结构新颖，可靠性极高。

Description

连续行走式爬杆机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种连续行走式爬杆机器人。

背景技术

随着科技的不断进步，机器人被设计开发并应用到各行各业，爬杆机器人被用于克服重力，主要依附于电线杆、管道等物体上，达到清洁或载人检修等目的，提高工作效率等，同时降低操作人员劳动强度，具有良好的市场前景，然而现有爬杆机器人基本为气源动力的蠕动式结构，其行走较为缓慢，同时，行走过程中通常难以适应依附物体大小变化，当电线杆的直径变小时，则需对夹紧装置进行调节后方可继续行走，如在未知情况下，很可能导致机器人脱落的意外发生。

发明内容

为解以上技术问题，本发明提供了一种连续行走式爬杆机器人，以提高机器人行走速度，同时可与依附物体大小自适应，进一步提高工作安全系数。

其技术方案如下：

一种连续行走式爬杆机器人，其关键在于：包括呈中空结构的壳体，所述壳体的一侧设有卡入口，所述壳体内设有至少一组自适应行走机构，所述壳体的上下两端设有夹紧机构；

所述自适应行走机构包括沿壳体周向均匀分布的轴架，所述轴架的一端通过转轴安装有滚轮，另一端以可转动方式支撑在壳体上，且轴架与壳体之间设有弹性元件，在所述弹性元件的作用下，各所述轴架上的滚轮合围形成夹持空间，该夹持空间在正对卡入口的位置形成嵌入端口。

采用以上结构，主要通过自适应行走机构，实现夹持克服重力，防止机器人掉落，同时可连续行走，从而实现机器人的连续行走，并且通过弹性元件，使得行走机构与依附物体的大小自适应，防止依附物体直径大小突变时，导致行走受阻或掉落等意外发生，当机器人停止行走时，则可依靠夹紧装置保持机器人在依附物上的稳定性，进一步提高机器人工作可靠性。

作为优选：所述壳体内在靠近其高度方向的中部位置设有分隔板，所述自适应行走机构有两组，并对称设置在该分隔板上下两侧。采用以上结构，可进一步提高行走机构的夹持力，使其可较为紧密的依附在杆体上，同时因为对称设置，相对而言，下部的行走机构还可为整体提供一定的支撑力，有利于降低下坠风险。

作为优选：所述轴架的一端通过铰接座安装在分隔板上，所述弹性元件为扭簧，所述扭簧的两端分别固定在轴架和铰接座上。采用以上方案，便于提高轴架的安装效率，同时以扭簧作为弹性元件，可相对降低生产成本。

作为优选：每组所述自适应行走机构中，靠近所述卡入口进口两侧的两个轴架均设有导向板，所述导向板向外倾斜延伸，两个导向板呈“八”字型分布。采用以上方案，便于使机器人快速卡附至杆状物体上，操作相对轻松省力。

作为优选：所述夹紧机构包括至少一组卡爪和驱动卡爪夹紧或松开的夹紧气缸，每组卡爪有两个，对称设置于所述卡入口两侧，所述卡爪靠近卡入口的一侧具有呈弧状的配合面。采用以上方案，通过夹紧气缸控制卡爪的伸缩，有利于提供较大的夹持力度，同时具有更良好的可靠性，其结构简单，便于实现。

作为优选：所述滚轮配置有轮毂电机。采用以上结构，可相对简化滚轮的驱动结构，减轻壳体整体重量，只需对滚轮进行供电即可使机器人连续行走。

作为优选：每组所述自适应行走机构包括三个呈等腰三角形分布的轴架，其中中间一个转轴的两端均通过万向节分别与另外两个转轴相连，且中间一个转轴上的滚轮配置有轮毂电机。采用万向节将转轴连接一体，这样每组自适应行走机构中只需一个转轴转动即可带动另外两个滚轮转动，有利于进一步减轻整体重量，且保证各滚轮同步行走。

作为优选：所述壳体上设有挂载座位。采用以上结构，可利用挂载座位载人或载物，满足多种高空作业需求。

作为优选：所述壳体底部对称设置有弹簧缓冲座。采用以上方案，当机器人着地时，弹簧缓冲座可为其提供一定的缓冲力，防止硬着地，对其造成损伤，有利于延长其使用寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

采用以上技术方案的连续行走式爬杆机器人，可与依附的杆状物体大小自适应，并达到连续行走或夹紧操作的目的，具有较高的工作效率和安全系数，构思巧妙，结构新颖，可靠性极高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的内部结构示意图；

图4为行走电机驱动滚轮结构示意图；

图5为滚轮安装结构示意图；

图6为采用压簧作为弹性元件的安装结构示意图；

图7为另一种夹持机构的结构示意图；

图8为转轴连接结构示意图；

图9为万向节结构示意图；

图10为本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参考图1至图10本发明的连续行走式爬杆机器人，其主要包括大体呈中空圆柱状结构的壳体1，壳体1的一侧具有沿其长度方向设置的卡入口10，卡入口10贯穿壳体1的两端，卡入口10的横截面呈扇形，其底部具有弧形段，以便于与杆状物体外壁相互贴合卡紧，壳体1内设有至少一组自适应行走机构2，自适应行走机构2主要具有带动机器人整体移动的行走能力，同时还可提供一定的夹持能力，使其依附于杆状物体上，克服重力的攀爬移动，壳体1的上下两端均设有夹紧机构3，夹紧机构3主要用于夹紧机器人所依附的杆状物体，使机器人的位置保持不动。

本申请中的自适应行走机构2主要包括沿壳体1周向均匀分布的轴架20，轴架20的一端通过转轴21安装有滚轮22，其中转轴21以可转动方式支撑于轴架20上，而滚轮22固套在转轴21上，轴架20的另一端以可转动方式支撑在壳体1上，并且轴架20和壳体1之间设有弹性元件，在弹性元件的作用下，轴架20远离弹性元件的一端则相互靠拢，相应的各滚轮22合围形成一个夹持空间，而根据其布置结构，该夹持空间在正对卡入口10的位置成型有嵌入端口，以便于杆状物体进入夹持空间内。

参考图1和图6，本实施例中壳体1内中部设有分隔板11，分隔板11与壳体1的端面平行设置，在分隔板11的上下两侧均设有自适应行走机构2，且上下两组自适应行走机构2对称设置，如图所示，轴架20呈板状结构，均通过铰接座110以可转动方式与分隔板11固定连接，弹性元件为扭簧111，扭簧111的两端分别挂接在轴架20和铰接座110上，此外根据工作场所及整体重量需求，弹性元件可采用压簧112，压簧112基本沿壳体1的径向倾斜设置，且具有一定弧度，其一端与轴架20固定连接，另一端与壳体1的内侧壁固定连接，如采用压簧112时，位于分隔板11上方的压簧112，与轴架20连接一端比与壳体1相连的一端低，而位于分隔板11下方的压簧112则正好相反，即与轴架20连接的一端比与壳体1相连的一端高，这样设置可充分利用压簧112的弹性支撑能力，为轴架20提供较大的弹性支撑，提高滚轮22所围成夹持空间的夹持抱紧力度。

本实施例中的自适应行走机构2的行走过程主要依靠滚轮22的转动完成，为提高滚轮22与杆状物体的贴合度及抱紧力度，滚轮2大体呈腰形结构，其两端大中间小，且中部呈弧面结构，而滚轮22的转动则采用现有多种结构即可完成，如滚轮2内部直接配置轮毂电机，只需对轮毂电机供电即可实现滚轮2的行走，或者单独为每个滚轮22配置额外的行走电机24，行走电机24以可拆卸方式安装在轴架20上，行走电机24通过传动机构与对应的转轴21相连，当行走电机24工作时，同样可通过转轴21带动滚轮22转动行走。

考虑到夹持空间的可靠性，本实施例中每组自适应行走机构2包括三个呈等腰三角形分布的轴架20，如图所示，其中一个轴架20正对卡入口10设置，另外两个轴架20则对称设置于卡入口10的两侧，而正对卡入口10的轴架20上的转轴21两端分别通过一个万向节4与相邻的转轴21端部连接，对称设置的两个轴架20靠近卡入口10的一侧处于打开状态，即形成前述的嵌入端口，这样连接之后，只需其中一个转轴21转动时，即可带动所有转轴21转动，实现所有滚轮22的同步转动，鉴于传动的平稳性，本实施例中优选正对卡入口10的一个滚轮22配置轮毂电机，或在正对卡入口10上轴架20上设置行走电机24，同时该轴架20上的滚轮22有别于其他滚轮22的结构，可采用两瓣式结构，在其对应转轴21的中部流出连接位置，行走电机24则通过链轮传动机构或同步带传动机构与该转轴21相连。

因为自适应行走机构2需要与杆状物体的大小相适应，故相邻两个转轴21的角度会根据使用环境发生变化，考虑到此种情况，参考图8和图9，本申请给出了一种新的连杆式万向节4的结构，以适应角度变换，同时达到连接传动的目的，如图所示万向节4主要包括两个轴端座40，轴端座40主要包括一体成型的轴连接部400和转动安装部401两个部分，其中轴连接部400用于与转轴21端部固定连接，两个部分相互垂直，转动安装部401自轴连接部400的端部沿其径向向外延伸，两个轴端座40的转动安装部401上均以可转动方式安装有连杆A41，连杆A41的转动平面与轴连接部400的端面相互垂直，而连杆A41上以可转动方式安装有连杆B42，连杆B42沿连杆A41的径向向外延伸，连杆B42的转动平面与连杆A41的转动平面相互垂直，两个连杆B42远离轴端座40的一端相互铰接，可实现至少270°的相对转动。

连接时，可先将单独一个轴端座40、连杆A41和连杆B42进行组装，然后通过轴端座40上的轴连接部400固定安装于转轴21的端部，最后将两个相邻的连杆B42进行铰接即可，当两个转轴21之间的夹角发生改变时，可通过两个连杆B42铰接位置转动完成适应，而转轴21的自身的转动传动，则可依靠选定的转动安装部401长度以及连杆A41和连杆B42的转动开闭长度来实现，其构思巧妙，结构新颖，当然此万向节4还可以用于其他类似存在角度变化的传动结构中。

考虑到通常情况下，轴架20在弹性元件作用下，滚轮22形成的嵌入端口很小，甚至处于封闭状态，需借出外力才能使处于卡入口10两侧的轴架20分开较大的间隙，以便于卡附至杆状物体上，故本实施例中，在位于卡入口10两侧的轴架20上正对设置有导向板23，如图1至图3所示，导向板向外倾斜延伸，从俯视视角看，两个导向板23呈“八”字形分布，且其开口大端朝向卡入口10外部，这样当导向板23与杆状物体接触之后，只需在壳体1上正对卡入口10的一侧用力推动，即可使对应的轴架20向外打开，除此之外，也可采用辅助拉开设备，如直接壳体1内部设置拉开气缸，通过拉开气缸将对应轴架20拉开即可。

需要注意的是，考虑到分隔板11上下滚轮22的受力不同，本实施例中，位于分隔板11上方的导向板23倾斜朝上设置，而位于分隔板11下方的导向板23倾斜朝下设置，同时导向板23靠近夹持空间的一端具有向下突出的部分，该部分位于夹持空间的前方，并与分隔板11形成倒挂结构，有利于防止机器人从杆状物体上脱落。

本申请中夹紧机构3主要包括至少一组卡爪30和驱动卡爪30夹紧或松开的驱动机构，如图1、图2、图7和图10所示，每组卡爪30有两个，两个卡爪30对称设置于卡入口10的两侧，且卡爪30靠近卡入口10的一侧具有呈弧状的配合面300，本实施例给出了两种驱动机构的结构，一种是直接采用夹紧气缸31，即每个卡爪30直接配置有一个夹紧气缸31，在夹紧气缸31的作用下，两个卡爪30可相对靠近或远离，以抱紧或松开杆状物体，配合面300可增加其与杆状物体的接触面积，另一种驱动机构为齿轮传动机构，其主要包括夹紧电机35和螺杆传动机构，螺杆传动机构螺杆座36，螺杆座36上以可转动方式安装有螺杆37，螺杆37与两个卡爪30正对移动方向平行设置，两个卡爪30均与螺杆37螺纹配合，且二者的螺纹配合旋向相反，螺杆37的中部固套有从动齿轮370，夹紧电机35的电机轴上固套有与从动齿轮370啮合的主动齿轮350，当夹紧电机35工作时，通过齿轮传动即可带动螺杆37转动，因为卡爪30与螺杆37的配合旋向相反，螺杆37转动时，则可带动两个卡爪30相向移动，达到靠近或远离的目的。

为保证卡爪30滑动时的稳定性，故在螺杆座36上设有与螺杆37相互平行的导向杆38，导向杆38的存在还可防止卡爪30翻转，对卡爪30进行限位。

本实施例中考虑到机器人行走的可靠性和稳定性，故在夹紧机构3中增加蠕动行走结构，如图所示，夹紧机构3还包括通过导向柱33支承于壳体1端部的支撑板33，其中导向柱33沿壳体1的长度方向延伸，支撑板33与壳体1的端面平行设置，且与导向柱32滑动配合，壳体1上对应上下两个支撑板33的位置均设有蠕动气缸34，蠕动气缸34可推动对应的支撑板33沿导向柱33的长度方向伸缩移动，而前述的卡爪30及驱动机构均设置在该支撑板33上，可跟随支撑板33同步移动。

为提高本申请的利用率，增加功能，具有更良好的实用价值，故在壳体1上设有挂载座位5，以用于载人或载物，考虑到高空作业位置的多样性，以及攀爬过程位置的变化，故本实施例中在壳体1的周向外侧固设有环形滑轨7，环形滑轨7上具有与其滑动配合的滑座70，而挂载座位5则固定支撑于该滑座70上，操作人员在挂载座位5上只需轻微用力，即可使滑座70沿环形滑轨7滑动以改变挂载座位5的位置，考虑到安全性，故滑座70的长度大于卡入口10的最大宽度，可有效防止滑座70在卡入口10位置处于环形滑轨7发生分离。

此外，在动力及重量允许情况下，滑座70可自带行走动力，类似遥控玩具火车的结构，可直接通过遥控控制滑座70移动，从而改变挂载座位5的位置，当然为防止增加挂载座位5之后，整体重心发生偏斜导致意外脱落的情况发生，可考虑在环形滑轨7上增加配重座，配重座的结构与滑座70相似，其与环形滑轨7滑动配合，不同在于，配重座上具有一定重量的配重块，同时配重座上具有自行走机构，当滑座70的位置发生改变时，配置座则移动到与之相对的位置，以达到调节整体重心，防止偏斜严重脱落等问题，可进一步提高高空作业的安全系数。

同理，本实施例中壳体1的周向侧壁上部设有安全带挂钩12，壳体1的周向侧壁下部设有脚踏板13，安全带挂钩12和脚踏板13沿壳体1的周向均匀分布，其中安全带挂钩12主要用于悬挂安全带，防止操作人员从挂载座位5上掉落，而脚踏板13则用于操作人员的脚部借力，便于移动，或对其腿部实现支撑，防止长期悬空，导致小腿血液不通等状况，有利于提高施工人员的舒适性。

参考图1和图10，壳体1的底部设有弹簧缓冲座6，如图所示，弹簧缓冲座6主要包括自壳体1下端端部竖直向下延伸的内套筒60，内套筒60下端具有与其滑动配合的外套筒61，其中外套筒61的下端端部具有呈盘状结构的底盘62，而内套筒60与外套筒61之间设有弹簧，弹簧通常为压簧，其上下两端分别挂接在内套筒60与外套筒61上，当机器人着地时，则可依靠压缩弹簧，达到减震防损的效果。

参考图1至图10所示的连续行走式爬杆机器人，以电线杆8为例，将机器人放于电线杆8的一侧，并确保卡入口10正对电线杆8，然后外力挤压壳体1或将卡入口10两侧的轴架20拉卡，使机器人卡附至电线杆8上，并确保各滚轮22均与电线杆8的外表紧贴。

此时，可滑动滑座70至卡入口10处，依靠滑座70对卡入口10进行封闭，当然也可在壳体1上设置其他类似闸板的结构对卡入口10进行封闭，以确保机器人肯定不会从卡入口10处脱出，只会沿电线杆8的轴向发生移动，调整配重座至相对位置，然后对带有轮毂电机的滚轮22供电或启动行走电机24(本申请中所有电机和气缸均分别通过电源线和气管线与地面电源和气源相连，而不用在壳体1内设置电源和气源，只需在壳体1上设置相应的电源和气源控制按钮即可，可相对减轻整体重量，还可延长工作周期)，滚轮22转动即可实现整体的高度攀爬，且可连续行走，高效快捷，在此过程中，卡爪30收拢至与电线杆8间隙很小的位置，主要起到导向或防止倾斜的目的。

在上下过程中，如滚轮22工作失效，或弹性元件提供的压紧能力不足时，则可通过夹紧机构3进行蠕动式升降，即上部的蠕动气缸34向上顶升一定高度，然后由驱动机构驱动卡爪30抱紧电线杆8，然后上部的蠕动气缸34复位，反拉机器人整体上移，接着通过下部夹紧机构3的驱动机构使下部的卡爪30抱紧电线杆8，然后再松开上部的卡爪30，上部的蠕动气缸34再次顶升一定高度，以此往复实现蠕动式的行走。

当机器人上升到操作位置时，通过上下夹紧机构3的卡爪30对电线杆8同时抱紧，然后通过滑座70实现挂载座位5具体方位的调节，满足多工位操作需求。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种连续行走式爬杆机器人，其特征在于：包括呈中空结构的壳体(1)，所述壳体(1)的一侧设有卡入口(10)，所述壳体(1)内设有至少一组自适应行走机构(2)，所述壳体(1)的上下两端设有夹紧机构(3)；

所述自适应行走机构(2)包括沿壳体(1)周向均匀分布的轴架(20)，所述轴架(20)的一端通过转轴(21)安装有滚轮(22)，另一端以可转动方式支撑在壳体(1)上，且轴架(20)与壳体(1)之间设有弹性元件，在所述弹性元件的作用下，各所述轴架(20)上的滚轮(22)合围形成夹持空间，该夹持空间在正对卡入口(10)的位置形成嵌入端口。

2.根据权利要求1所述的连续行走式爬杆机器人，其特征在于：所述壳体(1)内在靠近其高度方向的中部位置设有分隔板(11)，所述自适应行走机构(2)有两组，并对称设置在该分隔板(11)上下两侧。

3.根据权利要求2所述的连续行走式爬杆机器人，其特征在于：所述轴架(20)的一端通过铰接座(110)安装在分隔板(11)上，所述弹性元件为扭簧，所述扭簧的两端分别固定在轴架(20)和铰接座(110)上。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的连续行走式爬杆机器人，其特征在于：每组所述自适应行走机构(2)中，靠近所述卡入口(10)进口两侧的两个轴架(20)均设有导向板(23)，所述导向板(23)向外倾斜延伸，两个导向板(23)呈“八”字型分布。

5.根据权利要求1所述的连续行走式爬杆机器人，其特征在于：所述夹紧机构(3)包括至少一组卡爪(30)和驱动卡爪(30)夹紧或松开的夹紧气缸(31)，每组卡爪(30)有两个，对称设置于所述卡入口(10)两侧，所述卡爪(30)靠近卡入口(10)的一侧具有呈弧状的配合面(300)。

6.根据权利要求1所述的连续行走式爬杆机器人，其特征在于：所述滚轮(22)配置有轮毂电机。

7.根据权利要求1所述的连续行走式爬杆机器人，其特征在于：每组所述自适应行走机构(2)包括三个呈等腰三角形分布的轴架(20)，其中中间一个转轴(21)的两端均通过万向节(4)分别与另外两个转轴(21)相连，且中间一个转轴(21)上的滚轮(22)配置有轮毂电机。

8.根据权利要求1所述的连续行走式爬杆机器人，其特征在于：所述壳体(1)上设有挂载座位(5)。

9.根据权利要求1或8所述的连续行走式爬杆机器人，其特征在于：所述壳体(1)底部对称设置有弹簧缓冲座(6)。