CN110712211A - 一种爬杆机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种爬杆机器人，包括爬行机构和作业平台，所述爬行机构通过伸缩机构与所述作业平台连接，所述伸缩机构能够带动所述作业平台移动；所述爬行机构包括承力框架和行走轮，所述行走轮包括两对，两对所述行走轮分别设于所述承力框架相对的两侧，且两对所述行走轮在承力框架的高度方向上相互错开；所述行走轮由行走轮驱动电机驱动；采用两对行走轮既可沿线杆轴线爬行，也可以在水平面绕线杆轴线360°旋转，且两对行走轮的高度不同，在偏载力的作用下整个爬行机构形成了自锁效果。

Description

一种爬杆机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别涉及一种爬杆机器人。
背景技术
随着经济的快速发展，电力和网络对现代人的工作和生活越来越重要，而电线电缆的架设和维护是保证电力输送和网络通畅的重中之重。随着电力不断的发展，无论是农村还是城市都出现较多与商业或市政工程有关的高杆设施，如电线杆。一般情况下，电线杆比较高，当需要电线杆上安装线路时，都是需要工作人员爬至电线杆高处进行作业。然而，传统的方式主要是通过工作人员手动攀爬上电线杆的，安全性低，安全事故几率大。
对于线路维修维护人员来说，登杆塔作业对电力线路进行维修的工作是不可缺少的一个环节，其标准化操作直接关系到作业人员的人身安全与电力系统的安全运行，登杆塔作业中，登高辅助工具是必不可少的重要工具之一。近年来，由于登高辅助工具的原因，电力系统登杆作业时频发人身伤亡事故。
现有技术中，使用较为普遍的登杆工具是“脚扣”。脚扣是套在鞋上爬电线杆子时用的一种弧形铁制工具，其具有重量轻、强度高、韧性好、可调性好，轻便灵活，安全可靠，携带方便等优点，是作业人员攀登不同规格的水泥杆或木质杆的理想工具，但是脚扣在正式使用时，一定要对登杆人员进行专业培训；需要使用者找准力的转换平衡才可确保安全，登高者的左右脚的上下转换全靠作业者找准力的平衡来实现登高的；脚扣能否扣紧电杆完全有作业者自己掌握，全由个人的经验来判断，安全可靠性低；且脚扣的登杆方式的劳动强度高，站立时间短，体力耗费大，容易造成疲劳。基于以上几个原因，使登高作业者在作业时感觉沉重，心理恐慌，容易造成作业精力不集中，从而出现事故。
随着机器人行业的发展，爬杆机器人应运而生，现有爬杆机器人存在以下缺点：
1)不具备围绕线杆360°旋转，只能沿着线杆轴线方向进行运动，不能在顶端进行旋转，这样就造成在顶端作业的范围有限，如果想更换方向，必须让机器人下到底端，然后调整好，再爬上线杆作业。这样导致作业效率非常低，并且作业定位不准确，经常导致重复调整方向；
2)不具备姿态感知和调整功能，用来运输设备至高空，然后设备与顶部进行对接，由于人员在地面控制，视野受限，不可能完全观察到上部姿态和运动情况。这样导致被送设备与顶端对接非常困难，对接成功率很低，并且高压电击的风险很高；
3)没有考虑高压线杆作业要求，如果距离高压线缆比较近，会引起高压放电，导致重大事故发生；机器人都是金属材质制作，并且有很多电器设备，如果直接运动到高压线杆顶部，高压线缆与机器人间会引起高压放电，轻则导致机器人损坏，重则引起高压输送网络掉电；
4)载质比(载重与本体质量之比)较小，整体笨重，携带和安装不方便；线杆作业很多是在野外，交通不便，只能靠小型运输车辆，或者人工运输，这样对机器人本体质量、携带和安装都有很高的要求。机器人本体质量要尽量轻，设备数量要尽量少，携带比较方便，并且在现场安装和分解要非常方便。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种携带安装方便、可以自由旋转且运动稳定性好的爬杆机器人。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种爬杆机器人，包括爬行机构和作业平台，所述爬行机构通过伸缩机构与所述作业平台连接，所述伸缩机构能够带动所述作业平台移动；所述爬行机构包括承力框架和行走轮，所述行走轮包括两对，两对所述行走轮分别设于所述承力框架相对的两侧，且两对所述行走轮在承力框架的高度方向上相互错开；所述行走轮由行走轮驱动电机驱动。承力框架的高度方向是指其使用时的竖直方向。
进一步，每对所述行走轮包括两个，两个所述行走轮处于同一高度。
进一步，所述行走轮采用麦克纳姆轮。
进一步，所述承力框架包括矩形框，所述矩形框包括一体成型的前板、后板、左板和右板，两对所述行走轮分别设于前板的下方和后板的上方，所述左板和右板上分别连接有左侧板和右侧板。
进一步，还包括锁紧机构，所述锁紧机构包括设于所述矩形框内部的一对抱箍，所述抱箍由锁紧驱动机构驱动其移动。
进一步，所述锁紧驱动机构为抱箍驱动电机和丝杆，所述丝杆与所述抱箍连接。
进一步，所述伸缩机构包括滑杆、与所述滑杆相适配的滑套及带动所述爬行机构滑动的伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构包括伸缩驱动件、第一齿轮和与所述第一齿轮相啮合的齿条，所述伸缩驱动件安装在所述承力框架上，所述伸缩驱动件带动所述第一齿轮转动，所述齿条安装在所述滑杆上，所述滑套设置在所述承力框架上。
进一步，所述齿条的两端固定在所述滑杆上，所述齿条和所述承力框架之间还设有齿条支撑簧，能够提高第一齿轮和齿条的啮合度，保证伸缩机构的运动稳定性和减少摩擦力。
进一步，所述滑杆包括两对，每对包括两个；所述滑套包括两组，两组所述滑套分别设于左侧板和右侧板上。
进一步，所述滑套为直线轴承，所述直线轴承包括8个，8个所述直线轴承分别设于所述左侧板和所述右侧板的四个角上，使用直线轴承保证伸缩机构运行的精度。
进一步，所述左侧板和所述右侧板的四个角分别设有轴承座，所述直线轴承嵌入在所述轴承座内。
进一步，所述伸缩驱动件设于所述后板上，所述伸缩驱动件包括伸缩驱动电机和减速器。
进一步，所述作业平台的下方设有姿态调整机构，所述姿态调整机构包括安装架、倾角调整机构和水平旋转机构，所述倾角调整机构包括倾角调整驱动电机、第二齿轮和与所述第二齿轮相啮合第三齿轮，所述第三齿轮上设有支脚，所述水平旋转机构包括水平旋转驱动电机、第四齿轮和转盘，所述转盘的外周设有与所述第四齿轮相啮合的外齿；所述作业平台设于所述转盘上，所述支脚支撑在所述转盘下端的一侧。
进一步，所述第三齿轮为扇形齿轮。
进一步，所述滑杆靠近所述作业平台的一端向内弯折后与所述安装架固定连接。
进一步，所述承力框架上设有视频探头和距离传感器。
进一步，所述距离传感器为4个超声波探测器，4个超声波探测器分别设置在承力框架顶端。
进一步，所述作业平台的下端面上设有二维电子水平仪。
进一步，所述承力框架为分体式结构，包括左半部和右半部，所述左半部和右半部通过第一对接销钉连接，至少一对滑杆靠近所述作业平台的一端与所述安装架通过第二对接销钉连接。
进一步，视频探头、距离传感器和二维电子水平仪均和地面上的控制台电连接。
进一步，所述作业平台采用高压绝缘材料。
本发明的有益效果是：
1)采用四个麦克纳姆轮沿线杆爬行，也在水平面绕线杆轴线360°旋转，且两组麦克纳姆轮的高度不同，在偏载力的作用下整个爬行机构形成了自锁效果；
2)伸缩机构的设置，当爬行机构工作时，可将作业平台拉回至距离线杆最近点，减少偏载力，爬行结束后，再伸开，使作业平台处于合适的工作位置；
3)当爬行机构运动到位后，伸缩机构开始伸出前，锁紧机构处于锁紧位置，两个抱箍将线杆锁紧，确保作业时的稳定性；
4)结合视频探头、距离传感器、二维电子水平仪和姿态调整机构，在地面的操作人员可以对作业平台的姿态进行调整；
5)分体式的结构设计，携带和安装便捷，适用于野外作业，减少作业人员的劳动强度；
6)将作业平台和爬行机构分开设计，作业平台采用高压绝缘材料，可实现高压带电作业。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明省略作业平台时的结构示意图；
图3为图2中A处的局部放大示意图；
图4为本发明中爬行机构的结构示意图；
图5为本发明中另一角度时的立体结构示意图；
图6为图5中B处的局部放大示意图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：1、承力框架，1-1、矩形框，1-11、前板，1-12、后板，1-13、右板，1-14、左板，1-2、左侧板，1-3、右侧板，2、行走轮，3、行走轮驱动电机，4、抱箍，5、第一齿轮，6、齿条，7、伸缩驱动件，7-1、伸缩驱动电机，7-2、减速器，8、滑杆，9、作业平台，10、第一对接销钉，11、第二对接销钉，12、水平旋转驱动电机，13、齿条支撑簧，14、安装架，15、第四齿轮，16、转盘，17、第二齿轮，18、第三齿轮，18-1、支脚，19、视频探头，20、直线轴承，21、距离传感器，22、倾角调整驱动电机。
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。
本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”及“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围。
如图1-图6所示，一种爬杆机器人，包括爬行机构和作业平台9，所述爬行机构通过伸缩机构与所述作业平台9连接，所述伸缩机构能够带动所述作业平台9移动；所述爬行机构包括承力框架1和行走轮2，所述行走轮2采用麦克纳姆轮，所述行走轮2包括两对，两对所述行走轮2分别设于所述承力框架1相对的两侧，且两对所述行走轮2在承力框架1的高度方向上相互错开；所述行走轮2由行走轮驱动电机3驱动。承力框架1的高度方向是指其使用时的竖直方向。所述作业平台采用高压绝缘材料。
每对所述行走轮2包括两个，两个所述行走轮2处于同一高度。
所述承力框架1包括矩形框1-1，所述矩形框1-1包括一体成型的前板1-11、后板1-12、左板1-14和右板1-13，两对所述行走轮2分别设于前板1-11的下方和后板1-12的上方，所述左板1-14和右板1-13上分别连接有左侧板1-2和右侧板1-3。
还包括锁紧机构，所述锁紧机构包括设于所述矩形框1-1内部的一对抱箍4，所述抱箍4由锁紧驱动机构驱动其移动；所述锁紧驱动机构为抱箍驱动电机和丝杆，所述丝杆与所述抱箍连接。
所述伸缩机构包括滑杆8、与所述滑杆8相适配的滑套及带动所述爬行机构滑动的伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构包括伸缩驱动件7、第一齿轮5和与所述第一齿轮5相啮合的齿条6，所述伸缩驱动件7安装在所述承力框架1上，所述伸缩驱动件7带动所述第一齿轮5转动，所述齿条6安装在所述滑杆8上，所述滑套设置在所述承力框架1上。
所述齿条6的两端固定在所述滑杆8上，所述齿条6和所述承力框架之间还设有齿条支撑簧13，所述齿条采用橡胶材料。
所述滑杆8包括两对，每对包括两个；所述滑套包括两组，两组所述滑套分别设于左侧板1-2和右侧板1-3上。所述滑杆8采用不锈钢管制成。
所述滑套为直线轴承20，所述直线轴承20包括8个，8个所述直线轴承20分别设于所述左侧板1-2和所述右侧板1-3的四个角上；所述左侧板1-2和所述右侧板1-3的四个角分别设有轴承座，所述直线轴承嵌入在所述轴承座内。
所述伸缩驱动件设于所述后板1-13上，所述伸缩驱动件7包括伸缩驱动电机7-1和减速器7-2。
所述作业平台9的下方设有姿态调整机构，所述姿态调整机构包括安装架14、倾角调整机构和水平旋转机构，所述倾角调整机构包括倾角调整驱动电机22、第二齿轮17和与所述第二齿轮17相啮合第三齿轮18，所述第三齿轮18上设有支脚18-1，所述水平旋转机构包括水平旋转驱动电机12、第四齿轮15和转盘16，所述转盘16的外周设有与所述第四齿轮15相啮合的外齿；所述作业平台9设于所述转盘16上，所述支脚18-1支撑在所述转盘16下端的一侧。
所述第三齿轮18为扇形齿轮。
所述滑杆8靠近所述作业平台9的一端向内弯折后与所述安装架14固定连接。
所述承力框架1上设有视频探头19和距离传感器21。
所述距离传感器21为4个超声波探测器，4个超声波探测器分别设置在承力框架1顶端。
所述作业平台9的下端面上设有二维电子水平仪。
所述承力框架1为分体式结构，包括左半部和右半部，所述左半部和右半部通过前后两个第一对接销钉10连接，至少一对滑杆8靠近所述作业平台9的一端与所述安装架14通过第二对接销钉11连接。
视频探头19、距离传感器21和二维电子水平仪均和地面上的控制台电连接。
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 (10)

1.一种爬杆机器人，其特征在于，包括爬行机构和作业平台，所述爬行机构通过伸缩机构与所述作业平台连接，所述伸缩机构能够带动所述作业平台移动；所述爬行机构包括承力框架和行走轮，所述行走轮包括两对，所述行走轮分别设于所述承力框架相对的两侧，且两对所述行走轮在承力框架的高度方向上相互错开；所述行走轮由行走轮驱动电机驱动。
2.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述行走轮采用麦克纳姆轮。
3.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述承力框架包括矩形框，所述矩形框包括一体成型的前板、后板、左板和右板，两对所述行走轮分别设于前板的下方和后板的上方，所述左板和右板上分别连接有左侧板和右侧板。
4.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，还包括锁紧机构，所述锁紧机构包括设于所述矩形框内部的一对抱箍，所述抱箍由锁紧驱动机构驱动其移动。
5.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述伸缩机构包括滑杆、与所述滑杆相适配的滑套及带动所述爬行机构滑动的伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构包括伸缩驱动件、第一齿轮和与所述第一齿轮相啮合的齿条，所述伸缩驱动件安装在所述承力框架上，所述伸缩驱动件带动所述第一齿轮转动，所述齿条安装在所述滑杆上，所述滑套设置在所述承力框架上。
6.根据权利要求5所述的爬杆机器人，其特征在于，所述齿条的两端固定在所述滑杆上，所述齿条和所述承力框架之间还设有齿条支撑簧。
7.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述作业平台的下方设有姿态调整机构，所述姿态调整机构包括安装架、倾角调整机构和水平旋转机构，所述倾角调整机构包括倾角调整驱动电机、第二齿轮和与所述第二齿轮相啮合第三齿轮，所述第三齿轮上设有支脚，所述水平旋转机构包括水平旋转驱动电机、第四齿轮和转盘，所述转盘的外周设有与所述第四齿轮相啮合的外齿；所述作业平台设于所述转盘上，所述支脚支撑在所述转盘下端的一侧。
8.根据权利要求7所述的爬杆机器人，其特征在于，所述第三齿轮为扇形齿轮。
9.根据权利要求1-8任一项所述的爬杆机器人，其特征在于，所述承力框架上设有视频探头和距离传感器；所述作业平台的下端面上设有二维电子水平仪。
10.根据权利要求1-8任一项所述的爬杆机器人，其特征在于，所述承力框架为分体式结构，包括左半部和右半部，所述左半部和右半部通过第一对接销钉连接，至少一对滑杆靠近所述作业平台的一端与所述安装架通过第二对接销钉连接。
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