CN111232080B

CN111232080B - 一种环抱式爬杆机器人

Info

Publication number: CN111232080B
Application number: CN202010171935.1A
Authority: CN
Inventors: 冯玉; 吴少雷; 凌松; 吴凯; 赵成; 陆巍; 史亮; 郭丰; 马文婷; 王伟
Original assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd; Hefei University of Technology; State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd; Hefei University of Technology; State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2040-03-12
Also published as: CN111232080A

Abstract

本发明涉及一种环抱式爬杆机器人，包括套设在导向杆外的架体,架体上设置有夹紧机构，夹紧机构与导向杆靠近且实施对架体的夹紧及移动导向，架体上还设置有爬行机构，爬行机构驱动架体沿着导向杆长度方向移动及周向方向移动，在实际使用时，将架体设置在导向杆上，并且利用夹紧机构与导向杆靠近，实施对架体及其他机器人的夹紧操作，通过启动爬行机构，使得架体及夹紧机构随着导向杆的长度方向和/或周向方向的移动，利用单个的爬行机构即可实现该机器人的周向和/或长度方向的移动，大大简化了机器人的结构，使得机器人稳定性提高，并且可随时根据需求，对机器人沿着导向杆的移动方式作出调整，使得机器人的灵活度大大提高。

Description

一种环抱式爬杆机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种环抱式爬杆机器人。

背景技术

随着技术的发展，在电力行业或者相关的工业行业已经广泛应用到爬杆设备，利用爬杆设备可实现对电力机器人的检修及相关维护操作，降低劳动强度，确保高空作业的人员安全。

现有技术中，用于实现电力行业中爬杆设备也有不少相关的应用，然而现有技术中的爬杆设备多为沿着导向杆竖直上下的直线爬杆机构，而针对于能够实现围绕导向杆转动的爬杆设备应用并不常见，而针对于导向杆的转动对于避让障碍物极为重要，对此，中国专利（专利号为：201910725307.0）公开了一种可以沿着目标杆4长度爬升及周向旋转的装置，其中的越障爬升机构2与绕杆旋转机构3均独立式的机构且分别设置在机架1上，当需要沿着目标杆4长度方向移动时，需要将越障爬升机构2与目标杆4接触抵靠，实现对设备的爬升，当需要沿着目标杆4周向方向旋转时，越障爬升机构2与目标杆4分离，并且使得绕杆旋转机构3与目标杆4触抵靠，方可使得对设备沿着目标杆4进行旋转；上述的两套机构相互独立，使得整个装置结构复杂，并且重量较重，装置沿着目标杆4的长度方向移动及沿着目标杆4周向方向转动的动作相互独立，使得整个装置的灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种环抱式爬杆机器人，灵活且可靠的沿着导向杆的攀爬及周向移动，简化整个机器人的结构，提高稳定性。

本发明中的解决技术问题采用如下技术方案：

一种环抱式爬杆机器人，包括套设在导向杆外的架体,所述架体上设置有夹紧机构，所述夹紧机构与导向杆靠近且实施对架体的夹紧及移动导向，所述架体上还设置有爬行机构，所述爬行机构驱动架体沿着导向杆长度方向移动及周向方向移动。

本发明还存在以下技术特征：

所述爬行机构包括第一、第二爬行辊，所述第一爬行辊与第二爬行辊对称布置且长度方向交叉。所述第一、第二爬行辊的辊面与导向杆外壁抵靠，所述第一爬行辊与第二爬行辊与导向杆长度方向呈现夹角布置，所述第一爬行辊与第二爬行辊分别与各自的驱动单元连接。

所述第一爬行辊平行间隔设置多组，所述第二爬行辊平行间隔设置多组，所述第一、第二爬行辊均与导向杆的长度方向之间的夹角可调。

所述夹紧机构包括滑动设置在架体上的轮架，所述轮架上设置有全向轮，所述轮架与调节单元连接，所述调节单元用于调节轮架沿着架体滑动且使得全向轮的轮缘与导向杆外壁靠近或远离。

所述轮架整体呈“十”字形，所述全向轮转动式设置在轮架的四端位置处，其中轮架上的两组全向轮的通过铰接臂与轮架的其中两端铰接，所述铰接臂之间通过拉伸弹簧连接。

所述调节单元包括调节滑块，所述调节滑块滑动设置在架体上，所述调节滑块上设置有调节螺母，所述调节螺母与调节丝杆配合，所述调节丝杆的一端与调节电机的转轴连接，所述调节电机固定在架体上。

所述轮架上设置伸缩滑杆，所述伸缩滑杆与调节丝杆平行且与调节滑块构成滑动配合，所述伸缩滑杆上套设有顶紧弹簧，所述顶紧弹簧的两端分别与调节滑块及轮架抵靠。

所述架体包括底部框架，所述底部框架整体呈梯形且开口两侧位置处分别铰接设置有侧部框架，所述夹紧机构设置在底部框架上，所述爬行机构分别设置在侧部框架上，所述侧部框架的延伸端通过插销连接为一体。

本发明还公开了一种爬杆方法，所述爬杆方法包括如下步骤：

第一步、在导向杆的上布置架体，使得导向杆卡置在架体的开口内；

第二步、使得架体的开口两侧位置的底部框架通过插销连接为一体；

第三步、启动夹紧机构的调节单元，使得轮架上的全向轮与导向杆抵靠，使得拉伸弹簧拉长变形，使得顶紧弹簧压缩变形，使得第一、第二爬行辊的辊面与导向杆外壁抵靠；

第四步、启动爬行机构的驱动单元，使得第一爬行辊与第二爬行辊转动；当需要沿着导向杆长度方向上下移动时，所述第一爬行辊与第二爬行辊同向转动；当需要沿着导向杆周向方向转动移动时，所述第一爬行辊与第二爬行辊反向转动；当需要需要沿着导向杆周向及长度方向复合移动时，所述第一爬行辊或者第二爬行辊转动。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：在实际使用时，将架体设置在导向杆上，并且利用夹紧机构与导向杆靠近，实施对架体及其他机器人的夹紧操作，通过启动爬行机构，使得架体及夹紧机构随着导向杆的长度方向和/或周向方向的移动，利用单个的爬行机构即可实现该机器人的周向和/或长度方向的移动，大大简化了机器人的结构，使得机器人稳定性提高，并且可随时根据需求，对机器人沿着导向杆的移动方式作出调整，使得机器人灵活度大大提高。

附图说明

图1和图2是环抱式爬杆机器人与导向杆配合的两种视角结构示意图；

图3是环抱式爬杆机器人与导向杆配合的俯视图；

图4是环抱式爬杆机器人的结构示意图；

图5是环抱式爬杆机器人中额夹紧机构与架体的结构示意图；

图6a至图6d是爬行机构的受力分析简图。

具体实施方式

参照图1至图6d，对本环抱式爬杆机器人的结构特征详述如下：

一种环抱式爬杆机器人，包括套设在导向杆A外的架体10,所述架体10上设置有夹紧机构20，所述夹紧机构20与导向杆A靠近且实施对架体10的夹紧及移动导向，所述架体10上还设置有爬行机构30，所述爬行机构30驱动架体10沿着导向杆A长度方向移动及周向方向移动；

结合图1和图2所示，在实际使用时，将架体10设置在导向杆A上，并且利用夹紧机构20与导向杆A靠近，实施对架体10及其他机器人的夹紧操作，通过启动爬行机构30，使得架体10及夹紧机构20随着导向杆A的长度方向和/或周向方向的移动，利用单个的爬行机构30即可实现该机器人的周向和/或长度方向的移动，大大简化了机器人的结构，使得机器人稳定性提高，并且可随时根据需求，对机器人沿着导向杆的移动方式作出调整，使得机器人的灵活度大大提高；

上述的机器人由于在爬行机构30的作用下，使得机器人位于导向杆A的移动呈现竖直或者周向或者二者复合的运动模式，当爬行机构30执行周向及长度方向的复合运动模式时，使得机器人沿着导向杆A成型螺旋上升或者螺旋下降的状态，进而使得该机器人位于导向杆A上的运动状态也极为灵活，更适合现场的实际需求；

作为本发明的优选方案，结合图1至图6d所示，所述爬行机构30包括第一、第二爬行辊31、32，所述第一爬行辊31与第二爬行辊32对称布置且长度方向交叉。所述第一、第二爬行辊31、32的辊面与导向杆A外壁抵靠，所述第一爬行辊31与第二爬行辊32与导向杆A长度方向呈现夹角布置，所述第一爬行辊31与第二爬行辊32分别与各自的驱动单元连接；

所述第一爬行辊31与第二爬行辊32布置方式中可以看出，第一爬行辊31与第二爬行辊32长度方向呈现交叉，以及第一爬行辊31与第二爬行辊32对称布置在导向杆A旁侧，并且第一爬行辊31与第二爬行辊32呈现倾斜状态，当夹紧机构30启动将架体10上的第一爬行辊31与第二爬行辊32与导向杆A夹紧时，启动第一爬行辊31与第二爬行辊32上各自的驱动单元，使得第一爬行辊31与第二爬行辊32转动，通过力学分析，第一爬行辊31转动时与导向杆A产生的摩擦力垂直于第一爬行辊31的辊长方向斜向下或者斜向上，第二爬行辊32转动时与导向杆A产生的摩擦力垂直于第二爬行辊32的辊长方向斜向下或者斜向上，从而使得第一、第二爬行辊31、32的合理竖直向下或者竖直向上，以实现机器人沿着导向杆A长度方向爬升或者下降；

根据该机器人的运动需求，结合图6a至图6d所示，比如需要使得机器人沿着导向杆A爬升时，第一、第二爬行辊31、32正转，使得两组爬行辊产生的摩擦力的合力沿着导向杆A长度方向向上，进而实现对机器人的爬升；同理，当需要下降时，第一、第二爬行辊31、32反转，使得两组爬行辊产生的摩擦力的合力沿着导向杆A长度方向向下，进而实现对机器人的下降；当第一爬行辊31正转，第二爬行辊32反转时，产生的合力水平向右，使得机器人旋转；当第一爬行辊31反转，第二爬行辊32正转时，产生的合力水平向左，使得机器人反向旋转；

另外，当需要机器人沿着导向杆A螺旋向上或者螺旋向下时，通过停止其中一组爬行辊的驱动单元，启动另一组的驱动单元实现对机器人整体的螺旋爬升或者螺旋下降，使得机器人位于导向杆A上保持较为灵活的运动状态。

更进一步地优选方案，所述第一爬行辊31平行间隔设置多组，所述第一爬行辊31的两侧设置有两组短辊，以确保与导向杆A辊面结合的可靠度，并且提供更大的爬升摩擦力；同理，所述第二爬行辊32平行间隔设置多组，所述第二爬行辊32的两侧设置有两组短辊，上述的短辊两端均通过轴承座与架体10转动连接，并且与各自的电机通过皮带或者链条连接；

为方便调节，所述第一、第二爬行辊31、32均与导向杆A的长度方向之间的夹角可调；

上述的第一爬行辊31的两端通过轴承座与单独的调节架体连接，调节架体通过转动转动可调式设置在架体10上；同理，第二爬行辊32的两端通过轴承座与单独的调节架体连接，调节架体通过转动转动可调式设置在架体10上；

通过调整调节机架的转动角度，调节第一、第二爬行辊31、32分别与导向杆A长度方向的夹角，进而实现对上述摩擦合力的大小及方向进行调整，以适配不同的爬行状态；

当然，上述的第一、第二爬行辊31、32与导向杆A的长度方向夹角优选45°，使得机器人状态更容易控制，运动调节时也更为可靠、灵活。

优选地，为实现机器人与导向杆A的夹紧及运动导向，所述夹紧机构20包括滑动设置在架体10上的轮架21，所述轮架21上设置有全向轮211，所述轮架21与调节单元连接，所述调节单元用于调节轮架21沿着架体10滑动且使得全向轮211的轮缘与导向杆A外壁靠近或远离；

所述的全向轮211为麦科娜姆轮，能够使得轮架21位于导向杆A周向或者长度方向的滚动，而无需对轮芯朝向进行调整。

具体地，为确保对导向杆A抵靠的可靠性，并且以适配不同直径的导向杆A需要，所述轮架21整体呈“十”字形，所述全向轮211转动式设置在轮架21的四端位置处，其中轮架21上的两组全向轮211的通过铰接臂212与轮架21的其中两端铰接，所述铰接臂212之间通过拉伸弹簧213连接。

优选地，在实施与导向杆A的外壁夹紧操作时，所述调节单元包括调节滑块22，所述调节滑块22滑动设置在架体10上，所述调节滑块22上设置有调节螺母221，所述调节螺母221与调节丝杆222配合，所述调节丝杆222的一端与调节电机223的转轴连接，所述调节电机223固定在架体10上。

为实现全向轮211与导向杆A外壁的弹性抵靠，以适配不同造型及直径的导向杆A的需求，所述轮架21上设置伸缩滑杆214，所述伸缩滑杆214与调节丝杆222平行且与调节滑块22构成滑动配合，所述伸缩滑杆214上套设有顶紧弹簧215，所述顶紧弹簧215的两端分别与调节滑块22及轮架21抵靠。

在实际使用时，所述架体10包括底部框架11，所述底部框架11整体呈梯形且开口两侧位置处分别铰接设置有侧部框架12，所述夹紧机构20设置在底部框架11上，所述爬行机构30分别设置在侧部框架12上，所述侧部框架12的延伸端通过插销13连接为一体。

下面介绍一下该机器人是如何沿着导向杆A攀爬的，所述爬杆方法包括如下步骤：

第一步、在导向杆A的上布置架体10，使得导向杆A卡置在架体10的开口内；

第二步、使得架体10的开口两侧位置的底部框架11通过插销13连接为一体；

第三步、启动夹紧机构20的调节单元，使得轮架21上的全向轮211与导向杆A抵靠，使得拉伸弹簧213拉长变形，使得顶紧弹簧215压缩变形，使得第一、第二爬行辊31、32的辊面与导向杆A外壁抵靠；

第四步、启动爬行机构30的驱动单元，使得第一爬行辊31与第二爬行辊32转动；当需要沿着导向杆A长度方向上下移动时，所述第一爬行辊31与第二爬行辊32同向转动；当需要沿着导向杆A周向方向转动移动时，所述第一爬行辊31与第二爬行辊32反向转动；当需要需要沿着导向杆A周向及长度方向复合移动时，所述第一爬行辊31或者第二爬行辊32转动。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种环抱式爬杆机器人，其特征在于：包括套设在导向杆（A）外的架体（10）,所述架体（10）上设置有夹紧机构（20），所述夹紧机构（20）与导向杆（A）靠近且实施对架体（10）的夹紧及移动导向，所述架体（10）上还设置有爬行机构（30），所述爬行机构（30）驱动架体（10）沿着导向杆（A）长度方向移动及周向方向移动；

所述爬行机构（30）包括第一、第二爬行辊（31、32），所述第一爬行辊（31）与第二爬行辊（32）对称布置且长度方向交叉；

所述第一、第二爬行辊（31、32）的辊面与导向杆（A）外壁抵靠，所述第一爬行辊（31）与第二爬行辊（32）与导向杆（A）长度方向呈现夹角布置，所述第一爬行辊（31）与第二爬行辊（32）分别与各自的驱动单元连接。

2.根据权利要求1所述的环抱式爬杆机器人，其特征在于：所述第一爬行辊（31）平行间隔设置多组，所述第二爬行辊（32）平行间隔设置多组，所述第一、第二爬行辊（31、32）均与导向杆（A）的长度方向之间的夹角可调。

3.根据权利要求1所述的环抱式爬杆机器人，其特征在于：所述夹紧机构（20）包括滑动设置在架体（10）上的轮架（21），所述轮架（21）上设置有全向轮（211），所述轮架（21）与调节单元连接，所述调节单元用于调节轮架（21）沿着架体（10）滑动且使得全向轮（211）的轮缘与导向杆（A）外壁靠近或远离。

4.根据权利要求3所述的环抱式爬杆机器人，其特征在于：所述轮架（21）整体呈“十”字形，所述全向轮（211）转动式设置在轮架（21）的四端位置处，其中轮架（21）上的两组全向轮（211）的通过铰接臂（212）与轮架（21）的其中两端铰接，所述铰接臂（212）之间通过拉伸弹簧（213）连接。

5.根据权利要求3所述的环抱式爬杆机器人，其特征在于：所述调节单元包括调节滑块（22），所述调节滑块（22）滑动设置在架体（10）上，所述调节滑块（22）上设置有调节螺母（221），所述调节螺母（221）与调节丝杆（222）配合，所述调节丝杆（222）的一端与调节电机（223）的转轴连接，所述调节电机（223）固定在架体（10）上。

6.根据权利要求4所述的环抱式爬杆机器人，其特征在于：所述轮架（21）上设置伸缩滑杆（214），所述伸缩滑杆（214）与调节丝杆（222）平行且与调节滑块（22）构成滑动配合，所述伸缩滑杆（214）上套设有顶紧弹簧（215），所述顶紧弹簧（215）的两端分别与调节滑块（22）及轮架（21）抵靠。

7.根据权利要求1所述的环抱式爬杆机器人，其特征在于：所述架体（10）包括底部框架（11），所述底部框架（11）整体呈梯形且开口两侧位置处分别铰接设置有侧部框架（12），所述夹紧机构（20）设置在底部框架（11）上，所述爬行机构（30）分别设置在侧部框架（12）上，所述侧部框架（12）的延伸端通过插销（13）连接为一体。

8.一种爬杆方法，其特征在于：所述爬杆方法包括如下步骤：

第一步、在导向杆（A）的上布置架体（10），使得导向杆（A）卡置在架体（10）的开口内；

第二步、使得架体（10）的开口两侧位置的底部框架（11）通过插销（13）连接为一体；

第三步、启动夹紧机构（20）的调节单元，使得轮架（21）上的全向轮（211）与导向杆（A）抵靠，使得拉伸弹簧（213）拉长变形，使得顶紧弹簧（215）压缩变形，使得第一、第二爬行辊（31、32）的辊面与导向杆（A）外壁抵靠；

第四步、启动爬行机构（30）的驱动单元，使得第一爬行辊（31）与第二爬行辊（32）转动；当需要沿着导向杆（A）长度方向上下移动时，所述第一爬行辊（31）与第二爬行辊（32）同向转动；当需要沿着导向杆（A）周向方向转动移动时，所述第一爬行辊（31）与第二爬行辊（32）反向转动；当需要需要沿着导向杆（A）周向及长度方向复合移动时，所述第一爬行辊（31）或者第二爬行辊（32）转动。