CN111731403A - 一种攀爬机器人、攀爬结构及攀爬方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种攀爬机器人、攀爬结构及攀爬方法。其中，攀爬机器人包括由上至下依次设置的控制箱、动力箱、电源箱和承载箱，所述控制箱和动力箱与所述电源箱电连接，所述控制箱可控制所述动力箱带动所述承载箱在HSS导轨上攀爬。本发明攀爬机器人通过模块化的设计，使得其具有结构简单，成本低的优点。

Description

一种攀爬机器人、攀爬结构及攀爬方法

技术领域

本发明涉及攀爬机器人领域，特别是涉及一种攀爬机器人、攀爬结构及攀爬方法。

背景技术

瑞士HSS（high step systems）生产的铝合金导轨由阳极化铝合金制成，可以长时间在恶劣的气候条件下投入使用。这种外观复杂的导轨坚固且耐用，每6米能承受高达12吨的负载。导轨成功地经受住了在高地、雪地、冰地以及恶劣的海洋气候的考验。导轨一般无需维护，虽非常坚固但仍可弯曲，在使用地点可以根据建筑物的形状来随意弯曲。其广泛用于输电线路铁塔、风能发电塔、建筑行业、通信塔和消防救援等方面。

现有基于HSS导轨的攀爬设备大致分为两种，一种是基于人力攀爬的攀爬器，另一种是通过电动来实现的攀爬器。但是，现有的通过电动来实现的攀爬器结构复杂、成本高、拆装和携带不便。

因此本领域技术人员致力于开发一种结构简单、成本低、拆装和携带方便的攀爬机器人。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单的攀爬机器人。

为实现上述目的，本发明提供了一种攀爬机器人，包括由上至下依次设置的控制箱、动力箱、电源箱和承载箱，所述控制箱和动力箱与所述电源箱电连接，所述控制箱可控制所述动力箱带动所述承载箱在HSS导轨上攀爬。

较佳的，所述动力箱包括机架、两个对称设置在所述机架上的驱动电机、连接在所述驱动电机输出端的减速机和驱动齿轮，所述驱动齿轮可与HSS导轨的齿条啮合；

所述机架上设有旋转导向模块，所述旋转导向模块包括可与HSS导轨的正面配合的滚动轮、可抱紧HSS导轨的抱紧装置；

较佳的，所述抱紧装置包括铰接在所述机架上的外壳、固定连接在所述外壳上的偏心轴、设置在所述偏心轴上的抱紧轮，所述抱紧轮可与HSS导轨的背面配合；

所述外壳的两端设有对应的限位孔，所述限位孔中设有按键、组合销轴，所述组合销轴包括支撑块、设置在支撑块上的限位块、联动销，所述外壳一端的联动销穿过所述外壳另一端的支撑块并与所述外壳另一端的按键固定连接；

所述支撑块和所述按键之间设有复位弹簧；

所述机架上设有外凸的限位凸台，所述限位凸台上穿设有铰接轴，所述外壳的两端设有与所述铰接轴滑动配合的铰接部，两个所述支撑块相向运动时，所述限位块可抵靠所述限位凸台；

较佳的，一个所述驱动电机上设有具有手动释放拨杆的制动器。

较佳的，所述承载箱上设有另一旋转导向模块。

较佳的，所述控制箱包括与所述动力箱固定连接的控制箱体、设置在所述控制箱体上的显示屏、状态选择开关、紧急制动开关、操作杆和手柄。

较佳的，所述电源箱包括电源箱体、设置在所述电源箱体上的电池、充电插头和与所述动力箱连接的航空插头。

较佳的，所述承载箱包括承载箱体、夹持有两个脚踏片的夹持件，

所述承载箱体上设有滑轨连接件，两个所述脚踏片滑动配合在所述滑轨连接件上；

所述滑轨连接件上设有限位凹槽，所述脚踏片上设有与所述限位凹槽配合的限位柱塞；

所述夹持件包括两根可相对转动的连杆，所述连杆上设有供所述脚踏片插入的定位槽。

本发明还提供了一种攀爬结构，包括HSS导轨，所述HSS导轨上设有上述的攀爬机器人，所述HSS导轨的两端设有限位器。

本发明还提供了一种攀爬机器人的攀爬方法，包括以下步骤，

1）提供HSS导轨、依次连接的控制箱、动力箱、电源箱和承载箱；在动力箱上设置依次连接的驱动电机、减速机和驱动齿轮；

2）使驱动齿轮与HSS导轨的齿条啮合；

3）使动力箱滚动配合在HSS导轨上，并使动力箱抱紧HSS导轨；

4）使电源箱为动力箱的驱动电机提供动力；同时，使控制箱控制电源箱的动力输出；

5）使控制箱控制电源箱为动力箱输出动力时，驱动电机带动驱动齿轮在HSS导轨的齿条上运动，进而带动承载箱在HSS导轨上攀爬。

本发明的有益效果是：本发明攀爬机器人通过模块化的设计，使得其具有结构简单，成本低的优点。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式攀爬机器人的结构示意图。

图2是本发明一具体实施方式攀爬机器人中动力箱的结构示意图。

图3是本发明一具体实施方式攀爬机器人中动力箱的机架的结构示意图。

图4是本发明一具体实施方式攀爬机器人中动力箱的抱紧装置的结构示意图。

图5是本发明一具体实施方式攀爬机器人中抱紧装置的外壳的结构示意图。

图6是图5的仰视图。

图7是本发明一具体实施方式攀爬机器人中抱紧装置的按键与组合销轴的连接结构示意图。

图8是本发明一具体实施方式攀爬机器人中抱紧装置的组合销轴的结构示意图。

图9是本发明一具体实施方式攀爬机器人中抱紧装置的偏心轴的结构示意图。

图10是本发明一具体实施方式攀爬机器人中抱紧装置的偏心轴与抱紧轮的连接结构示意图。

图11是本发明一具体实施方式攀爬机器人中抱紧装置的抱紧轮的结构示意图。

图12是本发明一具体实施方式攀爬机器人中控制箱的结构示意图。

图13是本发明一具体实施方式攀爬机器人中电源箱的结构示意图。

图14是本发明一具体实施方式攀爬机器人中承载箱的结构示意图。

图15是图14的主视图。

图16是本发明一具体实施方式攀爬机器人中承载箱的滑轨连接件的结构示意图。

图17是本发明一具体实施方式攀爬机器人中承载箱的脚踏片的结构示意图。

图18是本发明一具体实施方式攀爬机器人中承载箱的夹持件的结构示意图。

图19是图18的主视图。

图20是本发明一具体实施方式攀爬结构的结构示意图。

图21是图20中P局部的放大图。

图22是图20中Q局部的放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种攀爬机器人的攀爬方法，包括以下步骤，

1）组装攀爬机器人

1a）提供控制箱、动力箱、电源箱和承载箱，承载箱可载人载物；

1b）使控制箱固定在动力箱上；

1c）使电源箱可折叠的设置在动力箱上，使承载箱可折叠的设置在电源箱上；

1d）使电源箱和承载箱折叠时，承载箱可立稳。

2）攀爬机器人在HSS导轨攀爬

2a）在动力箱上设置依次连接的驱动电机、减速机和驱动齿轮；

2b）使驱动齿轮与HSS导轨的齿条啮合；

2c）使动力箱滚动配合在HSS导轨上，并使动力箱抱紧HSS导轨；

2d）使电源箱为动力箱的驱动电机提供动力；同时，使控制箱控制电源箱的动力输出；

2e）使控制箱控制电源箱为动力箱输出动力时，驱动电机带动驱动齿轮在HSS导轨的齿条上运动，进而带动承载箱在HSS导轨上攀爬。

如图1-图19所示，上述的攀爬方法可以通过一种攀爬机器人实现；该攀爬机器人包括由上至下依次设置的控制箱100、动力箱200、电源箱300和承载箱400；控制箱100固定连接在动力箱200上；电源箱300铰接在动力箱200上；承载箱400铰接在电源箱300上；

本实施例中，攀爬机器人的动力箱与电源箱之间采用铰链结构；既可起到连接作用，亦可做相对运动；铰链结构包括销轴261、上轴套262、下轴套340、锁轴螺母263；组装攀爬机器人时，将销轴插入动力箱与电源箱的轴套中，两端通过锁轴螺母固定锁紧。承载箱与电源箱之间也采用上述的铰链结构。

控制箱100和动力箱200与电源箱300电连接；控制箱100可控制动力箱200带动承载箱400在HSS导轨上攀爬。

承载箱400的底部设有支撑位420。

攀爬机器人通过折叠可以将动力箱、电源箱和承载箱折叠成C型，或者将三者对折在一起；通过折叠，可以减少50%左右的长度。攀爬机器人在折叠后可放入拉杆箱内，在折叠的过程中无需借助外来工具，可手动将攀爬机器人折叠展开。在折叠后通过承载箱底部的支撑位作为支撑点以使折叠后能立稳。

动力箱200包括机架210、两个对称设置在机架210上的驱动电机211、连接在驱动电机211输出端的减速机212和驱动齿轮213；驱动齿轮213可与HSS导轨的齿条啮合；

机架210上设有旋转导向模块；旋转导向模块包括可与HSS导轨的正面配合的滚动轮220、可抱紧HSS导轨的抱紧装置230；旋转导向模块能够与HSS导轨连接，沿着HSS导轨滚动，承载设备运行时的弯矩。

抱紧装置230包括铰接在机架210上的外壳231、固定连接在外壳231上的偏心轴232、设置在偏心轴232上的抱紧轮233；抱紧轮233可与HSS导轨的背面配合；偏心结构的设置，便于抱紧装置230安装在HSS导轨上。

外壳231的两端设有对应的限位孔234，限位孔234中设有按键235、组合销轴236；组合销轴236包括支撑块236a、设置在支撑块236a上的限位块236b、联动销236c；外壳231一端的联动销236c穿过外壳231另一端的支撑块236a并与外壳231另一端的按键235固定连接；

支撑块236a和按键235之间设有复位弹簧237；

机架210上设有外凸的限位凸台240；限位凸台240上穿设有铰接轴241；外壳231的两端设有与铰接轴241滑动配合的铰接部231a；两个支撑块236a相向运动时，限位块236b可抵靠限位凸台240；

旋转导向模块的按键235被按压时，限位块236b缩回（打开位置），可将机架210从HSS导轨上取下来；旋转导向模块的按键235未按压时，限位块236b弹出（关闭位置），形成限位，可将机架210固定在HSS导轨上。

一个驱动电机211上设有具有手动释放拨杆的制动器250。制动器为常闭式制动器，在通电时打开，攀爬机器人运行，在攀爬机器人需要停止时自动关闭，起到制动作用。手动释放拨杆是在攀爬机器人突然断电或者故障不能运动时，可以手动打开制动器，利用重力作用，让设备缓慢下降，使得人员降落到地面安全位置。

承载箱400上设有另一旋转导向模块。可以保证承载箱400不会脱离HSS导轨。

控制箱100包括与动力箱200固定连接的控制箱体110、设置在控制箱体110上的显示屏120、状态选择开关130、紧急制动开关140、操作杆150和手柄160。本实施例中，控制箱可以附带安装网络摄像头；可以实现运行过程中的实时影像传输；也可以在设备到达指定位置时，对指定目标进行观测；并且录像。显示屏显示电池电量、速度，高度，载重量等；显示屏采用平板电脑，可以实现密码保护开机方式，或者人脸识别、指纹识别功能；利用公网实现GPS定位功能；开发独立通讯系统，实现云对话方式便于地面、基站（变电所）和操作者的联系，并且可以采集安装在铁塔上的在线监测装置的数据。

电源箱300包括电源箱体310、设置在电源箱体310上的电池、充电插头320和与动力箱200连接的航空插头330。电源箱主要在电源箱体中安装了锂电池，为设备提供动力源；电源箱上设置航空插头，动力箱与电源箱之间的电气线路通过航空插头进行连接快速连接。

承载箱400包括承载箱体430、夹持有两个脚踏片440的夹持件450；

承载箱体430上设有滑轨连接件431；两个脚踏片440滑动配合在滑轨连接件431上；

滑轨连接件431上设有限位凹槽431a；脚踏片440上设有与限位凹槽431a配合的限位柱塞441；使用时，脚踏片440插接在滑轨连接件431上，并且通过限位柱塞441，确保脚踏片440连接稳固不滑落。

夹持件450包括两根可相对转动的连杆451；连杆451上设有供脚踏片440插入的定位槽451a。

如图20-图22所示，一种攀爬结构，包括HSS导轨500；HSS导轨500上设有上述的攀爬机器人；HSS导轨500的两端设有限位器510。通过限位器510与攀爬机器人的接触，防止攀爬机器人墩地或者冲顶。

上述的攀爬结构使用时；操作人员需要将攀爬机器人上的旋转导向模块打开；把攀爬机器人固定在HSS导轨上；确保驱动齿轮和HSS导轨上的齿条啮合。操作人员需要双脚站立在承载箱上的脚踏片上；系好安全带；双手扶住控制箱上的手柄；通过操作杆即可对攀爬机器人进行上下作业。在发生紧急情况时；可立即按动控制箱上的紧急制动开关；让设备停止运行；在故障排除后；取消紧急制动；恢复运行状态。

攀爬机器人自带动力电源；便于在无电源的野外区域安装使用。攀爬机器人和HSS导轨具有互换性、攀爬机器人为可拆卸式；一台攀爬机器人可满足多基铁塔维护检修需要。攀爬机器人整体采用折叠式设计；使用完后；可以折叠运输；也可以按照模块进行拆卸。攀爬机器人安装便利、结构紧凑。攀爬机器人运输方式多样；可适应输电线路多种道路条件。攀爬机器人可整体装车运输；亦可解体搬运。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种攀爬机器人，其特征在于，包括由上至下依次设置的控制箱（100）、动力箱（200）、电源箱（300）和承载箱（400），所述控制箱（100）和动力箱（200）与所述电源箱（300）电连接，所述控制箱（100）可控制所述动力箱（200）带动所述承载箱（400）在HSS导轨上攀爬。

2.如权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，所述动力箱（200）包括机架（210）、两个对称设置在所述机架（210）上的驱动电机（211）、连接在所述驱动电机（211）输出端的减速机（212）和驱动齿轮（213），所述驱动齿轮（213）可与HSS导轨的齿条啮合；

所述机架（210）上设有旋转导向模块，所述旋转导向模块包括可与HSS导轨的正面配合的滚动轮（220）、可抱紧HSS导轨的抱紧装置（230）。

3.如权利要求2所述的攀爬机器人，其特征在于，所述抱紧装置（230）包括铰接在所述机架（210）上的外壳（231）、固定连接在所述外壳（231）上的偏心轴（232）、设置在所述偏心轴（232）上的抱紧轮（233），所述抱紧轮（233）可与HSS导轨的背面配合；

所述外壳（231）的两端设有对应的限位孔（234），所述限位孔（234）中设有按键（235）、组合销轴（236），所述组合销轴（236）包括支撑块（236a）、设置在支撑块（236a）上的限位块（236b）、联动销（236c），所述外壳（231）一端的联动销（236c）穿过所述外壳（231）另一端的支撑块（236a）并与所述外壳（231）另一端的按键（235）固定连接；

所述支撑块（236a）和所述按键（235）之间设有复位弹簧（237）；

所述机架（210）上设有外凸的限位凸台（240），所述限位凸台（240）上穿设有铰接轴（241），所述外壳（231）的两端设有与所述铰接轴（241）滑动配合的铰接部（231a），两个所述支撑块（236a）相向运动时，所述限位块（236b）可抵靠所述限位凸台（240）。

4.如权利要求2所述的攀爬机器人，其特征在于，一个所述驱动电机（211）上设有具有手动释放拨杆的制动器（250）。

5.如权利要求2所述的攀爬机器人，其特征在于，所述承载箱（400）上设有另一旋转导向模块。

6.如权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，所述控制箱（100）包括与所述动力箱（200）固定连接的控制箱体（110）、设置在所述控制箱体（110）上的显示屏（120）、状态选择开关（130）、紧急制动开关（140）、操作杆（150）和手柄（160）。

7.如权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，所述电源箱（300）包括电源箱体（310）、设置在所述电源箱体（310）上的电池、充电插头（320）和与所述动力箱（200）连接的航空插头（330）。

8.如权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，所述承载箱（400）包括承载箱体（430）、夹持有两个脚踏片（440）的夹持件（450），

所述承载箱体（430）上设有滑轨连接件（431），两个所述脚踏片（440）滑动配合在所述滑轨连接件（431）上；

所述滑轨连接件（431）上设有限位凹槽（431a），所述脚踏片（440）上设有与所述限位凹槽（431a）配合的限位柱塞（441）；

所述夹持件（450）包括两根可相对转动的连杆（451），所述连杆（451）上设有供所述脚踏片（440）插入的定位槽（451a）。

9.一种攀爬结构，包括HSS导轨（500），其特征在于，所述HSS导轨（500）上设有如权利要求1至8任一项所述的攀爬机器人，所述HSS导轨（500）的两端设有限位器（510）。

10.一种攀爬机器人的攀爬方法，其特征在于，包括以下步骤，

1）提供HSS导轨、依次连接的控制箱、动力箱、电源箱和承载箱；在动力箱上设置依次连接的驱动电机、减速机和驱动齿轮；

2）使驱动齿轮与HSS导轨的齿条啮合；

3）使动力箱滚动配合在HSS导轨上，并使动力箱抱紧HSS导轨；

4）使电源箱为动力箱的驱动电机提供动力；同时，使控制箱控制电源箱的动力输出；

5）使控制箱控制电源箱为动力箱输出动力时，驱动电机带动驱动齿轮在HSS导轨的齿条上运动，进而带动承载箱在HSS导轨上攀爬。

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