CN112125239B - 一种反向拉绳或丝驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反向拉绳或丝驱动装置，包括左攀爬装置、右攀爬装置和卷线轮；左攀爬装置包括相啮合的左攀爬齿条导轨和左攀爬齿轮；右攀爬装置包括相啮合的右攀爬齿条导轨和右攀爬齿轮；卷线轮包括卷线槽和设置在卷线槽两侧的左连接轴和右连接轴，左连接轴与左攀爬齿轮固定连接、右连接轴与右攀爬齿轮固定连接，使得左攀爬齿轮、卷线轮和右攀爬齿轮形成运动主体；卷线槽上缠绕有绳或丝，绳或丝的自由端自卷线槽的第一侧伸出并竖直向下。本发明在装置外侧不使用定滑轮等改变拉力方向的结构的前提下，使装置向着拉力反方向运动，可以解决装置本体上不宜搭载驱动器或驱动方向与拉绳(丝)方向不一致的应用问题。

Description

一种反向拉绳或丝驱动装置
技术领域
本发明涉及竖直攀爬驱动装置，特别涉及一种反向拉绳(丝)驱动装置。
背景技术
拉绳(丝)驱动作为一种柔性驱动方式，可以将驱动器置于装置本体之外，减轻本体重量，可实现远程驱动，在多种机械装置以及机器人上有诸多应用。目前的拉绳(丝)驱动方案都是拉绳(丝)力的方向与装置运动方向相同，即绳(丝)必须布置在装置移动方向上，但在某些场合下不便在装置移动前方设置固定或导引绳(丝)的装置，限制了拉绳(丝)驱动在很多场合的应用。
发明内容
本发明的目的是解决装置本体上不宜搭载驱动器或驱动方向与拉绳(丝)方向不一致的应用问题，提供一种反向拉绳或丝驱动装置。
本发明所采用的技术方案是：一种反向拉绳或丝驱动装置，包括：
左攀爬装置，所述左攀爬装置包括左攀爬齿条导轨和左攀爬齿轮，所述左攀爬齿条导轨与所述左攀爬齿轮相啮合；
右攀爬装置，所述右攀爬装置包括右攀爬齿条导轨和右攀爬齿轮，所述右攀爬齿条导轨与所述右攀爬齿轮相啮合；以及，
卷线轮，所述卷线轮设置在所述左攀爬装置与所述右攀爬装置之间，所述卷线轮包括卷线槽和设置在所述卷线槽两侧的左连接轴和右连接轴，所述卷线槽的中心到所述左攀爬齿轮的中心距离与所述卷线槽的中心到所述右攀爬齿轮的中心距离相等；所述左连接轴与所述左攀爬齿轮固定连接、所述右连接轴与所述右攀爬齿轮固定连接，使得所述左攀爬齿轮、所述卷线轮和所述右攀爬齿轮形成运动主体；所述左攀爬齿条导轨位于所述左连接轴的第一侧，所述右攀爬齿条导轨位于所述右连接轴的第一侧；所述卷线槽上缠绕有所述绳或丝，所述绳或丝的自由端自所述卷线槽的第一侧伸出并竖直向下；
当作用于所述绳或丝的自由端的拉力对啮合点形成的力矩大于所述运动主体的重力对啮合点形成的力矩，则，所述运动主体向上运动；当作用于所述绳或丝的自由端的拉力对啮合点形成的力矩等于所述运动主体的重力对啮合点形成的力矩，则，所述运动主体静止；当作用于所述绳或丝的自由端的拉力对啮合点形成的力矩小于所述运动主体的重力对啮合点形成的力矩，则，所述运动主体向下运动；其中，所述啮合点为所述左攀爬齿条导轨与所述左攀爬齿轮的啮合点和所述右攀爬齿条导轨与所述右攀爬齿轮的啮合点中的任意一啮合点。
进一步地，所述左攀爬齿条导轨和所述右攀爬齿条导轨均竖直立于地面布置。
进一步地，所述左连接轴和所述右连接轴均为阶梯轴；所述左连接轴与所述左攀爬齿轮之间、所述右连接轴与所述右攀爬齿轮之间均为键连接。
进一步地，设所述卷线轮的绕绳或丝处的半径为r1，所述卷线轮的中轴线到左攀爬齿条导轨与左攀爬齿轮的啮合点的距离与所述卷线轮的中轴线到右攀爬齿条导轨与右攀爬齿轮的啮合点的距离相等为r2，则满足r1＞r2。
进一步地，所述驱动装置还包括左限位导轨和右限位导轨；所述左限位导轨和所述右限位导轨均平行于所述运动主体的移动方向布置，所述左限位导轨位于所述左连接轴的与所述第一侧相对的第二侧，所述右限位导轨位于所述右连接轴的与所述第一侧相对的第二侧；所述左限位导轨与所述左连接轴之间、所述右限位导轨与所述右连接轴之间均留有间隙，使得当所述绳或丝放松，所述运动主体向第二侧移动时，所述左限位导轨和右限位导轨给予所述运动主体水平力防止所述运动主体脱落。
进一步地，所述左限位导轨和所述右限位导轨均为长圆管。
本发明的有益效果是：
本发明可以有效解决现有攀爬机器人对电力驱动的依赖。例如面向高楼外墙检测，清理，高压输电塔巡检的机器人作业任务，在电池电量耗尽，温度较低的北方地区或高原地区电池难以正常工作等工况下，在楼顶或塔顶无法安放支撑或引导装置，此时需要采用纯机械式的反向拉绳(丝)攀爬作业装备，扩展了巡检，检测的作业范围。
附图说明
图1：本发明一种反向拉绳或丝驱动装置整体结构示意图；
图2：本发明一种反向拉绳或丝驱动装置的局部结构示意图；
附图标注：
1——左攀爬齿轮； 2——左攀爬齿条导轨；
3——左限位导轨； 4——卷线轮；
5——右攀爬齿条导轨； 6——右攀爬齿轮；
7——右限位导轨； 8——绳或丝。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
本发明提出了反向拉绳或丝驱动装置，以垂直攀爬机器人驱动为例验证。垂直攀爬能力在很多领域都有应用需求，例如高空操作、船体表面清洗等。目前此类机器人的研究成果较多，其基本吸附原理为电磁吸附、负压吸附以及借助特殊材料性能的基于范德华力的微观分子力吸附等等，实现攀爬大都采用电机驱动的方式。本发明突破目前研究方法的局限，以力学原理为理论基础，通过特定的机器人本体结构设计，实现反向施加拉力，使机器人向上攀爬的功能。即反方向向下拉固连在机器人本体上的绳子，机器人沿着导轨克服重力向上运动。同时，本发明并未采用在终点使用定滑轮的方案，而是将驱动绳固定于机器人本体上。
如图1和图2所示，一种反向拉绳或丝驱动装置，包括左攀爬装置、右攀爬装置、卷线轮4、左限位导轨3以及右限位导轨7。
所述左攀爬装置包括左攀爬齿条导轨2和左攀爬齿轮1，所述左攀爬齿条导轨2与所述左攀爬齿轮1相啮合；所述左攀爬齿条导轨2的宽度稍大于所述左攀爬齿轮1的宽度。其中，所述左攀爬齿条导轨2竖直立于地面。
所述右攀爬装置包括右攀爬齿条导轨5和右攀爬齿轮6，所述右攀爬齿条导轨5与所述右攀爬齿轮6相啮合；所述右攀爬齿条导轨5的宽度稍大于所述右攀爬齿轮6的宽度。其中，所述右攀爬齿条导轨5竖直立于地面。
其中，所述左攀爬齿条导轨2与所述左攀爬齿轮1的啮合、所述右攀爬齿条导轨5与所述右攀爬齿轮6的啮合符合齿轮齿条啮合条件，齿轮齿条啮合起到提供可靠静摩擦力。
所述卷线轮4设置在所述左攀爬装置与所述右攀爬装置之间，所述卷线轮4包括位于中部的卷线槽和设置在所述卷线槽两侧的左连接轴和右连接轴。所述卷线槽的中心到所述左攀爬齿轮1的中心距离与所述卷线槽的中心到所述右攀爬齿轮6的中心距离相等，并且，所述左连接轴与所述左攀爬齿轮1固定连接、所述右连接轴与所述右攀爬齿轮6固定连接，使得所述左攀爬齿轮1、所述卷线轮4和所述右攀爬齿轮6形成运动主体，其中，所述左连接轴和所述右连接轴均为阶梯轴，所述左连接轴与所述左攀爬齿轮1之间、所述右连接轴与所述右攀爬齿轮6之间均为键连接。所述左攀爬齿条导轨2位于所述左连接轴的第一侧，所述右攀爬齿条导轨5位于所述右连接轴的第一侧。所述卷线槽上缠绕有绳或丝8，设所述卷线轮4的绕绳或丝8处的半径为r1，所述卷线轮4的中轴线到左攀爬齿条导轨2与左攀爬齿轮1的啮合点的距离与所述卷线轮4的中轴线到右攀爬齿条导轨5与右攀爬齿轮6的啮合点的距离相等为r2，则满足r1＞r2，并且，所述绳或丝8的自由端自所述卷线槽的第一侧(同时为所述左攀爬齿条导轨2与所述右攀爬齿条导轨5背离左连接轴、右连接轴的一侧)伸出并竖直向下。
所述左限位导轨3和所述右限位导轨7均是长圆管，平行于所述运动主体的移动方向布置。所述左限位导轨3位于所述左连接轴的与所述第一侧相对的第二侧，所述右限位导轨7位于所述右连接轴的与所述第一侧相对的第二侧，并且，所述左限位导轨3与所述左连接轴之间、所述右限位导轨7与所述右连接轴之间均留有很小的间隙，当所述绳或丝8放松，所述运动主体向第二侧移动时，所述左限位导轨3与所述左连接轴相接触、所述右限位导轨7与所述右连接轴相接触，给予所述运动主体水平力，防止所述运动主体脱落，确保左攀爬齿条导轨2与左攀爬齿轮1、右攀爬齿条导轨5与右攀爬齿轮6有效啮合，起到安全防护作用。
在使用时，拉动所述卷线轮4上的绳或丝8，由于齿轮齿条形成啮合，当作用于所述绳或丝8的自由端的拉力对啮合点形成的力矩大于所述运动主体的重力对啮合点形成的力矩，则，所述运动主体向上运动；当作用于所述绳或丝8的自由端的拉力对啮合点形成的力矩等于所述运动主体的重力对啮合点形成的力矩，则，所述运动主体静止；当作用于所述绳或丝8的自由端的拉力对啮合点形成的力矩小于所述运动主体的重力对啮合点形成的力矩，则，所述运动主体向下运动；其中，所述啮合点为所述左攀爬齿条导轨2与所述左攀爬齿轮1的啮合点和所述右攀爬齿条导轨5与所述右攀爬齿轮6的啮合点中的任意一啮合点。因此，左攀爬齿条导轨2与左攀爬齿轮1的啮合、右攀爬齿条导轨5与右攀爬齿轮6的啮合实际上起到提供可靠静摩擦力的作用，当然本原理也可以通过其他实现可靠静摩擦力的方式。
本发明的独创之处在于利用力学原理采用绳(丝)拉动装置，在装置外侧不使用定滑轮等改变拉力方向的结构的前提下，使装置向着拉力反方向运动。通过本发明，可以解决移动装置上由于重量限制或其他限制而不宜搭载驱动器问题，也用于采用绳(丝)驱动不宜在运动方向同侧施加驱动拉力的场合。适用于竖直攀爬机器人以及管道机器人等场合。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种反向拉绳或丝(8)驱动装置，其特征在于，包括：
左攀爬装置，所述左攀爬装置包括左攀爬齿条导轨(2)和左攀爬齿轮(1)，所述左攀爬齿条导轨(2)与所述左攀爬齿轮(1)相啮合；
右攀爬装置，所述右攀爬装置包括右攀爬齿条导轨(5)和右攀爬齿轮(6)，所述右攀爬齿条导轨(5)与所述右攀爬齿轮(6)相啮合；以及，
卷线轮(4)，所述卷线轮(4)设置在所述左攀爬装置与所述右攀爬装置之间，所述卷线轮(4)包括卷线槽和设置在所述卷线槽两侧的左连接轴和右连接轴，所述卷线槽的中心到所述左攀爬齿轮(1)的中心距离与所述卷线槽的中心到所述右攀爬齿轮(6)的中心距离相等；所述左连接轴与所述左攀爬齿轮(1)固定连接、所述右连接轴与所述右攀爬齿轮(6)固定连接，使得所述左攀爬齿轮(1)、所述卷线轮(4)和所述右攀爬齿轮(6)形成运动主体；所述左攀爬齿条导轨(2)位于所述左连接轴的第一侧，所述右攀爬齿条导轨(5)位于所述右连接轴的第一侧；所述卷线槽上缠绕有所述绳或丝(8)，所述绳或丝(8)的自由端自所述卷线槽的第一侧伸出并竖直向下；
当作用于所述绳或丝(8)的自由端的拉力对啮合点形成的力矩大于所述运动主体的重力对啮合点形成的力矩，则，所述运动主体向上运动；当作用于所述绳或丝(8)的自由端的拉力对啮合点形成的力矩等于所述运动主体的重力对啮合点形成的力矩，则，所述运动主体静止；当作用于所述绳或丝(8)的自由端的拉力对啮合点形成的力矩小于所述运动主体的重力对啮合点形成的力矩，则，所述运动主体向下运动；其中，所述啮合点为所述左攀爬齿条导轨(2)与所述左攀爬齿轮(1)的啮合点和所述右攀爬齿条导轨(5)与所述右攀爬齿轮(6)的啮合点中的任意一啮合点。
2.根据权利要求1所述的一种反向拉绳或丝(8)驱动装置，其特征在于，所述左攀爬齿条导轨(2)和所述右攀爬齿条导轨(5)均竖直立于地面布置。
3.根据权利要求1所述的一种反向拉绳或丝(8)驱动装置，其特征在于，所述左连接轴和所述右连接轴均为阶梯轴；所述左连接轴与所述左攀爬齿轮(1)之间、所述右连接轴与所述右攀爬齿轮(6)之间均为键连接。
4.根据权利要求1所述的一种反向拉绳或丝(8)驱动装置，其特征在于，设所述卷线轮(4)的绕绳或丝(8)处的半径为r1，所述卷线轮(4)的中轴线到左攀爬齿条导轨(2)与左攀爬齿轮(1)的啮合点的距离与所述卷线轮(4)的中轴线到右攀爬齿条导轨(5)与右攀爬齿轮(6)的啮合点的距离相等为r2，则满足r1＞r2。
5.根据权利要求1所述的一种反向拉绳或丝(8)驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还包括左限位导轨(3)和右限位导轨(7)；
所述左限位导轨(3)和所述右限位导轨(7)均平行于所述运动主体的移动方向布置，所述左限位导轨(3)位于所述左连接轴的与所述第一侧相对的第二侧，所述右限位导轨(7)位于所述右连接轴的与所述第一侧相对的第二侧；所述左限位导轨(3)与所述左连接轴之间、所述右限位导轨(7)与所述右连接轴之间均留有间隙，使得当所述绳或丝(8)放松，所述运动主体向第二侧移动时，所述左限位导轨(3)和右限位导轨(7)给予所述运动主体水平力防止所述运动主体脱落。
6.根据权利要求5所述的一种反向拉绳或丝(8)驱动装置，其特征在于，所述左限位导轨(3)和所述右限位导轨(7)均为长圆管。
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