CN112429106A - 磁助力爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁助力爬杆机器人，具体地，机器人包括：行走单元，有两个以上，每相邻两组行走单元之间通过辅助连接构件连接并形成合围结构；主驱电机，驱动行走单元行走，实现机器人的爬升和下降；行走单元为轮式行走单元，行走单元的行走轮为磁性轮；或者，行走单元为履带式行走单元，行走单元的履带为磁性履带；至少有部分辅助连接结构为可自由伸缩的伸缩连接结构。本发明的磁助力爬杆机器人通过行走单元与杆体磁性相吸，在杆体变径或外周面高低起伏不平整、不标准时，也能够始终紧贴在杆体外表面上，框形合围结构能够在伸缩连接结构的伸缩补偿作用下自动适应不同的杆径和外周面的起伏，适应性较强。

Description

磁助力爬杆机器人

技术领域

本发明涉及磁助力爬杆机器人。

背景技术

鉴于高空作业给作业人员带来很大的安全隐患，现在能够代替作业人员进行作业的爬杆机器人使用的越来越多。例如申请公布号为CN109625112A、发明名称为一种爬杆机器人的中国发明专利申请就公开了一种能够攀爬杆体的机器人，其包括支架，支架整体呈三角合围结构，中部形成供杆体穿过的通道，支架内均布有三个爬轮组，三个爬轮组处于支架的三角位置处，支架的三边均为伸缩套杆，能够适应不同杆径，三角支架的其中一边的伸缩套杆为可开合的套杆，以在打开时使杆体装入。爬轮组通过丝杠驱动电机压紧在杆体外周面，爬轮驱动电机驱动爬轮轮转动即可实现机器人沿杆体行走。

这种机器人在运行过程中，针对不同的杆径可以预先调整伸缩套杆不同的伸缩量，通过伸缩套杆的连接拉紧作用使爬轮组与被爬杆保持一定的夹紧力以使爬轮组沿被爬杆爬行，但是这种机器人的适应性较差，针对变径或外周不规则的杆体，由于机器人在爬行过程中无法再针对伸缩套杆进行调整，会出现爬轮组无法与杆体很好贴紧的问题，直接影响机器人的承载能力，严重时，还将导致机器人无法稳定行驶。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁助力爬杆机器人，以解决现有的爬杆机器人杆体适应性较差而爬行不稳定的问题。

本发明的磁助力爬杆机器人包括：

行走单元，有两个以上，每相邻两组行走单元之间通过辅助连接构件连接，行走单元与辅助连接构件共同形成合围结构并在内部形成供杆体穿过的通道，合围结构有部分为可开合结构，而在打开时形成供杆体进入合围结构内部的开口；

主驱电机，驱动行走单元行走，实现机器人的爬升和下降；

行走单元为轮式行走单元，行走单元的行走轮中至少有部分行走轮为磁性轮；或者，行走单元为履带式行走单元，行走单元的履带中至少有部分履带为磁性履带；

至少有部分辅助连接结构为可自由伸缩的伸缩连接结构，使用时，行走单元通过磁性轮或磁性履带直接吸附在被爬杆体上，在杆体变径或外周面凹凸起伏时，伸缩连接结构随之伸缩以适应杆体。

本发明的磁助力爬杆机器人通过行走单元与杆体磁性相吸，在杆体变径或外周面高低起伏不平整、不标准时，也能够始终紧贴在杆体外表面上，保证了机器人的承载能力和爬行稳定性，同时，框形合围结构能够在伸缩连接结构的伸缩补偿作用下自动适应不同的杆径和外周面的起伏，适应性较强。

进一步地，每相邻两组行走单元之间的辅助连接结构中至少有部分为弹性伸缩连接结构，以在使用时拉紧相邻行走单元以使得各行走单元夹紧中部杆体。这样能够通过弹性力使合围结构抱紧杆体，与磁性力配合更好的抱紧杆体，进一步提升了机器人的承载能力，提升了爬行稳定性。

具体地，所述弹性伸缩连接结构为弹性套杆结构，包括至少两根相互插套的套管以及安装在套管内、两端分别连接处于两端的套管的拉簧。弹性套杆结构相对简单，而且通过相互插套的套管既能够实现自由的伸缩补偿，又能够更好的实现相邻行走单元之间的同步性。

进一步地，行走单元为轮式行走单元，轮式行走单元的磁性轮包括轮子以及固定在轮子外周面的永磁块，永磁块有多个且绕轮子均匀布满，使用时，永磁块的外侧面与杆体接触。轮式结构的行走单元结构简单，装配方便。

更进一步地，轮式行走单元包含有上下布置的两组以上行走轮。多组行走轮能够增强机器人与杆体之间的磁吸作用力，提高机器人的承载能力，

进一步优化地，上下布置的两组以上行走轮中，处于最上侧的一组与主驱电机传动连接，有助于提升机器人的爬升能力。

或者作为另一种优化方案，行走单元为轮式行走单元，轮式行走单元的行走轮包括主动轮和从动轮，所述从动轮为磁性轮。从动轮可以选用直径较小的轮子，相应的可减少永磁体的用量。

进一步地，主动轮有两组以上且在上下方向上布置，从动轮设置在相邻两组主动轮之间的位置。这样能够使机器人与杆体之间的磁吸作用力尽量靠近整机的中部位置，机器人爬行稳定性较好。

再或者作为另一种优化方案，所述行走单元为履带式行走单元，磁性履带包括带体以及固定在带体外侧面的永磁块，永磁块有多个且沿带体的长度方向均匀布满，使用时，永磁块的外侧面与杆体接触。采用履带式行走单元，行走单元与杆体之间接触面积大，抓杆力更强，机器人行走更加稳定。

附图说明

图1为本发明的磁助力爬杆机器人的第一种实施例的使用状态图；

图2为本发明的磁助力爬杆机器人的第二种实施例的结构示意图；

图3为图2所示的磁助力爬杆机器人的行走单元的结构示意图；

图4为本发明的磁助力爬杆机器人的第三种实施例中行走单元的结构示意图；

图5为本发明的磁助力爬杆机器人的第四种实施例的结构示意图。

图1中：1-轮架；10-行走轮；13-角形连接件；2-辅助连接结构；3-合页；4-锁具；9-杆体。

图2-3中：1-轮架；10-履带轮；11-履带；12-永磁块；13-角形连接件；2-辅助连接结构；3-合页；4-锁具。

图4中：1-轮架；100-主动轮；101-从动轮架；102-从动轮。

图5中：1-轮架；10-行走轮；2-辅助连接结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的磁助力爬杆机器人具体实施例，如图1所示，包括三个行走单元和分别连接相邻两个行走单元的辅助连接结构2，三个行走单元和三个辅助连接结构2共同形成大致呈三角形的框形合围结构，框形合围结构的内部形成供杆体9穿过的通道。见图1和图2，使用时，框形合围结构抱在杆体9外侧，行走单元可沿杆体9上升和下降。

具体地，行走单元包括轮架1、安装在轮架1上的行走轮10以及驱动行走轮10的主驱电机（图中未显示）。框形合围结构上固定安装有电源（图中为显示），电源用于给主驱电机供电并驱动机器人运行。轮架1为U形架，U形架的开口朝向内侧，行走轮10的轮轴的两端分别安装在U形架的两平行壁面上，行走轮10的轮面从U形架的开口侧露出，主驱电机可以设置在U形架的外侧面上。本实施例中，轮架1上安装的行走轮10有两组，且上下间隔设置，这样增大了机器人在行驶方向上与杆体9的接触长度，提升了爬行的稳定性。两组行走轮10中，处于上侧的一组为与主驱电机传动连接的主动轮组，将主动轮组设置在上侧，有助于提升机器人的爬升和越障能力。

其中，行走轮10为磁性轮，磁性轮能够通过磁吸作用力吸附在杆体上，磁性磁性轮与杆体之间的摩擦力也就越大，在机器人向上爬行时能够具有更大的承载能力，爬行较为稳定。本实施例中的磁性轮主要是通过在轮子内嵌入永磁块，永磁块有多个且环绕轮轴布置，在其他实施方式中，永磁也可在轮子的外周面上粘接固定多个永磁块，永磁块布满轮子外周，各个永磁块的外侧面大致处于同一圆周面上，用于在滚动时杆体外表面接触。

连接相邻两个行走单元的三个辅助连接结构2均为弹性伸缩连接结构，以在使用时拉紧相邻行走单元以使得各行走单元夹紧中部杆体，具体地，弹性伸缩连接结构为弹性套杆结构，包括两根相互插套的套管以及安装在套管内的提供拉紧力的弹性件（例如拉簧、弹性带或气弹簧），弹性件的两端分别连接两个套管的两端，这样两个套管之间自然的处于收缩拉紧状态。当然，在其他实施方式中，弹性伸缩连接结构也可以为气弹簧，气弹簧的两端分别连接相邻的两个行走单元；或者，弹性伸缩连接结构也可以为弹性收紧带，弹性收紧带的两端分别连接相邻的两个行走单元。如此，在使用时，框形合围结构能够自然的抱紧杆体9，也保证了行走单元与杆体9之间具有一定的抱紧力。弹性伸缩连接结构自由伸缩，行走单元依靠自身磁力吸附在杆体上，在杆体变径时，弹性伸缩连接结构根据行走单元之间的间距调整伸缩；弹性伸缩连接结构同时起到连接各个行走单元的作用，行走过程使爬杆机器人整体处于同步上升状态，即使在一个行走单元受到阻碍，或者越障滞后时，其余行走单元通过弹性伸缩连接结构，传递上升力，带动该行走单元同步上升，这样使整机具有一定的避障能力。

更为详细地，U形架的两平行壁面与底壁相连接的位置分别设有角形连接件13，弹性套杆结构的两个相互插套的套管的相背端分别固定连接在相邻两个行走单元相邻的两个角形连接件13上。见图2，三个行走单元中，有一个行走单元的轮架1分别固定连接位于该行走单元两侧的两个辅助连接结构2，该两个辅助连接结构中，一个与该辅助连接结构的另一端相邻的行走单元通过合页3铰链连接，另一个与该辅助连接结构的另一端相邻的行走单元通过锁具4可拆连接，该两个辅助连接结构和连接在中间的行走单元构成合围结构可开合的部分。这样设置使框形合围结构的可开合部分的开合空间较大，便于杆体装入框形合围结构内，使用起来比较方便。

本实施例的磁助力爬杆机器人在使用时，通过弹性伸缩连接结构的收紧力以及磁性轮与杆体的磁吸力的相互配合和共同作用，能够使得行走单元贴紧在杆体上，提升了机器人的载重能力；当杆体变径或外周面高低起伏不平整、不标准时，框形合围结构能够在弹性伸缩连接结构的伸缩补偿作用下自动适应不同的杆径和外周面的起伏，不需要较多的人为控制，操控性较好。此外，框形合围结构也能够使相邻两个行走单元之间具有一定的同步性，使爬杆机器人整体处于同步上升状态，即使在一个模块受到阻碍，或者越障滞后时，其余模块通过伸缩机构，传递上升力，带动该模块同步上升，整机具有一定的避障能力。

当然，本发明的磁助力爬杆机器人并不仅限于上述实施例。

例如，如图2-3所示的另一种实施例，其与上述实施例的爬杆机器人的主要区别在于行走单元。

该实施例中，行走单元包括轮架1以及转动安装在轮架1上的两个履带轮10，履带轮10上绕装有磁性履带11，且在爬行时通过磁性履带11吸紧在杆体上。两个履带轮10的轴向一侧均安装有主驱电机（图中未显示），主驱电机的输出端传动连接于履带轮10并带动履带轮10转动，这样单个行走单元具有较强的动力，当然，在其他实施方式中，单个行走单元的履带轮中也可以仅有一个配备有主驱电机，或者，多个行走单元中仅有部分的履带轮配有主驱电机。

三个行走单元的轮架1的两侧均设置有角形连接件13，其通过角形连接件13连接辅助连接件2，三个行走单元的两两之间通过辅助连接件2的连接而形成合围结构，且在使用时，行走单元的磁性履带11沿杆体爬行。

具体地，磁性履带主要是在带体的外侧面固定永磁块12形成，永磁块12有多个，永磁块12沿带体的长度方向均匀布满，且在带体循环转动时，永磁块与杆体外表面直接接触。

本发明还提供了磁助力爬杆机器人的第三种实施例，其与上述的第一种实施例的区别在于行走单元的结构，如图4所示，第三种机器人的行走单元包括U形轮架1，轮架1内上下间隔安装有两组主动轮100，两组主动轮100之间安装有从动轮安装架101，从动轮安装架101上装有两组从动轮102，其中主动轮100为普通滚轮，从动轮102为磁性轮，使用时，机器人通过从动轮102与杆体之间产生磁吸作用力。

本发明还提供了磁助力爬杆机器人的第四种实施例，如图5所示，该实施例中，三个行走单元通过辅助连接结构2连接成合围结构，行走单元的轮架1为盒体结构，盒体的开口朝向内侧，行走轮10安装在盒体内，每个行走单元仅包含一个行走轮，且该行走轮为一个整体的圆形磁性轮。

或者在其他实施例中，行走单元可以有两个，两个行走单元通过两个辅助连接结构围成矩形合围结构，并在使用时将杆体抱紧在内，此时，两个辅助连接结构可以分别固定连接在一个行走单元的两侧，两一个行走单元与两个辅助连接结构可拆连接，且在拆开时形成供杆体装入的开口；或者，行走单元也可以有四个，四个行走单元通过四个辅助连接结构依次连接并围成四边形合围结构，并在使用时将杆体抱紧在内，此时，行走单元与其一侧的辅助连接结构之间为可拆连接，与该行走单元处于对角位置的行走单元与其一侧的辅助连接结构为铰接连接关系，从而形成合围结构的开合部分。

再或者，磁性轮为采用磁性塑料制成的滚轮，此时无需在滚轮外周面固定永磁块；或者，磁性履带为采用磁性塑料制成的带体，此时也无需在带体外侧面固定永磁块。

或者，在其他实施例中，如上述实施例中的三个辅助连接结构中，有一个或两个为弹性伸缩连接结构，其余的为刚性连接件，此时，通过仅有的一个或两个弹性伸缩连接结构来实现对合围结构的收紧。当然，在行走单元和辅助连接结构的数量发生变化时，为弹性伸缩连接结构的辅助连接结构的数量也随之变化，可以所有的辅助连接结构均为弹性伸缩连接结构，也可以仅有部分辅助连接结构为弹性伸缩连接结构，以能够满足框形合围结构抱紧杆体为准。

再或者，在其他实施例中，轮架上也可以仅有一组行走轮，或者，也可以在上下方向上间隔设置三组行走轮，每组行走轮可以仅包含一个轮面为内凹弧面的行走轮，也可以包含三个或四个呈弧形布置的行走轮。

再或者，在其他实施方式中，多个行走单元中，仅有部分，例如一个或两个行走单元配有主驱电机，即部分行走单元的主动行走单元，其余行走单元为从动行走单元。再或者，多个行走单元仅配有一个主驱电机，主驱电机通过联动传动结构传动与各个行走单元，并同步带动各个行走单元的行走轮。

再或者，在其他实施方式中，辅助连接结构为自由伸缩套管结构，即包括两个相互插套的套管，一个套管的端部连接相邻两个行走单元中的一个，另一个套管的端部连接相邻两个行走单元中的另一个，两个套管可自由的伸缩。此时，针对如上述的第一个实施例中的三角形的框形合围结构，一个行走单元及其两侧连接的自由伸缩套管结构的其中一个套管，可直接从三角形的合围结构中拔出，构成可开合的部分。

以上各种机器人的实施例中，主驱电机也可采用轮毂电机，直接用行走轮集成在一体，这样结构更加简单。

Claims (9)

1.磁助力爬杆机器人，包括：

行走单元，有两个以上，每相邻两组行走单元之间通过辅助连接构件连接，行走单元与辅助连接构件共同形成合围结构并在内部形成供杆体穿过的通道，合围结构有部分为可开合结构，而在打开时形成供杆体进入合围结构内部的开口；

主驱电机，驱动行走单元行走，实现机器人的爬升和下降；

其特征是，行走单元为轮式行走单元，行走单元的行走轮中至少有部分行走轮为磁性轮；或者，行走单元为履带式行走单元，行走单元的履带中至少有部分履带为磁性履带；

至少有部分辅助连接结构为可自由伸缩的伸缩连接结构，使用时，行走单元通过磁性轮或磁性履带直接吸附在被爬杆体上，在杆体变径或外周面凹凸起伏时，伸缩连接结构随之伸缩以适应杆体。

2.根据权利要求1所述的磁助力爬杆机器人，其特征是，每相邻两组行走单元之间的辅助连接结构中至少有部分为弹性伸缩连接结构，以在使用时拉紧相邻行走单元以使得各行走单元夹紧中部杆体。

3.根据权利要求2所述的磁助力爬杆机器人，其特征是，所述弹性伸缩连接结构为弹性套杆结构，包括至少两根相互插套的套管以及安装在套管内、两端分别连接处于两端的套管的弹性件。

4.根据权利要求1或2或3所述的磁助力爬杆机器人，其特征是，行走单元为轮式行走单元，轮式行走单元的磁性轮包括轮子以及固定在轮子外周面的永磁块，永磁块有多个且绕轮子均匀布满，使用时，永磁块的外侧面与杆体接触。

5.根据权利要求4所述的磁助力爬杆机器人，其特征是，轮式行走单元包含有上下布置的两组以上行走轮。

6.根据权利要求5所述的磁助力爬杆机器人，其特征是，上下布置的两组以上行走轮中，处于最上侧的一组与主驱电机传动连接。

7.根据权利要求1或2或3所述的磁助力爬杆机器人，其特征是，行走单元为轮式行走单元，轮式行走单元的行走轮包括主动轮和从动轮，所述从动轮为磁性轮。

8.根据权利要求7所述的磁助力爬杆机器人，其特征是，主动轮有两组以上且在上下方向上布置，从动轮设置在相邻两组主动轮之间的位置。

9.根据权利要求1或2或3所述的磁助力爬杆机器人，其特征是，所述行走单元为履带式行走单元，磁性履带包括带体以及固定在带体外侧面的永磁块，永磁块有多个且沿带体的长度方向均匀布满，使用时，永磁块的外侧面杆体接触。

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