CN112873217A - 一种角钢塔螺栓紧固机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种角钢塔螺栓紧固机器人，机器人包括：机器人构架、与机器人构架同侧设置的中间机构和夹持机构；夹持机构通过中间机构与机器人构架连接，机器人构架包括轨道、与轨道垂直设置的前足和后足移动横杆以及与轨道垂直且位于前足和后足移动横杆间的中移动横杆，前足移动横杆、后足移动横杆和中移动横杆沿导轨上下运动，紧固工具固定的在中移动横杆上，中间机构包括环形导轨和与环形导轨连接的倾角电推杆，环形导轨与机器人构架轴线垂直连接，机器人构架沿环形导轨旋转，倾角电推杆在支撑组件支撑下带动机器人构架远离或靠近角钢，夹持机构具有开合结构，用于夹紧角钢或释放角钢；本发明实现了机器人在塔身自主攀爬及紧固角钢塔螺栓。

Description

一种角钢塔螺栓紧固机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种角钢塔螺栓紧固机器人。

背景技术

作为输电线路工程施工中主要的分部工程之一的组塔施工，在塔材吊装就位后，螺栓紧固工作量大，扭矩精度要求高。而对于角钢塔的主材螺栓的紧固性对铁塔的防振动性能和整体结构稳定具有重要作用。

目前，角钢塔螺栓的紧固主要依靠借助简单工具或电动扳手作业的人工操作；线路投运后，还需对角钢塔主材螺栓的紧固扭矩作定期监测，以对扭矩不合格的松动螺母复紧，这样的复紧也由人工测量完成。高空作业环境下的工作人员风险较高；而这样的人工作业还可能存在紧固力矩不达标、紧固力矩一致性差的缺陷以及漏紧的情况，这无疑给后期运行埋下很大的安全隐患。

角钢塔表面复杂，常见的障碍物有供人员攀爬铁塔用的脚钉、联板、螺栓等；角钢塔及塔身脚钉、螺栓。现有的攀爬机器人不适合于在角钢塔这种表面复杂的钢结构攀爬，无法实现有效的越障功能；无负载能力或负载能力有限，由于结构形式的限制，不适合角钢塔螺栓紧固作业；自身结构及控制系统复杂，自重大，高空作业风险高。

现有攀爬机器人可分为足式、轮式、履带式、蛇形附着式等的机构形式。

(1)足式攀爬机器人

采用足式攀爬结构的足式机器人，可在攀爬表面灵活变向和跨越障碍，国内外目前的攀爬机器人一般为两足到八足不等，机器人的足端装配真空吸盘、抓取机构或者磁吸附装置。此类机器人的弊端是足的数量越多，机器人的重量、体积和控制的复杂程度相应随之增加。其中的两足式机器人以其运动灵活、控制简单的优点得到了广泛研究和应用；另一类是四自由度的双足爬壁机器人RAMR1，足端采用真空吸盘，可以在较为光洁平整的平面上攀爬。

东京工业大学设计了一种4足机器人NINJA,该机器人利用一种阀控式多抽油杆，使得其能吸附在不平坦的表面上，其中的6足攀爬机器人，每个足具有3个自由度，具有移动、越障和转向功能；其足端安装用以吸附在铁磁质墙壁表面的电磁吸附机构；由于此机器人采用了大功率的吸附机构，所以其整体结构尺寸较大，质量达250Kg；该机器人可以携带较重的负载，具有较强的越障能力，但步履缓慢、控制复杂。

国内的哈尔滨工业大学李勇兵设计了一种双臂式电力铁塔攀爬机器人，但该机器人由于系统复杂，无法实现角钢塔的攀爬与越障，无法进行任何有效作业。

(2)轮式攀爬机器人

依靠轮子和壁面之间的摩擦力产生前进动力的轮式攀爬机器人，行驶速度快，移动灵活；采用负压吸附，运动速度高、易于控制；例如德黑兰大学科研团队研制的三代轮式攀爬机器人样机(UT-PCR1、UT-PCR2及UT-PCR3)。由于塔材特殊结构，轮式攀爬机器人与塔面的接触面积较小，大大限制了负载能力，使得机器人很难维持在稳定状态下攀爬，也不利于越障，因此轮式攀爬机器人并不适合角钢塔的攀爬。

(3)履带式攀爬机器人

International Climbing Machines(ICM)公司研发的MINI Climber机器人，由吸盘及真空泵、传感器模块等组成，通过内置真空系统吸附墙壁。虽然该类机器人能够在各种表面上攀爬并可跨越各种障碍物，最大越障高度为20mm，但在结构复杂的塔杆显得力不从心。

(4)蛇形攀爬机器人

蛇形机器人是仿生机器人研究中很活跃的一支，大部分样机已具备抬头、爬台阶、翻越低障碍等三维空间运动能力，近几年研制的蛇形机器人样机功能更加具有针对性和多样性，有的已经能够垂直攀爬到数米高度。在攀爬过程中，蛇形机器人通过缠绕附着在攀爬对象外表面，然后采用一定的步态上下攀爬。上海交通大学研制的CRS蛇形攀爬机器人，可沿等距螺旋线方向，采用尺蠖般的蠕动步态，以纵波的形式通过部分关节的起伏向上传递运动波，其它部分的关节则缠绕在树干上，产生摩擦力以抵消整体重力，攀爬始终沿着一条固定的轨迹。卡内隆基大学生物机器人技术实验室近几年研究的蛇形机器人样机都基于正交连接，采用“粘附式”运动完成障碍的跨越，具有运动稳定性好、适应地形能力强和牵引力大等特点，但其自由度多，控制困难且速度低。这种机器人结构并不适合角钢塔这种非圆形的结构。

现有技术中机器人不能够有效越障、在角钢塔塔身附着及定点识别作业的攀爬。

发明内容

针对现有技术无法通过机器人在输电线路塔上进行攀爬，检查螺栓情况，本发明提供了一种角钢塔螺栓紧固机器人，所述机器人包括：机器人构架、与机器人构架同侧设置的中间机构(7)和夹持机构(1)；所述夹持机构(1)通过中间机构(7)与机器人构架连接；

机器人构架包括轨道(2)、与所述轨道(2)垂直设置的前足移动横杆(3)和后足移动横杆(6)以及与所述轨道(2)垂直且位于所述前足移动横杆(3)和后足移动横杆6间的中移动横杆(4)，三个横杆可以沿轨道(2)上下运动，摄像头(504)和紧固工具(503)固定的在中移动横杆(4)上；

所述中间机构(7)包括环形导轨(704)和与所述环形导轨(704)连接的倾角电推杆(106)，所述环形导轨(704)与所述机器人构架轴线垂直连接，所述机器人构架沿环形导轨(704)旋转，所述倾角电推杆(106)在支撑组件(104)支撑下带动所述机器人构架远离或靠近角钢；

所述夹持机构(1)具有开合结构，用于夹紧角钢或释放角钢。

优选的，所述前足移动横杆(3)和后足移动横杆(6)均包括后足键槽连接部(603)、在所述轨道(2)上同步移动的副横杆和设有动力驱动机构的主横杆；所述主副横杆两者间的轴心在垂直于所述的轨道(2)轴心的同一竖直面上，两者间的通道为与所述中间机构(7)连接的通道，所述后足键槽连接部(603)中轴垂直于所述副横杆的中轴并安装在所述副横杆上。

优选的，所述中间机构(7)还包括内置有扭矩电机(706)、顶端设有通过所述倾角电推杆(106)与夹持机构(1)连接的连接部(710)的钟罩形壳(705)、矩形连杆(708)和多个齿轮，所述前足移动横杆(3)和后足移动横杆(6)分别与所述通过所述矩形连杆(708)连接；

扭矩电机(706)的输出轴与设于矩形连杆(708)的内侧轴线上的远端齿轮(701)、惰轮(702)和带有开口的固定齿轮(703)中的所述固定齿轮(703)固定连接；所述远端齿轮(701)设置于所述矩形连杆(708)内侧轴线上的另一端；所述远端齿轮(701)的轴穿过所述后足键槽连接部(603)。

优选的，所述矩形连杆(708)内侧设有齿轮连接杆(712)，所述齿轮连接杆(712)与所述惰轮(702)连接，所述远端齿轮(701)、惰轮(702)和固定齿轮(703)三者相互啮合。

优选的，所述矩形连杆(708)远端齿轮(701)一端的外侧设有与所述环形导轨(704)相配合的凹槽，以形成扭矩电机(706)带动矩形连杆(708)沿环形导轨(704)移动；所述扭矩电机(706)的输出轴与所述横杆轴向垂直。

优选的，所述中移动横杆(4)包括：轴向彼此平行设置的丝杠、所述丝杠两端依次连接的丝杠驱动、齿轮和滑轨(203)；位于该中移动横杆(4)一端的步进电机、移动件(501)和紧固工具驱动件(502)；

紧固工具(503)两端分别与所述紧固工具驱动件(502)和所述移动件(501)固定连接，所述移动件(501)与所述丝杠活动连接，所述摄像头(504)设置于移动件(501)内部。

优选的，所述夹持机构(1)包括动力件和多个卡爪(105)，所述动力件与多个所述卡爪(105)连接。

优选的，所述动力件包括卡爪(105)驱动电机(102)，电机壳体(103)，平面螺纹转盘(108)；

所述电机壳体(103)一侧设置为挡板，另一侧设置为圆心板，所述挡板与圆心板底部设置有弧形底板；

所述电机壳体(103)一侧的弧形底板上安装所述平面螺纹转盘(108)，另一侧与所述卡爪(105)驱动电机(102)固定连接；

所述平面螺纹转盘(108)上设有螺纹，所述卡爪(105)安装于所述螺纹上。

优选的，所述卡爪(105)呈L型，所述卡爪(105)一端点设有限位装置；

所述壳体安装所述平面螺纹装盘一侧底部设有多个卡爪导向孔(109)，所述卡爪(105)穿过卡爪导向孔(109)，所述限位装置安装于所述螺纹上。

优选的，所述夹持机构(1)还包括呈V字形的卡紧部(111)、调整芯(112)、多个电磁铁(110)和与电磁铁(110)中轴连接的定位栓(113)；

所述多个电磁铁(110)轴向垂直连接，其中一个电磁铁(110)与所述圆心板连接，所述多个电磁铁(110)的垂直角穿过所述调整芯(112)与所述卡紧部(111)的顶点固定连接。

优选的，还包括电推杆倾角架(107)、限位组件和多个带有倾角呈F形的环形导轨托架(101)，所述限位组件包括限位杆(709)和限位板(707)，所述限位杆(709)与所述限位板(707)活动连接；

所述电推杆倾角架(107)一端与所述倾角电推杆(106)活动连接，另一端与所述圆心板贴合；

所述限位杆(709)呈V字型，所述限位杆(709)顶点通过固定齿轮(703)的开口与所述固定齿轮(703)的圆心连接；

所述多个限位板(707)一侧与所述限位杆(709)两端活动连接，另一侧分别与所述环形导轨托架(101)固定连接，所述环形导轨托架(101)的另一端设置于卡爪(105)驱动电机(102)两侧与所述电机壳体(103)活动连接。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

1、本发明提供了一种角钢塔螺栓紧固机器人，所述机器人包括：机器人构架、与机器人构架同侧设置的中间机构7和夹持机构1；所述夹持机构1通过中间机构7与机器人构架连接；机器人构架包括轨道2、与所述轨道2垂直设置的前足移动横杆3和后足移动横杆6以及与所述轨道2垂直且位于所述前足移动横杆3和后足移动横杆6间的中移动横杆4，所述前足移动横杆3、后足移动横杆6和中移动横杆4沿轨道2上下运动，紧固工具503固定的在中移动横杆4上；所述中间机构7包括环形导轨704和与所述环形导轨704连接的倾角电推杆106，所述环形导轨704与所述机器人构架轴线垂直连接，所述机器人构架沿环形导轨704旋转，所述倾角电推杆106在支撑组件104支撑下带动所述机器人构架远离或靠近角钢；所述夹持机构1具有开合结构，用于夹紧角钢或释放角钢；本发明实现了机器人自动在输电杆塔攀爬并检测输电杆塔情况。

2、由于本发明的机器人设于前后移动横杆的夹持机构1，利用卡爪驱动电机102驱动对称设于平面螺纹转盘108上的具有加强件的L形卡爪105，形成类似人的双手臂的L型卡夹，借助中间机构7可方便实现在塔杆上的攀爬；

3、本发明提供的攀爬机器人，通过横杆与夹持机构1间设置的中间机构7使得此机器人既可以方便实现沿杆塔水平方向按所需要的移动，又可方便沿杆塔纵向(竖向)方向攀爬，在此同时也带动了中间横杆沿杆塔水平方向以及纵向进行所需要的移动，从而使中间横杆上携带的摄像头504、移动件501、紧固工具503和紧固工具驱动件502移动至所需要的位置，实现对塔杆需要进行操作部位进行操作；

4、由于本发明所述中间机构7中的驱动机构扭矩电机706的轴向与所述机器人构架中的横杆轴向垂直设置、通过控制所述环形导轨704与所述远端齿轮701间的直径比来对沿塔杆水平方向的移动进行有效控制的同时，还能对机器人的负重、安全性进行有效控制；

5、由于所述中间机构7的后端与所述夹持机构1间通过倾角电推杆106连接，而所述中间机构7与所述夹持机构1又分别设有轴向垂直于所述机器人构架中的横杆轴向的扭矩电机706，不仅可以借助设置的扭矩电机706确保满足夹持机构1的夹持力，还给所述机器人具有类似人体柔软腰部功能，以确保沿塔杆水平方向的移动；

6、由于本发明的中间机构7的前端通过所述矩形连杆708中的远端齿轮701的轴与所述横杆间的位于同一竖直面的通道或键槽通过所述矩形连杆708的远端齿轮701的轴或键这样的键槽连接方式不仅可以使得本发明的机器人确保安全，而且还能满足所需负重、灵巧；

7、本发明提供的攀爬机器人，通过所述中间机构7的旋转定位带动中间横杆旋转以使操作平台正对输电铁塔的待作业面，在不改变机器人运动路线的情况下，实现了操作平台在角钢塔相互垂直的两个工作业面之间的切换；配合扫描装置可实现对角钢塔上待作业点的识别与定位，具有结构简单，定位精度高等优点。

8、鉴于本发明的这一种由横杆、中间机构7与夹持机构1组成的机器人构架为设于所述机器人构架的中间移动横杆的定位、操作、固定提供了一个安全、方便、可靠的环境。

9、本发明提供的控制伸缩移动结构的移动可实现机器人的沿角钢的自主双向攀爬，结构简单，控制方便，解决了现有攀爬机器人自身结构复杂、自重大、控制系统复杂的问题；并且负载能力强，可负载各种操作工具进行角钢塔螺栓紧固作业及检修。

10、本发明提供的攀爬机器人的夹持装置通过带坚强件L型卡爪105卡接在角铁两个直角边的边缘，结构简单，接触面积小，解决了现有技术中攀爬机器人夹持装置需大面积夹持在角铁两直角面，导致的对角钢塔联板位置螺钉区的适应性差、夹持范围有限的问题，实现了在角钢塔的联板、脚钉等表面有障碍物位置的有效夹持，夹持范围大；

11、本发明提供的卡爪105驱动装置通过所述中间机构7驱动平面螺纹转盘108转动，带动卡爪105对角钢的抓紧和释放，解决了现有技术中机器人断电后从铁塔上脱落的问题，实现了攀爬机器人的断电自锁，控制简单，结构安全可靠。

附图说明

图1是安装在角铁架上的本发明的攀爬机器人结构示意图；

图2是本发明的攀爬机器人整体结构示意图；

图3是本发明的攀爬机器人的伸缩移动机构的结构示意图；

图4是本发明的攀爬机器人安装在前后足横杆间的中移动横杆的操作组件结构示意图；

图5是本发明的攀爬机器人的轨道结构示意图；

图6是本发明的攀爬机器人的前足移动横杆和轨道连接关系示意图；

图7是本发明的攀爬机器人的夹持机构正面结构示意图；

图8是本发明的攀爬机器人的夹持机构反面结构示意图；

图9是本发明的攀爬机器人的矩形连杆结构示意图；

图10是本发明的攀爬机器人的驱动连杆的连接关系示意图；

图11是本发明的攀爬机器人的调整支撑装置结构示意图；

图12是本发明的攀爬机器人的前足夹持装置前移动的状态的示意图；

图13是本发明的攀爬机器人的后足夹持装置的跟进的状态的示意图；

图14是本发明的攀爬机器人的轨道组跟进的状态的示意图；

图15是本发明的攀爬机器人的夹持机构卡爪抓紧、放松的状态示意图；

图16是本发明的攀爬机器人的倾角电推杆带动中间机构运动以抬足的状态的示意图；

图17是本发明的攀爬机器人的驱动连杆带动齿轮组沿环形导轨旋转的位置示意图；

图18是本发明的攀爬机器人沿塔杆水平方向切换工作面过程中操作平面的所在位置示意图；

图中；1、夹持机构；2、轨道；3、前足移动横杆；4、中移动横杆；5、操作组件；6、后足移动横杆；7、中间机构；8、塔杆角铁；

101、环形导轨托架；102、卡爪驱动电机；103、电机壳体；104、支撑组件；105、卡爪；106、倾角电推杆；107、电推杆倾角架；108、平面螺纹转盘；109、卡爪导向孔；110、电磁铁；111、卡紧部；112、调整芯；113、定位栓；114、上定位孔；115、下定位孔；

201、轨道堵头；202、齿条；203、滑轨；

301、前足移动横杆联动齿轮；302、前足副移动横杆；303、前足键槽连接部；304、前足主移动横杆步进电机；305、前足移动横杆滑槽；306、前足移动横杆支耳；

401、中间移动横杆联动齿轮；402、中间移动横杆丝杠；403、中间移动横杆滑轨；404、中间移动横杆丝杠驱动；405、中间移动横杆滑槽；406、中间移动横杆步进电机；

501、移动件；502、紧固工具驱动件；503、紧固工具；504、摄像头；

601、后足移动横杆联动齿轮；602、后足副移动横杆；606、后足键槽连接部；604、后足主移动横杆步进电机；605、后足移动横杆滑槽；606、后足移动横杆支耳；

701、远端齿轮；702、惰轮；703、固定齿轮；704、环形导轨；705、钟罩形壳；706、扭矩电机；707、限位板；708、矩形连杆；709、限位杆；710、连接部；711、移动端；712、齿轮连接杆；713、固定端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例1，结合图1本发明提供了一种角钢塔螺栓紧固机器人，机器人包括：机器人构架、与机器人构架同侧设置的中间机构7和夹持机构1；夹持机构1通过中间机构7与机器人构架连接；

机器人构架包括轨道2、与轨道2垂直设置的前足移动横杆3和后足移动横杆6以及与轨道2垂直且位于前足移动横杆3和后足移动横杆6间的中移动横杆4，三个横杆可以沿轨道2上下运动，摄像头504和紧固工具503固定的在中移动横杆4上；

中间机构7包括环形导轨704和与环形导轨704连接的倾角电推杆106，环形导轨704与机器人构架轴线垂直连接，机器人构架沿环形导轨704旋转，倾角电推杆106在支撑组件104支撑下带动机器人构架远离或靠近角钢；

夹持机构1具有开合结构，用于夹紧角钢或释放角钢。

前足移动横杆3和后足移动横杆6均包括后足键槽连接部603、在轨道2上同步移动的副横杆和设有动力驱动机构的主横杆；主副横杆两者间的轴心在垂直于的轨道2轴心的同一竖直面上，两者间的通道为与中间机构7连接的通道，后足键槽连接部603中轴垂直于副横杆的中轴并安装在副横杆上。

中间机构7还包括内置有扭矩电机706、顶端设有通过倾角电推杆106与夹持机构1连接的连接部710的钟罩形壳705、矩形连杆708和多个齿轮，前足移动横杆3和后足移动横杆6分别与通过矩形连杆708连接；

扭矩电机706的输出轴与设于矩形连杆708的内侧轴线上的远端齿轮701、惰轮702和带有开口的固定齿轮703中的固定齿轮703固定连接；远端齿轮701设置于矩形连杆708内侧轴线上的另一端；远端齿轮701的轴穿过后足键槽连接部603。

矩形连杆708内侧设有齿轮连接杆712，齿轮连接杆712与惰轮702连接，远端齿轮701、惰轮702和固定齿轮703三者相互啮合。

矩形连杆708远端齿轮701一端的外侧设有与环形导轨704相配合的凹槽，以形成扭矩电机706带动矩形连杆708沿环形导轨704移动；扭矩电机706的输出轴与横杆轴向垂直。

中移动横杆4包括：轴向彼此平行设置的丝杠、丝杠两端依次连接的丝杠驱动、齿轮和滑轨203；位于该中移动横杆4一端的步进电机、移动件501和紧固工具驱动件502；

紧固工具503两端分别与紧固工具驱动件502和移动件501固定连接，移动件501与丝杠活动连接，摄像头504设置于移动件501内部。

夹持机构1包括动力件和多个卡爪105，动力件与多个卡爪105连接。

动力件包括卡爪105驱动电机102，电机壳体103，平面螺纹转盘108；

电机壳体103一侧设置为挡板，另一侧设置为圆心板，挡板与圆心板底部设置有弧形底板；

电机壳体103一侧的弧形底板上安装平面螺纹转盘108，另一侧与卡爪105驱动电机102固定连接；

平面螺纹转盘108上设有螺纹，卡爪105安装于螺纹上。

卡爪105呈L型，卡爪105一端点设有限位装置；

壳体安装平面螺纹装盘一侧底部设有多个卡爪导向孔109，卡爪105穿过卡爪导向孔109，限位装置安装于螺纹上。

夹持机构1还包括呈V字形的卡紧部111、调整芯112、多个电磁铁110和与电磁铁110中轴连接的定位栓113；

多个电磁铁110轴向垂直连接，其中一个电磁铁110与圆心板连接，多个电磁铁110的垂直角穿过调整芯112与卡紧部111的顶点固定连接。

还包括电推杆倾角架107、限位组件和多个带有倾角呈F形的环形导轨托架101，限位组件包括限位杆709和限位板707，限位杆709与限位板707活动连接；

电推杆倾角架107一端与倾角电推杆106活动连接，另一端与圆心板贴合；

限位杆709呈V字型，限位杆709顶点通过固定齿轮703的开口与固定齿轮703的圆心连接；

多个限位板707一侧与限位杆709两端活动连接，另一侧分别与环形导轨托架101固定连接，环形导轨托架101的另一端设置于卡爪105驱动电机102两侧与电机壳体103活动连接。

本发明中，远端齿轮701、惰轮702和固定齿轮703根据齿轮所在矩形连杆708靠近齿轮低端所命名。

实施例2

为实现一种可自主攀爬、塔身附着及作业位置锁紧、螺栓识别、定位及全自动紧固作业的机器人技术及产品，本发明主要解决了以下技术问题：

(1现有攀爬机器人的结构形式无法适应角钢塔这类带有复杂表面障碍物的刚结构体攀爬。

(2现有的铁塔攀爬机器人无法实现在角钢塔塔身任意部位的有效附着、锁紧，并携带工器具进行塔身部位作业。

(3现有的铁塔攀爬机器人足部结构复杂、控制难度大，无法实现在角钢塔的联板、脚钉等表面有障碍物的位置实现有效夹持，机械自锁性差，在外载荷作用或失电情况下容易松脱，安全性差。

(4目前尚无可实现角钢塔联板位置双面螺栓识别及定位的机构。

本发明提供了一种用于输电线路铁塔塔身攀爬机器人的单层可换向式伸缩机构的技术方案，机器人整体技术方案，结合图2：

本技术方案主要包括以下及方面内容：

(1单层可换向式伸缩机构

通过单层可换向式伸缩机构，可实现机器人的沿角钢的自主双向攀爬，单层可换向式伸缩机构中由两根齿条202导轨和三根带有独立步进电机的运动横杆组成，通过配合环抱式足部的卡紧、松开和抬起动作，可组合出机器人的导轨给进、前足迈进和后足跟随的动作，进而实现机器人的攀爬作业。

(2环抱式足部

环抱式足部的设计原理是通过一个支持点和两个卡紧点构成圆型环抱对塔体主材进行卡紧固定。如图当两个卡紧点同步外伸时，3点构成的圆直径增加，两个卡紧点的短弧超过角钢宽度时，卡紧机构可顺利的从角钢固定上脱离。

环抱式足部由扭矩电机706驱动平面螺纹转动，平面螺纹带动两个卡紧爪同步伸缩，实现塔体主材的卡紧和释放功能。倾角电推杆106用于抬足运动，调节支撑座主要参与机器人攀爬作业中双足分别落在联板及角钢位置时，对前后足高度的调整，进而保证机器人作业平面的与主材作业平面平行。调节支撑座通过两个正交的电磁铁110协同作用实现，X向电磁铁110驱动中心杆上下移动，中心杆上配有2个销子孔；Y向电磁铁110驱动侧面销轴插拔，为当前位置提供强度支撑。

(3旋转及平面定位机构

旋转及平面定位机构主要用于实现螺栓的识别与定位，通过环形导轨704配合总转动比3:1的齿轮组，实现旋转及平面定位机构的运动，轨迹为顺时针旋转270°，逆时针自转90°，结合图3和图4。

在切换工作面完成后，通过平面扫描机构的三个运动(X/Y/Z配合视频识别，实现两个工作面上所有螺栓位置的识别及定位，结合图5。

(1通过单层可换向式伸缩机构，极大简化了现有攀爬机器人自身结构复杂、自重大、控制系统复杂的问题，并可适应角钢塔这种表面复杂的钢结构攀爬，并且负载能力强，可实现角钢塔螺栓紧固作业需求。

(2通过对环抱式足部的设计，解决了目前机械夹持式足部结构复杂、控制难度大的问题，并且夹持范围大，可适应大截面角钢塔及联板位置的夹持，自锁性好，结构安全可靠，控制简单。

(3通过旋转及平面定位机构设计，配合视频识别技术，解决了角钢塔联板位置螺栓定位与识别的技术难点，具有结构简单，定位精度高等优点。

本发明可以代替人工，实现角钢塔组立施工阶段的主材螺栓的紧固施工、线路运检阶段的角钢塔主材螺栓紧固力矩的测量、记录与复紧。本发明可大幅提高角钢塔螺栓紧固施工与运检测试的作业效率，降低人员劳动强度，在保证施工质量的同时，大幅提高作业安全性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种可自主攀爬的角钢塔螺栓紧固机器人及其控制方法，结合图6至图18，本发明的机器人包括由两条相互平行的轨道221和7以及与轨道221和7垂直前足移动横杆3、中间移动横杆和后足移动横杆6组成的机器人构架；

该机器人构架的一侧设置的中间机构7，该机构通过远端齿轮1001的轴与所述前足或后足移动横杆6的相互平行。

实施例3

本发明通过前足移动横杆3、后足移动横杆6和中移动横杆4设置在轨道2上，实现三个横杆可在轨道2上进行移动；

轨道2包括：轨道堵头201，齿条202，滑轨203，齿条202和滑轨203轴向平行连接且轴线处于竖直平面内，轨道堵头201设置于滑轨203两端；

前足移动横杆3包括：前足移动横杆联动齿轮301，前足副移动横杆302，前足键槽连接部303，前足主移动横杆步进电机304，前足移动横杆滑槽305，前足移动横杆支耳306，主横杆和副横杆平行设置，两端依次连接前足移动横杆联动齿轮301、前足移动横杆支耳306、前足键槽连接部303和前足移动横杆滑槽305，一端连接前足主移动横杆步进电机304；

中移动横杆4包括：中间移动横杆联动齿轮401，中间移动横杆丝杠402，中间移动横杆滑轨403，中间移动横杆丝杠402驱动，中间移动横杆滑槽405，中间移动横杆步进电机406；

后足移动横杆6包括：后足移动横杆联动齿轮601，后足副移动横杆602，后足键槽连接部603，后足主移动横杆步进电机604，后足移动横杆滑槽605，后足移动横杆支耳606，主横杆和副横杆平行设置，两端依次连接后足移动横杆联动齿轮601、后足移动横杆支耳606、后足键槽连接部603和后足移动横杆滑槽605，一端连接后足主移动横杆步进电机604；

操作组件5设置在中移动横杆4上，操作组件5包括：移动件501，紧固工具503驱动件502，紧固工具503，摄像头504，移动件501设置于中移动横杆4上，摄像头504安装于移动件501内；

中间机构7包括：远端齿轮701，惰轮702，固定齿轮703，环形导轨704，钟罩形壳705，扭矩电机706，限位板707，矩形连杆708，限位杆709；

限位板707包括：连接部710，移动端711，齿轮连接杆712，固定端713；

连接部710、移动端711，固定端713依次连接，齿轮连接杆712垂直安装与移动端711上；

夹持机构1包括：环形导轨托架101，卡爪驱动电机102，电机壳体103，支撑组件104，卡爪105，倾角电推杆106，电推杆倾角架107，平面螺纹转盘108，卡爪导向孔，电磁铁110，卡紧部111，调整芯112，定位栓113；

定位栓113包括：上定位孔114和下定位孔115，用于对磁铁进行移动；

本发明通过包括三部分组成；

1、本发明通过卡爪105驱动电机102为平面螺纹转盘108提供动力，使平面螺纹转盘108进行旋转，由于卡爪105的限位装置安装在平面螺纹转盘108中，带动卡爪105进行伸缩，抱紧输电线路塔的塔身进行攀爬。

2、由于卡爪105可以进行伸缩，当卡爪105收缩时，设置在平面螺纹转盘108边侧的定位栓113支撑电推杆倾角架107，支撑倾角电推杆106，倾角电推杆106推动导轨平移，设置在导轨上的横杆通过步电机进行移动，可以在输电线路塔的塔身进行平移。

3、通过设置在导轨上的中移动横杆4，在步电机提供动力作用下，中移动横杆4可以在导轨上进行平移，并通过设置在中移动横杆4上的摄像头504进行对螺栓的监控和记录，并通过电机对环形导轨704旋转，使设置在环形导轨704上的矩形连杆708上的齿轮进行转动，通过齿轮带动导轨上的横杆进行偏移，可以纵向查看螺栓情况。

综上所述，本发明提供的攀爬机器人可实现角钢塔主材自主攀爬、塔身附着及作业位置锁紧、螺栓识别、定位及全自动紧固作业。

本发明可以代替人工，实现角钢塔组立施工阶段的主材螺栓的紧固施工、线路运检阶段的角钢塔主材螺栓紧固力矩的测量、记录与复紧。本发明可大幅提高角钢塔螺栓紧固施工与运检测试的作业效率，降低人员劳动强度，在保证施工质量的同时，大幅提高作业安全性。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种角钢塔螺栓紧固机器人，所述机器人包括：机器人构架、与机器人构架同侧设置的中间机构(7)和夹持机构(1)；所述夹持机构(1)通过中间机构(7)与机器人构架连接；

其特征在于，机器人构架包括紧固工具(503)、轨道(2)、与所述轨道(2)垂直设置的前足移动横杆(3)和后足移动横杆(6)以及与所述轨道(2)垂直且位于所述前足移动横杆(3)和后足移动横杆6间的中移动横杆(4)；

所述前足移动横杆(3)、后足移动横杆(6)和中移动横杆(4)沿轨道(2)上下运动，紧固工具(503)固定的在中移动横杆(4)上；

所述中间机构(7)包括环形导轨(704)和与所述环形导轨(704)连接的倾角电推杆(106)，所述环形导轨(704)与所述机器人构架轴线垂直连接，所述机器人构架沿环形导轨(704)旋转，所述倾角电推杆(106)在支撑组件(104)支撑下带动所述机器人构架远离或靠近角钢；

所述夹持机构(1)具有开合结构，用于夹紧角钢或释放角钢。

2.如权利要求1所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于，所述前足移动横杆(3)和后足移动横杆(6)均包括后足键槽连接部(603)、在所述轨道(2)上同步移动的副横杆和设有动力驱动机构的主横杆；所述主副横杆两者间的轴心在垂直于所述的轨道(2)轴心的同一竖直面上，两者间的通道为与所述中间机构(7)连接的通道，所述后足键槽连接部(603)中轴垂直于所述副横杆的中轴并安装在所述副横杆上。

3.如权利要求2所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于，所述中间机构(7)还包括内置有扭矩电机(706)、顶端设有通过所述倾角电推杆(106)与夹持机构(1)连接的连接部(710)的钟罩形壳(705)、矩形连杆(708)和多个齿轮，所述前足移动横杆(3)和后足移动横杆(6)分别与所述通过所述矩形连杆(708)连接；

扭矩电机(706)的输出轴与设于矩形连杆(708)的内侧轴线上的远端齿轮(701)、惰轮(702)和带有开口的固定齿轮(703)中的所述固定齿轮(703)固定连接；所述远端齿轮(701)设置于所述矩形连杆(708)内侧轴线上的另一端；所述远端齿轮(701)的轴穿过所述后足键槽连接部(603)。

4.如权利要求3所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于，所述矩形连杆(708)内侧设有齿轮连接杆(712)，所述齿轮连接杆(712)与所述惰轮(702)连接，所述远端齿轮(701)、惰轮(702)和固定齿轮(703)三者相互啮合。

5.如权利要求4所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于；

所述矩形连杆(708)远端齿轮(701)一端的外侧设有与所述环形导轨(704)相配合的凹槽，以形成扭矩电机(706)带动矩形连杆(708)沿环形导轨(704)移动；所述扭矩电机(706)的输出轴与所述横杆轴向垂直。

6.如权利要求1所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于，所述中移动横杆(4)包括：轴向彼此平行设置的丝杠、所述丝杠两端依次连接的丝杠驱动、齿轮和滑轨(203)；位于该中移动横杆(4)一端的步进电机、摄像头、移动件(501)和紧固工具驱动件(502)；

紧固工具(503)两端分别与所述紧固工具驱动件(502)和所述移动件(501)固定连接，所述移动件(501)与所述丝杠活动连接，所述摄像头(504)设置于移动件(501)内部。

7.如权利要求5所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于，所述夹持机构(1)包括动力件和多个卡爪(105)，所述动力件与多个所述卡爪(105)连接。

8.如权利要求7所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于，所述动力件包括卡爪(105)驱动电机(102)，电机壳体(103)，平面螺纹转盘(108)；

所述电机壳体(103)一侧设置为挡板，另一侧设置为圆心板，所述挡板与圆心板底部设置有弧形底板；

所述电机壳体(103)一侧的弧形底板上安装所述平面螺纹转盘(108)，另一侧与所述卡爪(105)驱动电机(102)固定连接；

所述平面螺纹转盘(108)上设有螺纹，所述卡爪(105)安装于所述螺纹上。

9.如权利要求8所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于，所述卡爪(105)呈L型，所述卡爪(105)一端点设有限位装置；

所述壳体安装所述平面螺纹装盘一侧底部设有多个卡爪导向孔(109)，所述卡爪(105)穿过卡爪导向孔(109)，所述限位装置安装于所述螺纹上。

10.如权利要求9所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于，所述夹持机构(1)还包括呈V字形的卡紧部(111)、调整芯(112)、多个电磁铁(110)和与电磁铁(110)中轴连接的定位栓(113)；

所述多个电磁铁(110)轴向垂直连接，其中一个电磁铁(110)与所述圆心板连接，所述多个电磁铁(110)的垂直角穿过所述调整芯(112)与所述卡紧部(111)的顶点固定连接。

11.如权利要求8所述的一种角钢塔螺栓紧固机器人，其特征在于，还包括电推杆倾角架(107)、限位组件和多个带有倾角呈F形的环形导轨托架(101)，所述限位组件包括限位杆(709)和限位板(707)，所述限位杆(709)与所述限位板(707)活动连接；

所述电推杆倾角架(107)一端与所述倾角电推杆(106)活动连接，另一端与所述圆心板贴合；

所述限位杆(709)呈V字型，所述限位杆(709)顶点通过固定齿轮(703)的开口与所述固定齿轮(703)的圆心连接；

所述多个限位板(707)一侧与所述限位杆(709)两端活动连接，另一侧分别与所述环形导轨托架(101)固定连接，所述环形导轨托架(101)的另一端设置于卡爪(105)驱动电机(102)两侧与所述电机壳体(103)活动连接。

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