CN112894854A - 一种仿生式越障爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿生式越障爬杆机器人，包括伸缩机构，所述伸缩机构上设置有至少两组夹持机构，所述两组夹持机构分别设置在伸缩机构的伸缩端上布置，所述伸缩机构驱动两组夹持机构相互靠近或远离，所述夹持机构分别与各自的控制单元连接，所述控制单元驱动夹持机构启停，以实施对杆的夹紧与松开，该机器人在实际爬杆操作时，通过在伸缩机构的伸缩方向两端设置的夹持机构，控制单元控制其中一组夹持机构的启动，使得夹持机构与杆子松开，控制单元控制另外一组夹持机构的启动，使得夹持机构与杆子夹紧，启动伸缩机构，使得该机器人位于杆子上呈现模拟尺蠖攀爬的动作，因此该机器人更为灵活，结构也更为简单。

Description

一种仿生式越障爬杆机器人

技术领域

本发明涉及电力系统维护机器人技术领域，具体涉及一种仿生式越障爬杆机器人。

背景技术

移动机器人是机器人的一个重要分支，应用非常广泛且发展潜力巨大。爬杆机器人作为移动机器人领域一个重要组成部分，其主要功能是可靠地携带相关清洗与检修设备，克服重力的作用依附于管道、电线杆、路灯杆、大桥斜拉索和变电站避雷针等高层杆状物表面进行爬行，代替人工安全、高效、低成本地完成清洗、检测、维护等相关任务。它将地面移动技术拓展到杆件表面，充实了机器人的应用范围。

现有的爬杆机器人主要有滚动式、夹持式、仿生式和吸附式。滚动式爬杆机器人以其平稳、快速、简单的特点成为结构设计的首选，商业应用水平较高，但其基本不具备越障能力且适应性差。夹持式装置的越障能力强，对环境的适应性强，但其结构和控制较为复杂。吸附式结构则对爬行表面有较高的要求，负载能力也受到限制。仿生式机器人因其为研究人员提供了另一种更为新颖可行的方案而日渐成为研究的热点。并且随着城镇化发展，路灯、电线杆等成为乡镇城市必不可少的基础设施，杆上作业也日益变得复杂和重要。以往都是通过人工进行作业，其劳动强度大，作业环境恶劣，并且相当一部分的作业因空间和环境的限制无法人工完成。因此爬杆机器人的研究和发展愈发体现出巨大的商业潜力和深远的社会意义。

发明内容

本发明的目的是：提供一种仿生式越障爬杆机器人，能够适应变径杆的攀爬越障工作，使得该机器人动作更为灵活，以完成对电缆系统的正常检修等工作，并且结构更为简单。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

仿生式越障爬杆机器人，包括伸缩机构，所述伸缩机构上设置有至少两组夹持机构，所述两组夹持机构分别设置在伸缩机构的伸缩端上布置，所述伸缩机构驱动两组夹持机构相互靠近或远离，所述夹持机构分别与各自的控制单元连接，所述控制单元驱动夹持机构启停，以实施对杆的夹紧与松开。

本发明还存在以下特征：

所述夹持机构包括多组夹持轮，所述多组夹持轮的轮芯平行布置，所述多组夹持轮的轮芯与伸缩机构驱动夹持机构的伸缩方向一致。

所述夹持机构还包括两组夹持臂，所述两组夹持臂平行间隔布置，所述两组夹持臂的一端通过滑块滑动设置设置在导轨板上，夹持驱动单元驱动两组夹持臂靠近或远离，所述夹持轮分别设置在两组夹持臂上。

所述夹持轮位于两组夹持臂分别设置有两组，所述夹持轮的轮架设置在支撑角钢上，所述支撑角钢通过螺栓分别固定在两组夹持臂上，四组夹持轮的轮心连线整体呈矩形，所述两组夹持臂的移动方向位于四组夹持轮的的轮心连线所在的平面内。

所述两组夹持臂一端的滑块分别设置有夹持螺母，所述夹持螺母均与夹持丝杆配合，所述夹持丝杆的一端与夹持电机连接，所述夹持电机固定在导轨板的一端，所述夹持丝杆与夹持螺母的配合螺纹段螺旋旋向相反。

所述伸缩机构包括四根伸缩连杆，所述四根伸缩连杆的一端相互铰接且构成菱形四连杆机构，所述菱形四连杆机构中的两个对角分别设置有伸缩螺母，所述伸缩螺母内分别设置有伸缩丝杆，所述伸缩丝杆的一端与伸缩电机的一端连接，所述伸缩丝杆与伸缩螺母的配合螺纹段螺旋旋向相反，所述夹持机构的导轨板分别固定在菱形四连杆机构中的另外两个对角上。

所述仿生式越障爬杆机器人的越障方法包括如下步骤：

第一步、启动两组夹持机构的夹持电机，使得两组夹持臂上的夹持轮远离，使得待攀爬的杆卡置在两组夹持臂的夹持轮之间；

第二步、使得夹持电机反转，并且使得位于杆子上方的夹持机构的两组夹持臂上的夹持轮靠近，使得杆子上方的夹持机构的两组夹持臂上的夹持轮实施杆子的夹紧；

第三步、启动伸缩机构的伸缩电机正转，使得伸缩机构的菱形四连杆机构固定夹持机构的两端靠近，进而使得位于杆子下方的夹持机构向上抬升；

第四步、使得夹持电机反转，并且使得位于杆子下方的夹持机构的两组夹持臂上的夹持轮靠近，使得杆子下方的夹持机构的两组夹持臂上的夹持轮实施杆子的夹紧；

第五步、使得夹持电机正转，并且使得位于杆子上方的夹持机构的两组夹持臂上的夹持轮远离，使得杆子上方的夹持机构的两组夹持臂上的夹持轮实施杆子的松开；

第六步、启动伸缩机构的伸缩电机翻转，使得伸缩机构的菱形四连杆机构固定夹持机构的两端远离，进而使得位于杆子上方的夹持机构向上抬升；

第七步、重复步骤第二步至第六步，完成对不同杆径的杆子的攀爬及越障作业。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：该机器人在实际爬杆操作时，通过在伸缩机构的伸缩方向两端设置的夹持机构，控制单元控制其中一组夹持机构的启动，使得夹持机构与杆子松开，控制单元控制另外一组夹持机构的启动，使得夹持机构与杆子夹紧，启动伸缩机构，使得该机器人位于杆子上呈现模拟尺蠖攀爬的动作，因此该机器人更为灵活，结构也更为简单。

附图说明

图1和图2是仿生式越障爬杆机器人两种视角结构示意图；

图3是仿生式越障爬杆机器人的俯视图；

图4和图5是仿生式越障爬杆机器人中的夹持机构的两种视角结构示意图；

图6是仿生式越障爬杆机器人中的伸缩机构的结构示意图；

图7a和图7b是仿生式越障爬杆机器人处在使用状态的6中状态平面示意图。

具体实施方式

结合图1至图7b，对本发明作进一步地说明：

仿生式越障爬杆机器人，包括伸缩机构100，所述伸缩机构100上设置有至少两组夹持机构200，所述两组夹持机构200分别设置在伸缩机构100的伸缩端上布置，所述伸缩机构100驱动两组夹持机构200相互靠近或远离，所述夹持机构200分别与各自的控制单元连接，所述控制单元驱动夹持机构200启停，以实施对杆的夹紧与松开；

结合图1、图7a及图7b所示，该机器人在实际爬杆操作时，通过在伸缩机构100的伸缩方向两端设置的夹持机构200，控制单元控制其中一组夹持机构200的启动，使得夹持机构200与杆子松开，控制单元控制另外一组夹持机构200的启动，使得夹持机构200与杆子夹紧，启动伸缩机构100，两组夹持机构200与伸缩机构100的动作配合，使得该机器人位于杆子上呈现模拟尺蠖攀爬的动作，因此该机器人更为灵活，结构也更为简单；

该仿真机器人中，用于控制两组夹持机构200的动作各异，使得该仿真机器人的结构也更为简单，当面临爬杆越障操作时，两组夹持机构200的动作与伸缩机构100的动作相适配，以使得该爬杆机器人在实施对杆子的攀爬越障操作时，模拟的动作为可靠，能够有效实施对其他间隙或者清理设备进行安装，负重能力强，也更为灵活，因此在电力系统中具备较好的应用前景。

更为优选地，为实施对杆子的可靠夹紧，避免该机器人从杆子上掉落下来，并且可适配不同杆径的杆子的攀爬，所述夹持机构200包括多组夹持轮210，所述多组夹持轮210的轮芯平行布置，所述多组夹持轮210的轮芯与伸缩机构100驱动夹持机构200的伸缩方向一致。

在实施对杆子夹紧或松开操作时，所述夹持机构200还包括两组夹持臂220，所述两组夹持臂220平行间隔布置，所述两组夹持臂220的一端通过滑块滑动设置设置在导轨板230上，夹持驱动单元驱动两组夹持臂220靠近或远离，所述夹持轮210分别设置在两组夹持臂220上；

当夹持驱动单元启动后，使得两组夹持臂220靠近或远离，进而使得两组夹持臂220上的夹持轮210与杆子抵靠或远离，以实施对机器人的夹持机构200的夹紧及松开，以方便操作机器人沿着杆子的攀爬动作。

更为具体地，所述夹持轮210位于两组夹持臂220分别设置有两组，所述夹持轮210的轮架设置在支撑角钢211上，所述支撑角钢211通过螺栓分别固定在两组夹持臂220上，四组夹持轮210的轮心连线整体呈矩形，所述两组夹持臂220的移动方向位于四组夹持轮210的的轮心连线所在的平面内；

在实施对杆子的夹紧及松开操作时，两组夹持臂220上的四组夹持轮210分别实施对杆子的夹紧及松开，以方便机器人的攀爬及越障操作。

优选地，所述两组夹持臂220一端的滑块分别设置有夹持螺母222，所述夹持螺母222均与夹持丝杆223配合，所述夹持丝杆223的一端与夹持电机224连接，所述夹持电机224固定在导轨板230的一端，所述夹持丝杆223与夹持螺母222的配合螺纹段螺旋旋向相反；

在实施对两组夹持臂220靠近或远离时，控制单元控制夹持电机224的正转及反转，进而使得两组夹持臂220位于导轨板230上相互靠近或者相互远离，以实施对杆子的夹紧及分开操作，从而实施对杆子的攀爬及越障。

具体地，在实施对两组夹持机构200的远离及靠近操作时，所述伸缩机构100包括四根伸缩连杆110，所述四根伸缩连杆110的一端相互铰接且构成菱形四连杆机构，所述菱形四连杆机构中的两个对角分别设置有伸缩螺母120，所述伸缩螺母120内分别设置有伸缩丝杆130，所述伸缩丝杆130的一端与伸缩电机140的一端连接，所述伸缩丝杆130与伸缩螺母120的配合螺纹段螺旋旋向相反，所述夹持机构200的导轨板230分别固定在菱形四连杆机构中的另外两个对角上；

夹持机构200的导轨板230分别固定在菱形四连杆机构中的另外两个对角上，通过启动控制单元，控制伸缩电机140的正反转，进而使得菱形四连杆机构的两个对角靠近或远离，以实施对夹持机构200的远离及分开操作，模拟尺蠖的攀爬动作，也使得攀爬动作更为舒展灵活。

结合图7a和图7b所示，下面介绍一下该机器人位于杆子上的具体动作，仿生式越障爬杆机器人的越障方法，其特征在于：所述仿生式越障爬杆机器人的越障方法包括如下步骤：

第一步、启动两组夹持机构200的夹持电机224，使得两组夹持臂220上的夹持轮210远离，使得待攀爬的杆卡置在两组夹持臂220的夹持轮210之间；

第二步、使得夹持电机224反转，并且使得位于杆子上方的夹持机构200的两组夹持臂220上的夹持轮210靠近，使得杆子上方的夹持机构200的两组夹持臂220上的夹持轮210实施杆子的夹紧；

第三步、启动伸缩机构100的伸缩电机140正转，使得伸缩机构100的菱形四连杆机构固定夹持机构200的两端靠近，进而使得位于杆子下方的夹持机构200向上抬升；

第四步、使得夹持电机224反转，并且使得位于杆子下方的夹持机构200的两组夹持臂220上的夹持轮210靠近，使得杆子下方的夹持机构200的两组夹持臂220上的夹持轮210实施杆子的夹紧；

第五步、使得夹持电机224正转，并且使得位于杆子上方的夹持机构200的两组夹持臂220上的夹持轮210远离，使得杆子上方的夹持机构200的两组夹持臂220上的夹持轮210实施杆子的松开；

第六步、启动伸缩机构100的伸缩电机140翻转，使得伸缩机构100的菱形四连杆机构固定夹持机构200的两端远离，进而使得位于杆子上方的夹持机构200向上抬升；

第七步、重复步骤第二步至第六步，完成对不同杆径的杆子的攀爬及越障作业。

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 (10)

1.仿生式越障爬杆机器人，其特征在于：包括伸缩机构（100），所述伸缩机构（100）上设置有至少两组夹持机构（200），所述两组夹持机构（200）分别设置在伸缩机构（100）的伸缩端上布置，所述伸缩机构（100）驱动两组夹持机构（200）相互靠近或远离，所述夹持机构（200）分别与各自的控制单元连接，所述控制单元驱动夹持机构（200）启停，以实施对杆的夹紧与松开。

2.根据权利要求1所述的仿生式越障爬杆机器人，其特征在于：所述夹持机构（200）包括多组夹持轮（210），所述多组夹持轮（210）的轮芯平行布置，所述多组夹持轮（210）的轮芯与伸缩机构（100）驱动夹持机构（200）的伸缩方向一致。

3.根据权利要求2所述的仿生式越障爬杆机器人，其特征在于：所述夹持机构（200）还包括两组夹持臂（220），所述两组夹持臂（220）平行间隔布置，所述两组夹持臂（220）的一端通过滑块滑动设置设置在导轨板（230）上，夹持驱动单元驱动两组夹持臂（220）靠近或远离，所述夹持轮（210）分别设置在两组夹持臂（220）上。

4.根据权利要求3所述的仿生式越障爬杆机器人，其特征在于：所述夹持轮（210）位于两组夹持臂（220）分别设置有两组。

5.根据权利要求4所述的仿生式越障爬杆机器人，其特征在于：所述夹持轮（210）的轮架设置在支撑角钢（211）上，所述支撑角钢（211）通过螺栓分别固定在两组夹持臂（220）上。

6.根据权利要求5所述的仿生式越障爬杆机器人，其特征在于：所述四组夹持轮（210）的轮心连线整体呈矩形，所述两组夹持臂（220）的移动方向位于四组夹持轮（210）的的轮心连线所在的平面内。

7.根据权利要求6所述的仿生式越障爬杆机器人，其特征在于：所述两组夹持臂（220）一端的滑块分别设置有夹持螺母（222），所述夹持螺母（222）均与夹持丝杆（223）配合，所述夹持丝杆（223）的一端与夹持电机（224）连接，所述夹持电机（224）固定在导轨板（230）的一端，所述夹持丝杆（223）与夹持螺母（222）的配合螺纹段螺旋旋向相反。

8.根据权利要求7所述的仿生式越障爬杆机器人，其特征在于：所述伸缩机构（100）包括四根伸缩连杆（110），所述四根伸缩连杆（110）的一端相互铰接且构成菱形四连杆机构，所述菱形四连杆机构中的两个对角分别设置有伸缩螺母（120），所述伸缩螺母（120）内分别设置有伸缩丝杆（130），所述伸缩丝杆（130）的一端与伸缩电机（140）的一端连接，所述伸缩丝杆（130）与伸缩螺母（120）的配合螺纹段螺旋旋向相反。

9.根据权利要求8所述的仿生式越障爬杆机器人，其特征在于：所述夹持机构（200）的导轨板（230）分别固定在菱形四连杆机构中的另外两个对角上。

10.仿生式越障爬杆机器人的越障方法，其特征在于：所述仿生式越障爬杆机器人的越障方法包括如下步骤：

第一步、启动两组夹持机构（200）的夹持电机（224），使得两组夹持臂（220）上的夹持轮（210）远离，使得待攀爬的杆卡置在两组夹持臂（220）的夹持轮（210）之间；

第二步、使得夹持电机（224）反转，并且使得位于杆子上方的夹持机构（200）的两组夹持臂（220）上的夹持轮（210）靠近，使得杆子上方的夹持机构（200）的两组夹持臂（220）上的夹持轮（210）实施杆子的夹紧；

第三步、启动伸缩机构（100）的伸缩电机（140）正转，使得伸缩机构（100）的菱形四连杆机构固定夹持机构（200）的两端靠近，进而使得位于杆子下方的夹持机构（200）向上抬升；

第四步、使得夹持电机（224）反转，并且使得位于杆子下方的夹持机构（200）的两组夹持臂（220）上的夹持轮（210）靠近，使得杆子下方的夹持机构（200）的两组夹持臂（220）上的夹持轮（210）实施杆子的夹紧；

第五步、使得夹持电机（224）正转，并且使得位于杆子上方的夹持机构（200）的两组夹持臂（220）上的夹持轮（210）远离，使得杆子上方的夹持机构（200）的两组夹持臂（220）上的夹持轮（210）实施杆子的松开；

第六步、启动伸缩机构（100）的伸缩电机（140）翻转，使得伸缩机构（100）的菱形四连杆机构固定夹持机构（200）的两端远离，进而使得位于杆子上方的夹持机构（200）向上抬升；

第七步、重复步骤第二步至第六步，完成对不同杆径的杆子的攀爬及越障作业。

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