CN113086041A - 一种爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爬杆机器人，属于机器人技术领域，包括夹紧组件、攀爬驱动组件及翻转组件，所述夹紧组件包括前夹紧机构与后夹紧机构，前夹紧机构与后夹紧机构中分别安装主动轮组与从动轮组，夹紧原理是利用双向梯形丝杆机构使主动轮组及从动轮组夹紧在被攀爬杆外表面，通过控制双向丝杠正反转动带动各轮组适应不同直径的被爬杆；所述攀爬驱动组件是利用主动轮组与杆表面接触，通过控制各主动轮转动实现攀爬功能；所述翻转组件为多连杆机构，驱动单元利用绳索驱动机构。本发明所提供的爬杆机器人攀爬速度快、负载能力强、可适应不同直径的被爬杆及稳定性好。

Description

一种爬杆机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种爬杆机器人。

背景技术

随着社会的不断发展进步，越来越多的杆状桁架结构建筑随着使用年限的推移面临疲劳、腐蚀等问题，依靠传统的人工检测存在劳动强度高、危险系数高及效率低等缺点，目前市场存在的爬杆机器人普遍存在越障能力弱、负载能力差、攀爬效率低、稳定性差等缺点。

基于以上情况，设计出一种能够解决上述问题的爬杆机器人具有十分重要的现实意义。为此，提出一种爬杆机器人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何通过机器人的智能作业，替代人工检测工作，从而把工人从危险、繁重的劳动环境中解脱出来，从而提高检测效率，提供了一种爬杆机器人。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括夹紧组件、攀爬驱动组件及翻转组件，所述夹紧组件具有自锁功能且可伸缩以便适应对不同直径的杆进行夹紧，为前后对称分布结构，该分布方式提高了爬杆机器人在不同杆间的越障能力；所述攀爬驱动组件为多个轮组，各轮组安装在所述夹紧组件中，各轮组与杆的表面接触，轮组分为主动轮组与从动轮组，通过控制各主动轮驱动电机转动实现机器人直线运动、周向运动及定点自锁；所述翻转组件为多连杆机构结合绳索驱动机构组成的翻转单元，通过拉动柔性绳索带动连杆机构翻转，连杆机构的两侧分别与机器人夹紧机构固定连接。

更进一步地，所述夹紧组件是由双向梯形丝杠转动带动两端圆螺母同时做相向或相反向运动，圆螺母分别与主动轮夹臂固定连接及从动轮机架压杆铰接。

更进一步地，所述主动轮夹臂是一端与圆螺母固定连接，可随着所述圆螺母做相同方向运动，所述主动轮夹臂另一端内侧安装有主动轮支架及主动轮驱动电机支架，在端部侧边安装超声波传感器。

更进一步地，所述从动轮机架压杆为伸缩套杆，所述伸缩套杆由外杆和内杆构成，所述外杆内加工一定行程的空腔导轨，腔内安装可压缩弹簧，所述外杆一端与所述从动轮机架铰接，另一端与所述内杆相连接；所述内杆为实心杆，所述内杆安装在所述外杆内且两杆轴线相互重合，所述内杆相对所述外杆可自由伸缩，所述内杆一端与所述圆螺母铰接，另一端与所述外杆相连接。

更进一步地，所述从动轮机架两端各安装从动轮支架轴承及超声波传感器，中间部分相对两端为凹型，凹型位置的侧板上加工有铰接孔，与所述外杆相铰接，凹型位置的中间底板上加工有从动轮机架导杆安装孔。

更进一步地，所述从动轮机架导杆为圆柱形杆，所述从动轮机架导杆一端与所述从动轮机架导杆安装孔固定连接，另一端穿过双向梯形丝杠机架的导向孔。

更进一步地，所述双向梯形丝杠机架(主机架)中间为矩形板，两端有分别垂直于矩形板的矩形侧板，所述双向梯形丝杠机架与所述双向梯形丝杠轴承座、所述翻转电机支架、夹紧组件电机、翻转组件第一连杆、翻转组件第三连杆及控制器连接。

更进一步地，所述翻转组件包括翻转电机、第一导向轮、第二导向轮、第三导向块、翻转组件第一连杆、翻转组件第二连杆、翻转组件第三连杆、弹性棒及柔性绳索，所述翻转组件第一连杆与所述夹紧组件机架固定连接，所述翻转组件第二连杆两端分别与所述翻转组件第一连杆、所述翻转组件第三连杆相互铰接，分别在铰接处安装所述弹性棒，所述翻转组件第三连杆与所述夹紧组件机架固定连接，所述第一导向轮安装在所述翻转电机输出轴上，所述第二导向轮安装在所述翻转电机支架上，所述第三导向块安装在所述翻转组件第二连杆上，所述柔性绳索一端固定在所述翻转组件第三连杆上，再依次穿过所述第三导向块、所述第二导向轮，另一端固定在所述第一导向轮上。

更进一步地，所述爬杆机器人还包括控制单元，所述控制单元与所述主动轮组驱动电机、所述夹紧电机、所述翻转电机及所述超声波传感器电性连接，控制多个所述电机协调工作完成攀爬动作。

本发明相比现有技术具有以下优点：该爬杆机器人，采用轮式驱动方式相对其他驱动方式攀爬效率较高且负载能力强，爬杆机器人采用前后对称结构使得机器人的灵活性更好，前后夹紧机构的主动轮组与从动轮组布置方式采用空间异面十字交叉结构，该轮组布置方式相对传统在同一平面布置方式使得机器人的稳定性更好，通过控制前后四个主动轮驱动电机转速利用四轮差速实现周向螺旋运动；夹紧组件部分利用双向梯形丝杠控制主动轮组与从动轮组同步开合运动，并且具有良好的自锁功能，从动轮支架通过安装减震弹簧可以很好的防止机器人通过杆表面存在微小凹凸面时产生打滑现象；翻转组件利用多连杆结合绳索驱动机构使得翻转动作柔性更好；与现有技术中的爬杆机器人相比，本发明提供的爬杆机器人结构简单、攀爬速度快、杆间越障能力强、负载能力强、稳定性好、自锁性能好、工作环境适应性强，可搭载相关设备替代工人对杆进行检测、维护等，降低工人的劳动强度，提高检测效率，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例中爬杆机器人的结构示意图；

图2是本发明实施例中夹紧组件的结构示意图；

图3是本发明实施例中翻转组件的结构示意图；

图4是本发明实施例中从动轮机架的结构示意图；

图5是本发明实施例中主动轮夹臂的结构示意图；

图6是本发明实施例中从动轮机架压杆的结构示意图；

图7是本发明实施例中主动轮驱动结构示意图；

图8是本发明实施例中从动轮减震结构示意图。

图中：1、超声波传感器；2、主动轮；3、主动轮驱动电机；4、主动轮夹臂；5、从动轮支架；6、减震弹簧；7、超声波传感器；8、从动轮机架压杆；9、双向梯形丝杠；10、翻转电机；11、翻转电机支架；12、第一导向轮；13、翻转组件第一连杆；14、柔性绳索；15、翻转组件第二连杆；16、翻转组件第三连杆；17、控制单元；18、从动轮机架导杆；19、主机架；20、从动轮机架；21、从动轮法兰支架；22、从动轮；23、弹性棒；24、导向块；25、第二导向轮；28、夹紧电机；29、联轴器；30、双向梯形丝杠轴承座；31、主动轮夹臂滑块导杆；32、圆螺母；33、主动轮支架；34、导向轴；35、主机架侧板轴承座；410、主动轮夹臂滑块导杆安装孔；411、圆螺母安装孔；412、主动轮驱动电机安装孔；413、主动轮超声波传感器安装孔；414、主动轮支架安装孔；810、从动轮机架压杆外杆铰接孔；811、从动轮机架压杆外杆；812、顶丝孔；813、从动轮机架压杆内杆；814、从动轮机架压杆内杆铰接孔；2010、从动轮超声波传感器安装孔；2011、从动轮法兰轴轴承安装孔；2012、从动轮机架压杆铰接孔；2013、从动轮机架导杆连接螺纹孔；2014、从动轮机架压杆铰接孔。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1～8所示，本实施例提供一种技术方案：一种爬杆机器人，包括夹紧组件、攀爬驱动组件及翻转组件；

如图1所示，所述夹紧组件包括前部夹紧机构与后部夹紧机构；如图2、图4、图5、图6、图7、图8所示，所述前部夹紧机构与后部夹紧机构均包括两个圆螺母32、双向梯形丝杠9、双向梯形丝杠轴承座30、主机架19、夹紧电机28、两个主动轮夹臂4、主动轮夹臂滑块导杆31、两个从动轮机架压杆8、从动轮机架20、两个从动轮支架5、两个从动轮法兰支架21、两个从动轮22、八根导向轴34、八个从动轮减震弹簧6、两个从动轮机架压杆弹簧(图中未示出)、两个主动轮支架33、两个主动轮2、联轴器29及两个从动轮机架导杆18；所述两个圆螺母32在所述双向梯形丝杠9两端对称安装，所述双向梯形丝杠轴承座30安装在所述主机架19的轴承座安装孔上，所述双向梯形丝杠9安装在所述双向梯形丝杠轴承座30与所述主机架侧板轴承座35之间，所述双向梯形丝杠9与所述夹紧电机28的输出轴之间用所述联轴器29连接，所述夹紧电机28与所述主机架19连接，所述两个主动轮夹臂4一端与所述圆螺母32连接，另一端分别与所述主动轮支架33连接，两个所述从动轮机架压杆8一端分别与所述两个主动轮夹臂4一端连接，另一端分别与所述从动轮机架20连接，所述两个从动轮法兰支架21分别与所述从动轮机架20连接，所述八个从动轮减震弹簧6分别套在所述八根导向轴34上，所述八根导向轴34两端均分别与所述从动轮法兰支架21、所述两个从动轮支架5连接，所述两个从动轮22分别与所述两个从动轮支架5连接。通过以上布置方式，使得爬杆机器人在爬杆过程中更加稳定、灵活。

如图1、图2所示，所述攀爬驱动组件包括多个主动轮组2，各主动轮组2安装在所述夹紧组件的所述主动轮夹臂4中，控制驱动所述夹紧电机28正转带动所述联轴器29转动，所述联轴器29转动带动所述双向梯形丝杠9正转，所述圆螺母32受所述主动轮夹臂滑块导杆31约束，两个所述圆螺母32同时向中间移动，同时，所述圆螺母32分别带动所述主动轮夹臂4、所述从动轮机架压杆8向中间移动，所述从动轮机架压杆8在向中间移动的同时带动从动轮机架20向下运动，此时所述主动轮组2与从动轮组22分别与被爬杆的表面接触，通过所述从动轮法兰支架21下安装的压力传感器(图中未示出)检测压力值，当压力传感器(图中未示出)到达设定目标值时输出反馈信号，夹紧电机28接收到反馈信号时停止工作，此时前后夹紧机构均已夹紧被爬杆表面，控制所述主动轮驱动电机3以相同速度转动时爬杆机器人沿杆轴向作直线运动；所述从动轮支架5与所述从动轮22组成偏心轮结构，控制前部夹紧机构与后部夹紧机构的同侧两个所述主动轮驱动电机3与另外一侧所述主动轮驱动电机3以不同的速度转动，内侧与外侧产生转速差，爬杆机器人沿杆轴向作螺旋上升或下降的周向运动；当所述主动轮驱动电机3停止转动时制动器(图中未示出)制动，此时所述主动轮2制动，所述双向梯形丝杠具有自锁功能则所述主动轮2与所述从动轮22之间的相对位置不会发生变化，爬杆机器人此时可以保持在杆表面定点自锁。通过以上布置方式，使得爬杆机器人在爬杆过程中更加稳定、灵活。

如图1、3所示，所述翻转组件包括翻转电机10、第一导向轮12、第二导向轮25、导向块24、翻转组件第一连杆13、翻转组件第二连杆15、翻转组件第三连杆16、弹性棒23及柔性绳索14，所述翻转组件第一连杆13与所述主机架19固定连接，所述翻转组件第二连杆15两端分别与所述翻转组件第一连杆13、所述翻转组件第三连杆16相互铰接，分别在铰接处安装所述弹性棒23，所述翻转组件第三连杆16与所述主机架19固定连接，所述第一导向轮12安装在所述翻转电机10输出轴上，所述第二导向轮25安装在所述翻转电机支架11上，所述导向块24安装在所述翻转组件第二连杆15上，所述柔性绳索14一端固定在所述翻转组件第三连杆16上，再依次穿过所述导向块24、所述第二导向轮25，另一端固定在所述第一导向轮12上。

如图4所示，在图4中，从动轮超声波传感器安装孔2010用于安装超声波传感器1，从动轮法兰轴轴承安装孔2011用于安装从动轮法兰支架21，从动轮机架压杆铰接孔2012用于安装从动轮机架压杆8；从动轮机架导杆连接螺纹孔2013用于安装从动轮机架导杆18；从动轮机架压杆铰接孔2014也用于安装从动轮机架压杆8。(一个从动轮机架20上安装两个从动轮机架压杆8)

如图5所示，在图5中，主动轮夹臂滑块导杆安装孔410用于连接主动轮夹臂滑块导杆31，圆螺母安装孔411用于安装圆螺母32，主动轮驱动电机安装孔412用于安装主动轮驱动电机3，主动轮超声波传感器安装孔413用于安装超声波传感器；主动轮支架安装孔414用于安装主动轮支架33。

如图6所示，所述从动轮机架压杆8包括所述从动轮机架压杆内杆813、所述从动轮机架压杆外杆811、所述从动轮机架压杆弹簧(图中未示出)，所述从动轮机架压杆弹簧安装在在所述从动轮机架压杆外杆811内部，位于从动轮机架压杆内杆813与从动轮机架压杆外杆811之间的形成的腔体中，所述从动轮22在夹紧过程中相对所述主动轮2在垂直被爬杆轴向的运动速度的过快，通过采用伸缩杆结构可以减缓所述从动轮22压紧速度，该机构设计解决了所述夹紧组件机构所述从动轮22压紧速度相对所述主动轮过快的问题。

如图8所示，所述从动轮支架5与所述从动轮22装配采用偏心结构，使得爬杆机器人在被爬杆沿轴向作周向运动时产生一定的转向力矩，所述导向轴34下端与所述从动轮支架5固定连接，上端与所述从动轮法兰支架21的连接孔相对活动，所述导向轴34上端面装有限位挡圈(图中未示出)，所述减震弹簧6一方面可以减轻爬杆机器人平台的振动情况，另一方面有助于提高爬杆机器人在被爬杆表面的附着力和适应性。

需要说明的是，本爬杆机器人还包括控制单元17，所述控制单元17安装在所述主机架19上，与各个传感器及电机等连接，进而进行接收处理各传感器信号进而与各电机形成闭环控制。当然，控制单元17也可以安装在本爬杆机器人的其他位置，原则上只要不对各组件的运动产生干涉的位置均可。

工作原理：如图1、图2、图3所示，爬杆机器人在杆间越障时，爬杆机器人前部夹紧机构的夹紧电机28反转，夹紧电机28带动联轴器29反转，通过联轴器29反转带动双向梯形丝杠9反转，双向梯形丝杠9反转带动两圆螺母32同步向外移动，由于圆螺母32与主动轮夹臂4固定连接，圆螺母32与从动轮机架压杆8铰接，圆螺母32带动主动轮夹臂4及主动轮2同步向外移动，从动轮22在从动轮机架压杆8的拉动下同步向上移动，随着夹紧电机28的反转前部夹紧机构松开，后部夹紧机构的夹紧电机28保持停转制动状态，则后部夹紧机构仍保持抱紧状态，当前部夹紧机构完全松开后，翻转电机10开始正转带动第一导向轮12正转收卷柔性绳索14，通过柔性绳索14拉动翻转组件第二连杆15及翻转组件第三连杆16向翻转电机10侧翻转，翻转组件第三连杆16与前部夹紧机构主机架19固定连接，在翻转组件第三连杆16的带动下从而往后翻转，实现杆间越障。

综上所述，上述实施例的爬杆机器人，采用轮式驱动方式相对其他驱动方式攀爬效率较高且负载能力强，爬杆机器人采用前后对称结构使得机器人的灵活性更好，前后夹紧机构的主动轮组与从动轮组布置方式采用空间异面十字交叉结构，该轮组布置方式相对传统在同一平面布置方式使得机器人的稳定性更好，通过控制前后四个主动轮驱动电机转速利用四轮差速实现周向螺旋运动；夹紧组件部分利用双向梯形丝杠控制主动轮组与从动轮组同步开合运动，并且具有良好的自锁功能，从动轮支架通过安装减震弹簧可以很好的防止机器人通过杆表面存在微小凹凸面时产生打滑现象；翻转组件利用多连杆结合绳索驱动机构使得翻转动作柔性更好；与现有技术中的爬杆机器人相比，本发明提供的爬杆机器人结构简单、攀爬速度快、杆间越障能力强、负载能力强、稳定性好、自锁性能好、工作环境适应性强，可搭载相关设备替代工人对杆进行检测、维护等，降低工人的劳动强度，提高检测效率，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种爬杆机器人，其特征在于，包括夹紧组件、攀爬驱动组件及翻转组件；所述夹紧组件包括两组前后对称分布的前部夹紧机构与后部夹紧机构，所述前部夹紧机构与后部夹紧机构均包括两个夹臂、间距调节结构、主机架，两个所述夹臂对称设置，通过所述间距调节结构调节间距，两个所述夹臂通过所述间距调节结构与所述主机架连接；所述前部夹紧机构与后部夹紧机构中的主机架之间通过所述翻转组件连接；所述攀爬驱动组件设置在所述夹臂上。

2.根据权利要求1所述的一种爬杆机器人，其特征在于：所述间距调节结构包括双向梯形丝杠、丝杠轴承座、两个圆螺母、夹紧电机，两个所述圆螺母套设在所述双向梯形丝杠上，所述丝杠轴承座设置在所述主机架上，两个所述夹臂的分别与两个圆螺母连接，所述夹紧电机设置在所述主机架上，其输出轴与所述双向梯形丝杠连接，所述双向梯形丝杠通过所述丝杠轴承座与所述主机架转动连接。

3.根据权利要求2所述的一种爬杆机器人，其特征在于：所述间距调节结构还包括滑块导杆，所述滑块导杆与所述主机架连接，并贯穿两个所述夹臂的端部，平行于所述双向梯形丝杠设置。

4.根据权利要求2所述的一种爬杆机器人，其特征在于：所述前部夹紧机构与后部夹紧机构还包括辅助夹紧结构，所述辅助夹紧结构至少一个从动轮、从动轮机架、机架导杆、两个机架压杆，所述从动轮设置在所述从动轮机架上，所述机架压杆设置在所述从动轮机架上，贯穿所述主机架并与所述双向梯形丝杠所在直线垂直，两个所述机架压杆对称设置在所述从动轮机架的两侧，一端与夹臂转动连接，另一端与从动轮机架转动连接。

5.根据权利要求4所述的一种爬杆机器人，其特征在于：所述辅助夹紧结构还包括从动轮支架、多个导向轴、多个减震弹簧、从动轮法兰支架，所述减震弹簧分别套设在所述导向轴上，所述导向轴的一端与所述从动轮支架固定连接，另一端贯穿所述从动轮法兰支架并与其活动连接，所述从动轮支架与所述从动轮组成偏心轮结构。

6.根据权利要求4所述的一种爬杆机器人，其特征在于：所述机架压杆包括压杆内杆、压杆外杆、压杆弹簧，所述压杆内杆的一端位于所述压杆外杆的一端内部，所述压杆弹簧设置在所述压杆内杆、所述压杆外杆之间形成的空腔内部，所述压杆内杆的另一端与所述夹臂/所述从动轮机架铰接，所述压杆外杆的另一端对应与所述从动轮机架/所述夹臂铰接。

7.根据权利要求4所述的一种爬杆机器人，其特征在于：所述攀爬驱动组件多个主动轮、多个驱动电机，各所述主动轮均安装在所述夹臂上，所述驱动电机的输出轴与所述主动轮对应连接。

8.根据权利要求7所述的一种爬杆机器人，其特征在于：所述前部夹紧机构与后部夹紧机构中的主动轮、从动轮沿杆轴向的三个方向对杆表面进行夹紧。

9.根据权利要求8所述的一种爬杆机器人，其特征在于：所述翻转组件包括翻转电机、第一导向轮、第二导向轮、导向块、第一连杆、第二连杆、第三连杆、弹性棒、柔性绳索，所述第一连杆与前部夹紧机构/后部夹紧机构的主机架连接，所述第二连杆两端分别与所述第一连杆、所述第三连杆相互铰接，所述弹性棒分别设置在铰接处，所述第三连杆对应与后部夹紧机构/前部夹紧机构的主机架连接，所述第一导向轮设置在所述翻转电机输出轴上，所述导向块设置在所述第二连杆上，所述柔性绳索一端固定在所述第三连杆上，再依次穿过所述导向块、所述第二导向轮，另一端固定在所述第一导向轮上。

10.根据权利要求9所述的一种爬杆机器人，其特征在于：所述夹紧组件还包括多个探测传感器，所述探测传感器设置在所述夹紧组件、攀爬驱动组件中，所述爬杆机器人还包括控制单元，所述驱动电机、所述夹紧电机、所述翻转电机、所述超声波传感器均与所述控制单元电性连接。

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