CN113753149A

CN113753149A - 一种爬杆机器人

Info

Publication number: CN113753149A
Application number: CN202111144301.8A
Authority: CN
Inventors: 丁宁; 付雪奇; 郑振粮; 赵敏; 庞旭芳; 张爱东
Original assignee: Chinese University of Hong Kong Shenzhen
Current assignee: Chinese University of Hong Kong Shenzhen
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2041-09-28
Also published as: CN113753149B

Abstract

本申请实施例公开了一种爬杆机器人，包括：环形框架、N组爬行小车、N组连杆结构以及N组水平保持结构，N大于1。锁合结构的环形框架作为整个机器人的安装连接架，可以对灯杆做360度的合围，及用于周向活动均匀安装N组连杆结构的上端。每组连杆结构的下端分别活动连接一组爬行小车，每组爬行小车包括一组磁吸结构，磁吸结构通过与灯杆作用产生吸力以使爬行小车贴合灯杆爬行。水平保持结构用于控制相邻两组连杆结构下端连接的爬行小车贴合灯杆同步爬行，以使得环形框架相对水平面平行。因此，本申请实施例的爬杆机器人具有自适应调节功能，能应对不同杆径的杆段实现贴杆爬行，以提高其爬杆过程中的稳定性。

Description

一种爬杆机器人

技术领域

本申请实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及一种爬杆机器人。

背景技术

灯杆灯，一般是指由钢制锥形灯杆和大功率组合式灯架构成的照明装置，被广泛应用于广场、车站、公路和体育场等需要开阔照明的场所；其中，灯杆高度越高的地方，杆径通常越小。而为预防灯杆坍塌引发事故，定期检查灯杆的病害状况是必要的，包括检查灯杆表面的破损程度、部件的老化和故障等状况。

目前，灯杆的检测多由人工进行，一般是在灯杆上安装吊篮或使用云梯车搭载作业人员升降进行检查，但现实中，灯杆的高度较高，人工检查属于高空作业且过程繁琐，存在一定的高空作业风险。此外，不可忽视的是，一方面，人工检测过程中，检测人员目视到的检测范围有限(例如难以检查到锥形灯杆背面的表面状况)，不能一次性地对灯杆完成360度的环形检测，检测效率低；另一方面，灯杆常使用于开阔的环境或场所，周围无遮挡物，高空作业时如遇有风天气，检修人员的生命安全易受到威胁。因此，利用灯杆检测机器人(搭载有相机)代替人工高空作业以检测灯杆表面的病害状况，逐渐成为了一种主流方式。

但现有的检测机器人在沿灯杆攀爬过程中，如果灯杆的上下杆径不一致，会导致检测机器人难以自适应地贴杆爬行，容易发生倾斜或晃动甚至坠落的状况。

发明内容

本申请实施例提供了一种爬杆机器人，用以提高机器人整体适杆爬行过程中的稳定性。

本申请实施例提供的一种爬杆机器人，包括：环形框架、N组爬行小车和N组连杆结构，所述N大于1；

所述环形框架为锁合结构，通过打开和锁闭所述环形框架以使所述环形框架环绕灯杆；

N组所述连杆结构的上端沿所述环形框架的周向活动均匀安装于所述环形框架，且每组所述连杆结构的下端分别活动连接一组爬行小车；

每组所述爬行小车包括一组磁吸结构，所述磁吸结构通过与所述灯杆作用产生吸力以使所述爬行小车贴合所述灯杆爬行。

可选地，所述N组连杆结构包括M组可变形连杆结构和L组定形连杆结构，所述M加所述L等于所述N；

所述可变形连杆结构为由相互平行的两条横边及相互平行的两条竖向边组成的平行四边形结构，且所述平行四边形结构的四条边转动连接；其中一条横边为固定安装于环形框架外围的横向平台；另一条横边靠近所述环形框架中心轴的一端活动连接一组所述爬行小车；

所述定形连杆结构包括直杆，所述直杆的上端活动连接于所述环形框架，下端活动连接一组所述爬行小车。

可选地，还包括N组水平保持结构；

其中，每相邻两组所述连杆结构之间活动连接一组所述水平保持结构，所述水平保持结构用于控制相邻两组所述连杆结构下端连接的爬行小车贴合所述灯杆同步爬行，以使得所述环形框架相对水平面平行。

可选地，所述水平保持结构包括一根导向杆及两根长度相同的水平杆；

N根所述导向杆的上端沿所述环形框架的周向活动均匀安装于所述环形框架，每根所述导向杆的下端活动连接两根所述水平杆的一端，两根所述水平杆的另一端分别活动连接相邻两组所述连杆结构，且各个水平杆与各个所述连杆结构的连接点等高；

两根所述水平杆通过沿各自对应的导向杆同步上下移动，以控制相邻两组所述连杆结构下端连接的爬行小车贴合所述灯杆同步爬行，以使得所述环形框架相对水平面平行。

可选地，所述导向杆和所述水平杆通过导向滑块及水平杆连接块铰接。

可选地，所述爬行小车还包括轮架、多组爬行轮和驱轮电机结构；

所述轮架与所述连杆结构的下端连接；

所述磁吸结构装设于所述轮架；

所述驱轮电机结构安装于所述轮架，用于驱动所述爬行轮转动以使所述爬行小车沿所述灯杆爬行。

可选地，各组所述爬行轮中的两个爬行轮呈v形安装于所述轮架。

可选地，所述环形框架由多组通过锁合件首尾连接的弧形框架拼合组成。

可选地，还包括固定装载于所述环形框架的信息采集装置。

可选地，所述磁吸结构包括一组用于产生吸力的电控磁铁。

可选地，所述磁吸结构装设在所述爬行轮内。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例的爬杆机器人，包括：环形框架、N组爬行小车、N组连杆结构，N大于1。锁合结构的环形框架作为整个机器人的安装连接架，可以对灯杆做360度的合围，及用于周向活动均匀安装N组连杆结构的上端。每组连杆结构的下端分别活动连接一组爬行小车，每组爬行小车包括一组磁吸结构，磁吸结构通过与灯杆作用产生吸力以使爬行小车贴合灯杆爬行；因此，本申请实施例的爬杆机器人具有自适应调节功能，能应对不同杆径的杆段实现贴杆爬行，以提高其爬杆过程中的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例爬杆机器人的一个作业示意图；

图2为本申请实施例爬杆机器人的一个结构示意图；

图3为本申请实施例环形框架的一个结构示意图；

图4为本申请实施例连杆结构和爬行小车的一个连接示意图；

图5为本申请实施例水平保持结构的一个结构示意图；

图6为本申请实施例爬行小车的一个结构示意图；

其中，附图标记为：

10、环形框架；11、第一框架；12、第二框架；20、爬行小车；201、轮架；202、爬行轮；203、驱轮电机结构；204、磁吸结构；30、连杆结构；31、可变形连杆结构；311、横边；312、竖向边；40、信息采集装置；50、水平保持结构；501、导向杆；502、水平杆；503、导向滑块；504、水平杆连接块；60、灯杆；601、灯杆棱边。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

下面将结合图1至图6对本申请提供的爬杆机器人做实施例说明，其中主要以高度越高的地方，杆径越小的灯杆为应用场景做说明，需要说明的是，图示中的结构仅用以示例说明而非对其限定，例如连杆结构的构造及其组数可由需而定；本申请中的适径调整，应当理解为，爬杆机器人为适应不同杆径的杆段而做调整，以实现爬行小车的贴杆爬行；本申请提供的爬杆机器人不但可以应用于可变直径的杆状结构(例如灯杆)，也可以用于统一杆径的杆状结构。

请参阅图1至图4，本申请提供一种爬杆机器人的一个实施例，包括：环形框架10、N组爬行小车20和N组连杆结构30，N大于1；环形框架10为锁合结构，通过打开和锁闭环形框架10以使环形框架10环绕灯杆60；N组连杆结构30的上端沿环形框架10的周向活动均匀安装于环形框架10，且每组连杆结构30的下端分别活动连接一组爬行小车20。连杆结构30沿环形框架10的周向活动均匀安装于环形框架10是指，N组连杆结构30与环形框架10为活动连接的关系，且N组连杆结构30在环形框架10上的安装位置是均匀分布的，其中，活动连接的目的在于，为确保连杆结构在吸附作用力下可以活动地贴近不同杆径的杆段，而非与灯杆中心轴呈现固定的倾角即无法贴近小杆径的杆段；而均匀分布的目的在于，使得爬杆机器人的各组部件在安装位置上和作用力效果上实现均衡性，以确保各组爬行小车能同步且平稳地贴合不同杆径的杆段，从而实现水平不偏转的贴杆爬行，也可以理解为，可使得爬行小车20能相对连杆结构30转动，以便其调整爬杆过程中的倾角而实现适杆爬行。每组爬行小车20包括一组磁吸结构204，磁吸结构204通过与灯杆60作用产生吸力以使爬行小车20贴合灯杆60爬行。因此，本申请实施例的爬杆机器人因具备吸附作用力而具有自适应调节功能，即能应对不同杆径的杆段实现贴杆爬行，以提高其爬杆过程中的稳定性。

请参阅图2至图4，在一个具体实施方式中，N组连杆结构30包括M组可变形连杆结构31和L组定形连杆结构，M加L等于N；可变形连杆结构31为由相互平行的两条横边311及相互平行的两条竖向边312组成的平行四边形结构，且平行四边形结构的四条边转动连接，该平行四边形结构因吸附作用力的存在可视为可以相对环形框架10转动，以使得平行四边形结构下端连接的爬行小车20贴合灯杆60爬行；其中一条横边311为固定安装于环形框架10外围的横向平台，另一条横边311靠近环形框架10中心轴的一端活动连接一组爬行小车20；实际应用中，两条竖向边312的间距可以因吸附作用力的存在发生改变，以使得爬行小车20做适径爬行的调整；定形连杆结构包括直杆(例如一根大粗杆)，直杆的上端活动连接于环形框架10，下端活动连接一组爬行小车20。具体应用中，N组连杆结构30可以包括N组可变形连杆结构31，例如图2所示的三组平行四边形结构。

请参阅图2至图6，在一个具体实施方式中，每相邻两组连杆结构30之间活动连接一组水平保持结构50，水平保持结构50用于控制相邻两组连杆结构30下端连接的爬行小车20贴合灯杆60同步爬行，以使得环形框架10相对水平面平行。此水平保持结构50可以包括一根导向杆501及两根长度相同的水平杆502；N根导向杆501的上端沿环形框架10的周向活动均匀安装于环形框架10，每根导向杆501的下端活动连接两根水平杆502的一端，两根水平杆502的另一端分别活动连接相邻两组连杆结构30，且各个水平杆502与各个连杆结构30的连接点等高，其中，各个连接点等高的设置可有效发挥各水平保持结构50对整个机器人的水平保持效力(具体表现例如，使得机器人整体不产生水平偏转)。两根水平杆502可以在吸附作用力和爬行小车20的推力下(此处的推力可由爬行小车20中的驱轮电机结构203产生)，沿各自对应的导向杆501同步上下移动，以控制相邻两组连杆结构30下端连接的爬行小车20贴合灯杆60同步爬行，使得机器人整体不产生水平偏转。可以理解为，各组爬行小车20在水平保持结构50和吸附力的作用下能统一地贴杆爬行，以避免机器人发生倾斜甚至坠落。

示例性地，如图5所示，每根导向杆501的下端活动连接两根水平杆502的一端具体为：每根导向杆501上设置有导向滑块503，导向滑块503与水平杆连接块504铰接，水平杆连接块504用于铰接两根水平杆502的一端。图5所示的导向杆501和导向滑块的组合方式，是一种直线导向并限制导向滑块周向转动的方式，而通过其他结构实现的方案也可以认为是本申请实施例的替代方案，例如选用线性滑轨结构实现。

实际应用中，灯杆60一般是15米以上的刚性杆，常为八棱、十二棱和十八棱的锥形独体结构。请参阅图2和图6，在一个具体实施方式中，爬行小车20包括轮架201、多组爬行轮202和驱轮电机结构203，轮架201与连杆结构30的下端连接；各组爬行轮中的两个爬行轮202呈v形安装于轮架201，此处爬行小车20与灯杆60的接触为V形的设计，可使得爬行小车20两边的爬行轮202分别处于灯杆棱边601的两侧，起到限制机器人周向转动的作用。驱轮电机结构203安装于轮架201，用于驱动爬行轮202转动以使爬行小车20沿高杆爬行；驱轮电机结构203可以包括与爬行轮202连接的驱轮电机。磁吸结构204可以装设于爬行轮202内或轮架201上，包括一组用于产生吸力的电控磁铁；或者，爬行轮202本身就是具有磁吸功能的轮子。

请参阅图2和图3，在一个具体实施方式中，环形框架10由多组通过锁合件首尾连接的弧形框架拼合组成。可选地，环形框架10由第一框架11和第二框架12组合而成，两者之间通过两个销轴连接，使用时松开其中一个销轴(可以理解为铰链销)，环形框架10可以打开，打开的环形框架10抱合灯杆60后，插入铰链销即可将爬杆机器人安装到灯杆60上。需要说明的是，机器人安装时需要拆下影响机器人对半打开的水平保持结构50上的一条水平杆502，机器人安装完成后再将水平杆502原样连接上；若水平杆502与连杆结构30是通过插销连接的，则机器人安装完成后需要再将用于连接水平杆502的插销(可以理解为铰链销)插上。本申请实施例的环形框架10不一定是圆形结构，也可以为多边形结构；该环形框架10可以用两个铰链销连接，也可以用一个铰链销和一个锁扣连接。

请参阅图2，在一个具体实施方式中，爬杆机器人还包括固定装载于环形框架10的信息采集装置40，具体可以是用于采集灯杆60表面信息的视觉相机。视觉相机可以通过相机支架固定在环形框架10上，在爬杆机器人爬行时对灯杆60进行快速检测，以替代人工高空作业；视觉相机的个数可以根据相机视野和灯杆60杆径确定，不一定如图所示的六个。

可见，在实际应用中，面对变径灯杆60，本申请的磁吸结构204可使得爬行小车20以一定的压紧力贴杆爬行于不同杆径的杆段，且能防止爬杆机器人倾斜晃动或坠落；此外，得益于水平保持结构50的使用，本申请中周向布置的各爬行小车20能同步爬杆，以使得爬杆机器人在水平方向上的稳定性得以提高(具体表现包括，各爬行小车20的爬行高度一致，环形框架10相对于水平面平行)，从而保证了信息采集装置40能稳定地采集数据，提高机器人爬杆作业的时效性。

以上说明中若出现转动连接或活动连接的连接方式，具体可以理解为铰接方式。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。

Claims

1.一种爬杆机器人，其特征在于，包括：环形框架、N组爬行小车和N组连杆结构，所述N大于1；

2.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述N组连杆结构包括M组可变形连杆结构和L组定形连杆结构，所述M加所述L等于所述N；

3.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，还包括N组水平保持结构；

4.根据权利要求3所述的爬杆机器人，其特征在于，所述水平保持结构包括一根导向杆及两根长度相同的水平杆；

5.根据权利要求4所述的爬杆机器人，其特征在于，所述导向杆和所述水平杆通过导向滑块及水平杆连接块铰接。

6.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述爬行小车还包括轮架、多组爬行轮和驱轮电机结构；

所述轮架与所述连杆结构的下端连接；

所述磁吸结构装设于所述轮架；

7.根据权利要求6所述的爬杆机器人，其特征在于，各组所述爬行轮中的两个爬行轮呈v形安装于所述轮架。

8.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述环形框架由多组通过锁合件首尾连接的弧形框架拼合组成。

9.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，还包括固定装载于所述环形框架的信息采集装置。

10.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述磁吸结构包括一组用于产生吸力的电控磁铁。