CN113771980B - 一种锥形电杆连续移动式攀爬装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，涉及一种机器人领域，能够沿杆状结构上下快速移动，还能自动适应杆状结构直径的变化。包括装置基座、至少三个周向均匀排列的主动行走抱紧机构、至少三个周向均匀排列的被动行走抱紧机构以及可沿装置基座支撑环边缘移动的云台；通过控制电动推杆使整个装置抱紧攀爬杆件，适应攀爬杆件直径的变化；同时通过控制驱动装置驱动主动轮带动整个装置上下快速移动；通过使云台沿上支撑环和/或下支撑环的外圆面移动，实现对攀爬杆件周围的检测或检修。本发明不仅能够沿电杆上下快速移动，也能自动适应杆径的变化，从而使得机器人能够在电杆上自由快速上下移动，携带检修维护工具完成各项检修任务。

Description

一种锥形电杆连续移动式攀爬装置

技术领域

本发明涉及一种机器人领域，具体涉及一种锥形电杆连续移动式攀爬装置。

背景技术

近年来，我国针对农村基础设施建设投入大量资金，尤其是农村配电网络改造成为工作的重点，农村配电网运行的整体性能和可靠性实现了整体的提升。但是伴随着生产和生活水平的不断提升，家用电器在农村走人千家万户，各种电动农用机械和加工机械得到广泛应用，农村的电气化程度越来越高，这对农村配电网的可靠性和日常运行管理水平的要求也越来越高。目前国内农配网日常检修、维护基本上采用爬杆作业的方式，完成相应的任务。这不仅大量消耗检修人员的体力，影响工作效率，也极不安全。加上农网运维管理检修人员的老龄化越来越严重，电力部门迫切需要能取代人力进行爬杆检修、维护的自动化设备，以此减轻工人的劳动强度，降低触电和高空坠落的危险，而且设备可以在不影响供电的情况下进行带电作业，提高检修、维护的效率和质量。因此尽快开发出能够适应锥形电杆变直径要求、结构简单、快速移动的攀爬装置以装备机器人，实现对农配网线路检修、维护，是所述领域的科技工作者共同面临的重要课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种攀爬机器人，能够沿杆状结构上下快速移动，还能自动适应杆状结构直径的变化。本发明提供了解决上述问题的一种锥形电杆连续移动式攀爬装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，包括装置基座、至少三个周向均匀排列的主动行走抱紧机构、至少三个周向均匀排列的被动行走抱紧机构以及云台；

所述装置基座包括上支撑环、下支撑环以及周向设置于二者之间的多个连接件，所述连接件的两端分别与所述上支撑环和下支撑环连接，且所述连接件内侧分别设有所述主动行走抱紧机构或所述被动行走抱紧机构，所述上支撑环和下支撑环上均设有多个面向装置轴线的测距传感器；

所述主动行走抱紧机构包括主动机构连杆和驱动装置，所述主动机构连杆的一端与连接件铰接，另一端向所述上支撑环一侧延伸并设有与所述驱动装置传动连接的主动轮，所述主动机构连杆和所述连接件之间还铰接有电动推杆，所述电动推杆用于推动所述主动轮靠近或远离装置轴线；

所述被动行走抱紧机构包括被动机构连杆，所述被动机构连杆的一端与连接件铰接，另一端向所述下支撑环一侧延伸并设有从动轮，所述被动机构连杆和所述连接件之间还铰接有电动推杆，所述电动推杆用于推动所述从动轮靠近或远离装置轴线；

所述云台包括云台基座和云台电机，所述云台基座设置在所述上支撑环和/或下支撑环并能够受所述云台电机驱动沿所述上支撑环和/或下支撑环的外圆面移动。

该方案中：在使用时，将所述上支撑环和下支撑环环抱在包括锥形电杆在内的攀爬杆件上，其中所述装置轴线即所述攀爬杆件的轴线，所述上支撑环和下支撑环上设有多个测距传感器，通过所述测距传感器，测得所述上支撑环和下支撑环上分别与所述攀爬杆件表面的间距，此时电动推杆根据间距变化自动调节电动推杆位移量，确保所述主动轮或从动轮能够适应攀爬杆件的直径变化始终贴合在所述攀爬杆件的表面。

所述主动行走抱紧机构和所述被动行走抱紧机构的数量至少三个且周向均匀排列，能够确保所述主动轮和从动轮的夹持固定效果，而朝不同方向延伸的主动机构连杆和被动机构连杆能够使得所述主动轮和从动轮之间处于不同高度，易于达到力矩平衡，确保机器人的可靠附着，快速移动。

所述云台根据现场工艺需求设置在所述上支撑环和/或下支撑环上，其云台基座上可以根据工作需要固定相应检修或监控设备，当到达所述攀爬杆件的预设位置时，所述云台基座根据需求沿所述上支撑环和/或下支撑环的外圆面移动，并进行对应的监控或检修工作。

优选的，所述主动机构连杆的另一端设有电机支座，所述电机支座上设有所述驱动装置，所述驱动装置为双输出轴减速电机，所述双输出轴减速电机的输出端均设有主动轮。

该方案中，所述驱动装置为双输出轴减速电机，以此驱动两个主动轮同轴转动。

优选的，所述连接件包括支撑柱，所述支撑柱两端分别与所述上支撑环和下支撑环固定连接，所述支撑柱圆周面上设有第一外螺纹和第二外螺纹，所述第一外螺纹上套设有第一滑块，所述第一滑块两侧设有与所述第一外螺纹连接的锁紧螺母，所述第一滑块与对应电动推杆铰接；所述第二外螺纹上套设有第二滑块，所述第二滑块两侧设有与所述第二外螺纹连接的锁紧螺母，所述第二滑块与对应主动机构连杆或被动机构连杆铰接。

该方案中，通过所述支撑柱支撑所述上支撑环和下支撑环。所述支撑柱上的第一滑块和第二滑块沿支撑柱的轴向方向调节其位置，并通过所述锁紧螺母对第一滑块和第二滑块进行锁紧固定。因为使所述电动推杆与第二滑块铰接，并使所述主动行走抱紧机构的主动机构连杆和所述被动行走抱紧机构中的被动机构连杆与对应支撑柱上的第一滑块铰接，因此能够通过所述第一滑块和第二滑块的位置变化调整主动行走抱紧机构和被动行走抱紧机构，改变所述主动轮和从动轮之间所能容纳的直径以及二者之间的间距，以此适应不同的攀爬环境。

进一步优选的，所述连接件还包括设置于所述支撑柱旁的限位杆，所述限位杆两端分别与所述上支撑环和下支撑环固定连接，所述第一滑块和/或第二滑块上设有凸块，所述凸块中开有定位孔，所述定位孔套设在所述限位杆上。

该方案中：所述连接杆和所述限位杆相互平行，通过使所述第一滑块和/或第二滑块同时套设在所述支撑柱和限位杆上，避免所述第一滑块和/或第二滑块发生倾斜，进而确保整个所述主动轮或从动轮始终指向装置轴线。

优选的，所述上支撑环和下支撑环分别由两个半圆环拼接而成，两个所述半圆环的一端通过联接销轴转动连接，另一端通过锁紧销轴可拆卸连接。

该方案中：所述上支撑环和下支撑环均为两个半圆环拼接而成，便于将所述上支撑环和下支撑环套设在攀爬杆件上。

优选的，所述上支撑环和/或下支撑环的两侧面上开有弧形凹槽，所述云台基座上设有与所述弧形凹槽配合的导向柱以及受所述云台电机驱动的摩擦轮，所述摩擦轮与所述上支撑环和/或下支撑环的外环面贴合并能够带动所述云台基座沿所述上支撑环和/或下支撑环的外圆面移动。

该方案中：所述导向柱一端固定在云台基座上，一端与弧形凹槽配合组成移动副，使所属云台基座沿弧形凹槽移动，同时确保所述摩擦轮在云台的移动过程中始终贴合所述上支撑环和/或下支撑环，确保所述云台的移动稳定性。

优选的，所述主动行走抱紧机构设有三个，所述被动行走抱紧机构设有三个。三个主动行走抱紧机构之间间隔120°，三个被动行走抱紧机构之间间隔120°，这个数量足以确保所述主动轮和从动轮的夹持固定效果，以此减少多余的支出且降低装置的重量。

进一步优选的，所述上支撑环和下支撑环上分别设有三个周向均匀分布的测距传感器，所述测距传感器分别与所述主动行走抱紧机构和被动行走抱紧机构对应。

该方案中：分别设置在所述上支撑环和下支撑环上的测距传感器，分别检测主动行走抱紧机构或被动行走抱紧机构所对应的贴合位置，以此便于针对性的根据攀爬杆件直径的变化动态调整抱紧状态，驱动电动推杆控制所述主动轮和被动轮抵靠在攀爬杆件上。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明实施例提供的一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，通过测距传感器与主动行走抱紧机构和被动行走抱紧机构的配合，确保所述主动轮或从动轮能够适应攀爬杆件的直径变化始终抱合在所述攀爬杆件的表面，此外，通过使所述主动行走抱紧机构和被动行走抱紧机构至少三个且周向均匀排列，且其主动轮和从动轮之间处于不同高度，易于达到力矩平衡，确保机器人的可靠附着，快速移动；而所述云台的设置能够确保根据工作需要固定相应检修或监控设备，沿所述上支撑环的外圆面移动，并进行对应的监控或检修工作，根据灵活性。本发明的机器人攀爬装置结构简单、紧凑、适应能力强，能够代替人力进行检修或维护，进而减轻工人的劳动强度，降低触电和高空坠落的危险，提高检修、维护的效率和质量。

2、本发明实施例提供的一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，通过在支撑柱上，设置沿所述支撑柱滑动的第一滑块和第二滑块，用于调整主动行走抱紧机构和被动行走抱紧机构，改变所述主动轮和从动轮之间所能容纳的直径以及二者之间的间距，以此适应不同的攀爬环境。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1的主视结构示意图；

图2为本发明实施例1的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例1的主动行走抱紧机构的主视结构示意图；

图4为本发明实施例1的主动行走抱紧机构的左视结构示意图；

图5为本发明实施例1的被动行走抱紧机构的结构示意图；

图6为本发明实施例1的云台安装结构示意图；

图7为本发明实施例1的装置整体展开俯视结构示意图；

图8为本发明实施例1的装置攀爬锥形电杆主视示意图；

图9为本发明实施例1的装置攀爬锥形电杆俯视示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-上支撑环、2-下支撑环、3-支撑柱、4-限位杆、5-第一滑块、6-电动推杆、7-主动机构连杆、8-第二滑块、9-驱动装置；10-主动轮、11-电机支座、12-被动机构连杆、13-从动轮、14-云台电机、15-云台基座、16-导向柱、17-摩擦轮、19-弧形槽、20-攀爬杆件、21-联接销轴、22-锁紧销轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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发明和简化描述，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发明保护范围的限制。

实施例1：

如图1到图9所示，一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，包括装置基座、三个周向均匀排列的主动行走抱紧机构、三个周向均匀排列的被动行走抱紧机构以及云台；

所述装置基座包括上支撑环1、下支撑环2以及周向设置于二者之间的多个连接件，所述连接件的两端分别与所述上支撑环和下支撑环连接，且所述连接件内侧分别设有所述主动行走抱紧机构或所述被动行走抱紧机构，所述上支撑环1和下支撑环2上均设有多个面向装置轴线的测距传感器；

所述主动行走抱紧机构包括主动机构连杆7和驱动装置9，所述主动机构连杆7的一端与连接件铰接，另一端向所述上支撑环1一侧延伸并设有与所述驱动装置9传动连接的主动轮10，所述主动机构连杆7和所述连接件之间还铰接有电动推杆6，所述电动推杆6能够用于推动所述主动轮10靠近或远离装置轴线；

所述被动行走抱紧机构包括被动机构连杆12，所述被动机构连杆12的一端与连接件铰接，另一端向所述下支撑环2一侧延伸并设有从动轮13，所述被动机构连杆12和所述连接件之间还铰接有电动推杆6，所述电动推杆6用于推动所述从动轮13靠近或远离装置轴线；

所述云台包括云台基座15和云台电机14，所述云台基座15设置在所述上支撑环1和/或下支撑环2并能够受所述云台电机14驱动沿所述上支撑环1和/或下支撑环2的外圆面移动。

其中，所述电动推杆采用丝杆螺母传动，具有断电自锁功能。推杆也可以是气缸驱动也可以是液压缸驱动，本发明优选电动推杆。

其中，上述主动行走抱紧机构优选为三个，上述被动行走抱紧机构同样优选为三个。此时三个主动行走抱紧机构之间间隔120°，三个被动行走抱紧机构之间间隔120°，这个数量足以确保所述主动轮10和从动轮13的夹持固定效果，以此减少多余的支出且降低装置的重量。

在此基础上，上述连接件为六个，优选为绕所述装置轴线间隔60°均匀分布，其上的所述主动行走抱紧机构和被动行走抱紧机构依次相邻设置。此时所述主动行走抱紧机构和被动行走抱紧机构交错布置，有助于受力均匀，提高攀爬移动能力。

在此基础上，对于一种或多种实施例，上述测距传感器可以设置六个，其中所述上支撑环1上分别与三个主动行走抱紧机构处于同一径向位置的三个部位分别设有三个所述测距传感器，所述下支撑环2上分别与三个被动行走抱紧机构处于同一径向位置的三个部位分别设有三个所述测距传感器，此时设置在所述上支撑环1上的三个测距传感器能够直接侧得三个主动行走抱紧机构的对应位置偏差，设置在所述下支撑环2上的三个测距传感器能够直接侧得三个被动行走抱紧机构的对应位置偏差，以此便于针对性的驱动电动推杆6控制所述主动轮10和被动轮抵靠在攀爬杆件20上。其中所述测距传感器优选为红外测距传感器。

对于一种或多种实施例，所述主动机构连杆7的另一端设有电机支座11，所述电机支座11上设有所述驱动装置9，所述驱动装置9为双输出轴减速电机，所述双输出轴减速电机的输出端均设有主动轮10。

对于一种或多种实施例，所述连接件包括支撑柱3，所述支撑柱3两端分别与所述上支撑环1和下支撑环2固定连接，所述支撑柱3圆周面上设有第一外螺纹和第二外螺纹，所述第一外螺纹上套设有第一滑块5，所述第一滑块5两侧设有与所述第一外螺纹连接的锁紧螺母，所述第一滑块5与对应电动推杆6铰接；所述第二外螺纹上套设有第二滑块8，所述第二滑块8两侧设有与所述第二外螺纹连接的锁紧螺母，所述第二滑块8与对应主动机构连杆7或被动机构连杆12铰接。

其中所述第一外螺纹和第二外螺纹可以是设置在所述支撑柱上的一整个螺纹结构上的两段螺纹，也可以是分别上下设置在所述支撑柱上的两个螺纹结构。

其中，所述第一滑块5和第二滑块8在使用过程中可能发生绕所述支撑柱3发生偏转，造成无法对所述攀爬杆件20进行夹持，因此需要设置用于限制其转动的限制件，因此对于一种或多种实施例，所述连接件还包括设置于所述支撑柱3旁的限位杆4，所述连接杆和所述限位杆4相互平行，所述限位杆4两端分别与所述上支撑环1和下支撑环2固定连接，所述第一滑块5和/或第二滑块8上设有凸块，所述凸块中开有定位孔，所述定位孔套设在所述限位杆4上。

为了便于所述上支撑环1和下支撑环2套设在攀爬电杆上，可以使所述上支撑环和下支撑环由多个环瓣可拆卸拼接组成，其中对于一种或多种实施例，所述上支撑环1和下支撑环2分别由两个半圆环拼接而成，两个所述半圆环的一端通过联接销轴21转动连接，另一端通过锁紧销轴22可拆卸连接，使得整个装置可绕联接销轴21张开和合拢。

对于一种或多种实施例，所述上支撑环1和/或下支撑环2的两侧面上开有弧形凹槽，所述云台基座15上设有与所述弧形凹槽配合的导向柱16以及受所述云台电机14驱动的摩擦轮17，所述摩擦轮17与所述上支撑环1和/或下支撑环2的外环面贴合并能够带动所述云台基座15沿所述上支撑环1和/或下支撑环2的外圆面移动。其中，图示中的云台基座均设置于上支撑环上。

其中，所述攀爬杆件20主要为锥形电杆，但也可根据现场工况调整主动行走抱紧机构和被动行走抱紧机构的间距，将其应用于具有方形或多边形等截面形状的杆状结构。

该实施例的使用方式为：

当需要进行攀爬作业时，预先根据工作需要在云台基座15上固定相应检修或监控设备，取下上支撑环1和下支撑环2的锁紧销，使整个装置张开，使其抱住电杆，插上锁紧销，使装置和电杆同轴。启动机器人控制系统，利用上下支撑环2上安装的六个测距传感器自动调整主动行走抱紧机构的主动轮10和被动行走抱紧机构和从动轮13抱紧电杆；利用手持控制器启动主动行走抱紧机构的驱动装置9驱动主动轮10旋转，带动整个装置沿电杆向上移动，在这个过程中，电动推杆6根据测距传感器的实时测量结构调节所述主动机构连杆7或被动机构连杆12的倾斜角度，确保主动轮10或从动轮13能够适应攀爬杆件20的直径变化始终贴合在电杆的表面；当装置运动到电杆预设位置时，机器人借助电动推杆6的丝杆螺母自锁功能定位在电杆顶部；此时，云台基座15根据需求沿所述上支撑环1的外圆面移动，并通过其上设置的相应检修或监控设备进行对应的监控或检修工作；任务完成后，控制主动行走抱紧机构的驱动装置9反向旋转，带动装置快速移动到电杆底部。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，其特征在于，包括装置基座、至少三个周向均匀排列的主动行走抱紧机构、至少三个周向均匀排列的被动行走抱紧机构以及云台；

所述装置基座包括上支撑环(1)、下支撑环(2)以及周向设置于二者之间的多个连接件，所述连接件的两端分别与所述上支撑环和下支撑环连接，且所述连接件内侧分别设有所述主动行走抱紧机构或所述被动行走抱紧机构，所述上支撑环(1)和下支撑环(2)上均设有多个面向装置轴线的测距传感器；

所述主动行走抱紧机构包括主动机构连杆(7)和驱动装置(9)，所述主动机构连杆(7)的一端与连接件铰接，另一端向所述上支撑环(1)一侧延伸并设有与所述驱动装置(9)传动连接的主动轮(10)，所述主动机构连杆(7)和所述连接件之间还铰接有电动推杆(6)，所述电动推杆(6)用于推动所述主动轮(10)靠近或远离装置轴线；

所述被动行走抱紧机构包括被动机构连杆(12)，所述被动机构连杆(12)的一端与连接件铰接，另一端向所述下支撑环(2)一侧延伸并设有从动轮(13)，所述被动机构连杆(12)和所述连接件之间还铰接有电动推杆(6)，所述电动推杆(6)能够用于推动所述从动轮(13)靠近或远离装置轴线；

所述云台包括云台基座(15)和云台电机(14)，所述云台基座(15)设置在所述上支撑环(1)和/或下支撑环(2)并能够受所述云台电机(14)驱动沿所述上支撑环(1)和/或下支撑环(2)的外圆面移动；

所述连接件包括支撑柱(3)，所述支撑柱(3)两端分别与所述上支撑环(1)和下支撑环(2)固定连接，所述支撑柱(3)圆周面上设有第一外螺纹和第二外螺纹，所述第一外螺纹上套设有第一滑块(5)，所述第一滑块(5)两侧设有与所述第一外螺纹连接的锁紧螺母，所述第一滑块(5)与对应电动推杆(6)铰接；所述第二外螺纹上套设有第二滑块(8)，所述第二滑块(8)两侧设有与所述第二外螺纹连接的锁紧螺母，所述第二滑块(8)与对应主动机构连杆(7)或被动机构连杆(12)铰接。

2.根据权利要求1所述的一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，其特征在于，所述主动机构连杆(7)的另一端设有电机支座(11)，所述电机支座(11)上设有所述驱动装置(9)，所述驱动装置(9)为双输出轴减速电机，所述双输出轴减速电机的输出端均设有主动轮(10)。

3.根据权利要求1所述的一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，其特征在于，所述连接件还包括设置于所述支撑柱(3)旁的限位杆(4)，所述限位杆(4)两端分别与所述上支撑环(1)和下支撑环(2)固定连接，所述第一滑块(5)和/或第二滑块(8)上设有凸块，所述凸块中开有定位孔，所述定位孔套设在所述限位杆(4)上。

4.根据权利要求1所述的一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，其特征在于，所述上支撑环(1)和下支撑环(2)分别由两个半圆环拼接而成，两个所述半圆环的一端通过联接销轴(21)转动连接，另一端通过锁紧销轴(22)可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，其特征在于，所述上支撑环(1)和/或下支撑环(2)的两侧面上开有弧形凹槽，所述云台基座(15)上设有与所述弧形凹槽配合的导向柱(16)以及受所述云台电机(14)驱动的摩擦轮(17)，所述摩擦轮(17)与所述上支撑环(1)和/或下支撑环(2)的外环面贴合并能够带动所述云台基座(15)沿所述上支撑环(1)和/或下支撑环(2)的外圆面移动。

6.根据权利要求1所述的一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，其特征在于，所述主动行走抱紧机构设有三个，所述被动行走抱紧机构设有三个。

7.根据权利要求6所述的一种锥形电杆连续移动式攀爬装置，其特征在于，所述上支撑环(1)和下支撑环(2)上分别设有三个周向均匀分布的测距传感器，所述测距传感器分别与所述主动行走抱紧机构和被动行走抱紧机构对应。

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