CN113844563A - 一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，涉及一种机器人领域，能够抱紧攀爬杆件，并沿攀爬件上下移动，可以越过攀爬件上的部分障碍。包括装置基座、主动行走机构、摆臂机构以及抱紧机构，所述主动行走机构包括受行走电机驱动的主动轮；所述摆臂机构包括分别铰接于所述装置基座两侧的两个摆臂；所述抱紧机构包括活动设置于不同摆臂上的两个抱紧副臂，两个所述抱紧副臂的自由端上分别设有从动轮，当任一摆臂合拢时，所述从动轮能够与所述主动轮配合对攀爬杆件进行夹持固定。本发明通过摆臂机构和抱紧机构实现环抱攀爬杆件，并利用两个从动轮的交错以及与所述摆臂机构和抱紧机构的配合实现越障。

Description

一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置

技术领域

本发明涉及一种机器人领域，具体涉及一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置。

背景技术

农配网线路是农村电力系统运行的通道，其能否安全运行直接关系到供电的稳定性和可靠性。作为配电线路的主要组成部分，线路长期暴露在野外，不仅要承受固有的机械载荷和电力负荷的内部压力，而且还要经受自然环境的各种侵害，以及线路两侧林木生长和鸟害的威胁。随着时间的日积月累，势必造成线路出现各种故障。如不及时给予合理的维护，原本微小的破损和缺陷就可能扩大，最终导致严重事故，造成大面积的停电和巨大的经济损失。因此，需要定期对线路进行巡检，及时发现设备缺陷及线路安全隐患，并根据缺陷的轻重缓急，给予合理的维护，从而确保电力系统的安全、可靠运行。

目前农村配网线路的日常检修、维护基本上采用人工爬杆作业的方式，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。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对农配网线路锥形电杆可靠夹持，结构紧凑，适应电杆直径变化，带有一定越障功能的快速移动式爬杆机器人代替电力工人完成爬杆上线作业任务，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，能够抱紧攀爬杆件，并沿攀爬件上下移动，可以越过攀爬件上的部分障碍。本发明提供了解决上述问题的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，包括装置基座、主动行走机构、摆臂机构以及抱紧机构；

所述主动行走机构包括固定在所述装置基座上的行走电机和带轮组，所述带轮组中包括受所述行走电机驱动的主动轮；

所述摆臂机构包括分别铰接于所述装置基座两侧的两个摆臂以及分别用于驱动不同摆臂转动的两个摆臂电机，所述摆臂的自由端能够受所述摆臂电机驱动相向合拢；

所述抱紧机构包括两个抱紧电机以及可活动设置于不同摆臂上的两个抱紧副臂，所述抱紧副臂能够分别受对应抱紧电机的驱动靠近或远离所述装置基座，两个所述抱紧副臂的自由端上分别设有从动轮，两个所述从动轮之间具有用于绕过障碍的轴向间距，当任一摆臂合拢时，所述从动轮能够与所述主动轮配合对攀爬杆件进行夹持固定。

该方案中：该装置可以用于对杆件进行攀爬的作业。在进行攀爬时，将所述主动轮抵靠在所述攀爬杆件的一侧，任一或二个摆臂合拢，并通过所述抱紧电机驱动所述抱紧副臂靠近所述攀爬杆件的另一侧，使所述抱紧副臂上的从动轮配合所述主动轮对所述攀爬杆件进行夹持。所述主动轮受所述行走电机驱动带动整个装置在所述攀爬杆件的侧面上下移动，当移动到障碍物附近时，受所述障碍物阻挡的抱紧副臂远离所述攀爬杆件，对应的摆臂向外张开远离所述攀爬杆件，此时仅通过另一个抱紧副臂上的从动轮配合所述主动轮对所述攀爬杆件进行夹持。之后该装置受所述主动轮继续移动，直至绕过该障碍。此时之前远离所述攀爬杆件的抱紧副臂上的从动轮复位，重新挤压在所述攀爬杆件上，进而完成一次越障作业。

优选的，所述抱紧机构还包括固定在所述摆臂上的抱紧电机固定支架、导轨，所述抱紧电机固定支架上固定有所述抱紧电机，所述抱紧电机的输出轴与丝杆联接，所述丝杆与螺母组成丝杆螺母传动副，所述螺母与所述抱紧副臂固定连接，所述抱紧副臂可沿所述导轨滑动。通过所述抱紧电机带动所述丝杆转动，进而使所述螺母带动所述抱紧副臂沿所述导轨滑动。

优选的，两个所述从动轮之间具有用于绕过障碍的轴向间距。

该方案中，其中所述轴向间距中的轴向即为攀爬杆件的轴向，即两个所述从动轮沿所述攀爬杆件的轴向间隔分布，二者之间的间距足以绕过障碍。通过两个从动轮之间的轴线间距，使其可以与所述摆臂机构和抱紧机构配合绕过部分存在于所述从动轮前进路线上的障碍物。

优选的，所述主动轮与所述装置基座之间设有用于确保所述主动轮始终与攀爬杆件表面接触的弹性件。

该方案中，通过所述弹性件使得所述主动轮具有张紧的功能，在攀爬过程中确保所述主动轮能够适应攀爬杆件直径的变化并始终所述攀爬杆件贴合，确保整个装置的攀爬流畅性。

进一步优选的，所述带轮组包括两个主动轮，两个所述主动轮分别位于所述装置基座沿轴向的两侧，两个所述主动轮与所述装置基座之间分别设有攀爬支架，所述攀爬支架的一端与所述装置基座铰接，另一端与所述主动轮转动连接，所述攀爬支架的另一侧设有作为所述弹性件的氮气弹簧，所述氮气弹簧的两端分别与所述攀爬支架和所述装置基座铰接。

该方案中：通过分列于所述装置基座沿轴向的两侧的两个所述主动轮，使得整个攀爬过程更加稳定。

进一步优选的，包括两个所述主动行走机构，两个所述主动行走机构对称设置于所述装置基座上，两个所述主动行走机构中的对应主动轮之间的轴线夹角为110°到130°之间。

该方案中：通过设置两个主动行走机构，同时使得对应主动轮之间呈110°到130°的钝角设置，便于两个主动行走机构中的主动轮同时贴合在所述攀爬杆件上，且与所述从动轮配合实现三点定心，受力平衡，提高其夹持的稳定性以及整个装置对攀爬杆件的附着强度。

其中，对应主动轮之间的轴线夹角一般为120°，易于实现三点定心达到力平衡，确保整个装置的可靠附着。

进一步优选的，所述装置基座包括上支撑板、下支撑板以及固定于所述上支撑板和下支撑板两侧的传动支架，所述传动支架分别与对应侧的主动行走机构和摆臂机构连接。

该方案中：所述装置基座包括上支撑板、下支撑板以及设置于二者两侧的传动支架，此时，所述装置基座整体结构较为简洁，其整体重量较轻，较少攀爬过程所需的攀爬力，减低攀爬的难度。

进一步优选的，所述传动支架内侧固定有所述行走电机，所述传动支架外侧设有与所述行走电机输出轴联接的第一带轮，所述主动轮的一端同轴联接有第二带轮，所述第一带轮和第二带轮之间设有若干个惰轮和滑轮，所述第一带轮、第二带轮、惰轮和滑轮上设有用于构成带传动的同步带。所述主动轮是通过由所述第一带轮、第二带轮、若干个惰轮、滑轮以及所述同步带构成的带传动进行驱动，其转动平稳。

优选的，所述主动轮和从动轮为橡胶轮或表面覆盖有尼龙层。以此增大主动轮、从动轮与攀爬杆件之间的摩擦系数。

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带有越障功能的连续移动式爬杆装置，为了实现在包括锥形电杆在内的攀爬杆件上可靠快速攀爬，此攀爬装置采用仿生学设计，借鉴了人类攀爬电杆双手环抱动作，通过摆臂机构和抱紧机构实现环抱攀爬杆件，并通过主动行走机构带动整个装置实现快速移动，并利用所述摆臂机构和抱紧机构的配合实现越障；

2、本发明实施例提供的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，通过设置两个主动行走机构，所述主动行走机构中具有两个主动轮，并使两个主动行走机构中对应的所述主动轮之间的轴线夹角为110°到130°，确保整个装置能够稳定可靠地夹持待攀爬杆件。

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的主视示意图；

图2为本发明实施例1的左视结构示意图；

图3为本发明实施例1的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例1的轴侧结构示意图；

图5为本发明实施例1的主动行走机构左视结构示意图；

图6为本发明实施例1的主动行走机构右视结构示意图；

图7为本发明实施例1的抱紧机构结构示意图；

图8为本发明实施例1中装置附着在攀爬杆件上的示意图；

图9为本发明实施例1中装置附着在攀爬杆件上的俯视结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-上支撑板、2-下支撑板、3-传动支架、4-第一带轮、5-惰轮、6-氮气弹簧、7-攀爬支架、8-第二带轮、9-主动轮、10-第三带轮、11-滑轮、12-行走电机、13-摆臂、14-抱紧电机、15-抱紧电机固定支架、16-导轨、17-丝杆、18-螺母、19-抱紧副臂、20-固定块、21-从动轮、22-摆臂电机、23-攀爬杆件。

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，一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，包括装置基座、主动行走机构、摆臂13机构以及抱紧机构；

其中对于所述装置基座，在一个或多个实施例中，所述装置基座包括上支撑板1、下支撑板2以及固定于所述上支撑板1和下支撑板2两侧的传动支架3，所述上支撑板1和下支撑板2呈与攀爬杆件23匹配的弧形结构，其板面上在保证具有足够强度的前提下进行了镂空，以减少整体装置的重量。

所述传动支架3的外侧上固定有摆臂13固定基座，所述摆臂电机22基座上铰接有摆臂13，同时还固定摆臂电机22，所述摆臂13的自由端能够受所述摆臂电机22驱动相向合拢；

所述摆臂13上设有抱紧机构，所述抱紧机构包括抱紧电机14和抱紧副臂19，所述抱紧副臂19能够分别受对应抱紧电机14的驱动靠近或远离所述装置基座，两个所述抱紧副臂19的自由端上分别设有从动轮21，当任一摆臂13合拢时，所述从动轮21能够与所述主动轮9配合对攀爬杆件23进行夹持固定。

其中为了使所述抱紧副臂19能够与所述主动轮9配合对攀爬杆件23进行夹持，可以使所述抱紧副臂19在所述摆臂13的自由端上进行伸缩，也可以在所述摆臂13上设置供所述抱紧副臂19移动的滑道，因此，对于一个或多个实施例，所述抱紧机构还包括固定在所述摆臂13上的抱紧电机固定支架15、导轨16，所述抱紧电机固定支架15上固定有所述抱紧电机14，所述抱紧电机14的输出轴与丝杆17联接，所述丝杆17与螺母18组成丝杆螺母传动副，所述螺母18与所述抱紧副臂19固定连接，所述抱紧副臂19可沿所述导轨16滑动。通过所述抱紧电机14带动所述丝杆17转动，进而使所述螺母18带动所述抱紧副臂19沿所述导轨16滑动。

对于一个或多个实施例，两个所述从动轮21之间具有轴向间距，即如图8所示，所述从动轮21上下错开一段距离布置，以此便于机器人越过一些阻碍长度较短的障碍物，比如电杆上挂接的通信线缆等。对于两个所述从动轮21的错位，可以是通过使所述抱紧副臂19具有向上或向下弯折的弯折部来实现，也可以是通过所述摆臂13或抱紧副臂19整体的上下倾斜来实现，考虑到在攀爬过程中应尽量保持平衡，因此在两个所述抱紧副臂19的自由端分别设有沿相反的轴向方向延伸的固定块20，所述固定块20的自由端分别转动连接有所述从动轮21。可以在此基础上使整个装置对称设置，仅有所述固定块20及其上的从动轮21不对称，以此确保整个装置的平衡性。

其中所述固定块20可以是与所述抱紧副臂19一体成型，也可以是固定在所述抱紧副臂19自由端的单独的部件。

所述装置基座面向攀爬杆件23的一侧设置有主动行走机构，所述主动行走机构包括固定在所述装置基座上的行走电机12和带轮组，所述带轮组中包括受所述行走电机12驱动的主动轮9；所述主动行走机构可以是设置于所述装置基座中间位置的单个主动行走机构，或是分别设置在两个传动支架3上的两个所述主动行走机构，当所述主动行走机构为一个时，其内的主动轮9可以是一个呈圆柱形的转轮，也可以是在所述主动轮9的轮面的中心位置设置一个向内凹陷的周向槽，所述周向槽的截面形状呈“V”型或“U”型，其两侧内壁之间具有一定夹角；当所述主动行走机构为两个时，两个所述主动行走机构对称设置，两个所述主动行走机构中的相互对应主动轮9之间的轴线之间具有一定夹角；所述夹角一般为110°到130°之间，优选为120°。易于实现三点定心达到力平衡，确保整个装置的可靠附着。

对于一个或多个实施例，为了适应在对攀爬杆件23进行攀爬的过程中一些幅度表面较小的起伏或宽度的变换，需要使所述主动轮9或从动轮21具有一定的张紧性，即在所述主动轮9与所述装置基座之间设置使所述主动轮9始终与攀爬杆件23表面接触的弹性件。

同时，为了能更进一步确保整个装置的运行足够平稳，所述带轮组包括两个主动轮9，两个所述主动轮9分别位于所述装置基座沿轴向的两侧，所述主动轮9分别与所述装置基座之间设有攀爬支架7，所述攀爬支架7的一端与所述传动支架3上相邻的一侧铰接，另一端与所述主动轮9转动连接，所述攀爬支架7的另一侧设有作为所述弹性件的氮气弹簧6，所述氮气弹簧6的两端分别与所述攀爬支架7和所述传动支架3铰接。

除此之外，所述带轮组还包括设置在所述装置基座面向攀爬杆件23一侧的多个滑轮11。用于在所述装置基座靠近所述攀爬杆件23时，代替所述装置基座贴合在所述攀爬杆件23上，以此确保整个攀爬过程更加稳定，且避免所述装置基座出现磨损。

当所述主动行走机构设有两个时，所述传动支架3呈60°夹角相对设置，其内侧固定有所述行走电机12，所述传动支架3外侧设有与所述行走电机12输出轴联接的第一带轮4，所述主动轮9的一端同轴联接有第二带轮8，所述攀爬支架7与所述传动支架3的铰接处同轴连接有第三带轮10，所述第一带轮4和第二带轮8之间设有若干个惰轮5以及滑轮11，所述惰轮5和滑轮11分布于所述传动支架3和攀爬支架7的同一侧，所述第一带轮4、第二带轮8、第三带轮10、惰轮5和滑轮11上设有用于构成带传动的同步带。所述主动轮9是通过由所述第一带轮4、第二带轮8、第三带轮10、若干个惰轮5、若干个滑轮11以及所述同步带构成的带传动进行驱动，其转动平稳。

对于一个或多个实施例，所述主动轮9和从动轮21为橡胶轮或表面覆盖有尼龙层。以此增大主动轮、从动轮与待攀爬杆壁间的摩擦系数。

在上述实施例中，可考虑在装置机架上安装红外传感器，用于机器人对杆径变化的自动调节。

其中，所述攀爬杆件23主要为电杆，但也可根据现场工况应用于管路、笔直的树干等其他具有柱体结构的攀爬件。

该实施例的使用方式为：

在进行攀爬时，将所述主动轮9抵靠在攀爬杆件23的一侧，任一或二个摆臂13合拢，并通过所述抱紧电机14驱动抱紧副臂19靠近攀爬杆件23的另一侧，使所述抱紧副臂19上的从动轮21配合所述主动轮9对所述攀爬杆件23进行夹持。所述主动轮9受所述行走电机12驱动带动整个装置在所述攀爬杆件23的侧面上下移动，当移动到障碍物附近时，受所述障碍物阻挡的抱紧副臂19远离所述攀爬杆件23，对应的摆臂13向外张开远离所述攀爬杆件23，此时仅通过另一个抱紧副臂19上的从动轮21配合所述主动轮9对所述攀爬杆件23进行夹持。之后该装置受所述主动轮9带动继续移动，直至绕过该障碍。此时之前远离所述攀爬杆件23的抱紧副臂19上的从动轮21复位，重新挤压在所述攀爬杆件23上，以此完成一次越障作业。

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 (9)

1.一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，其特征在于，包括装置基座、主动行走机构、摆臂(13)机构以及抱紧机构；

所述主动行走机构包括固定在所述装置基座上的行走电机(12)和带轮组，所述带轮组中包括受所述行走电机(12)驱动的主动轮(9)；

所述摆臂(13)机构包括分别铰接于所述装置基座两侧的两个摆臂(13)以及分别用于驱动不同摆臂(13)转动的两个摆臂电机(22)，所述摆臂(13)的自由端能够受所述摆臂电机(22)驱动相向合拢；

所述抱紧机构包括两个抱紧电机(14)以及可活动设置于不同摆臂(13)上的两个抱紧副臂(19)，所述抱紧副臂(19)能够分别受对应抱紧电机(14)的驱动靠近或远离所述装置基座，两个所述抱紧副臂(19)的自由端上分别设有从动轮(21)，当任一摆臂(13)合拢时，所述从动轮(21)能够与所述主动轮(9)配合对攀爬杆件(23)进行夹持固定。

2.根据权利要求1所述的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，其特征在于，所述抱紧机构还包括固定在所述摆臂(13)上的抱紧电机固定支架(15)、导轨(16)，所述抱紧电机固定支架(15)上固定有所述抱紧电机(14)，所述抱紧电机(14)的输出轴与丝杆(17)联接，所述丝杆(17)与螺母(18)组成丝杆螺母传动副，所述螺母(18)与所述抱紧副臂(19)固定连接，所述抱紧副臂(19)可沿所述导轨(16)滑动。

3.根据权利要求1所述的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，其特征在于，两个所述从动轮(21)之间具有用于绕过障碍的轴向间距。

4.根据权利要求1所述的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，其特征在于，所述主动轮(9)与所述装置基座之间设有用于确保所述主动轮(9)始终与攀爬杆件(23)表面接触的弹性件。

5.根据权利要求4所述的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，其特征在于，所述带轮组包括两个主动轮(9)，两个所述主动轮(9)分别位于所述装置基座沿轴向的两侧，两个所述主动轮(9)与所述装置基座之间分别设有攀爬支架(7)，所述攀爬支架(7)的一端与所述装置基座铰接，另一端与所述主动轮(9)转动连接，所述攀爬支架(7)的另一侧设有作为所述弹性件的氮气弹簧(6)，所述氮气弹簧(6)的两端分别与所述攀爬支架(7)和所述装置基座铰接。

6.根据权利要求1、4、5任一所述的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，其特征在于，包括两个所述主动行走机构，两个所述主动行走机构对称设置于所述装置基座上，两个所述主动行走机构中的对应主动轮(9)之间的轴线夹角为110°到130°之间。

7.根据权利要求6所述的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，其特征在于，所述装置基座包括上支撑板(1)、下支撑板(2)以及固定于所述上支撑板(1)和下支撑板(2)两侧的传动支架(3)，所述传动支架(3)分别与对应侧的主动行走机构和摆臂(13)机构联接。

8.根据权利要求7所述的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，其特征在于，所述传动支架(3)内侧固定有所述行走电机(12)，所述传动支架(3)外侧设有与所述行走电机(12)输出轴联接的第一带轮(4)，所述主动轮(9)的一端同轴联接有第二带轮(8)，所述第一带轮(4)和第二带轮(8)之间设有若干个惰轮(5)和滑轮(11)，所述第一带轮(4)、第二带轮(8)、惰轮(5)和滑轮(11)上设有用于构成带传动的同步带。

9.根据权利要求1所述的一种带有越障功能的连续移动式爬杆装置，其特征在于，所述主动轮(9)和从动轮(21)为橡胶轮或表面覆盖有尼龙层。

Images