CN113942591B - 一种可变径的旋转式爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变径的旋转式爬杆机器人，涉及移动机器人技术领域，其技术方案要点是：包括驱动组件、夹持爪、压力传感器、控制器、红外传感器、驱动电机、转向电机，夹持爪上设置有调节部、夹持部。其中，控制器分别与压力传感器、调节部、转向电机、驱动电机、红外传感器电性连接。通过该结构使得该可变径的旋转式爬杆机器人可以适用于直径有变化的电线杆，不会由于直径变化而坠落。且可以使得该可变径的旋转式爬杆机器人在爬行过程中，检测到爬行前方有障碍物时，自动避开障碍物，爬行到被爬杆终点时，自动停下。

Description

一种可变径的旋转式爬杆机器人

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，更具体地说，它涉及一种可变径的旋转式爬杆机器人。

背景技术

目前国内农配网的日常检修和维护，都是由检修人员爬至电杆端部，完成相应的任务。该作业方式会大量消耗检修人员的体力，影响工作效率，同时，在检修过程中也容易出现触电和高空坠落的危险情况。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，以此减轻检修人员的劳动强度。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圆锥形电杆变直径要求、结构简单、快速移动，并能绕杆转动的攀爬装置，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

本发明的目的是提供一种可变径的旋转式爬杆机器人，达到能够适应圆锥形电杆直径变化的目的。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种可变径的旋转式爬杆机器人，包括：驱动组件、夹持爪和控制器，所述夹持爪设置于所述驱动组件上；所述夹持爪设置有夹持部、调节部和压力传感器；所述夹持部用于夹持爬杆；所述调节部、压力传感器与控制器电性连接；所述压力传感器用于检测夹持部与被爬杆间的压力变化，并输出检测压力信号；所述控制器，用于接收到检测压力信号后生成第一控制信号；所述调节部用于响应第一控制信号后，调节所述夹持部的大小所述驱动组件上设置有驱动电机用于使该可变径的旋转式爬杆机器人沿被爬杆爬行。

进一步的，所述夹持爪包括伸缩杆、第一爪臂和第二爪臂；所述第一爪臂与第二爪臂交叉铰接，使所述夹持爪呈X形结构；所述伸缩杆的一端连接于第一爪臂的一端，另一端连接于第二爪臂的一端，用于形成所述调节部；所述第一爪臂的另一端与第二爪臂的另一端之间形成所述夹持部。通过调节调节部伸缩杆的伸缩量，改变位于铰接位置一侧的第一爪臂端部和第二爪臂端部的距离，从而改变位于铰接位置另一侧的夹持部的夹持口径大小。

进一步的，所述伸缩杆与所述控制器电连接，用于响应第一控制信号。

进一步的，所述第一爪臂的另一端和第二爪臂的另一端设置成相对应的弧形结构。增大夹持部与被爬杆之间的接触面积，进而增大夹持部与被爬杆之间的摩擦力，使夹持爪更牢固的夹持在被爬杆上。

进一步的，所述第一爪臂的另一端端部、第二爪臂的另一端端部均设置有从动轮。该从动轮便于该夹持爪绕着被爬杆爬行。

进一步的，所述驱动组件包括壳体和驱动装置；所述驱动装置设置于所述壳体内部；所述驱动装置的底部设置有主动轮；所述壳体底部开设有圆孔；所述主动轮通过圆孔伸出于壳体外。通过动力驱动装置驱动主动轮转动，从而使该可变径的旋转式爬杆机器人沿被爬杆爬行。

进一步的，所述驱动装置包括转向筒和传动轴；所述驱动电机和传动轴位于所述转向筒内，且传动轴位于主动轮上方，驱动电机位于传动轴上方；所述驱动电机输出端连接有第一锥齿轮；所述传动轴上设置有与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮；所述传动轴上还设有第一齿轮；所述主动轮上设置有与第一齿轮啮合的第二齿轮。

进一步的，所述转向筒的外壁自下而上依次设置有第一轴承、第三齿轮和第二轴承；所述壳体的上壁设置有与所述圆孔相对应的环圈；所述第一轴承配合于所述圆孔内，第二轴承配合于所述环圈内；所述壳体内还设置有与第三齿轮啮合的转动装置；所述转动装置用于驱动所述转向筒绕转向筒轴线转动。通过该转动装置驱动转向筒转动，从而带动主动轮转动，达到改变可变径的旋转式爬杆机器人爬行方向，从而避过障碍物的目的。

进一步的，所述转动装置包括转向电机、减速器；所述转向电机的输出端连接有花键轴；所述花键轴与减速器啮合，且减速器与第三齿轮啮合。通过该减速器使转向筒转动时更加平稳，从而使可变径的旋转式爬杆机器人更好地附着在被爬杆上。

进一步的，所述壳体上还设置有红外传感器；所述红外传感器用于检测到该可变径的旋转式爬杆机器人前方有障碍物时，输出第一红外检测信号；所述红外传感器还用于检测到该可变径的旋转式爬杆机器人爬行至被爬杆端部时，输出第二红外检测信号；所述控制器分别与驱动电机、转向电机、红外传感器电性连接，用于接收红外传感器输出的第一红外检测信号后，生成第二控制信号；转向电机用于响应第二控制信号后，驱动主动轮转向；所述控制器，用于接收红外传感器输出的第二红外检测信号后，生成第三控制信号；驱动电机用于响应第三控制信号后，驱动电机停止运转。达到自动避障和自动停下的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

包括驱动组件、夹持爪、压力传感器、控制器，夹持爪上设置有调节部、夹持部，驱动组件上设置有驱动电机。其中，控制器分别与压力传感器和调节部电性连接。通过该结构使得该可变径的旋转式爬杆机器人可以适用于直径有变化的电线杆，不会由于直径变化而坠落。

还包括红外传感器、转向电机。其中，控制器分别与转向电机、驱动电机和红外传感器电性连接。通过该结构使得该可变径的旋转式爬杆机器人在爬行过程中，检测到爬行前方有障碍物时，自动避开障碍物，爬行到被爬杆终点时，自动停下。

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为本发明正视结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明侧视结构示意图；

图4为本发明中驱动装置与转动装置啮合结构示意图；

图5为本发明中转向筒内部结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-驱动组件；2-夹持爪；3-夹持部；4-调节部；5-驱动电机；6-伸缩杆；7-第一爪臂；8-第二爪臂；9-从动轮；10-壳体；11-驱动装置；12-主动轮；13-圆孔；14-转向筒；15-传动轴；16-第一锥齿轮；17-第二锥齿轮；18-第一齿轮；19-第二齿轮；20-第一轴承；21-第三齿轮；22-第二轴承；23-转向电机；24-减速器；25-花键轴。

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。

实施例：

一种可变径的旋转式爬杆机器人，

包括驱动组件1、夹持爪2、压力传感器、控制器。

其中，夹持爪2的数量设置为两个，两个夹持爪2分别设置在驱动组件1的两个侧壁上，在夹持爪2上设置有调节部4、夹持部3、压力传感器，该调节部4与控制器之间采用电性连接，压力传感器与控制器之间采用电性连接。其中，压力传感器的位置可以设置在夹持爪2的内侧或者夹持爪2上的从动轮9上，只要能够检测到夹持爪2与被爬电线杆表面的压力变化即可。在使用该可变径的旋转式爬杆机器人时，夹持部3夹持在电线杆外壁上，通过夹持部3与电线杆之间的摩擦力克服该可变径的旋转式爬杆机器人自身的重力，从而使该装置附着在电线杆外壁上。驱动组件1驱动上安装有驱动电机5，在驱动电机5的动力作用下，该可变径的旋转式爬杆机器人沿着电线杆爬行。在爬行过程中，压力传感器实时检测夹持爪2与电线杆外壁间的压力。当压力传感器检测到夹持爪2与电线杆外壁上的压力减小时，输出检测压力信号，控制器在收到检测压力信号后，生成第一控制信号，调节部4响应该第一控制信号，使夹持部3的夹持范围变小，从而增大夹持爪2与电线杆外壁间的压力。当压力传感器检测到夹持爪2与电线杆外壁上的压力增大时，输出检测压力信号，控制器在收到检测压力信号后，生成第一控制信号，调节部4响应该第一控制信号，使夹持部3的夹持范围变大，从而减小夹持爪2与电线杆外壁间的压力。当压力传感器检测到夹持爪2与电线杆外壁上的压力无变化时，不输出检测压力信号。

本实施例的一种可选实施方式：上述夹持爪2包括第一爪臂7、第二爪臂8和伸缩杆6，第一爪臂7与第二爪臂8通过交叉铰接的方式铰接在一起，使该夹持爪2呈X形结构。优选地，第一爪臂7上开设有长槽，第二爪臂8穿设在第一爪臂7的长槽内，在长槽的槽壁和第二爪臂8上均设置有圆形通孔，还包括与该圆形通孔适配的圆轴。该圆轴自长槽一个槽壁上的圆形通孔穿过第二爪臂8上的圆形通孔后，再穿过长槽另一个槽壁上的圆形通孔，最后焊接固定或者螺接固定于上述驱动组件1上。第一爪臂7和第二爪臂8均于铰接位置处区分成两部分，其中，第一爪臂7的第一部分和第二爪臂8的第一部分位于铰接位置的第一侧，伸缩杆6的两端分别连接在第一爪臂7的第一部分端部和第二爪臂8的第一部分上，伸缩杆6、第一爪臂7的第一部分和第二爪臂8的第一部分形成调节部4。第一爪臂7的第二部分和第二爪臂8的第二部分位于铰接位置的第二侧，第一爪臂7的第二部分和第二爪臂8的第二部分在第二侧内形成夹持部3。通过调节伸缩杆6的伸缩量，可以调节第一爪臂7的第一部分和第二爪臂8的第一部分位之间的距离，进而改变第一爪臂7的第二部分和第二爪臂8的第二部分间的距离，从而达到改变该夹持部3夹持空间大小的目的。使该可变径的旋转式爬杆机器人可以适用于直径有变化的电线杆，不会因电线杆直径变化而坠落。

本实施例的一种可选实施方式：上述伸缩杆6为电动伸缩杆6，且该伸缩杆6与上述控制器之间电连接。在控制器生成第一控制信号后，该伸缩杆6响应于该第一控制信号，进行伸展或收缩运动，从而达到改变夹持部3大小的目的，进而使该夹持爪2适应电线杆杆径的变化。该伸缩杆6选择为电动伸缩杆6，一方面，方便控制器控制伸缩杆6进行伸缩运动，另一方面，该伸缩杆6伸缩更加平稳，更利于该可变径的旋转式爬杆机器人附着在电线杆上。

本实施例的一种可选实施方式：上述第一爪臂7的第二部分和第二爪臂8的第二部分成相同的弧形结构，在夹持爪2夹持在电线杆外壁时，第一爪臂7的第二部分和第二爪臂8的第二部分之间形成的弧形夹持部3适配于电线杆的外壁。一方面可以增大夹持部3与被爬杆之间的接触面积，进而增大夹持部3与被爬杆之间的摩擦力，使夹持爪2更牢固的附着在电线杆上，避免该可变径的旋转式爬杆机器人在自身重力的作用下，从电线杆上滑落。另一方面，可以使该夹持爪2更好地夹持在电线杆上。

本实施例的一种可选实施方式：上述第一爪臂7的第二部分和第二爪臂8的第二部分的端部均设置有从动轮9。在夹持爪2夹持在电线杆外壁上时，从动轮9与电线杆外壁接触。当该可变径的旋转式爬杆机器人沿电线杆上下爬行时。第一爪臂7和第二爪臂8端部上的从动轮9，一方面，可以有效避免夹持爪2的端部卡在电线杆外壁；另一方面可以提高爬行效率。其中，该从动轮9设置成万向轮，便于该可变径的旋转式爬杆机器人在一定条件下可以绕电线杆转动。

本实施例的一种可选实施方式：上述驱动组件1包括壳体10和设置在壳体10内部的驱动装置11。在驱动装置11的底部设置有主动轮12，该主动轮12在驱动装置11的驱动下，可以绕着主动轮12的轴转动。在壳体10的下壁上开设有圆孔13，该主动轮12位于圆孔13内，且主动轮12的一部分露出该壳体10。其中该驱动装置11、主动轮12和圆孔13均设置有两个，两个驱动装置11分别控制两个主动轮12在圆孔13内绕各自的轴转动。通过此结构，将该可变径的旋转式爬杆机器人夹持在电线杆上后，主动轮12的轴垂直于电线杆的轴，通过驱动装置11驱动主动轮12转动，进而使该可变径的旋转式爬杆机器人沿着电线杆爬行。其中，两组驱动装置11，可以有效提高该可变径的旋转式爬杆机器人爬行效率和爬行过程中的稳定性。

本实施例的一种可选实施方式：上述驱动装置11包括转向筒14和传动轴15。驱动电机5、传动轴15和上述主动轮12均位于转向筒14内，其中传动轴15位于主动轮12上方，驱动电机5位于传动轴15上方。该传动轴15通过轴承转动连接在转向筒14内，在驱动电机5的输出端固接有第一锥齿轮16，在传动轴15上固设有与第一锥齿轮16啮合的第二锥齿轮17，驱动电机5运转时，第一锥齿轮16随驱动电机5同轴转动，进而带动第二锥齿轮17同步转动，使传动轴15随第二锥齿轮17同轴转动。其中，传动轴15的轴向方向与主动轮12的轴向方向位于同一平面内，且传动轴15的轴向方向垂直于驱动电机5的转动轴方向。该主动轮12上固设有转轴，该转轴的轴线与主动轮12的轴线相同，主动轮12通过该转轴转动连接在转向筒14内，在传动轴15上的两端还固设有第一齿轮18，在主动轮12的转轴上设置有与第一齿轮18啮合的第二齿轮19，传动轴15在转动时，带动第一齿轮18同轴转动，第一齿轮18带动第二齿轮19通过转动，第二齿轮19带动转轴同轴转动，进而带动主动轮12同轴转动。从而使该可变径的旋转式爬杆机器人沿电线杆夹持在电线杆上时，沿电线杆爬行。

本实施例的一种可选实施方式：在上述转向筒14的外壁上，自下而上依次设置有第一轴承20、第三齿轮21和第二轴承22。其中第一轴承20过盈配合在上述圆孔13内，在壳体10的上壁设置有与该圆孔13对应的环圈，环圈的轴线、圆孔13的轴向和转向筒14的轴线相同，第二轴承22过盈配合在该环圈内。在壳体10内还设置有与第三齿轮21啮合的转动装置。所述转动装置工作时，带动第三齿轮21同步转动，第三齿轮21带动转向筒14一起做同轴转动，进而改变位于转向筒14内的主动轮12的爬行方向。主动轮12可以随着转向筒14做360°旋转。通过该装置达到使该可变径的旋转式爬杆机器人沿电线杆夹持在电线杆上时，可以绕着电杆外壁做任意方向的爬行。且上述设置成万向轮的从动轮9，可以使该可变径的旋转式爬杆机器人绕电杆外壁任意方向的爬行更加流畅。

本实施例的一种可选实施方式：上述转动装置包括转向电机23和减速器24。其中转向电机23的输出端固接有花键轴25，该花键轴25的花键与减速器24啮合，该减速器24与上述两个驱动装置11的第三齿轮21啮合。当转向电机23运转时，带动花键轴25做同轴转动，花键轴25带动减速器24做同步转动，减速器24带动两个驱动装置11的第三齿轮21同步转动，进而达到使两个主动轮12通过改变运动方向的目的。

本实施例的一种可选实施方式：上述壳体10上设置有红外传感器，该红外传感器的安装位置不影响红外传感器的检测头检测该可变径的旋转式爬杆机器人爬行方向前方是否存在障碍物。该红外传感器、驱动电机5和转向电机23均与控制器电性连接。在该可变径的旋转式爬杆机器人沿着电线杆做上下爬行时，红外传感器实时检测爬行方向的前方是否存在障碍物。当红外传感器检测到爬行方向的前方存在障碍物时，输出红外检测信号，控制器接收到该红外检测信号后，生成第二控制信号，转向电机23响应于该第二控制信号后，转向电机23开始运转，进而使该可变径的旋转式爬杆机器人的爬行方向改变。当红外传感器未检测到爬行方向的前方有障碍物时，停止输出红外检测信号，此时控制器未接收到红外检测信号，转向电机23驱动主动轮12转向为原来方向后，转向电机23停止运转。此时该可变径的旋转式爬杆机器人在驱动电机5驱动主动轮12爬行作用下，继续沿着电杆爬行。通过该方式达到可变径的旋转式爬杆机器人自动避开障碍物的目的。当该可变径的旋转式爬杆机器人沿着电线杆爬行至电线杆端部时，红外传感器输出第二红外检测信号，控制器接收该第二红外检测信号后，生成第三控制信号，驱动电机5响应于该第三控制信号后，停止运转。

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)

1.一种可变径的旋转式爬杆机器人，其特征在于，包括：驱动组件(1)、夹持爪(2)和控制器，所述夹持爪(2)设置于所述驱动组件(1)上；

所述夹持爪(2)设置有夹持部(3)、调节部(4)和压力传感器；

所述夹持部(3)用于夹持爬杆；

所述调节部(4)、压力传感器与控制器电性连接；

所述压力传感器用于检测夹持部(3)与被爬杆间的压力变化，并输出检测压力信号；

所述控制器，用于接收到检测压力信号后生成第一控制信号；

所述调节部(4)用于响应第一控制信号后，调节所述夹持部(3)的大小

所述驱动组件(1)上设置有驱动电机(5)用于使该可变径的旋转式爬杆机器人沿被爬杆爬行；

所述驱动组件(1)包括壳体(10)和驱动装置(11)；

所述驱动装置(11)设置于所述壳体(10)内部；

所述驱动装置(11)的底部设置有主动轮(12)；

所述壳体(10)底部开设有圆孔(13)；

所述主动轮(12)通过圆孔(13)伸出于壳体(10)外；

所述驱动装置(11)包括转向筒(14)和传动轴(15)；

所述驱动电机(5)和传动轴(15)位于所述转向筒(14)内，且传动轴(15)位于主动轮(12)上方，驱动电机(5)位于传动轴(15)上方；

所述驱动电机(5)输出端连接有第一锥齿轮(16)；

所述传动轴(15)上设置有与所述第一锥齿轮(16)啮合的第二锥齿轮(17)；

所述传动轴(15)上还设有第一齿轮(18)；

所述主动轮(12)上设置有与第一齿轮(18)啮合的第二齿轮(19)；

所述转向筒(14)的外壁自下而上依次设置有第一轴承(20)、第三齿轮(21)和第二轴承(22)；

所述壳体(10)的上壁设置有与所述圆孔(13)相对应的环圈；

所述第一轴承(20)配合于所述圆孔(13)内，第二轴承(22)配合于所述环圈内；

所述壳体(10)内还设置有与第三齿轮(21)啮合的转动装置；

所述转动装置用于驱动所述转向筒(14)绕转向筒(14)轴线转动。

2.根据权利要求1所述的一种可变径的旋转式爬杆机器人，其特征在于：

所述夹持爪(2)包括伸缩杆(6)、第一爪臂(7)和第二爪臂(8)；

所述第一爪臂(7)与第二爪臂(8)交叉铰接，使所述夹持爪(2)呈X形结构；

所述伸缩杆(6)的一端连接于第一爪臂(7)的一端，另一端连接于第二爪臂(8)的一端，用于形成所述调节部(4)；

所述第一爪臂(7)的另一端与第二爪臂(8)的另一端之间形成所述夹持部(3)。

3.根据权利要求2所述的一种可变径的旋转式爬杆机器人，其特征在于：

所述伸缩杆(6)与所述控制器电连接，用于响应第一控制信号。

4.根据权利要求2所述的一种可变径的旋转式爬杆机器人，其特征在于：

所述第一爪臂(7)的另一端和第二爪臂(8)的另一端设置成相对应的弧形结构。

5.根据权利要求4所述的一种可变径的旋转式爬杆机器人，其特征在于：

所述第一爪臂(7)的另一端端部、第二爪臂(8)的另一端端部均设置有从动轮(9)。

6.根据权利要求1所述的一种可变径的旋转式爬杆机器人，其特征在于：

所述转动装置包括转向电机(23)、减速器(24)；

所述转向电机(23)的输出端连接有花键轴(25)；

所述花键轴(25)与减速器(24)啮合，且减速器(24)与第三齿轮(21)啮合。

7.根据权利要求6所述的一种可变径的旋转式爬杆机器人，其特征在于：

所述壳体(10)上还设置有红外传感器；

所述红外传感器用于检测到该可变径的旋转式爬杆机器人前方有障碍物时，输出第一红外检测信号；

所述红外传感器还用于检测到该可变径的旋转式爬杆机器人爬行至被爬杆端部时，输出第二红外检测信号；

所述控制器分别与驱动电机(5)、转向电机(23)、红外传感器电性连接，用于接收红外传感器输出的第一红外检测信号后，生成第二控制信号；

转向电机(23)用于响应第二控制信号后，驱动主动轮(12)转向；

所述控制器，用于接收红外传感器输出的第二红外检测信号后，生成第三控制信号；

驱动电机(5)用于响应第三控制信号后，驱动电机(5)停止运转。

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