CN115180041B - 一种管柱攀爬巡检机器人 - Google Patents

Abstract

一种管柱攀爬巡检机器人，包括C形环抱式支架及轮式动力机构；C形环抱式支架由四根弧形支架段构成，四根弧形支架段顺序铰接串联连接，首尾两根弧形支架段的自由端之间构成C形环抱式支架的缺口；所有相邻两根弧形支架段的铰接点外弧侧均设置有环抱力施加机构；首尾两根弧形支架段均设置有全景摄像头；轮式动力机构数量为四组，每根弧形支架段上均设置有一组轮式动力机构；每组轮式动力机构均配套设有电控盒；四组轮式动力机构配合使用，机器人可实现顺时针绕管运动、逆时针绕管运动、沿管柱轴向向上运动及沿管柱轴向向下运动。本发明的管柱攀爬巡检机器人具有结构简单、控制难度低的特点，而且兼具攀爬速度快、越障能力强的特点。

Description

一种管柱攀爬巡检机器人

技术领域

本发明属于巡检机器人技术领域，特别是涉及一种管柱攀爬巡检机器人。

背景技术

巡检机器人种类繁多，在面对管柱类作业环境时，现阶段的巡检机器人多以蛇形攀爬类型和抱爪类型为主，前者通过螺旋缠绕方式实现管柱攀爬，但存在结构复杂且控制难度高的缺点，后者虽然结构简单且降低了控制难度，但存在攀爬速度慢且越障能力差的缺点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种管柱攀爬巡检机器人，整体采用全新的C形环抱式结构，不但具有结构简单、控制难度低的特点，而且兼具攀爬速度快、越障能力强的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种管柱攀爬巡检机器人，包括C形环抱式支架及轮式动力机构；所述C形环抱式支架包括第一弧形支架段、第二弧形支架段、第三弧形支架段及第四弧形支架段；所述第一弧形支架段的一端为自由端，第一弧形支架段的另一端与第二弧形支架段的一端相铰接，第二弧形支架段的另一端与第三弧形支架段的一端相铰接，第三弧形支架段的另一端与第四弧形支架段的一端相铰接，第四弧形支架段的另一端为自由端；所述第一弧形支架段的自由端与第四弧形支架段的自由端之间构成C形环抱式支架的缺口；在所述第一弧形支架段与第二弧形支架段的铰接点外弧侧设置有第一环抱力施加机构，在第二弧形支架段与第三弧形支架段的铰接点外弧侧设置有第二环抱力施加机构，在第三弧形支架段与第四弧形支架段的铰接点外弧侧设置有第三环抱力施加机构；在所述第一弧形支架段上设置有第一全景摄像头；在所述第四弧形支架段上设置有第二全景摄像头；所述轮式动力机构数量为四组，分别为第一轮式动力机构、第二轮式动力机构、第三轮式动力机构及第四轮式动力机构；所述第一轮式动力机构设置在第一弧形支架段上，在第一弧形支架段上还设置有与第一轮式动力机构配套使用的第一电控盒；所述第二轮式动力机构设置在第二弧形支架段上，在第二弧形支架段上还设置有与第二轮式动力机构配套使用的第二电控盒；所述第三轮式动力机构设置在第三弧形支架段上，在第三弧形支架段上还设置有与第三轮式动力机构配套使用的第三电控盒；所述第四轮式动力机构设置在第四弧形支架段上，在第四弧形支架段上还设置有与第四轮式动力机构配套使用的第四电控盒。

所述第一环抱力施加机构、第二环抱力施加机构及第三环抱力施加机构结构相同，均包括T形架、左弧形导向杆、右弧形导向杆、左环抱力加载弹簧、右抱紧力加载弹簧、左导向座及右导向座；在所述第一环抱力施加机构内，所述T形架的纵杆底端共轴铰接在第一弧形支架段与第二弧形支架段的铰接点处；在所述第二环抱力施加机构内，所述T形架的纵杆底端共轴铰接在第二弧形支架段与第三弧形支架段的铰接点处；在所述第三环抱力施加机构内，所述T形架的纵杆底端共轴铰接在第三弧形支架段与第四弧形支架段的铰接点处；所述左弧形导向杆的一端与T形架的横杆左端固定连接，左弧形导向杆的另一端为自由端，在左弧形导向杆的自由端端部设置有左导向杆限位挡块，所述左导向座套装在左弧形导向杆上，所述左环抱力加载弹簧套装在T形架横杆左端与左导向座之间的左弧形导向杆上，左弧形导向杆的曲率圆心与T形架纵杆底端的铰接点回转中心相重合；所述右弧形导向杆的一端与T形架的横杆右端固定连接，右弧形导向杆的另一端为自由端，在右弧形导向杆的自由端端部设置有右导向杆限位挡块，所述右导向座套装在右弧形导向杆上，所述右抱紧力加载弹簧套装在T形架横杆右端与右导向座之间的右弧形导向杆上，右弧形导向杆的曲率圆心与T形架纵杆底端的铰接点回转中心相重合；在所述第一环抱力施加机构内，所述左导向座与第一弧形支架段固定连接，所述右导向座与第二弧形支架段固定连接；在所述第二环抱力施加机构内，所述左导向座与第二弧形支架段固定连接，所述右导向座与第三弧形支架段固定连接；在所述第三环抱力施加机构内，所述左导向座与第三弧形支架段固定连接，所述右导向座与第四弧形支架段固定连接。

所述第一轮式动力机构、第二轮式动力机构、第三轮式动力机构及第四轮式动力机构结构相同，均包括麦克纳姆轮、传动轴、轴承座、电机、轮架、滑台板、滑块、减震弹簧及拉力弹簧；所述滑台板采用L型结构，滑台板的水平侧支臂固定连接在第一/第二/第三/第四弧形支架段上，在滑台板的水平侧支臂上表面开设有直线滑道；所述滑块与直线滑道滑动连接，在直线滑道端部固定设置有滑块挡板；所述减震弹簧的一端铰接在滑台板的竖直侧支臂上，减震弹簧的另一端铰接在滑块上；所述轮架采用L型结构，轮架的竖直侧支臂中部与滑块相铰接，在滑块上固定设置有轮架摆转限位块；所述拉力弹簧的一端固定连接在滑块上，拉力弹簧的另一端固定连接在轮架的竖直侧支臂底部；所述电机垂直固装在轮架的水平侧支臂中部，电机的电机轴与传动轴的一端同轴固连，传动轴的另一端与麦克纳姆轮的轮毂同轴固连；所述轴承座同轴套装在传动轴外侧且固定安装在轮架的水平侧支臂上。

所述第一轮式动力机构和第三轮式动力机构的麦克纳姆轮的滚子旋向相同；所述第二轮式动力机构和第四轮式动力机构的麦克纳姆轮的滚子旋向相同；所述第一轮式动力机构和第三轮式动力机构的麦克纳姆轮的滚子旋向与第二轮式动力机构和第四轮式动力机构的麦克纳姆轮的滚子旋向相反；所述第一轮式动力机构、第二轮式动力机构、第三轮式动力机构及第四轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行顺时针转动，则机器人顺时针绕管运动；所述第一轮式动力机构、第二轮式动力机构、第三轮式动力机构及第四轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行逆时针转动，则机器人逆时针绕管运动；所述第一轮式动力机构和第三轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行顺时针转动，所述第二轮式动力机构和第四轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行逆时针转动，则机器人沿管柱轴向向上运动；所述第一轮式动力机构和第三轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行逆时针转动，所述第二轮式动力机构和第四轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行顺时针转动，则机器人沿管柱轴向向下运动。

本发明的有益效果：

本发明的管柱攀爬巡检机器人，整体采用全新的C形环抱式结构，不但具有结构简单、控制难度低的特点，而且兼具攀爬速度快、越障能力强的特点。

附图说明

图1为本发明的一种管柱攀爬巡检机器人的结构示意图；

图2为本发明的第一/第二/第三环抱力施加机构的结构示意图；

图3为本发明的第一/第二/第三/第四轮式动力机构的结构示意图；

图4为本发明的第一/第二/第三/第四轮式动力机构的(爆炸)结构示意图；

图5为本发明的管柱攀爬巡检机器人沿管柱轴向向上运动的示意图；

图6为本发明的管柱攀爬巡检机器人的越障示意图；

图中，1—第一弧形支架段，2—第二弧形支架段，3—第三弧形支架段，4—第四弧形支架段，5—第一环抱力施加机构，6—第二环抱力施加机构，7—第三环抱力施加机构，8—第一全景摄像头，9—第二全景摄像头，10—第一轮式动力机构，11—第二轮式动力机构，12—第三轮式动力机构，13—第四轮式动力机构，14—第一电控盒，15—第二电控盒，16—第三电控盒，17—第四电控盒，18—T形架，19—左弧形导向杆，20—右弧形导向杆，21—左环抱力加载弹簧，22—右抱紧力加载弹簧，23—左导向座，24—右导向座，25—左导向杆限位挡块，26—右导向杆限位挡块，27—麦克纳姆轮，28—传动轴，29—轴承座，30—电机，31—轮架，32—滑台板，33—滑块，34—减震弹簧，35—拉力弹簧，36—直线滑道，37—滑块挡板，38—轮架摆转限位块，39—管柱，40—障碍物。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～6所示，一种管柱攀爬巡检机器人，包括C形环抱式支架及轮式动力机构；所述C形环抱式支架包括第一弧形支架段1、第二弧形支架段2、第三弧形支架段3及第四弧形支架段4；所述第一弧形支架段1的一端为自由端，第一弧形支架段1的另一端与第二弧形支架段2的一端相铰接，第二弧形支架段2的另一端与第三弧形支架段3的一端相铰接，第三弧形支架段3的另一端与第四弧形支架段4的一端相铰接，第四弧形支架段4的另一端为自由端；所述第一弧形支架段1的自由端与第四弧形支架段4的自由端之间构成C形环抱式支架的缺口；在所述第一弧形支架段1与第二弧形支架段2的铰接点外弧侧设置有第一环抱力施加机构5，在第二弧形支架段2与第三弧形支架段3的铰接点外弧侧设置有第二环抱力施加机构6，在第三弧形支架段3与第四弧形支架段4的铰接点外弧侧设置有第三环抱力施加机构7；在所述第一弧形支架段1上设置有第一全景摄像头8；在所述第四弧形支架段4上设置有第二全景摄像头9；所述轮式动力机构数量为四组，分别为第一轮式动力机构10、第二轮式动力机构11、第三轮式动力机构12及第四轮式动力机构13；所述第一轮式动力机构10设置在第一弧形支架段1上，在第一弧形支架段1上还设置有与第一轮式动力机构10配套使用的第一电控盒14；所述第二轮式动力机构11设置在第二弧形支架段2上，在第二弧形支架段2上还设置有与第二轮式动力机构11配套使用的第二电控盒15；所述第三轮式动力机构12设置在第三弧形支架段3上，在第三弧形支架段3上还设置有与第三轮式动力机构12配套使用的第三电控盒16；所述第四轮式动力机构13设置在第四弧形支架段4上，在第四弧形支架段4上还设置有与第四轮式动力机构13配套使用的第四电控盒17。

所述第一环抱力施加机构5、第二环抱力施加机构6及第三环抱力施加机构7结构相同，均包括T形架18、左弧形导向杆19、右弧形导向杆20、左环抱力加载弹簧21、右抱紧力加载弹簧22、左导向座23及右导向座24；在所述第一环抱力施加机构5内，所述T形架18的纵杆底端共轴铰接在第一弧形支架段1与第二弧形支架段2的铰接点处；在所述第二环抱力施加机构6内，所述T形架18的纵杆底端共轴铰接在第二弧形支架段2与第三弧形支架段3的铰接点处；在所述第三环抱力施加机构7内，所述T形架18的纵杆底端共轴铰接在第三弧形支架段3与第四弧形支架段4的铰接点处；所述左弧形导向杆19的一端与T形架18的横杆左端固定连接，左弧形导向杆19的另一端为自由端，在左弧形导向杆19的自由端端部设置有左导向杆限位挡块25，所述左导向座23套装在左弧形导向杆19上，所述左环抱力加载弹簧21套装在T形架18横杆左端与左导向座23之间的左弧形导向杆19上，左弧形导向杆19的曲率圆心与T形架18纵杆底端的铰接点回转中心相重合；所述右弧形导向杆20的一端与T形架18的横杆右端固定连接，右弧形导向杆20的另一端为自由端，在右弧形导向杆20的自由端端部设置有右导向杆限位挡块26，所述右导向座24套装在右弧形导向杆20上，所述右抱紧力加载弹簧22套装在T形架18横杆右端与右导向座24之间的右弧形导向杆20上，右弧形导向杆20的曲率圆心与T形架18纵杆底端的铰接点回转中心相重合；在所述第一环抱力施加机构5内，所述左导向座23与第一弧形支架段1固定连接，所述右导向座24与第二弧形支架段2固定连接；在所述第二环抱力施加机构6内，所述左导向座23与第二弧形支架段2固定连接，所述右导向座24与第三弧形支架段3固定连接；在所述第三环抱力施加机构7内，所述左导向座23与第三弧形支架段3固定连接，所述右导向座24与第四弧形支架段4固定连接。

所述第一轮式动力机构10、第二轮式动力机构11、第三轮式动力机构12及第四轮式动力机构13结构相同，均包括麦克纳姆轮27、传动轴28、轴承座29、电机30、轮架31、滑台板32、滑块33、减震弹簧34及拉力弹簧35；所述滑台板32采用L型结构，滑台板32的水平侧支臂固定连接在第一/第二/第三/第四弧形支架段上，在滑台板32的水平侧支臂上表面开设有直线滑道36；所述滑块33与直线滑道36滑动连接，在直线滑道36端部固定设置有滑块挡板37；所述减震弹簧34的一端铰接在滑台板32的竖直侧支臂上，减震弹簧34的另一端铰接在滑块33上；所述轮架31采用L型结构，轮架31的竖直侧支臂中部与滑块33相铰接，在滑块33上固定设置有轮架摆转限位块38；所述拉力弹簧35的一端固定连接在滑块33上，拉力弹簧35的另一端固定连接在轮架31的竖直侧支臂底部；所述电机30垂直固装在轮架31的水平侧支臂中部，电机30的电机轴与传动轴28的一端同轴固连，传动轴28的另一端与麦克纳姆轮27的轮毂同轴固连；所述轴承座29同轴套装在传动轴28外侧且固定安装在轮架31的水平侧支臂上。

所述第一轮式动力机构10和第三轮式动力机构12的麦克纳姆轮27的滚子旋向相同；所述第二轮式动力机构11和第四轮式动力机构13的麦克纳姆轮27的滚子旋向相同；所述第一轮式动力机构10和第三轮式动力机构12的麦克纳姆轮27的滚子旋向与第二轮式动力机构11和第四轮式动力机构13的麦克纳姆轮27的滚子旋向相反；所述第一轮式动力机构10、第二轮式动力机构11、第三轮式动力机构12及第四轮式动力机构13的麦克纳姆轮27由电机30驱动同时进行顺时针转动，则机器人顺时针绕管运动；所述第一轮式动力机构10、第二轮式动力机构11、第三轮式动力机构12及第四轮式动力机构13的麦克纳姆轮27由电机30驱动同时进行逆时针转动，则机器人逆时针绕管运动；所述第一轮式动力机构10和第三轮式动力机构12的麦克纳姆轮27由电机30驱动同时进行顺时针转动，所述第二轮式动力机构11和第四轮式动力机构13的麦克纳姆轮27由电机30驱动同时进行逆时针转动，则机器人沿管柱轴向向上运动；所述第一轮式动力机构10和第三轮式动力机构12的麦克纳姆轮27由电机30驱动同时进行逆时针转动，所述第二轮式动力机构11和第四轮式动力机构13的麦克纳姆轮27由电机30驱动同时进行顺时针转动，则机器人沿管柱轴向向下运动。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

本实施例中，以三级阶梯式管柱39为例，包括圆柱小径段、圆锥过渡段和圆柱大径段。

首先将本发明的机器人安装到圆柱小径段，机器人需要从圆柱小径段移动到圆柱大径段，在没有任何障碍物的情况下，机器人只需执行沿管柱轴向向上运动即可，在机器人从圆柱小径段进入圆锥过渡段的过程中以及从圆锥过渡段进入圆柱大径段的过程中，第一环抱力施加机构5、第二环抱力施加机构6及第三环抱力施加机构7内的左环抱力加载弹簧21和右抱紧力加载弹簧22被进一步压缩，用于稳定的输出抱紧力，实现自适应抱紧；当机器人进入圆锥过渡段时，第一轮式动力机构10、第二轮式动力机构11、第三轮式动力机构12及第四轮式动力机构13内的轮架31会自适应发生偏转，使麦克纳姆轮27的轮毂平面始终垂直于管柱表面，保证机器人可以稳定的向上移动。

当机器人在沿管柱39轴向移动过程中遇到障碍物40时，障碍物40的识别由第一全景摄像头8和第二全景摄像头9完成，当发现障碍物40后，机器人先暂停沿管柱39的轴向移动，之后执行顺时针绕管运动或逆时针绕管运动，使机器人的C形环抱式支架的缺口与障碍物40正对，之后恢复执行机器人沿管柱39的轴向移动，障碍物40可顺利通过机器人的C形环抱式支架的缺口，从而实现机器人的越障。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种管柱攀爬巡检机器人，其特征在于：包括C形环抱式支架及轮式动力机构；所述C形环抱式支架包括第一弧形支架段、第二弧形支架段、第三弧形支架段及第四弧形支架段；所述第一弧形支架段的一端为自由端，第一弧形支架段的另一端与第二弧形支架段的一端相铰接，第二弧形支架段的另一端与第三弧形支架段的一端相铰接，第三弧形支架段的另一端与第四弧形支架段的一端相铰接，第四弧形支架段的另一端为自由端；所述第一弧形支架段的自由端与第四弧形支架段的自由端之间构成C形环抱式支架的缺口；在所述第一弧形支架段与第二弧形支架段的铰接点外弧侧设置有第一环抱力施加机构，在第二弧形支架段与第三弧形支架段的铰接点外弧侧设置有第二环抱力施加机构，在第三弧形支架段与第四弧形支架段的铰接点外弧侧设置有第三环抱力施加机构；在所述第一弧形支架段上设置有第一全景摄像头；在所述第四弧形支架段上设置有第二全景摄像头；所述轮式动力机构数量为四组，分别为第一轮式动力机构、第二轮式动力机构、第三轮式动力机构及第四轮式动力机构；所述第一轮式动力机构设置在第一弧形支架段上，在第一弧形支架段上还设置有与第一轮式动力机构配套使用的第一电控盒；所述第二轮式动力机构设置在第二弧形支架段上，在第二弧形支架段上还设置有与第二轮式动力机构配套使用的第二电控盒；所述第三轮式动力机构设置在第三弧形支架段上，在第三弧形支架段上还设置有与第三轮式动力机构配套使用的第三电控盒；所述第四轮式动力机构设置在第四弧形支架段上，在第四弧形支架段上还设置有与第四轮式动力机构配套使用的第四电控盒；所述第一环抱力施加机构、第二环抱力施加机构及第三环抱力施加机构结构相同，均包括T形架、左弧形导向杆、右弧形导向杆、左环抱力加载弹簧、右抱紧力加载弹簧、左导向座及右导向座；在所述第一环抱力施加机构内，所述T形架的纵杆底端共轴铰接在第一弧形支架段与第二弧形支架段的铰接点处；在所述第二环抱力施加机构内，所述T形架的纵杆底端共轴铰接在第二弧形支架段与第三弧形支架段的铰接点处；在所述第三环抱力施加机构内，所述T形架的纵杆底端共轴铰接在第三弧形支架段与第四弧形支架段的铰接点处；所述左弧形导向杆的一端与T形架的横杆左端固定连接，左弧形导向杆的另一端为自由端，在左弧形导向杆的自由端端部设置有左导向杆限位挡块，所述左导向座套装在左弧形导向杆上，所述左环抱力加载弹簧套装在T形架横杆左端与左导向座之间的左弧形导向杆上，左弧形导向杆的曲率圆心与T形架纵杆底端的铰接点回转中心相重合；所述右弧形导向杆的一端与T形架的横杆右端固定连接，右弧形导向杆的另一端为自由端，在右弧形导向杆的自由端端部设置有右导向杆限位挡块，所述右导向座套装在右弧形导向杆上，所述右抱紧力加载弹簧套装在T形架横杆右端与右导向座之间的右弧形导向杆上，右弧形导向杆的曲率圆心与T形架纵杆底端的铰接点回转中心相重合；在所述第一环抱力施加机构内，所述左导向座与第一弧形支架段固定连接，所述右导向座与第二弧形支架段固定连接；在所述第二环抱力施加机构内，所述左导向座与第二弧形支架段固定连接，所述右导向座与第三弧形支架段固定连接；在所述第三环抱力施加机构内，所述左导向座与第三弧形支架段固定连接，所述右导向座与第四弧形支架段固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种管柱攀爬巡检机器人，其特征在于：所述第一轮式动力机构、第二轮式动力机构、第三轮式动力机构及第四轮式动力机构结构相同，均包括麦克纳姆轮、传动轴、轴承座、电机、轮架、滑台板、滑块、减震弹簧及拉力弹簧；所述滑台板采用L型结构，滑台板的水平侧支臂固定连接在第一/第二/第三/第四弧形支架段上，在滑台板的水平侧支臂上表面开设有直线滑道；所述滑块与直线滑道滑动连接，在直线滑道端部固定设置有滑块挡板；所述减震弹簧的一端铰接在滑台板的竖直侧支臂上，减震弹簧的另一端铰接在滑块上；所述轮架采用L型结构，轮架的竖直侧支臂中部与滑块相铰接，在滑块上固定设置有轮架摆转限位块；所述拉力弹簧的一端固定连接在滑块上，拉力弹簧的另一端固定连接在轮架的竖直侧支臂底部；所述电机垂直固装在轮架的水平侧支臂中部，电机的电机轴与传动轴的一端同轴固连，传动轴的另一端与麦克纳姆轮的轮毂同轴固连；所述轴承座同轴套装在传动轴外侧且固定安装在轮架的水平侧支臂上。

3.根据权利要求2所述的一种管柱攀爬巡检机器人，其特征在于：所述第一轮式动力机构和第三轮式动力机构的麦克纳姆轮的滚子旋向相同；所述第二轮式动力机构和第四轮式动力机构的麦克纳姆轮的滚子旋向相同；所述第一轮式动力机构和第三轮式动力机构的麦克纳姆轮的滚子旋向与第二轮式动力机构和第四轮式动力机构的麦克纳姆轮的滚子旋向相反；所述第一轮式动力机构、第二轮式动力机构、第三轮式动力机构及第四轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行顺时针转动，则机器人顺时针绕管运动；所述第一轮式动力机构、第二轮式动力机构、第三轮式动力机构及第四轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行逆时针转动，则机器人逆时针绕管运动；所述第一轮式动力机构和第三轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行顺时针转动，所述第二轮式动力机构和第四轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行逆时针转动，则机器人沿管柱轴向向上运动；所述第一轮式动力机构和第三轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行逆时针转动，所述第二轮式动力机构和第四轮式动力机构的麦克纳姆轮由电机驱动同时进行顺时针转动，则机器人沿管柱轴向向下运动。