CN115447689A - 一种h柱爬行机器人系统及爬行方法 - Google Patents

Abstract

本发明要解决的技术问题是提供一种H柱爬行机器人系统及爬行方法，结构紧凑、自重轻，适应于截面有一定幅度变化的H柱爬行，避免运行过程中发生卡死问题，其包括爬动机构和从动机构；爬动机构包括上下分布的爬动上横梁和爬动下横梁，爬动上横梁和爬动下横梁连接为一体，爬动下横梁后侧面上设有由驱动机构驱动转动的主动轮，爬动上横梁后侧面设有前从动轮；从动机构包括上下分布的从动上横梁和从动下横梁，爬动上横梁/爬动下横梁的左右两端分别通过弹性缓冲组件与从动上横梁/从动下横梁的左右两端以可拆卸的方式连接。

Description

一种H柱爬行机器人系统及爬行方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其是涉及建筑施工机器人，具体涉及一种H柱爬行机器人系统及爬行方法。

背景技术

当前，H柱钢结构喷涂多为人工喷涂，需要高空作业，风险较大，费时费力，且对工人身体健康有负面影响，成本较多；针对H柱钢结构施工应用场景，开展具有相关作业能力的机器人研制工作，以提高作业效率，同时进行“高空、高风险、高强度”作业内容的替代人工探索尝试，响应国家政策的同时，达到改善作业条件的目的，具有现实意义。

现有的H柱爬行机器人能够沿着H柱高度方向爬行，然后在爬行机器人的顶部安装喷涂机构，通过上位机进行遥控喷涂作业。现有的爬行机器人有的采用磁吸方案，却无法适用在表面有非铁磁性层的H柱。如现有技术中实用新型专利（专利号CN202123394015.5）公开的一种爬行机器人结构，就是这一类型。还有一类型爬行机器人是包围柱体，通过滚轮爬行，这类机器人结构复杂，重量大，能耗较大。由于H柱是由多个H钢上下焊接而成，H柱的连接点很容易出现截面增大的现象，而且H柱的截面会在加工过程中有一定误差幅度变化，比如H柱前后翼缘板平行度误差，这些原因导致H柱会出现变截面现象，爬行机器人很容易出现往上爬行时卡死现象，导致无法继续操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种H柱爬行机器人系统及爬行方法，结构紧凑、自重轻，适应于截面有一定幅度变化的H柱爬行，避免运行过程中发生卡死问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种H柱爬行机器人系统，包括爬动机构和从动机构；

爬动机构包括上下分布的爬动上横梁和爬动下横梁，爬动上横梁和爬动下横梁连接为一体，爬动下横梁后侧面上设有由驱动机构驱动转动的主动轮，爬动上横梁后侧面设有前从动轮；

从动机构包括上下分布的从动上横梁和从动下横梁，爬动上横梁/爬动下横梁的左右两端分别通过弹性缓冲组件与从动上横梁/从动下横梁的左右两端以可拆卸的方式连接；

从动上横梁和从动下横梁均设有伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩杆端部连接有左右横向分布的连接轴，所述伸缩机构的伸缩杆与连接轴之间设有压力传感器，所述连接轴上设有后从动轮。

进一步的，所述弹性缓冲组件包括爬动侧套筒、从动侧套筒、连接杆和滑动套筒，所述爬动侧套筒的前端固定在爬动上横梁/爬动下横梁的端部，从动侧套筒的后端固定在从动上横梁/从动下横梁的端部；

所述滑动套筒滑动配合在爬动侧套筒内，所述连接杆的一端贯穿爬动侧套筒的后端面并连接所述滑动套筒、另一端贯穿从动侧套筒、伸出从动侧套筒后端面的外部并通过止推螺母配合锁紧，爬动侧套筒内设有套在连接杆上的缓冲弹簧，缓冲弹簧一端抵在滑动套筒上、另一端抵在爬动侧套筒的后端面。

进一步的，伸缩机构为压力电缸，从动上横梁和从动下横梁的后侧面通过连接架安装有反力横梁，压力电缸的壳体设置在反力横梁上，压力电缸的伸缩杆贯穿从动上横梁/从动下横梁并能相对移动。

进一步的，爬动下横梁后侧面通过轴承组件回旋安装有主动轴，主动轴上设有从动链轮，主动轴的两端分别设置主动轮；驱动机构为固定在爬动上横梁后侧面的伺服驱动电机，伺服驱动电机的输出轴设置有通过链条与从动链轮配合传动的主动链轮。

进一步的，爬动侧套筒和从动侧套筒的内侧面均设有隔离轮。

进一步的，所述压力传感器为轮辐压力传感器。

一种H柱爬行方法，采用权利要求1所述的H柱爬行机器人系统进行H柱爬行，包括以下步骤：

步骤1、爬动机构和从动机构是分体放置的，将爬动机构放置在H柱底部的前侧；

步骤2、将从动上横梁和从动下横梁的两端分别通过弹性缓冲组件连接爬动上横梁和爬动下横梁的两端，爬动上横梁、爬动下横梁、从动上横梁和从动下横梁将H柱包围，使爬动上横梁后侧面的前从动轮、爬动下横梁的主动轮接触H柱的前翼缘板上，使从动上横梁和从动下横梁的后从动轮接触H柱的后翼缘板上；

步骤3、控制从动上横梁、从动下横梁的伸缩机构运动，使后从动轮压紧在后翼缘板上，当H柱爬行机器人系统能够沿着H柱正常爬行时，记录从动上横梁和从动下横梁的压力传感器压力值N1和N2；

步骤4、当H柱爬行机器人系统沿着H柱爬行时，遇到变截面部位，若从动上横梁所对应的压力传感器压力值大于N1，则其所对应的伸缩机构带动连接轴回缩，使压力传感器的压力值恢复到N1；若从动上横梁所对应的压力传感器压力值小于N1，则其所对应的伸缩机构带动连接轴伸展，使压力传感器的压力值恢复到N1；

若从动下横梁所对应的压力传感器压力值大于N2，则其所对应的伸缩机构带动连接轴回缩，使压力传感器的压力值恢复到N2；若从动下横梁所对应的压力传感器压力值小于N2，则其所对应的伸缩机构带动连接轴伸展，使压力传感器的压力值恢复到N2。

本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：

1、本发明所述H柱爬行机器人系统能够适应于非铁磁性层的H柱的爬行，当H柱爬行机器人系统沿着H柱爬行时，遇到变截面部位，根据从动上横梁和从动下横梁所对应的压力传感器所检测的压力值，对相应的伸缩机构进行控制伸缩程度，保证H柱爬行机器人正常爬行，不会出现卡死现象；

本发明采用环绕式架构，一侧竖向连贯，一侧竖向分离，可以实现截面变化时的同步控制，机械系统简洁紧凑、自重轻、便于组装、维护、操作便捷；

本发明H柱爬行方法采用H柱爬行机器人系统在H柱上进行爬行，能够平稳穿过变截面区，避免卡死现象，到达指定位置后能够进行后续施工；

2、爬动上横梁/爬动下横梁的左右两端分别通过弹性缓冲组件与从动上横梁/从动下横梁的左右两端以可拆卸的方式连接，弹性缓冲组件包括爬动侧套筒、从动侧套筒、连接杆和滑动套筒，当遇到H柱小幅度截面变化时，通过弹性缓冲组件能够进行适性调节，方便机器人通过；

3、爬动侧套筒和从动侧套筒的内侧面均设有隔离轮，隔离轮沿着H柱的翼缘板边缘行走，避免爬行机器人爬行时出现偏离轨道现象，提高操作的准确性。

附图说明

图1为本发明所述H柱爬行机器人系统立体结构示意图；

图2为本发明所述H柱爬行机器人系统另一角度立体结构示意图；

图3为本发明所述H柱爬行机器人系统俯视图；

图中：1、爬动上横梁，2、爬动下横梁，3、竖向柱，4、前从动轮，5、主动轴，6、从动链轮，7、主动轮，8、伺服驱动电机，9、主动链轮，10、从动上横梁，11、从动下横梁，12、弹性缓冲组件，121、爬动侧套筒，122、从动侧套筒，123、连接杆，124、滑动套筒，125、缓冲弹簧，13、伺服压力电缸，14、伸缩杆，15、后从动轮，16、轮辐压力传感器，17、隔离轮。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅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。

在发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”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的限制。下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明

如图1-3所示，本实施例公开一种H柱爬行机器人系统，包括爬动机构、驱动机构和从动机构，爬动机构包括上下平行分布的爬动上横梁1和爬动下横梁2，爬动上横梁1和爬动下横梁2之前通过竖向柱3以焊接的方式连接为一体，爬动机构是整个机器人主动构件，在爬动上横梁1后侧面安装有左右对称分布的前从动轮4，在爬动下横梁2后侧面通过轴承组件回旋安装有横向分布的主动轴5，在主动轴5上设有从动链轮6，主动轴5的两端分别设置主动轮7。为了节省空间，将驱动机构为固定在爬动上横梁1后侧面，在本实施例中，驱动机构选择伺服驱动电机8，伺服驱动电机8的输出轴设置有主动链轮9，主动链轮9通过链条与从动链轮6配合传动。如此设计，驱动机构能够使爬行机构行走。

从动机构包括上下平行分布的从动上横梁10和从动下横梁11，爬动上横梁1/爬动下横梁2的左右两端分别通过弹性缓冲组件12与从动上横梁10/从动下横梁11的左右两端对应连接，如此设计，使爬动机构与从动机构形成环绕式架构，将H柱包围环绕。本实施例中具有四套弹性缓冲组件12，每套弹性缓冲组件12包括爬动侧套筒121、从动侧套筒122、连接杆123和滑动套筒124，爬动侧套筒121与从动侧套筒122均是前后两端封堵的空心方管结构。两两为一组，左右分布的两个爬动侧套筒121的前端对应固定在爬动上横梁1/爬动下横梁2的左右两端，左右分布的两个从动侧套筒122的后端固定在从动上横梁10/从动下横梁11的左右两端。滑动套筒124滑动配合在爬动侧套筒121内，连接杆123的一端贯穿爬动侧套筒121的后端面并连接滑动套筒124，连接杆123的另一端贯穿从动侧套筒122、伸出从动侧套筒122后端面的外部并通过止推螺母配合锁紧，在爬动侧套筒121内设有套在连接杆123上的缓冲弹簧125，缓冲弹簧125一端抵在滑动套筒124上、另一端抵在爬动侧套筒121的后端面，如此设计，实现连接杆123与从动侧套筒122固定连接、与爬动侧套筒121弹性连接，使弹性缓冲组件12具有弹性缓冲功能并且牢固结实。为了避免爬行机器人爬行时出现偏离轨道现象，提高操作的准确性，在爬动侧套筒121和从动侧套筒122的内侧面均设有隔离轮17，隔离轮17沿着H柱的翼缘板边缘行走。

在从动上横梁10和从动下横梁11均装配有伸缩机构，由于从动上横梁10和从动下横梁11是上下对称分布且结构相同，在此阐述从动上横梁10的伸缩机构，从动下横梁11与之相同，不再赘叙。为了保证机器人正常爬行，伸缩机构选用伺服压力电缸13，在从动上横梁10的后侧面通过连接架安装有反力横梁，将伺服压力电缸13的壳体设置在反力横梁上，伺服压力电缸13的伸缩杆14贯穿从动上横梁10并能相对移动。伸缩杆14的端部固定连接有左右横向分布的连接轴，在连接轴左右两端分别安装有后从动轮15。为了能够实时监测后从动轮15对H柱的压力，在伸缩杆14与连接轴之间安装有轮辐压力传感器16。

本实施例中的H柱爬行机器人系统采用环绕式架构，一侧竖向连贯，一侧竖向分离，基于从动上横梁10和从动下横梁11所对应的伸缩机构能够分别调整伸缩程度实现双压力实时调节，以适应H柱截面变化，可以实现截面变化时的同步控制；整体系统简洁、自重轻、便于组装、维护、操作便捷。本实施例的H柱爬行机器人系统配合喷涂机构应用在建筑施工中H柱高空进行除锈、打磨、喷涂等施工作业。为了适用现代化控制，可以将H柱爬行机器人系统配合通过通信系统配合上位机进行调控参数实时控制，由于上位机属于现有常规技术，在此不详细描述。

本实施例公开一种H柱爬行方法，采用本发明所述的H柱爬行机器人系统进行H柱爬行，包括以下步骤：

步骤1、起初时，爬动机构和从动机构是分体放置的，将爬动机构放置在待施工作业的H柱底部的前侧；

步骤2、将从动上横梁10和从动下横梁11的两端分别通过弹性缓冲组件12连接爬动上横梁1和爬动下横梁2的两端，爬动上横梁1、爬动下横梁2、从动上横梁10和从动下横梁11将H柱包围，使爬动上横梁1后侧面的前从动轮4、爬动下横梁2的主动轮7接触H柱的前翼缘板上，使从动上横梁10和从动下横梁11的后从动轮15接触H柱的后翼缘板上；

使爬动侧套筒121和从动侧套筒122的内侧面的隔离轮17接触翼缘板边缘

步骤3、控制从动上横梁10、从动下横梁11的伸缩机构运动，使后从动轮15压紧在后翼缘板上，使主动轮7、前从动轮4和后从轮能够在H柱的表面能够滚动，当H柱爬行机器人系统能够沿着H柱正常爬行时，记录从动上横梁10和从动下横梁11的压力传感器压力值N1和N2；

而驱动机构的驱动力T必须满足条件，T≥μ（N1+N2)≈1.2~1.4G时，H柱机器人可以克服摩檫力沿H柱往上爬行。

步骤4、当H柱爬行机器人系统沿着H柱爬行时，H柱截面有小幅度变化（一般是变大）时，通过弹性缓冲组件12内的缓冲弹簧125的压缩变化，实现爬动侧机构与从动侧机构的间距调大，实现自动调节，避免现爬动侧机构与从动侧机构卡死；

当H柱截面变化较大时，弹性缓冲组件12已经超过自调节限度，从动上横梁10/从动下横梁11所对应的轮辐压力传感器16监测到的压力值反馈给上位机，上位机根据设定阈值，判定是否需要调节压力；

若从动上横梁10所对应的压力传感器压力值大于N1，则其所对应的伸缩机构带动连接轴回缩，使压力传感器的压力值恢复到N1；若从动上横梁10所对应的压力传感器压力值小于N1，则其所对应的伸缩机构带动连接轴伸展，使压力传感器的压力值恢复到N1；

若从动下横梁11所对应的压力传感器压力值大于N2，则其所对应的伸缩机构带动连接轴回缩，使压力传感器的压力值恢复到N2；若从动下横梁11所对应的压力传感器压力值小于N2，则其所对应的伸缩机构带动连接轴伸展，使压力传感器的压力值恢复到N2；

从而保证爬动侧机构与从动侧机构正常行走，避免现爬动侧机构与从动侧机构卡死；

步骤5、当H柱爬行机器人系统沿着H柱爬行到待施工作业位置时，上位机发送信号给从动上横梁10/从动下横梁11所对应的伸缩机构，伺服压力电缸13的伸缩杆14伸出，使后从动轮15压紧在H柱后翼缘板面上，靠伸缩机构的施加压力进行定点停止，保证H柱爬行机器人静态停止，从而进行后续高空作业。

本发明H柱爬行方法采用H柱爬行机器人系统在H柱上进行爬行，能够平稳穿过变截面区，避免卡死现象，到达指定位置后能够进行后续施工。

Claims (7)

1.一种H柱爬行机器人系统，其特征在于，包括爬动机构和从动机构；

爬动机构包括上下分布的爬动上横梁和爬动下横梁，爬动上横梁和爬动下横梁连接为一体，爬动下横梁后侧面上设有由驱动机构驱动转动的主动轮，爬动上横梁后侧面设有前从动轮；

从动机构包括上下分布的从动上横梁和从动下横梁，爬动上横梁/爬动下横梁的左右两端分别通过弹性缓冲组件与从动上横梁/从动下横梁的左右两端以可拆卸的方式连接；

从动上横梁和从动下横梁均设有伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩杆端部连接有左右横向分布的连接轴，所述伸缩机构的伸缩杆与连接轴之间设有压力传感器，所述连接轴上设有后从动轮。

2.根据权利要求1所述的H柱爬行机器人系统，其特征在于，所述弹性缓冲组件包括爬动侧套筒、从动侧套筒、连接杆和滑动套筒，所述爬动侧套筒的前端固定在爬动上横梁/爬动下横梁的端部，从动侧套筒的后端固定在从动上横梁/从动下横梁的端部；

所述滑动套筒滑动配合在爬动侧套筒内，所述连接杆的一端贯穿爬动侧套筒的后端面并连接所述滑动套筒、另一端贯穿从动侧套筒、伸出从动侧套筒后端面的外部并通过止推螺母配合锁紧，爬动侧套筒内设有套在连接杆上的缓冲弹簧，缓冲弹簧一端抵在滑动套筒上、另一端抵在爬动侧套筒的后端面。

3.根据权利要求1所述的H柱爬行机器人系统，其特征在于，伸缩机构为压力电缸，从动上横梁和从动下横梁的后侧面通过连接架安装有反力横梁，压力电缸的壳体设置在反力横梁上，压力电缸的伸缩杆贯穿从动上横梁/从动下横梁并能相对移动。

4.根据权利要求1所述的H柱爬行机器人系统，其特征在于，爬动下横梁后侧面通过轴承组件回旋安装有主动轴，主动轴上设有从动链轮，主动轴的两端分别设置主动轮；驱动机构为固定在爬动上横梁后侧面的伺服驱动电机，伺服驱动电机的输出轴设置有通过链条与从动链轮配合传动的主动链轮。

5.根据权利要求2所述的H柱爬行机器人系统，其特征在于，爬动侧套筒和从动侧套筒的内侧面均设有隔离轮。

6.根据权利要求1-5任一项所述的H柱爬行机器人系统，其特征在于，所述压力传感器为轮辐压力传感器。

7.一种H柱爬行方法，其特征在于，采用权利要求1所述的H柱爬行机器人系统进行H柱爬行，包括以下步骤：

步骤1、爬动机构和从动机构是分体放置的，将爬动机构放置在H柱底部的前侧；

步骤2、将从动上横梁和从动下横梁的两端分别通过弹性缓冲组件连接爬动上横梁和爬动下横梁的两端，爬动上横梁、爬动下横梁、从动上横梁和从动下横梁将H柱包围，使爬动上横梁后侧面的前从动轮、爬动下横梁的主动轮接触H柱的前翼缘板上，使从动上横梁和从动下横梁的后从动轮接触H柱的后翼缘板上；

步骤3、控制从动上横梁、从动下横梁的伸缩机构运动，使后从动轮压紧在后翼缘板上，当H柱爬行机器人系统能够沿着H柱正常爬行时，记录从动上横梁和从动下横梁的压力传感器压力值N1和N2；

步骤4、当H柱爬行机器人系统沿着H柱爬行时，遇到变截面部位，若从动上横梁所对应的压力传感器压力值大于N1，则其所对应的伸缩机构带动连接轴回缩，使压力传感器的压力值恢复到N1；若从动上横梁所对应的压力传感器压力值小于N1，则其所对应的伸缩机构带动连接轴伸展，使压力传感器的压力值恢复到N1；

若从动下横梁所对应的压力传感器压力值大于N2，则其所对应的伸缩机构带动连接轴回缩，使压力传感器的压力值恢复到N2；若从动下横梁所对应的压力传感器压力值小于N2，则其所对应的伸缩机构带动连接轴伸展，使压力传感器的压力值恢复到N2。

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