CN202593669U - 连杆式爬杆机器人 - Google Patents

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陈斌
刘博敏
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Abstract

本实用新型涉及一种连杆式爬杆机器人，适用于各种不同技术领域的高空作业。该机器人包括：上体部分，所述上体部分包括上体基座，以及设置在所述上体基座上的相对杆具有紧固和松弛状态的机械手爪夹紧机构；下体部分，所述下体部分包括下体基座，以及设置在所述下体基座上的相对杆具有紧固和松弛状态的机械手爪夹紧机构；使得所述上体部分与下体部分之间的相对距离实现伸长和缩短的连杆机构。该机器人可用于为高空作业人员运送工具等物质，以及代替人工自行完成高空作业，携带其他机器人，进行组合完成更具有难度的高空各种杆状城市建筑的油漆、喷涂料、检查、维护或者电力系统架设电缆等工作。

Description

连杆式爬杆机器人
技术领域
本实用新型涉及一种爬杆机器人，适用于各种不同技术领域的高空作业，如高空电线电缆设备、高空立式广告牌的架设、安装和维修等工作，能给高空作业工作人员带来很大便利，甚至替代作业人员完成更危险性的工作。
背景技术
在我国城市建设和科学技术以及经济建设高速发展的时代背景下，各种不同尺寸大小的杆状结构和建筑得到了广泛的应用，如广告杆、路灯杆、电线杆、风力发电杆等。随着各种杆状结构的应用，不仅带了其本身维修的困难，也使其上面设备的组装和维修受到了很大的限制，从而造成了各种不便。因此社会上迫切的需要一款能够在复杂杆体上爬行的机器人，来代替人们工作。一方面，使工作的效率得到了大大的提高；另一方面，也使人们从危险的工作环境中解脱出来。现在社会上已有的一些爬杆设备大多受到工作条件和能源输送的限制，大大的制约了其在社会上的推广和普及。同时随着机器人技术的出现和发展以及人们自我安全保护意识的增强，研究、设计一款能在各种杆体上实现上杆、抱杆固定、下杆的爬杆机器人是十分迫切的。
实用新型内容
本实用新型针对现有城市高空作业的需求，提出一种爬杆机器人，可适用于高空危险作业、高空物质物品的运输等。
本实用新型所采用的技术方案是：一种连杆式爬杆机器人，其特征在于包括：上体部分，所述上体部分包括上体基座，以及设置在所述上体基座上的相对杆具有紧固和松弛状态的机械手爪夹紧机构；下体部分，所述下体部分包括下体基座，以及设置在所述下体基座上的相对杆具有紧固和松弛状态的机械手爪夹紧机构；使得所述上体部分与下体部分之间的相对距离实现伸长和缩短的连杆机构。
本实用新型所达到的有益效果是：机器人机械手爪可以适应多种直径的爬杆。该机器人可用于为高空作业人员运送工具等物质，以及代替人工自行完成高空作业，携带其他机器人，进行组合完成更具有难度的高空各种杆状城市建筑的油漆、喷涂料、检查、维护或者电力系统架设电缆等工作。
附图说明
图1为爬杆机器人爬杆结构示意图；
图2为爬杆机器人上部结构示意图；
图3为爬杆机器人底部结构示意图；
图4a、4b是连杆机构的运动原理简图。
具体实施方式
参见图1所示的连杆式爬杆机器人，其包括上体部分1、下体部分2以及使得所述上体部分1与下体部分2之间的相对距离实现伸长和缩短的连杆机构3。所述上体部分1包括上体基座10，以及设置在所述上体基座10上的相对杆4具有紧固和松弛状态的机械手爪夹紧机构11。所述下体部分2同样包括下体基座20，以及设置在所述下体基座20上的相对杆4具有紧固和松弛状态的机械手爪夹紧机构21。
所述上体部分1与所述下体部分2的结构大致是相同的，二者的机械手爪夹紧机构11、21也具有相同的结构，因此将以上体部分1为例说明该爬杆机器人的具体结构。
参见图1、图2、图3所示，所述机械手爪夹紧机构11包括：固定在上体基座10上的直线电机12作为动力源；U型连杆13，所述U型连杆13的中部固定在直线电机12的输出轴，所述U型连杆13具有第一端131和第二端132；转动设置在上体基座10上的第一机械手爪14、转动设置在上体基座10上的第二机械手爪15，所述第一机械手爪14通过第一连杆141连接至U型连杆13的第一端131，所述第二机械手爪15通过第二连杆151连接至U型连杆13的第二端132。所述直线电机12的输出轴驱动U型连杆13上下移动，U型连杆13的第一端131、第二端132分别与第一连杆141、第二连杆151通过销钉铰接形成转动副并使第一机械手爪14、第二机械手爪15转动，且所述第一机械手爪14与第二机械手爪15配合工作，从而形成相对杆4的紧固或松弛，进而使得机器人抱紧或者松开杆状物体。
在本实施例中，所述上体基座10上固定有枢轴16，所述第一机械手爪14、第二机械手爪15均转动设置在枢轴16上，因此形成相对上体基座10的转动连接。尤其的，所述第二机械手爪15为一根，而所述第一机械手爪14有两根，分别位于第二机械手爪15的两侧；而两根第一机械手爪14通过固定杆140连接，所述固定杆140与第一连杆141转动连接，从而连接至U型连杆13的第一端131。或者两根第一机械手爪14与固定杆140一体成型，形成一个整体。采用两根第一机械手爪14配合中间一根第二机械手爪15的结构，能够形成更加稳定、紧固的抓合力，确保爬杆机器人保持在杆4上。
所述连杆机构3包括：固定在下体基座20上的旋转电机31；固定在旋转电机31输出轴上的蜗杆32；转动设置在下体基座20上、且与蜗杆32啮合的蜗轮33；固定在蜗轮33上的偏心块34；曲柄35，所述曲柄35的一端转动连接至偏心块34；转动设置在下体基座20上的侧连杆36；与侧连杆36转动连接的中间连杆37，所述中间连杆37的一端转动连接至曲柄35的另一端，所述中间连杆37的另一端通过连接体38以及连接体架39固定在上体基座10上。
结合图4a、4b可见，上述连杆机构3的运动原理是：旋转电机31转动时，带动蜗杆32旋转，进而带动蜗轮33旋转，蜗轮33上的偏心块34随着蜗轮33转动，并带动曲柄35摆动，曲柄35带动中间连杆37在侧连杆36的限制下摆动，最终带动上体基座10相对下体基座20运动。比较图4a、图4b，当蜗轮33位于不同角度时，侧连杆36具有不同摆动角度，上体基座10相对下体基座20具有不同的相对距离。
可以理解的，该爬杆机器人需要携带电源，通常是蓄电池，蓄电池优选固定在下体基座20上(使得重心更加稳定的考虑)。该机器人还配备适当的控制系统以实现各种动作或者远程控制等，此部分内容并非本专利的重点与核心所在，因此不再赘述。
如上便是对该两段式爬杆机器人结构的描述。该机器人的爬杆原理是模仿动物爬树的运动原理，以直线电机和旋转电机作为动力源。通过机械手爪夹紧机构11、21在紧固与松弛状态之间的交替以及连杆机构3的推动，实现机器人整体的升降。
参见图1，该机器人的爬杆过程原理如下：当机器人向上爬杆时，步骤(a)，下体部分2的机械手爪夹紧机构21相对杆4处于紧固状态、上体部分1的机械手爪夹紧机构11相对杆4处于松弛状态，连杆机构3驱动上体部分1相对下体部分2伸长至最大行程，参见图4a；步骤(b)，下体部分2的机械手爪夹紧机构21相对杆4处于松弛状态、上体部分1的机械手爪夹紧机构11相对杆4处于紧固状态，连杆机构3驱动下体部分2相对上体部分1缩短至起点位置，参见图4b。交替执行步骤(a)与步骤(b)，使得机器人上爬。
当机器人向下爬杆时，步骤(a’)，上体部分1的机械手爪夹紧机构11相对杆4处于紧固状态、下体部分2的机械手爪夹紧机构21相对杆4处于松弛状态，连杆机构3驱动下体部分2相对上体部分1伸长至最大行程，参见图4a；步骤(b’)上体部分1的机械手爪夹紧机构11相对杆4处于松弛状态、下体部分2的机械手爪夹紧机构21相对杆4处于紧固状态，连杆机构3驱动上体部分1相对下体部分2缩短至起点位置，参见图4b。交替执行步骤(a’)与步骤(b’)，使得机器人下爬。
本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种连杆式爬杆机器人，其特征在于包括：上体部分，所述上体部分包括上体基座，以及设置在所述上体基座上的相对杆具有紧固和松弛状态的机械手爪夹紧机构；下体部分，所述下体部分包括下体基座，以及设置在所述下体基座上的相对杆具有紧固和松弛状态的机械手爪夹紧机构；使得所述上体部分与下体部分之间的相对距离实现伸长和缩短的连杆机构。
2.如权利要求1所述的连杆式爬杆机器人，其特征在于：所述下体部分的机械手爪夹紧机构与上体部分的机械手爪夹紧机构结构相同。
3.如权利要求2所述的连杆式爬杆机器人，其特征在于：所述上体部分的机械手爪夹紧机构包括：固定在上体基座上的直线电机；U型连杆，所述U型连杆的中部固定在直线电机的输出轴，所述U型连杆具有第一端和第二端；转动设置在上体基座上的第一机械手爪、转动设置在上体基座上的第二机械手爪，所述第一机械手爪通过第一连杆连接至U型连杆的第一端，所述第二机械手爪通过第二连杆连接至U型连杆的第二端，所述第一机械手爪与第二机械手爪配合工作，从而形成相对杆的紧固或松弛。
4.如权利要求3所述的连杆式爬杆机器人，其特征在于：所述上体基座上固定有枢轴，所述第一机械手爪、第二机械手爪均转动设置在所述枢轴上。
5.如权利要求4所述的连杆式爬杆机器人，其特征在于：所述第二机械手爪为一根，所述第一机械手爪为两根，且分别位于第二机械手爪的两侧；两根第一机械手爪通过固定杆连接，所述固定杆与第一连杆转动连接。
6.如权利要求5所述的连杆式爬杆机器人，其特征在于：两根第一机械手爪与固定杆一体成型。
7.如权利要求1所述的连杆式爬杆机器人，其特征在于：所述连杆机构包括：固定在下体基座上的旋转电机；固定在旋转电机输出轴上的蜗杆；转动 设置在下体基座上、且与蜗杆啮合的蜗轮；固定在蜗轮上的偏心块；曲柄，所述曲柄的一端转动连接至偏心块；转动设置在下体基座上的侧连杆；与侧连杆转动连接的中间连杆，所述中间连杆的一端转动连接至曲柄的另一端，所述中间连杆的另一端固定在上体基座上。 
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