CN207078225U - 一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人 - Google Patents

Abstract

一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，它涉及一种高仿机器人。现有利用机器人进行高空作业的适用范围越来越普遍，虽减少了人工操作的危险性，但灵活性较差，难以实现在一些直径较细的杆件或狭窄空间内实现有效攀爬。本实用新型中连杆的一端与上凸轮联动机构相连接，连杆的另一端和曲柄的一端相铰接，曲柄的另一端通过电机与下凸轮联动机构相连接；第一连接板水平设在上凸轮联动机构上，第一连接板的两端分别套装在两个导杆上，每个上机械臂的一端设在上凸轮联动机构上，每个上机械臂的中部铰接在其靠近的导杆上，每个上机械臂的另一端与其对应的上弧形夹持杆固接，两个第一拖闸分别设在两个上弧形夹持杆的相对面上。本实用新型用于高空作业。

Description

一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人

技术领域

本实用新型具体涉及一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人。

背景技术

目前全国日益加快的现代化建设步伐随着我国经济的快速增长、城市建设也在不断的改善，城市中随之矗立起千姿百态的建筑物，各种包括经济型、美观性及商业性一体的市政、生活、商业工程例如电灯杆、路灯杆、广告牌立柱、指示牌立柱等，它们的直径通常在二至三十米，壁面大多数使用油漆、电镀等，由于常年裸露在空气之中，雨雪风沙长年累月的累积因此会使其表面覆盖灰尘，酸类物质污染腐蚀表面从而影响城市的美观，同时空气中混合的酸性物质也会对金属杆件造成侵蚀，加快它们的氧化过程，并缩短它们的使用年限，因此需要定期对杆件表面进行保养与维护。

在市政工作中，主要是通过人工工作的因此，存在着很多问题，特别市政工作中的清洗工作许多都要人工清洗，在一些高空建筑上的清洗如果人工清洗就会造成很大的危险性，而在一些具有化学试剂或者有毒物质的工作环境中，就会对人产生很大的危险性，这无形中增大了市政工作的成本，也对生活环境造成污染，而如果使用高压水枪，其成本更加高，而其使用范围也不宽，只局限于一些高空无遮挡的物体，同时水枪必须安置在空旷的位置否则会影响周边的日常生活。

另外，对于直径较粗的杆件，人工爬杆作业都比较容易，但是对于一些直径较细的杆件比如水泥杆、电线杆等，人工爬杆比较困难，应用的带有升降机功能的工程车在进行施工作业时，施工的作业成本较昂贵，对于狭窄的胡同，很多机器人体积较大都无法有效攀爬细杆件。

发明内容

本实用新型目的是为了解决现有利用机器人进行高空作业的适用范围越来越普遍，虽减少了人工操作的危险性，但灵活性较差，难以实现在一些直径较细的杆件或狭窄空间内实现有效攀爬问题，进而提供一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人。

本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，包括电机、上凸轮联动机构、下凸轮联动机构、上机械手、下机械手、连杆、曲柄和两个导杆，所述两个导杆竖直并列设置，上凸轮联动机构和下凸轮联动机构从上至下依次设置在两个导杆之间，电机设置在两个导杆之间，连杆的一端与上凸轮联动机构相连接，连杆的另一端和曲柄的一端相铰接，曲柄的另一端通过电机与下凸轮联动机构相连接；

上机械手包括第一连接板、两个上机械臂、两个上弧形夹持杆和两个第一拖闸，上机械臂与上弧形夹持杆一一对应设置，上弧形夹持杆与第一拖闸一一对应设置，所述第一连接板水平设置在上凸轮联动机构上，第一连接板的两端分别套装在两个导杆上，两个上机械臂分别位于第一连接板的两端，每个上机械臂的一端设置在上凸轮联动机构上，每个上机械臂的中部铰接在其靠近的导杆上，每个上机械臂的另一端与其对应的上弧形夹持杆固定连接，两个上弧形夹持杆相对设置，两个第一拖闸分别设置在两个上弧形夹持杆的相对面上；

下机械手包括第二连接板、两个下机械臂、两个下弧形夹持杆和两个第二拖闸，下机械臂与下弧形夹持杆一一对应设置，下弧形夹持杆与第二拖闸一一对应设置，所述第二连接板水平设置在下凸轮联动机构上，第二连接板的两端分别套装在两个导杆上，两个下机械臂分别位于第二连接板的两端，每个下机械臂的一端设置在下凸轮联动机构上，每个下机械臂的中部铰接在其靠近的导杆上，每个下机械臂的另一端与其对应的下弧形夹持杆固定连接，两个下弧形夹持杆相对设置，两个第二拖闸分别设置在两个下弧形夹持杆的相对面上。

一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，作为进一步限定，上凸轮联动机构包括固定架、移动凸轮、两个第一连接杆、两个第一滚轮、两个第一外轴套和两个滑动轴套，所述固定架沿导杆的径向方向设置，移动凸轮设置在固定架的顶部，两个第一连接杆分别设置在移动凸轮的两侧，每个第一连接杆的一端对应设置有一个第一滚轮，每个第一连接杆的另一端可拆卸连接在固定架上，两个第一滚轮分别滚压在移动凸轮的两侧，固定架靠近两个导杆的一端固定连接有两个第一外轴套，第一外轴套与导杆一一对应设置，每个第一外轴套套装在其对应的导杆上且二者间隙设置，每个第一外轴套与其对应的导杆的间隙内设置有一个滑动轴套。

一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，作为进一步限定，下凸轮联动机构包括两个支撑杆、两个盘形凸轮、两个第二连接杆、两个第二滚轮、两个第二外轴套和两个弹簧，所述两个盘形凸轮依次套装在电机的输出轴上，两个支撑杆沿导杆的轴向方向分别设置在电机的两侧，两个弹簧从上至下依次设置在两个支撑杆之间，支撑杆与第二连接杆一一对应设置，第二连接杆与第二滚轮一一对应设置，每个第二连接杆的一端设置在其对应的支撑杆上，每个第二连接杆的另一端与其对应的第二滚轮相连接，第二滚轮与盘形凸轮一一对应设置，每个第二滚轮滚压在其对应的盘形凸轮上，下机械臂与第二连接杆一一对应设置，第二外轴套与下机械臂一一对应设置，每个下机械臂的一端设置在其对应的第二连接杆上，每个下机械臂的中部与其对应的第二外轴套相连接，每个第二外轴套套装在其靠近的导杆上，每个下机械臂通过其对应的第二外轴套与导杆相铰接。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：

1、本实用新型结构紧凑且占用空间小，通过电机、上凸轮联动机构、下凸轮联动机构、上机械手、下机械手、连杆、曲柄和两个导杆之间相互配合实现了多动作协调联动和变直径杆的攀爬过程。

2、本实用新型的工作原理高度模仿人体攀爬的运动过程，通过弹簧的预紧力来实现下机械手对细杆件的抱紧过程，通过上凸轮联动机构、下凸轮联动机构、连杆和曲柄之间相互配合实现攀爬动作。

3、本实用新型节省耗能，只需一个驱动源就能带动整体结构实现攀爬变直径的杆，工作简单可靠，运动灵活。

4、本实用新型适用于多种有杆状物的场合，应用于很多爬杆作业，能够在没有障碍的光杆上爬行，尤其适用于城市的杆状物的清洗以及维护作业。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构剖面示意图；

图2为图1中A-A处的剖面示意图；

图3为图1中G-G处的剖面示意图；

图4为上凸轮联动机构、下凸轮联动机构、连杆6、曲柄7和两个导杆8之间连接关系的主视结构示意图；

图5为图4中B-B处的剖面示意图；

图6为图4中C-C处的剖面示意图；

图7为本实用新型的立体结构示意图；

图8为本实用新型的工作原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式包括电机1、上凸轮联动机构、下凸轮联动机构、上机械手、下机械手、连杆6、曲柄7和两个导杆8，所述两个导杆8竖直并列设置，上凸轮联动机构和下凸轮联动机构从上至下依次设置在两个导杆8之间，电机1设置在两个导杆8之间，连杆6的一端与上凸轮联动机构相连接，连杆6的另一端和曲柄7的一端相铰接，曲柄7的另一端通过电机1与下凸轮联动机构相连接；

上机械手包括第一连接板4-1、两个上机械臂4-2、两个上弧形夹持杆4-3和两个第一拖闸4-4，上机械臂4-2与上弧形夹持杆4-3一一对应设置，上弧形夹持杆4-3与第一拖闸4-4一一对应设置，所述第一连接板4-1水平设置在上凸轮联动机构上，第一连接板4-1的两端分别套装在两个导杆8上，两个上机械臂4-2分别位于第一连接板4-1的两端，每个上机械臂4-2的一端设置在上凸轮联动机构上，每个上机械臂4-2的中部铰接在其靠近的导杆8上，每个上机械臂4-2的另一端与其对应的上弧形夹持杆4-3固定连接，两个上弧形夹持杆4-3相对设置，两个第一拖闸4-4分别设置在两个上弧形夹持杆4-3的相对面上；

下机械手包括第二连接板5-1、两个下机械臂5-2、两个下弧形夹持杆5-3和两个第二拖闸5-4，下机械臂5-2与下弧形夹持杆5-3一一对应设置，下弧形夹持杆5-3与第二拖闸5-4一一对应设置，所述第二连接板5-1水平设置在下凸轮联动机构上，第二连接板5-1的两端分别套装在两个导杆8上，两个下机械臂5-2分别位于第二连接板5-1的两端，每个下机械臂5-2的一端设置在下凸轮联动机构上，每个下机械臂5-2的中部铰接在其靠近的导杆8上，每个下机械臂5-2的另一端与其对应的下弧形夹持杆5-3固定连接，两个下弧形夹持杆5-3相对设置，两个第二拖闸5-4分别设置在两个下弧形夹持杆5-3的相对面上。

本实用新型的电机1为直角电机，其为现有产品。在机器人的设计中，电机的选择很总重要，对于爬行机器人而言，直角电机的结构和传动形式都是机构设计所需要考虑的重要方面，从结构紧凑性方面考虑，在直角电机比标注电机占用更小空间。

本实用新型选用型号AT89C51单片机作为整个控制系统的主体，单片机在程序控制下不断给控制电机1的电压的电路发送PWM波形，通过改变PWM的比例数值来改变电机1的电压，从而实现对电机1的调速。

本实用新型中电机1带动曲柄7转动，曲柄7带动连杆6机构又把运动传递到上机械臂4-2，同时下机械臂5-2也要做相应的动作来配合上机械臂4-2的运动。因此曲柄7和连杆6相配合作为连接上凸轮联动机构和下凸轮联动机构，它所做的运动仅仅是只是曲柄7回转和连杆6的摆动。

本实用新型中电机1使用的是12V直流电，转子为齿轮轴的可逆电机，电机1的转速范围为0~1000r/min。

具体实施方式二：结合图2、图4和图7说明本实施方式，上凸轮联动机构包括固定架2-1、移动凸轮2-2、两个第一连接杆2-3、两个第一滚轮2-4、两个第一外轴套2-5和两个滑动轴套2-6，所述固定架2-1沿导杆8的径向方向设置，移动凸轮2-2设置在固定架2-1的顶部，两个第一连接杆2-3分别设置在移动凸轮2-2的两侧，每个第一连接杆2-3的一端对应设置有一个第一滚轮2-4，每个第一连接杆2-3的另一端可拆卸连接在固定架2-1上，两个第一滚轮2-4分别滚压在移动凸轮2-2的两侧，固定架2-1靠近两个导杆8的一端固定连接有两个第一外轴套2-5，第一外轴套2-5与导杆8一一对应设置，每个第一外轴套2-5套装在其对应的导杆8上且二者间隙设置，每个第一外轴套2-5与其对应的导杆8的间隙内设置有一个滑动轴套2-6。其他未提及的内容与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图4、图5、图6和图7说明本实施方式，下凸轮联动机构包括两个支撑杆3-1、两个盘形凸轮3-2、两个第二连接杆3-3、两个第二滚轮3-4、两个第二外轴套3-5和两个弹簧3-6，所述两个盘形凸轮3-2依次套装在电机1的输出轴上，两个支撑杆3-1沿导杆8的轴向方向分别设置在电机1的两侧，两个弹簧3-6从上至下依次设置在两个支撑杆3-1之间，支撑杆3-1与第二连接杆3-3一一对应设置，第二连接杆3-3与第二滚轮3-4一一对应设置，每个第二连接杆3-3的一端设置在其对应的支撑杆3-1上，每个第二连接杆3-3的另一端与其对应的第二滚轮3-4相连接，第二滚轮3-4与盘形凸轮3-2一一对应设置，每个第二滚轮3-4滚压在其对应的盘形凸轮3-2上，下机械臂5-2与第二连接杆3-3一一对应设置，第二外轴套3-5与下机械臂5-2一一对应设置，每个下机械臂5-2的一端设置在其对应的第二连接杆3-3上，每个下机械臂5-2的中部与其对应的第二外轴套3-5相连接，每个第二外轴套3-5套装在其靠近的导杆8上，每个下机械臂5-2通过其对应的第二外轴套3-5与导杆8相铰接。

本实施方式中曲柄7与两个盘形凸轮3-2同轴设置，靠近曲柄7的盘形凸轮3-2与盘形凸轮3-2相连接，其他未提及的内容与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式为具体实施方式一、二或三的进一步设置，曲柄7的另一端套装在电机1的输出轴上。

具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式四的进一步设置，第一连接板4-1的形状为三角形，第二连接板5-1的形状为梯形。

具体实施方式六：本实施方式为具体实施方式五的进一步设置，电机1通过电机用架体9设置在两个导杆8之间。

具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式一或六的进一步设置，第一拖闸4-4的形状为圆弧形，第一拖闸4-4铰接在其对应的上弧形夹持杆4-3上，第一拖闸4-4的弯曲方向朝向其对应的上弧形夹持杆4-3。

本实施方式中第一拖闸4-4的形状能够有效配合上弧形夹持杆4-3实现牢固夹持细杆件的效果。

具体实施方式八：本实施方式为具体实施方式一或六的进一步设置，每个第一拖闸4-4的弧形中点为D，两个第一拖闸4-4的弧形中点D之间的距离为夹持细杆件距离，夹持细杆件距离的取值范围为120至180mm。

本实用新型能够攀爬100～140mm的细杆件，还能够攀爬100~140mm的变直径杆，本实用新型的工作原理高度仿照人爬树的原理，其结构组成包括电机1、上凸轮联动机构、下凸轮联动机构、上机械手、下机械手、连杆6、曲柄7和两个导杆8。通过上机械手和下机械手的设置实现对细杆件的抱紧，通过上机械手和下机械手的交替夹紧来实现支点定位和蠕动动作；上凸轮联动机构、下凸轮联动机构、连杆6和曲柄7相互配合实现攀爬动作。电机1为本实用新型中唯一的驱动机构，有效使本实用新型的重量大大减小。本实用新型结构小巧且占用空间小，其长度为240至260mm，宽度为130至180mm，高度为380至420mm，总质量在4.5至5.5kg，两个导杆8为两个长度为350至450mm的铝合金钢管，作为导杆8作为上凸轮联动机构的导轨，同时作为旋转部分的轴，结构紧凑、零件的功能得到了扩展。下凸轮联动机构中的两个弹簧3-6起到的作用是能够产生让下机械手的两个第二拖闸5-4牢牢固定在导杆8上的摩擦力。

两个盘形凸轮3-2为两个并联式盘形凸轮3-2，在两个导杆8之间安装的电机1，将曲柄7和两个盘形凸轮3-2均安装在有减速机构的输出轴上，本实用新型的上升和相对运动是由上凸轮联动机构通过连杆6和曲柄7带动下凸轮联动机构的两个盘形凸轮3-2来实现的。

本实用新型包括两组凸轮摆杆机构，两组凸轮摆杆机构中的一组凸轮摆杆机构由移动凸轮2-2和两个上机械臂4-2组成，两组凸轮摆杆机构中的另一组凸轮摆杆机构由两个下机械臂5-2和两个盘形凸轮3-2组成，两组凸轮摆杆机构分别安装在两个导杆8的上下两个部分。盘形凸轮3-2与移动凸轮2-2连接起来是通过连杆6和曲柄7连接的，并且可以使整个机构成为一个整体结构，在连杆6和曲柄7的作用下可以使移动凸轮2-2和两个上机械臂4-2相互配合沿两个导杆8进行上下移动。当电机1开始工作时，在电机1的驱动下两个上机械臂4-2和两个下机械臂5-2摆动带动上机械手和下机械手依次实现对细杆件的夹紧和松开的动作。两组凸轮摆杆机构中的一组凸轮摆杆机构的运动行程为E，两组凸轮摆杆机构中的另一组凸轮摆杆机构的运动行程为F。

工作过程：

结合图7和图8将本实用新型的运动周期分为以下五步：

Ⅰ）启动电机1，在初始状态时，上机械手为松开状态，下机械手为夹紧状态；

Ⅱ）电机1回转，驱带动曲柄7及与曲柄7固定在一起的盘形凸轮3-2顺时钟转动，并推动下机械臂5-2摆动，当导杆8向上运动时，下机械手将松开细杆件；这时上机械手将抓紧细杆件，移动凸轮2-2向下走过空行程；

Ⅲ）电机1继续回转，此时上机械手开始抓紧细杆件，下机械手开始松开细杆件，下凸轮联动机构被运动到极限位置；

Ⅵ）电机1继续回转，当连接凸轮的导杆准备向上运动时，下部机械手抓紧杆件；上部机械手开始松开杆件，此时上部移动凸轮向上走过空行程；

Ⅴ）电机1回转，因为下机械手抓紧细杆件，上机械手松开细杆件，本实用新型向上进行移动在电机1的提升推力下进行，当连杆6、曲柄7拉直在同一条直线上时，上凸轮联动机构移动到最大位置距离；从图8中能够看出本实用新型每运行一周期上升一次。

Claims (8)

1.一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，其特征在于：包括电机（1）、上凸轮联动机构、下凸轮联动机构、上机械手、下机械手、连杆（6）、曲柄（7）和两个导杆（8），所述两个导杆（8）竖直并列设置，上凸轮联动机构和下凸轮联动机构从上至下依次设置在两个导杆（8）之间，电机（1）设置在两个导杆（8）之间，连杆（6）的一端与上凸轮联动机构相连接，连杆（6）的另一端和曲柄（7）的一端相铰接，曲柄（7）的另一端通过电机（1）与下凸轮联动机构相连接；

上机械手包括第一连接板（4-1）、两个上机械臂（4-2）、两个上弧形夹持杆（4-3）和两个第一拖闸（4-4），上机械臂（4-2）与上弧形夹持杆（4-3）一一对应设置，上弧形夹持杆（4-3）与第一拖闸（4-4）一一对应设置，所述第一连接板（4-1）水平设置在上凸轮联动机构上，第一连接板（4-1）的两端分别套装在两个导杆（8）上，两个上机械臂（4-2）分别位于第一连接板（4-1）的两端，每个上机械臂（4-2）的一端设置在上凸轮联动机构上，每个上机械臂（4-2）的中部铰接在其靠近的导杆（8）上，每个上机械臂（4-2）的另一端与其对应的上弧形夹持杆（4-3）固定连接，两个上弧形夹持杆（4-3）相对设置，两个第一拖闸（4-4）分别设置在两个上弧形夹持杆（4-3）的相对面上；

下机械手包括第二连接板（5-1）、两个下机械臂（5-2）、两个下弧形夹持杆（5-3）和两个第二拖闸（5-4），下机械臂（5-2）与下弧形夹持杆（5-3）一一对应设置，下弧形夹持杆（5-3）与第二拖闸（5-4）一一对应设置，所述第二连接板（5-1）水平设置在下凸轮联动机构上，第二连接板（5-1）的两端分别套装在两个导杆（8）上，两个下机械臂（5-2）分别位于第二连接板（5-1）的两端，每个下机械臂（5-2）的一端设置在下凸轮联动机构上，每个下机械臂（5-2）的中部铰接在其靠近的导杆（8）上，每个下机械臂（5-2）的另一端与其对应的下弧形夹持杆（5-3）固定连接，两个下弧形夹持杆（5-3）相对设置，两个第二拖闸（5-4）分别设置在两个下弧形夹持杆（5-3）的相对面上。

2.根据权利要求1所述的一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，其特征在于：上凸轮联动机构包括固定架（2-1）、移动凸轮（2-2）、两个第一连接杆（2-3）、两个第一滚轮（2-4）、两个第一外轴套（2-5）和两个滑动轴套（2-6），所述固定架（2-1）沿导杆（8）的径向方向设置，移动凸轮（2-2）设置在固定架（2-1）的顶部，两个第一连接杆（2-3）分别设置在移动凸轮（2-2）的两侧，每个第一连接杆（2-3）的一端对应设置有一个第一滚轮（2-4），每个第一连接杆（2-3）的另一端可拆卸连接在固定架（2-1）上，两个第一滚轮（2-4）分别滚压在移动凸轮（2-2）的两侧，固定架（2-1）靠近两个导杆（8）的一端固定连接有两个第一外轴套（2-5），第一外轴套（2-5）与导杆（8）一一对应设置，每个第一外轴套（2-5）套装在其对应的导杆（8）上且二者间隙设置，每个第一外轴套（2-5）与其对应的导杆（8）的间隙内设置有一个滑动轴套（2-6）。

3.根据权利要求2所述的一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，其特征在于：下凸轮联动机构包括两个支撑杆（3-1）、两个盘形凸轮（3-2）、两个第二连接杆（3-3）、两个第二滚轮（3-4）、两个第二外轴套（3-5）和两个弹簧（3-6），所述两个盘形凸轮（3-2）依次套装在电机（1）的输出轴上，两个支撑杆（3-1）沿导杆（8）的轴向方向分别设置在电机（1）的两侧，两个弹簧（3-6）从上至下依次设置在两个支撑杆（3-1）之间，支撑杆（3-1）与第二连接杆（3-3）一一对应设置，第二连接杆（3-3）与第二滚轮（3-4）一一对应设置，每个第二连接杆（3-3）的一端设置在其对应的支撑杆（3-1）上，每个第二连接杆（3-3）的另一端与其对应的第二滚轮（3-4）相连接，第二滚轮（3-4）与盘形凸轮（3-2）一一对应设置，每个第二滚轮（3-4）滚压在其对应的盘形凸轮（3-2）上，下机械臂（5-2）与第二连接杆（3-3）一一对应设置，第二外轴套（3-5）与下机械臂（5-2）一一对应设置，每个下机械臂（5-2）的一端设置在其对应的第二连接杆（3-3）上，每个下机械臂（5-2）的中部与其对应的第二外轴套（3-5）相连接，每个第二外轴套（3-5）套装在其靠近的导杆（8）上，每个下机械臂（5-2）通过其对应的第二外轴套（3-5）与导杆（8）相铰接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，其特征在于：曲柄（7）的另一端套装在电机（1）的输出轴上。

5.根据权利要求4所述的一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，其特征在于：第一连接板（4-1）的形状为三角形，第二连接板（5-1）的形状为梯形。

6.根据权利要求5所述的一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，其特征在于：电机（1）通过电机用架体（9）设置在两个导杆（8）之间。

7.根据权利要求1或6所述的一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，其特征在于：第一拖闸（4-4）的形状为圆弧形，第一拖闸（4-4）铰接在其对应的上弧形夹持杆（4-3）上，第一拖闸（4-4）的弯曲方向朝向其对应的上弧形夹持杆（4-3）。

8.根据权利要求7所述的一种专用于攀爬细杆件的高仿机器人，其特征在于：每个第一拖闸（4-4）的弧形中点为D，两个第一拖闸（4-4）的弧形中点D之间的距离为夹持细杆件距离，夹持细杆件距离的取值范围为120至180mm。