CN209305719U - 爬升单元及爬升装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及爬杆设备技术领域，提供了一种爬升单元和爬升装置，旨在解决现有爬杆机器人在爬升期间受到横向不均匀受力时，容易从杆体上脱落的问题。所述爬升单元包括第一顶推机构、驱动机构、第二顶推机构、辅助轮和固定单元。所述驱动机构设置于所述第一顶推机构的前端，所述驱动机构可被第一顶推机构推向杆体的外壁或管体的内壁，并提供使所述爬升单元向上爬升的驱动力；所述辅助轮设置于所述第二顶推机构的前端，所述摩擦件可被第二顶推机构推向杆体的外壁或管体的内壁；所述固定单元用于将所述爬升单元固定在环形连接器上。所述爬升装置包括环形连接器和至少两个爬升单元。

Description

爬升单元及爬升装置

技术领域

本实用新型涉及爬杆设备技术领域，具体而言，涉及一种爬升单元和爬升装置。

背景技术

在各种作业，尤其是电力行业的作业中，往往需要进行爬杆作业。传统的爬杆作业都是人工进行，即作业人员依靠各种辅助装置爬杆，来实现各种操作。这种方式有很大的限制，一方面，即使有辅助工具帮忙，爬杆作业依然是一项极度耗损体力的工作，对爬杆人员身体要求高；另一方面，爬杆作业危险很大，爬杆属于高处作业，具有坠落危险；再一方面，在杆上作业，增具有较高的作业难度。随着机器人行业的发展，爬杆机器人应运而生，用来取代人类来进行爬杆作业。操作机器人可以代替人类爬杆作业，避免了人工作业时体力下降对工作效率和人员安全的有害影响。

现有的爬杆机器人通常包括摩擦件和驱动机构，摩擦件用于与杆体形成竖向摩擦力，以抵消爬杆机器人重力，驱动装置用于驱动爬杆机器人沿杆体爬升。现有的爬杆机器人均是从杆体的一侧箍紧杆体，爬杆机器人对杆体的包围方式为半包围方式，当爬杆机器人在爬升期间受到横向不均匀受力时，容易从杆体上脱落，导致爬杆失败甚至坠毁。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种爬升单元和爬升装置，旨在解决现有爬杆机器人在爬升期间受到横向不均匀受力时，容易从杆体上脱落的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一方面，本实用新型实施例提供了一种爬升单元，其包括：

第一顶推机构；

驱动机构，所述驱动机构设置于所述第一顶推机构的前端，所述驱动机构可被所述第一顶推机构推向杆体的外壁或管体的内壁，并提供使所述爬升单元向上爬升的驱动力；

第二顶推机构；

辅助轮，所述辅助轮设置于所述第二顶推机构的前端，所述辅助轮可被所述第二顶推机构推向杆体的外壁或管体的内壁；以及，

固定单元，所述固定单元用于将所述爬升单元固定在环形连接器上。

本技术方案中，爬升单元作为实现爬升运动的核心部件，若干爬升单元由环形连接器串接后，若干爬升单元形成圈体，环抱整个杆体或位于管体之内。第一顶推机构顶推驱动机构，使驱动机构与杆体外壁或管体内壁相抵靠，驱动机构在杆体外壁或管体内壁上行走，以驱动爬升单元和环形连接器整体向上移动。由于若干个所述爬升单元可以被环形连接器串接以环保杆体，因此尤其组成的爬升装置在爬升期间受力均匀，当受到横向不均匀受力时，不易从杆体上脱落，具有更好的稳定性。

作为上述技术方案的优选，所述第一顶推机构和第二顶推机构之间为上下或下上的位置关系，所述爬升单元与环形连接器的固定点位于所述第一顶推机构和第二顶推机构之间。本优选技术方案的有益效果在于，根据上述位置关系布置第一顶推机构、第二顶推机构及爬升单元与环形连接器的固定点，第一顶推机构和第二顶推机构与固定点之间在竖向方向上均具有一定间距，因此具有足够的力矩以抵消自重的倾覆力矩，进一步爬升提高稳定性。

作为上述技术方案的优选，所述爬升单元还包括壳体，所述壳体用于封装并固定所述第一顶推机构和第二顶推机构，所述壳体上开设有供环形连接器穿过的通道。本优选技术方案的有益效果在于，所述壳体增强了爬升单元的整体集成度和结构稳定性，各个爬升单元通过壳体的通道被环形连接器串接，又增强了整个装置的结构稳定性。

作为上述技术方案的优选，所述驱动机构包括：

第一伺服电机；

驱动轮，所述驱动轮由所述第一伺服电机驱动；

控制模块，所述控制模块与所述第一伺服电机电连接，所述控制模块用于根据通讯模块所送入的控制信号控制所述第一伺服电机的启停状态；以及，

所述通讯模块，所述通讯模块用于接收移动控制端的所述控制信号。

本优选技术方案的有益效果在于，使用者可通过移动控制端远距离控制驱动机构的工作状态，使爬升单元更智能，可应用的领域和范围更广。此外，当第一伺服电机暂停转动时，驱动轮被第一伺服电机锁死，驱动轮与杆体外壁或管体内壁之间为静摩擦，摩擦力较大。

作为上述技术方案的优选，所述控制模块还与所述第一顶推机构和第二顶推机构电连接，所述控制模块还用于根据所述通讯模块所送入的控制信号控制所述第一顶推机构和第二顶推机构的顶推行程。本优选技术方案的有益效果在于，使用者可通过移动控制端控制所有爬升单元的第一顶推机构和第二顶推机构同时顶推、同时停止。各顶推机构的顶推行程一致，各爬升单元能更对称地分布在杆体周围，受力更均衡。

作为上述技术方案的优选，所述第一顶推机构和第二顶推机构均为液压油缸，所述液压油缸具有与其他爬升单元的液压油缸相串联的接口。本优选技术方案中，爬升单元的液压油缸与其他爬升单元的液压油缸可相互串联，各爬升单元的顶推机构可构成的相同的顶推力。

作为上述技术方案的优选，所述辅助轮由第二伺服电机驱动，所述控制模块还与所述第二伺服电机电连接，所述控制模块还用于根据所述通讯模块所送入的控制信号控制所述第二伺服电机的启停状态。本优选技术方案的有益效果在于，当爬升单元向上爬升时，第二伺服电机可同时驱动辅助轮滚动，辅助轮与杆体外壁或管体内壁之间的摩擦力为滚动摩擦，摩擦力较小，辅助轮也可进一步提供驱动力；当爬升单元暂停爬升时，第二伺服电机可同时停止，辅助轮被伺服电机锁住不能向下滚动，辅助轮与杆体外壁或管体内壁之间的摩擦力为静摩擦，摩擦力较大。

作为上述技术方案的优选，所述第一顶推机构和第二顶推机构为相互分离的个体，所述第一顶推机构和第二顶推机构可分别单独地与所述环形连接器连接。

再一方面，本实用新型实施例又提供了一种爬升装置，其包括：

至少两个以上述任一技术方案所述的爬升单元；以及，

环形连接器，所述环形连接器为刚性结构，所述环形连接器具有供所述爬升单元套入的开口端。

再一方面，本实用新型实施例又提供了一种爬升装置，其包括：

至少两个以上述任一技术方案所述的爬升单元；以及，

环形连接器，所述环形连接器包括两个半环形的子连接器，每个子连接器为刚性结构，两个子连接器的一端相互铰接，另一端可拆卸地连接。

再一方面，本实用新型实施例又提供了一种爬升装置，其包括：

至少两个以上述任一技术方案所述的爬升单元，每个爬升单元的外形为扇形结构；以及，

环形连接器，所述环形连接器为柔性的线型结构，所述环形连接器穿入所述爬升单元后，所述环形连接器的首尾可拆卸地连接；

当全部爬升单元被所述环形连接器连接后，相邻的爬升单元之间相互抵靠。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、第一顶推机构顶推驱动机构，使驱动机构与杆体外壁或管体内壁相抵靠，驱动机构在杆体外壁或管体内壁上行走，以驱动爬升单元和环形连接器整体向上移动。由于若干个所述爬升单元可以被环形连接器串接以环保杆体，因此尤其组成的爬升装置在爬升期间受力均匀，当受到横向不均匀受力时，不易从杆体上脱落，具有更好的稳定性。

2、爬升单元和环形连接器之间相互组合，一个环形连接器上可串接任意个爬升单元。因此可根据实际需要，将环形连接器与任意多个爬升单元组合，更具实用性。

3、本实用新型提供的爬升装置不仅可以沿杆体外壁爬升，还可以沿管体的内壁爬升，可用于深井或狭小空间救援或者清理工作，应用范围和领域更广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。

图1所示为实施例1中提供的爬升单元的结构示意图。

图2所示为实施例1中提供的爬升单元的剖面示意图。

图3所示为实施例1中所述的驱动机构的结构示意图。

图4所示为实施例1中提供的爬升单元的电连接框图。

图5(a)所示为实施例2中提供的爬升装置的结构示意图。

图5(b)所示为实施例2中提供的爬升装置的又一种结构示意图。

图6(a)所示为实施例3中提供的爬升装置的结构示意图。

图6(b)所示为实施例3中提供的爬升装置的又一种结构示意图。

图6(c)所示为实施例3中提供的爬升装置的再一种结构示意图。

图7(a)所示为实施例4中提供的爬升装置的结构示意图。

图7(b)所示为实施例4中提供的爬升装置的又一种结构示意图。

图中标号说明：

10-第二顶推机构；20-辅助轮；30-第一顶推机构；40-驱动机构；41-第一伺服电机；42-驱动轮；50-固定装置；60-壳体；61-通道；70-环形连接器；71-开口端；90-爬升单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1：

请参阅图1所示，本实施例提供了一种爬升单元。所述爬升单元主要包括第一顶推机构30、驱动机构40、第二顶推机构10、辅助轮20和固定装置50。

其中，所述驱动机构40设置于所述第一顶推机构30的前端，所述驱动机构40可被所述第一顶推机构30推向杆体的外壁或管体的内壁，并提供使所述爬升单元向上爬升的驱动力。所述辅助轮20设置于所述第二顶推机构10的前端，所述辅助轮20可被所述第二顶推机构10推向杆体的外壁或管体的内壁。所述固定单元用于将所述爬升单元固定在环形连接器上。

使用时，可将任意多个爬升单元串接在环形连接器上，再将环形连接器环抱在杆体外壁上，或者设置于管体内；第一顶推机构30顶推驱动机构40使其抵靠杆体外壁或管体内壁，驱动装置驱动爬升单元和环形连接器克服自重，向上爬升。

基于上述爬升单元，本实施例提供以下一些具体可实施方式的举例，在互不抵触的前提下，各举例之间可任意组合，以形成新一种爬升单元。应当理解的，对于由任意举例所组合形成的新一种爬升单元，均应落入本实用新型的保护范围。

例如，请参阅图1所示，所述第二顶推机构10和第一顶推机构30之间为上下或下上的位置关系，所述爬升单元与环形连接器的固定点位于所述第二顶推机构10和第一顶推机构30之间。具体的，所述固定点可以位于第一顶推杆和第二顶推杆的中间位置，第二顶推机构10和第一顶推机构30的顶推方向平行，第二顶推机构10和第一顶推机构30在竖向方向的投影重合。根据上述位置关系布置第二顶推机构10、第一顶推机构30及爬升单元与环形连接器的固定点，第二顶推机构10和第二顶推机构与固定点之间在竖向方向上均具有一定间距，因此具有足够的力矩以抵消自重的倾覆力矩，进一步爬升提高稳定性。

又例如，所述第二顶推机构10和第一顶推机构30之间也可以是位于同一水平高度，两者为左右的位置关系，两者的顶推方向具有一定的夹角。当所述爬升单元用于爬升杆体外壁时，两者的顶推方向的夹角向内收敛；当所述爬升单元用于爬升管体内壁时，两者的顶推方向向外的夹角向外扩散。

例如，请参阅图1和图2所示，所述爬升单元还可以包括壳体，所述壳体用于封装并固定所述第二顶推机构10和第一顶推机构30，所述壳体上开设有供环形连接器穿过的通道。具体的，所述壳体内可设置有两个安装腔体，所述第二顶推机构10和第一顶推机构30可分别安装在两个安装腔体内。由于所述通道供环形连接器穿过，因此所述通道应为弧形通道，图1和图2中，所述通道61的横截面为方形，相对应的，环形连接器的横截面也是方形，可以防止环形连接器转动。

又例如，所述第二顶推机构10和第一顶推机构30可由安装架固定，所述安装架上也相应设置有供环形连接器穿过的通道。

例如，请参阅图3和图4所示，所述驱动机构40可包括第一伺服电机41、驱动轮42、控制模块和通讯模块。其中，所述驱动轮42由所述第一伺服电机41驱动；所述控制模块与所述第一伺服电机41电连接，所述控制模块用于根据通讯模块所送入的控制信号控制所述第一伺服电机41的启停状态；所述通讯模块用于接收移动控制端的所述控制信号。具体的，所述驱动轮42可设置于第一顶推机构30的顶推端的U型开口处，所述第一伺服电机41固定于所述U型开口的外侧，所述第一伺服电机41的转轴穿入U型开口内侧，并通过齿轮驱动所述驱动轮42转动。所述控制模块可选用51单片机，51单片机通过驱动电路控制第一伺服电机41的启停状态。所述通讯模块可选用HS0038接收器，用于接收移动控制端发送的红外信号。使用时，使用者可通过移动控制端远距离控制驱动机构40的工作状态，使爬升单元更智能，可应用的领域和范围更广。

又例如，请参阅图4所示，所述控制模块还与所述第二顶推机构10和第一顶推机构30电连接，所述控制模块还用于根据所述通讯模块所送入的控制信号控制所述第二顶推机构10和第一顶推机构30的顶推行程。使用时，使用者可通过移动控制端控制所有爬升单元的第二顶推机构10和第一顶推机构30同时顶推、同时停止。各顶推机构的顶推行程一致，各爬升单元能更对称地分布在杆体周围，受力更均衡。具体的，所述第二顶推机构10和第一顶推机构30可以均为液压油缸。所述液压油缸具有与其他爬升单元的液压油缸相串联的接口。其中，第二顶推机构10的液压油缸和第一顶推机构30的液压油缸也可以相互串联。由于爬升单元的液压油缸与其他爬升单元的液压油缸可相互串联，各爬升单元的顶推机构可构成的相同的顶推力。相应的，控制模块与第二顶推机构10和第一顶推机构30之间应具有液压控制模块，控制模块通过控制液压控制模块，间接控制第二顶推机构10和第一顶推机构30的行程。

例如，所述辅助轮20还可以由第二伺服电机驱动，所述控制模块还与所述第二伺服电机电连接，所述控制模块还用于根据所述通讯模块所送入的控制信号控制所述第二伺服电机的启停状态。具体的，辅助轮20和第二伺服电机的安装结构，可参考图3所示。当爬升单元向上爬升时，第二伺服电机可同时驱动辅助轮滚动，辅助轮与杆体外壁或管体内壁之间的摩擦力为滚动摩擦，摩擦力较小，辅助轮也可进一步提供驱动力；当爬升单元暂停爬升时，第二伺服电机可同时停止，辅助轮被伺服电机锁住不能向下滚动，辅助轮与杆体外壁或管体内壁之间的摩擦力为静摩擦，摩擦力较大。

例如，本实施例中，根据驱动轮的动力，可分为电驱动和电液压驱动。电驱动需要一个手摇液压泵，电液压驱动需要一个电动液压泵以及控制单元。两者原理一样，本实施例以电驱动为例。

例如，所述固定装置50可以是弹簧夹，当环形连接器串接上爬升单元后，弹簧夹夹住环形连接器；或者，所述固定装置50还可以是魔术贴，当环形连接器串接上爬升单元后，魔术贴缠绕环形连接器并首尾粘和；还或者，所述固定装置50还可以是螺纹孔，当环形连接器串接上爬升单元后，环形连接器上的螺纹孔与爬升单元上的螺纹连接孔相对准，再旋入螺栓，以达到固定目的。

实施例2：

请参阅图5(a)和图5(b)所示，本实施例提供提供了一种爬升装置。所述爬升装置包括至少两个实施例1中所提供的爬升单元90，还包括环形连接器70。其中，环形连接器70具有开口端71，每个爬升单元90可从所述开口端71处依次套入环形连接器70。套入后，每个爬升单元90通过固定装置50固定在环形连接器70上。

图5(a)中，爬升单元90的第二顶推机构和第一顶推机构向内侧顶推，可用于爬升杆体外壁。图5(b)中，爬升单元90的第二顶推机构和第一顶推机构向外侧顶推，可用于爬升管体内壁。

具体的，所述环形连接器70可以是横截面为环形的金属管状物。由于环形连接器70具有开口，其自身刚度降低，易变形，为了增强其刚度，可以在环形连接器70开口端71可拆卸地搭接连接杆。

实施例3：

请参阅图6(a)和图6(b)所示，本实施例提供提供了一种爬升装置。所述爬升装置包括至少两个实施例1中所提供的爬升单元90，还包括环形连接器70。其中，所述环形连接器70包括两个半环形的子连接器，每个子连接器为刚性结构，两个子连接器的一端相互铰接，另一端可拆卸地连接。使用时，使用者可先打开环形连接器70的可拆卸连接端，然后依次套入每个爬升单元90，之后再连接可拆卸连接端。

图6(a)中，爬升单元90的第二顶推机构和第一顶推机构向内侧顶推，可用于爬升杆体外壁。图6(b)中，爬升单元90的第二顶推机构和第一顶推机构向外侧顶推，可用于爬升管体内壁。

具体的，所述可拆卸连接可以是螺纹连接，即一端设置有U型开口，U型开口的两侧壁上设置有贯穿的螺纹孔，另一端为与U型开口相匹配的插舌，插舌上也设置有贯穿的螺纹孔，连接时将插舌插入U型开口，并对准三个螺纹孔，再旋入螺栓，从而实现连接。

此外，请参阅图6(c)所示，所述环形连接器70还可以是矩形的环状结构。每个爬升单元90可直接通过紧固件固定在环形连接器70上，而不用依次套入环形连接器70。图6(c)中，爬升单元90分布于环形连接器70的两侧边，其第二顶推机构和第一顶推机构向外侧顶推，可用于在两面墙体之间的狭窄空间内爬升。但不局限于此，所述爬升单元90还可以分布于环形连接器70的每个侧边，其第二顶推机构和第一顶推机构向内侧顶推，可用于沿方形的杆体外壁爬升。

实施例4：

请参阅图7(a)和图7(b)所示，本实施例提供提供了一种爬升装置。所述爬升装置包括至少两个实施例1中所提供的爬升单元90，还包括环形连接器70。其中，每个爬升单元90的外形为扇形结构；环形连接器70为柔性的线型结构，所述环形连接器70穿入所述爬升单元90后，所述环形连接器70的首尾可拆卸地连接；当全部爬升单元90被所述环形连接器70连接后，相邻的爬升单元90之间相互抵靠。

图7(a)中，爬升单元90的第二顶推机构和第一顶推机构向内侧顶推，可用于爬升杆体外壁。图7(b)中，爬升单元90的第二顶推机构和第一顶推机构向外侧顶推，可用于爬升管体内壁。

具体的，环形连接器70可选用钢丝绳或钢丝、铝丝等等。每个爬升单元90上可设置上下两个通孔，分别穿入一圈钢丝，可提高整个爬升装置的结构稳定性。每个环形连接器70依次套入后，环形连接器70首尾绑扎，使各爬升单元90相互抵靠并产生预应力，此时各爬升单元90之间围绕成环状。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员，在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应该涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (11)

1.一种爬升单元，其特征在于，包括：

第一顶推机构；

驱动机构，所述驱动机构设置于所述第一顶推机构的前端，所述驱动机构可被所述第一顶推机构推向杆体的外壁或管体的内壁，并提供使所述爬升单元向上爬升的驱动力；

第二顶推机构；

辅助轮，所述辅助轮设置于所述第二顶推机构的前端，所述辅助轮可被所述第二顶推机构推向杆体的外壁或管体的内壁；以及，

固定单元，所述固定单元用于将所述爬升单元固定在环形连接器上。

2.根据权利要求1所述的爬升单元，其特征在于，所述第一顶推机构和第二顶推机构之间为上下或下上的位置关系，所述爬升单元与环形连接器的固定点位于所述第一顶推机构和第二顶推机构之间。

3.根据权利要求1所述的爬升单元，其特征在于，还包括壳体，所述壳体用于封装并固定所述第一顶推机构和第二顶推机构，所述壳体上开设有供环形连接器穿过的通道。

4.根据权利要求1所述的爬升单元，其特征在于，所述驱动机构包括：

第一伺服电机；

驱动轮，所述驱动轮由所述第一伺服电机驱动；

控制模块，所述控制模块与所述第一伺服电机电连接，所述控制模块用于根据通讯模块所送入的控制信号控制所述第一伺服电机的启停状态；以及，

所述通讯模块，所述通讯模块用于接收移动控制端的所述控制信号。

5.根据权利要求4所述的爬升单元，其特征在于，所述控制模块还与所述第一顶推机构和第二顶推机构电连接，所述控制模块还用于根据所述通讯模块所送入的控制信号控制所述第一顶推机构和第二顶推机构的顶推行程。

6.根据权利要求5所述的爬升单元，其特征在于，所述第一顶推机构和第二顶推机构均为液压油缸，所述液压油缸具有与其他爬升单元的液压油缸相串联的接口。

7.根据权利要求4所述的爬升单元，其特征在于，所述辅助轮由第二伺服电机驱动，所述控制模块还与所述第二伺服电机电连接，所述控制模块还用于根据所述通讯模块所送入的控制信号控制所述第二伺服电机的启停状态。

8.根据权利要求1所述的爬升单元，其特征在于，所述第一顶推机构和第二顶推机构为相互分离的个体，所述第一顶推机构和第二顶推机构可分别单独地与所述环形连接器连接。

9.一种爬升装置，其特征在于，包括：

至少两个权利要求1～8任一所述的爬升单元；以及，

环形连接器，所述环形连接器为刚性结构，所述环形连接器具有供所述爬升单元套入的开口端。

10.一种爬升装置，其特征在于，包括：

至少两个权利要求1～8任一所述的爬升单元；以及，

环形连接器，所述环形连接器包括两个半环形的子连接器，每个子连接器为刚性结构，两个子连接器的一端相互铰接，另一端可拆卸地连接。

11.一种爬升装置，其特征在于，包括：

至少两个权利要求1～8任一所述的爬升单元，每个爬升单元的外形为扇形结构；以及，

环形连接器，所述环形连接器为柔性的线型结构，所述环形连接器穿入所述爬升单元后，所述环形连接器的首尾可拆卸地连接；

当全部爬升单元被所述环形连接器连接后，相邻的爬升单元之间相互抵靠。