CN110682975A - 爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了爬杆机器人，涉及机器人技术领域。爬杆机器人包括第一夹紧装置、第二夹紧装置以及第三夹紧装置，三者均包括支撑框架，支撑框架上转动连接有两个第一夹紧手臂，第一夹紧手臂转动连接有夹紧手爪，第一电机通过传动机构与第一夹紧手臂传动连接；还包括将第一夹紧装置、第二夹紧装置以及第三夹紧装置的一端固定在一起的爬升装置，爬升装置包括导向杆和丝杠，导向杆的两端分别与第一连接块、第二连接块固定连接，第三连接块套设在导向杆和丝杠上，并通过螺纹与丝杠连接，丝杠的一端与第一连接块上的第二电机的输出轴固定连接，丝杠另一端可转动地安装在第二连接块上。如此设置，解决了现有技术中的爬杆机器人越障功能不佳的问题。

Description

爬杆机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种爬杆机器人。

背景技术

现在大多数的工人仍然穿着专业爬杆的脚扣进行高空作业，但在一些高空作业人员难以操作或者人身安全受到较大威胁的情况下，需要用一种爬杆机器人来代替人工作业。而现场电线杆中间部位多数有斜撑等凸出障碍物，阻挡爬杆机器人爬升，因此，研发出具有优良越障功能的爬杆机器人变得越来越重要。

目前，爬杆机器人的种类多数为轮式或者履带式，其中轮式结构的爬杆机器人结构简单、运行速度快且平稳但不适用于需要越障的爬杆工况；履带式结构的爬杆机器人运行更加平稳，但本身的结构特点导致体积较大，容易受到目标杆大小的限制，并且越障功能也并不理想。

因此，如何解决现有技术中爬杆机器人越障功能不佳的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种爬杆机器人以解决现有技术中爬杆机器人越障功能不佳的问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了爬杆机器人，包括第一夹紧装置、第二夹紧装置以及设置在所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置之间的第三夹紧装置，三者均包括支撑框架、第一端可转动地设置在所述支撑框架上的两个第一夹紧手臂、与所述第一夹紧手臂的第二端转动连接的夹紧手爪、通过传动机构与所述第一夹紧手臂传动连接的第一电机，所述第一电机能够带动两个所述第一夹紧手臂转动、以使所述第一夹紧手臂的第二端相互靠近或远离；

爬升装置，所述爬升装置包括并排设置、并且相互平行的导向杆和丝杠、与所述导向杆的首端固定连接的第一连接块、与所述导向杆的尾端固定连接的第二连接块、套设在所述导向杆与所述丝杠上的第三连接块、设置在所述第一连接块上的第二电机，所述丝杠与所述第三连接块通过螺纹连接并且能够沿着所述导向杆相对滑动，所述丝杠的两端分别可转动地安装在所述第一连接块和第二连接块上，且所述丝杠的一端与所述第二电机传动连接，所述第一连接块与所述第一夹紧装置上的所述支撑框架固定连接，所述第二连接块与所述第二夹紧装置上的所述支撑框架固定连接，所述第三连接块与所述第三夹紧装置上的所述支撑框架固定连接。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述传动机构包括与所述第一电机相连接且两侧设置有输出轴的减速器、设置在所述输出轴上的转轮、第一端可转动地设置在所述转轮的偏心位置的连杆、通过滑轨设置在所述支撑框架上的导向块、第一端可转动地设置在所述导向块上的摇杆，所述连杆的第二端与所述导向块转动连接，所述摇杆的第二端与所述第一夹紧手臂转动连接。

进一步的，所述第三夹紧装置还包括两个第二夹紧手臂，所述第二夹紧手臂的一端转动连接有所述夹紧手爪，所述第二夹紧手臂的另一端与所述第一夹紧手臂固定连接。

进一步的，所述导向杆为两根，所述丝杠设置在两根所述导向杆之间，所述第一连接块、所述第二连接块以及所述第三连接块均设置有供两根所述导向杆穿过的圆孔；其中，所述第一连接块还设置有供所述第二电机的输出轴穿过的通孔，所述第三连接块还设置有与所述丝杠相配合的内螺纹孔。

进一步的，所述夹紧手爪包括与所述夹紧手臂转动连接的手爪、与所述手爪固定连接的橡胶垫、设置在所述手爪与所述橡胶垫之间的传感器，所述传感器用于与外接设备通信连接。

进一步的，所述橡胶垫在靠近所述手爪的一面上设置有安装所述传感器的圆凹槽、放置所述传感器线路的长凹槽。

进一步的，所述夹紧手爪呈曲面状，且所述夹紧手爪凸起的部位与所述第一夹紧手臂、所述第二夹紧手臂转动连接。

进一步的，所述第一夹紧手臂、所述第二夹紧手臂与所述手爪转动连接处的两侧均设置有第一限位块和第二限位块，当所述手爪转动至第一位置时，所述第一限位块与所述夹紧手臂相抵；当所述手爪转动至第二位置时，所述第二限位块与所述夹紧手臂相抵。

进一步的，所述减速器为蜗轮蜗杆减速器。

进一步的，所述导向杆以及所述丝杠的材质均为轴承钢。

本申请提供的技术方案包括以下有益效果：

本发明提供的技术方案中，爬杆机器人包括第一夹紧装置、第二夹紧装置以及设置在第一夹紧装置与第二夹紧装置之间的第三夹紧装置，三者均包括支撑框架，支撑框架上转动连接有两个第一夹紧手臂，第一夹紧手臂转动连接有夹紧手爪，第一电机通过传动机构与第一夹紧手臂传动连接；还包括将第一夹紧装置、第二夹紧装置以及第三夹紧装置的一端固定在一起的爬升装置，爬升装置包括导向杆和丝杠，导向杆的两端分别与第一连接块、第二连接块固定连接，第三连接块套设在导向杆和丝杠上，并通过螺纹与丝杠连接，丝杠的一端与第一连接块上的第二电机的输出轴固定连接，丝杠的另一端可转动地安装在第二连接块上。如此设置，第一电机的转动带动传动机构运动，传动机构的运动带动两个第一夹紧手臂上的夹紧手爪相互靠近或远离，从而实现了爬杆机器人的夹紧放松功能；第二电机的转动带动丝杠运动，丝杠的运动带动第三连接块沿着导向杆相对滑动，从而实现了爬杆机器人的爬升功能；因此，该爬杆机器人既有上下运动的功能，同时对杆体还具有夹紧放松的功能，解决了现有技术中的爬杆机器人越障功能不佳的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例中整体结构示意图；

图2是本发明实施例中第一夹紧装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中第一夹紧装置的局部放大结构示意图；

图4是本发明实施例中第三夹紧装置的结构示意图；

图5是本发明实施例中爬升装置的结构示意图；

图6是本发明实施例中夹紧手爪的结构示意图；

图7是本发明实施例中橡胶垫的结构示意图；

图8是本发明实施例中夹紧状态的示意图；

图9是本发明实施例中张开状态的示意图；

图10是本发明实施例中爬杆机器人第一阶段越障步态示意图；

图11是本发明实施例中爬杆机器人第二阶段越障步态示意图；

图12是本发明实施例中爬杆机器人第三阶段越障步态示意图；

图13是本发明实施例中爬杆机器人第四阶段越障步态示意图。

附图标记：

1-第一夹紧装置，2-第二夹紧装置，3-第三夹紧装置，4-支撑框架，5-第一夹紧手臂，6-夹紧手爪，7-第一电机，8-爬升装置，9-导向杆，10-丝杠，11-第一连接块，12-第二连接块，13-第三连接块，14-第二电机，15-减速器，16-转轮，17-连杆，18-滑轨，19-导向块，20-摇杆，21-第二夹紧手臂，22-手爪，23-橡胶垫，24-传感器，25-圆凹槽，26-长凹槽，27-第一限位块，28-第二限位块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本具体实施方式的目的在于提供爬杆机器人，爬杆机器人的第一电机的转动带动传动机构运动，传动机构的运动带动两个第一夹紧手臂上的夹紧手爪相互靠近或远离，从而实现了爬杆机器人的夹紧放松功能；爬杆机器人的第二电机的转动带动丝杠运动，丝杠的运动带动第三连接块沿着导向杆相对滑动，从而实现了爬杆机器人的爬升功能；从而解决了现有技术中的爬杆机器人越障功能不佳的问题。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

请参阅图1-图9，本实施例提供了爬杆机器人，包括第一夹紧装置1、第二夹紧装置2以及设置在第一夹紧装置1和第二夹紧装置2之间的第三夹紧装置3，三者均包括形状为长方体的支撑框架4，支撑框架4上铰接有两个圆弧形的第一夹紧手臂5，且两个第一夹紧手臂5凸起的一侧相互远离，第一夹紧手臂5远离支撑框架4的一端通过销轴的连接方式转动连接有夹紧手爪6，第一电机7通过传动机构与第一夹紧手臂5传动连接，为了满足第一夹紧手臂5能够对杆体产生足够大的夹紧力，第一电机7优选为大力矩电机；还包括爬升装置8，爬升装置8包括并排设置、并且相互平行的导向杆9和丝杠10，导向杆9的一端通过焊接的方式固定连接在第一连接块11上，导向杆9的另一端也是通过焊接的方式固定连接在第二连接块12上，第二电机14通过电机固定座固定在第一连接块11上，第二电机14可根据具体的使用情况进行设定，例如第二电机14与第一电机7可以为同种类的电机，也可以为不同种类的电机，丝杠10的一端通过联轴器与第二电机14的输出轴固定连接，丝杠10的另一端可转动地安装在第二连接块12上，第三连接块13与丝杠10通过螺纹连接并且能够沿着导向杆9相对滑动，第一连接块11的一个侧面通过焊接固定在第一夹紧装置1上的支撑框架4上，第二连接块12的一个侧面通过焊接固定在第二夹紧装置2上的支撑框架4上，第三连接块13的一个侧面通过焊接固定在第三夹紧装置3上的支撑框架4上。

如此设置，第一电机7的转动带动传动机构运动，传动机构的运动带动两个第一夹紧手臂5上的夹紧手爪6相互靠近或远离，实现了爬杆机器人对杆体的夹紧放松功能，第二电机14输出轴的正方向转动或反方向转动带动丝杠10运动，丝杠10的运动带动第三连接块13沿着导向杆9相对滑动，第三连接块13的运动带动第三夹紧装置3运动，实现了爬杆机器人的爬升功能；爬升装置8中的导向杆9不但给第三连接块13起到了一个导向的作用，同时，导向杆9还起到了一个固定第三连接块13的作用，保证第二电机14带动丝杠10转动时，第三连接块13不会随着丝杆10的转动而发生旋转；首先，爬杆机器人的第一夹紧装置1、第二夹紧装置2、第三夹紧装置3均夹紧杆体，爬杆机器人在杆体上向上爬升过程中，第一夹紧装置1与第二夹紧装置2的动作始终保持一致，当爬杆机器人向上爬升遇到障碍物时，第三夹紧装置3保持夹紧状态，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2上的第一夹紧手臂5张开来避开障碍物的阻挡，此时第二电机14转动，第二电机14的输出轴带动丝杆10转动，丝杆10通过与第三连接块13上的内螺纹孔配合，使第一夹紧装置1、第二夹紧装置2相对杆体向上爬升，从而来实现跨越障碍物，当第一夹紧装置1、第二夹紧装置2运动到限位时，第二电机14停止转动，此时第一电机7通过传动机构使第一夹紧装置1、第二夹紧装置2上的第一夹紧手臂5夹紧杆体。因此，该爬杆机器人将向上爬升运动的功能与对杆体夹紧放松的功能结合在一起的运动方式，解决了现有技术中的爬杆机器人越障功能不佳的问题。

作为可选的实施方式，传动机构包括与第一电机7的输出轴通过联轴器相连接的减速器15，减速器15优选为蜗轮蜗杆减速器，因为蜗轮蜗杆减速器不但具有传动速比大、扭矩大、承受过载能力高的优点，蜗轮蜗杆还有一个最重要的特点就是具有反向自锁的功能，即蜗杆可以带动蜗轮运动，但蜗轮不能带动蜗杆运动，采用蜗轮蜗杆减速器可以有效地避免了夹紧手臂在夹紧杆体时出现松动或夹不紧的现象；支撑框架4上设置有滑轨18，减速器15的两侧设置有输出轴，输出轴上设置有转轮16，连杆17的一端可转动地设置在转轮16偏心的位置上，连杆17的另一端通过销轴与设置在滑轨18上的导向块19转动连接，导向块19上铰接有两个摇杆20，两个摇杆20通过销轴分别与两个第一夹紧手臂5转动连接。如此设置，第一电机7转动带动减速器15两侧的输出轴上的转轮16转动，然后带动转轮16上的连杆17做回转运动，连杆17带动导向块19在滑轨18上做往复运动，导向块19通过摇杆20带动两个第一夹紧手臂5相互夹紧或张开。

作为可选的实施方式，第三夹紧装置3还包括两个第二夹紧手臂21，第二夹紧手臂21的一端通过销轴转动连接有夹紧手爪6，第二夹紧手臂21的另一端通过焊接与第一夹紧手臂5固定连接。如此设置，通过多增加了两个第二夹紧手臂21，有效地增大了第三夹紧装置3与杆体之间的摩擦力以及夹紧力，保证了第三夹紧装置3的稳定性。

更具体的实施方式，导向杆9为两根，丝杠10设置在两根导向杆9之间，第一连接块11、第二连接块12以及第三连接块13沿厚度方向均贯穿有两个圆光孔，除此之外，第一连接块11上还设置有供第二电机14的输出轴穿过的通孔，第三连接块13上设置有与丝杠10相配合的内螺纹孔，两根导向杆9分别依次贯穿第一连接块11、第三连接块13以及第二连接块12的圆光孔，且两根导向杆9的两端与第一连接块11、第二连接块12通过焊接进行固定，丝杠10的一端通过联轴器与第二电机14的输出轴固定连接，丝杠10的另一端通过第三连接块13上的内螺纹孔与第二连接块12可转动的安装。如此设置，丝杠10的两侧分别设置有导向杆9，当第二电机14带动丝杠10上的第三连接块13上下滑动时，第三连接块13的运动姿态变得更加平顺、稳定。

更具体的实施方式，夹紧手爪6包括手爪22和橡胶垫23，手爪22呈曲面状，增大了手爪22与杆体的贴合程度，增大二者之间的接触面积；手爪22凸起的部位通过销轴与第一夹紧手臂5、第二夹紧手臂21转动连接，手爪22内凹的一面通过AB胶固定有橡胶垫23，增大了手爪22与杆体之间的摩擦力，防止手爪22与杆体之间产生侧滑现象；手爪22与橡胶垫23之间安装有传感器24，当夹紧手爪6与杆体接触时产生的压力信号通过传感器24反馈到外接控制器，当夹紧压力达到设定值时，外接控制器控制第一电机7的停止或转动；橡胶垫23在靠近手爪22的一面设置有圆凹槽25和长凹槽26，传感器24安装在圆凹槽25内部，传感器24与外接设备通信连接的信号线放置在长凹槽26内部，如此设置，即可以将传感器24牢固的安装在夹紧手爪6内部，同时也保证了橡胶垫23的平整度。

更进一步的实施方式，第一夹紧手臂5、第二夹紧手臂21与手爪22转动连接处的两侧均焊接有第一限位块27和第二限位块28，当手爪22通过销轴与夹紧手臂同轴转动时，第一限位块27和第二限位块28先与夹紧手臂相抵。如此设置，通过第一限位块27、第二限位块28来限制手爪22的转动角度，从而保证夹紧手臂在夹紧过程中夹紧手爪6能顺利夹紧杆体。

作为可选的实施方式，导向杆9以及丝杠10的材质均为轴承钢，由于导向杆9以及丝杠10在工作过程中需要不断摩擦，轴承钢具有精度高、耐疲劳性强以及能承受极大的压力和摩擦力的特点。如此设置，保证了导向杆9以及丝杠10在运动过程中的平顺性以及持久性。

请参阅图10-图13，本实施例提供了爬杆机器人的越障步态示意图，当爬杆机器人探测到障碍物时，爬杆机器人切换到越障模式。如图10(a)所示，爬杆机器人探测到障碍物，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2、第三夹紧装置3均夹紧杆体；如图10(b)所示，第三夹紧装置3保持夹紧状态，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2张开；如图10(c)所示，第二电机14正转，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2相对杆体进行爬升；如图10(d)所示，第二电机14停止转动，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2夹紧杆体；如图11(a)所示，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2保持夹紧状态，第三夹紧装置3张开；如图11(b)所示，第二电机14反转，第三夹紧装置3相对杆体爬升；如图11(c)所示，第二电机14停止转动，第三夹紧装置3夹紧杆体；如图11(d)所示，第三夹紧装置3保持夹紧状态，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2张开；如图12(a)所示，第二电机14正转，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2相对杆体爬升；如图12(b)所示，第二电机14停止转动，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2夹紧杆体；如图12(c)所示，第一夹紧装置1、第二夹紧装置2保持夹紧状态，第三夹紧装置3张开；如图12(d)所示，第二电机14反转，第三夹紧装置3相对杆体爬升；如图13所示，第二电机14停止转动，第三夹紧装置3夹紧杆体。如此越障步态，爬杆机器人可以实现对多种障碍物的跨越。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种爬杆机器人，其特征在于，包括：

第一夹紧装置(1)、第二夹紧装置(2)以及设置在所述第一夹紧装置(1)和所述第二夹紧装置(2)之间的第三夹紧装置(3)，三者均包括支撑框架(4)、第一端可转动地设置在所述支撑框架(4)上的两个第一夹紧手臂(5)、与所述第一夹紧手臂(5)的第二端转动连接的夹紧手爪(6)、通过传动机构与所述第一夹紧手臂(5)传动连接的第一电机(7)，所述第一电机(7)能够带动两个所述第一夹紧手臂(5)转动、以使所述第一夹紧手臂(5)的第二端相互靠近或远离；

爬升装置(8)，所述爬升装置(8)包括并排设置、并且相互平行的导向杆(9)和丝杠(10)、与所述导向杆(9)的首端固定连接的第一连接块(11)、与所述导向杆(9)的尾端固定连接的第二连接块(12)、套设在所述导向杆(9)与所述丝杠(10)上的第三连接块(13)、设置在所述第一连接块(11)上的第二电机(14)，所述丝杠(10)与所述第三连接块(13)通过螺纹连接并且能够沿着所述导向杆(9)相对滑动，所述丝杠(10)的两端分别可转动地安装在所述第一连接块(11)和第二连接块(12)上，且所述丝杠(10)的一端与所述第二电机(14)传动连接，所述第一连接块(11)与所述第一夹紧装置(1)上的所述支撑框架(4)固定连接，所述第二连接块(12)与所述第二夹紧装置(2)上的所述支撑框架(4)固定连接，所述第三连接块(13)与所述第三夹紧装置(3)上的所述支撑框架(4)固定连接。

2.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述传动机构包括与所述第一电机(7)相连接且两侧设置有输出轴的减速器(15)、设置在所述输出轴上的转轮(16)、第一端可转动地设置在所述转轮(16)的偏心位置的连杆(17)、通过滑轨(18)设置在所述支撑框架(4)上的导向块(19)、第一端可转动地设置在所述导向块(19)上的摇杆(20)，所述连杆(17)的第二端与所述导向块(19)转动连接，所述摇杆(20)的第二端与所述第一夹紧手臂(5)转动连接。

3.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述第三夹紧装置(3)还包括两个第二夹紧手臂(21)，所述第二夹紧手臂(21)的一端转动连接有所述夹紧手爪(6)，所述第二夹紧手臂(21)的另一端与所述第一夹紧手臂(5)固定连接。

4.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述导向杆(9)为两根，所述丝杠(10)设置在两根所述导向杆(9)之间，所述第一连接块(11)、所述第二连接块(12)以及所述第三连接块(13)均设置有供两根所述导向杆(9)穿过的圆孔；其中，所述第一连接块(11)还设置有供所述第二电机(14)的输出轴穿过的通孔，所述第三连接块(13)还设置有与所述丝杠(10)相配合的内螺纹孔。

5.根据权利要求1或3所述的爬杆机器人，其特征在于，所述夹紧手爪(6)包括与所述夹紧手臂转动连接的手爪(22)、与所述手爪(22)固定连接的橡胶垫(23)、设置在所述手爪(22)与所述橡胶垫(23)之间的传感器(24)，所述传感器(24)用于与外接设备通信连接。

6.根据权利要求5所述的爬杆机器人，其特征在于，所述橡胶垫(23)在靠近所述手爪(22)的一面上设置有安装所述传感器(24)的圆凹槽(25)、放置所述传感器(24)线路的长凹槽(26)。

7.根据权利要求3所述的爬杆机器人，其特征在于，所述夹紧手爪(6)呈曲面状，且所述夹紧手爪(6)凸起的部位与所述第一夹紧手臂(5)、所述第二夹紧手臂(21)转动连接。

8.根据权利要求5所述的爬杆机器人，其特征在于，所述第一夹紧手臂(5)、所述第二夹紧手臂(21)与所述手爪(22)转动连接处的两侧均设置有第一限位块(27)和第二限位块(28)，当所述手爪(22)转动至第一位置时，所述第一限位块(27)与所述夹紧手臂相抵；当所述手爪(22)转动至第二位置时，所述第二限位块(28)与所述夹紧手臂相抵。

9.根据权利要求2所述的爬杆机器人，其特征在于，所述减速器(15)为蜗轮蜗杆减速器。

10.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征在于，所述导向杆(9)以及所述丝杠(10)的材质均为轴承钢。

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