CN106080823B - 一种仿壁虎足式爬铁塔机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体地说是一种仿壁虎足式爬铁塔机器人，其设有电动丝杆和电永磁吸盘，特征在于该机器人包括爬杆机构、两个吸盘机构和两个转向机构，爬杆机构的两端分别设有吸盘机构，吸盘机构的下端设有转向机构，所述的爬杆机构由电动丝杆组成，所述的吸盘机构由壳体、蜗轮蜗杆组件、电机和电永磁吸盘组成，所述的转向机构由转向驱动电机、蜗轮蜗杆组件和转向杆组成，具有结构简单、稳定性好、运动灵活、控制容易、负载能力较强、具有较强的防倾覆能力等优点。

Description

一种仿壁虎足式爬铁塔机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地说是一种仿壁虎足式爬铁塔机器人，应用于电力、通讯、化工等行业。

背景技术

众所周知，垂直爬升机器人种类繁多，按照机器人的行走方式，可将机器人分为轮式机器人、履带式机器人和足式机器人。对于攀爬铁塔等构筑物，轮式机器人和履带式机器人的移动方式有很大的局限性，足式机器人凭借其在行走过程中非连续接触特性，具有较强的适应性，对于铁塔来说，充分利用仿生学原理和电磁原理，模仿壁虎爬墙吸盘式生理结构，采用电磁铁吸附铁塔实现机器人对铁塔的抓握功能，具有突出的优越性和先进性，具有较强的防侧翻和防倾覆能力。

现有文献报道的足式机器人，其运动动力主要有伺服电机、舵机等方式，存在负载能力较差，整体质量较大，结构复杂，控制困难，反应速度慢，稳定性差和灵活性不足等诸多技术问题，对于垂直铁塔构筑物，由于其构架规格多样，对于铁塔的持握部分设计较为困难， 在外力作用下，容易发生侧翻，倾覆，另外，电动丝杆由驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳及涡轮、微动控制开关等组成，电动丝杆是一种新型的电动执行机构，在一定范围行程内作往返运动。

蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力，蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条，蜗杆又与螺杆形状相似，而且由蜗轮蜗杆的任意组合，可以实现待工作物件的旋转运动以及轴向运动。

电永磁吸盘应用于铣床、钻床、刨床、镗床等机床吸持工件，电永磁吸盘中的电控永磁吸盘是用电脉冲“开和关”磁力的新型磁力吸盘，吸盘在吸持工件进行加工过程中，十分安全可靠。在用磁力吸持工件后，吸盘就会无限期地保持磁性吸力，“开和关”所需时间少于1秒钟，电脉冲消耗能量极少，吸盘不会产生热变形，电永磁吸盘没有类似普通永磁吸盘磁组之类的滑动部件，其结构平稳、坚固、精度高。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、稳定性好、运动灵活、控制容易、负载能力较强、具有较强的防倾覆能力的仿壁虎足式爬铁塔机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种仿壁虎足式爬铁塔机器人，设有电动丝杆和电永磁吸盘，其特征在于该机器人包括爬杆机构、两个吸盘机构和两个转向机构，爬杆机构的两端分别设有吸盘机构，吸盘机构的下端设有转向机构，所述的爬杆机构由电动丝杆组成，所述的吸盘机构由壳体、蜗轮蜗杆组件、第一电机和电永磁吸盘组成，壳体与爬杆机构中的电动丝杆的端部相连接，壳体内部设有蜗轮蜗杆组件，蜗轮蜗杆组件中的涡轮与第一电机相连接，蜗轮蜗杆组件中的蜗杆伸出壳体内部与电永磁吸盘相铰接，第一电机控制蜗轮蜗杆组件运作进而带动电永磁吸盘上下移动，所述的转向机构由转向驱动电机、第一蜗轮蜗杆组件和转向杆组成，转向驱动电机的外壳与吸盘机构的壳体相铰接，转向驱动电机的输出轴经第一蜗轮蜗杆组件与转向杆相连接，转向杆与电永磁吸盘的边缘相连接，转向驱动电机经第一蜗轮蜗杆组件控制转向杆的上下移动进而带动电永磁吸盘的倾斜。

本发明所述的吸盘机构中的蜗轮蜗杆组件由传动杆、涡轮、涡轮杆、固定套筒和螺套组成，涡轮位于壳体内部，传动杆的一端与第一电机相连接，另一端经齿轮与壳体内部的涡轮相啮合，涡轮杆上端与涡轮中部相连接，涡轮杆下端伸出壳体内部与螺套经螺纹相配合连接并由固定套筒套接，固定套筒的上端与壳体下端中部相连接，固定套筒的内部的套体壁上设有与固定套筒轴线平行的滑道，滑道经滑块与螺套固定连接实现螺套在固定套筒内的上下滑动，螺套的下端与电永磁吸盘相铰接。

本发明所述的爬杆机构设有两个电动丝杆，电动丝杆对称连接，左右两端的电动丝杆中的推杆分别与吸盘机构中的壳体相连接，两个电动丝杆增大了爬杆机构的单次攀爬的有效长度，降低工作效率，保证攀爬效率。

本发明所述的爬杆机构、吸盘机构和转向机构中的电机均为直线电机，极大的提高了机器人的负载能力、稳定性和灵活性。

本发明所述的爬杆机构两端的吸盘机构中的壳体与爬杆机构中的电动丝杆的推杆端经销轴相铰接，使吸盘机构在爬杆机构上可以左右摆动，防止铁塔上的塔杆倾斜状态下吸盘机构中的电永磁吸盘的盘体偏移中间部位吸附，造成吸附力不足的现象。

本发明所述的固定套筒内部的涡轮杆上部和下部分别设有用于阻止螺套上移和下移的挡块，防止涡轮杆转动过大螺套上移过大损坏螺套使用寿命，防止下移过大导致螺套脱出，影响使用效果。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明所设计的爬杆机构结构简单，能够大幅度减少机器人重量，提高机器人的负载能力。

2、本发明中的吸盘机构中的电永磁吸盘可上下移动，可很好的适应铁塔构筑物结构，灵活躲避障碍物。

3、本发明的仿壁虎机器人的吸盘机构的吸附工具为电永磁吸盘，可牢固抓握住铁塔构筑物，防止倾覆。

4、本发明中的爬杆机构、吸盘机构和转动机构中的电机使用的直线电机，反映速度快，操作灵活可靠，负载能力强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的主视图。

图3是图1的俯视图。

图4是本发明中吸盘机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种仿壁虎足式爬铁塔机器人，设有电动丝杆1和电永磁吸盘4，其特征在于该机器人包括爬杆机构、两个吸盘机构和两个转向机构，爬杆机构的两端分别设有吸盘机构，吸盘机构的下端设有转向机构，所述的爬杆机构由电动丝杆1组成，所述的吸盘机构由壳体2、蜗轮蜗杆组件、第一电机3和电永磁吸盘4组成，壳体2与爬杆机构中的电动丝杆1的端部相连接，壳体2内部设有蜗轮蜗杆组件，蜗轮蜗杆组件中的涡轮与第一电机3相连接，蜗轮蜗杆组件中的蜗杆伸出壳体内部与电永磁吸盘4相铰接，第一电机3控制蜗轮蜗杆组件运作进而带动电永磁吸盘4上下移动，所述的转向机构由转向驱动电机5、第一蜗轮蜗杆组件和转向杆6组成，转向驱动电机5的外壳与吸盘机构的壳体2相铰接，转向驱动电机5的输出轴经第一蜗轮蜗杆组件与转向杆6相连接，转向杆6与电永磁吸盘4的边缘相连接，转向驱动电机5经第一蜗轮蜗杆组件控制转向杆6的上下移动进而带动电永磁吸盘4的倾斜，所述的吸盘机构中的蜗轮蜗杆组件由传动杆7、涡轮8、涡轮杆9、固定套筒10和螺套11组成，涡轮8位于壳体2内部，传动杆7的一端与第一电机3相连接，另一端经齿轮与壳体2内部的涡轮8相啮合，涡轮杆9上端与涡轮8中部相连接，涡轮杆9下端伸出壳体2内部与螺套11经螺纹相配合连接并由固定套筒10套接，固定套筒10的上端与壳体2下端中部相连接，固定套筒10的内部的套体壁上设有与固定套筒10轴线平行的滑道12，滑道12经滑块与螺套11固定连接实现螺套11在固定套筒10内的上下滑动，螺套11的下端与电永磁吸盘4相铰接，所述的爬杆机构设有两个电动丝杆1，电动丝杆1对称连接，左右两端的电动丝杆1中的推杆分别与吸盘机构中的壳体2相连接，两个电动丝杆1增大了爬杆机构的单次攀爬的有效长度，降低工作效率，保证攀爬效率，所述的爬杆机构、吸盘机构和转向机构中的电机均为直线电机，极大的提高了机器人的负载能力、稳定性和灵活性，爬杆机构两端的吸盘机构中的壳体2与爬杆机构中的电动丝杆1的推杆端经销轴相铰接，使吸盘机构在爬杆机构上可以左右摆动，防止铁塔上的塔杆倾斜状态下吸盘机构中的电永磁吸盘4的盘体偏移中间部位吸附，造成吸附力不足的现象，所述的固定套筒10内部的涡轮杆9上部和下部分别设有用于阻止螺套11上移和下移的挡块13，防止涡轮杆9转动过大螺套11上移过大损坏螺套11使用寿命，防止下移过大导致螺套11脱出，影响使用效果。

本发明在使用时，将该仿壁虎足式爬铁塔机器人置于铁塔下端，然后将该机器人中爬杆机构中的两个电动丝杆1推杆都缩到最小行程，两个吸盘机构中的螺套11都伸长到最大行程，然后打开控制电永磁吸盘4的电源，两个爬杆机构两端的电永磁吸盘4吸附在铁塔上，当需要上移时，首先断开上方吸盘机构中电永磁吸盘4中的电源，打开上方吸盘机构中直线电机3的电源进而收缩吸盘机构中的螺套11，螺套11上移进而带动电永磁吸盘4上移，然后打开爬杆机构中上方电动丝杆1中直线电机的电源，上方电动丝杆1推动推杆进而推动上方的吸盘机构前移，进而带动电永磁吸盘4的前移，然后再打开下方电动丝杆1的电源，电动丝杆1的推杆推出，进而带动推杆上端的两个电动丝杆1和上方的吸盘机构再次前移，再打开上方吸盘机构中的直线电机3的电源，直线电机3带动螺套11下移，进而带动电永磁吸盘4下移，电永磁吸盘4接触铁塔时打开该电永磁吸盘4的电源进行吸附，再断开下方吸盘机构中的电永磁吸盘4的电源断开吸附，打开下方吸盘机构中的直线电机3的电源，螺套11在电机的作用下上移，进而带动电永磁吸盘4上移，然后再打开爬杆机构中的下方电动丝杆1中的直线电机的电源，在推杆拉力的作用下，下方吸盘机构上移，进而带动电永磁吸盘4上移，然后打开上方电动丝杆1的直线电机的电源，上方电动丝杆1的推杆对该电动丝杆1和下方电动丝杆1及下方吸盘机构进行拉动，将下方的吸盘机构中的电永磁吸盘4进行再次上移，然后打开下方吸盘机构中的直线电机3的电源，螺套11在直线电机3的作用下下移，带动电永磁吸盘4下移，当电永磁吸盘4接触铁塔时，打开电永磁吸盘4的电源进行吸附，在此过程中机完成一个周期的运动，依次按照此周期进行运动，进而完成该机器人的爬铁塔工作，在该过程中，转向机构根据铁塔上的铁杆局部坡度，打开转向机构中的直线电机的电源，转向机构中的转向杆6进行上移或下移实现吸盘机构中的电永磁吸盘4的倾斜，进而符合铁塔上铁杆的坡度，增大了该装置的吸附能力，防止斜坡造成电永磁吸盘4的吸附力度不够该机器人脱落，防止造成安全隐患，本发明中的电动丝杆1、电永磁吸盘4、蜗轮蜗杆组件和直线电机的各组成部件的结构及它们与该机器人设备其他部件之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述。

本发明由于该机器人由爬杆机构、吸盘机构和转向机构组成，爬杆机构将上部吸盘机构经推力向上进行移动，然后将下部的吸盘机构经拉力将向上进行移动，爬杆机构中的两个对称的电动丝杆1可增大该机器人单次移动的幅度，吸盘机构中的吸附部分采用电永磁吸盘4，可牢固抓握住铁塔构筑物，防止倾覆，吸盘机构中经直线电机工作带动螺套11进行上下移动，进而带动电永磁吸盘4进行上下移动，在移动的过程中可很好的适应铁塔构筑物结构，灵活躲避障碍物，吸盘机构中的蜗轮蜗杆组件采用螺套11上下移动的形式，增大了整体结构的稳定性，同时，螺套11在固定套筒10内进行上下移动，保证了螺套11移动方向的准确性，转向机构为电永磁吸盘4的吸附提供最大的接触面，增大该机器人整体结构的稳定性，爬杆机构中的电动丝杆1的推杆与吸盘机构的壳体2经销轴相铰接，吸盘机构的螺套11下端与电永磁吸盘4的背部经销轴相铰接，转向机构的直线电机的外壳与吸盘机构中的壳体2或者固定套筒10相铰接，三部分的铰接增大了该机器人运动过程中的灵活性，进而增大该机器人在工作过程中对铁塔的抓持力，防止机器人脱落，具有结构简单、稳定性好、运动灵活、控制容易、负载能力较强、具有较强的防倾覆能力等优点。

Claims (5)

1.一种仿壁虎足式爬铁塔机器人，设有电动丝杆和电永磁吸盘，其特征在于该机器人包括爬杆机构、两个吸盘机构和两个转向机构，爬杆机构的两端分别设有吸盘机构，吸盘机构的下端设有转向机构，所述的爬杆机构由电动丝杆组成，所述的吸盘机构由壳体、蜗轮蜗杆组件、第一电机和电永磁吸盘组成，壳体与爬杆机构中的电动丝杆的端部相连接，壳体内部设有蜗轮蜗杆组件，蜗轮蜗杆组件中的涡轮与第一电机相连接，蜗轮蜗杆组件中的蜗杆伸出壳体内部与电永磁吸盘相铰接，第一电机控制蜗轮蜗杆组件运作进而带动电永磁吸盘上下移动，所述的转向机构由转向驱动电机、第一蜗轮蜗杆组件和转向杆组成，转向驱动电机的外壳与吸盘机构的壳体相铰接，转向驱动电机的输出轴经第一蜗轮蜗杆组件与转向杆相连接，转向杆与电永磁吸盘的边缘相连接，转向驱动电机经第一蜗轮蜗杆组件控制转向杆的上下移动进而带动电永磁吸盘的倾斜，所述的吸盘机构中的蜗轮蜗杆组件由传动杆、涡轮、涡轮杆、固定套筒和螺套组成，涡轮位于壳体内部，传动杆的一端与第一电机相连接，另一端经齿轮与壳体内部的涡轮相啮合，涡轮杆上端与涡轮中部相连接，涡轮杆下端伸出壳体内部与螺套经螺纹相配合连接并由固定套筒套接，固定套筒的上端与壳体下端中部相连接，固定套筒的内部的套体壁上设有与固定套筒轴线平行的滑道，滑道经滑块与螺套固定连接实现螺套在固定套筒内的上下滑动，螺套的下端与电永磁吸盘相铰接。

2.根据权利要求1所述的一种仿壁虎足式爬铁塔机器人，其特征在于所述的爬杆机构设有两个电动丝杆，电动丝杆对称连接，左右两端的电动丝杆中的推杆分别与吸盘机构中的壳体相连接。

3.根据权利要求1所述的一种仿壁虎足式爬铁塔机器人，其特征在于所述的爬杆机构、吸盘机构和转向机构中的电机均为直线电机。

4.根据权利要求1所述的一种仿壁虎足式爬铁塔机器人，其特征在于所述的爬杆机构两端的吸盘机构中的壳体与爬杆机构中的电动丝杆的推杆端经销轴相铰接。

5.根据权利要求1所述的一种仿壁虎足式爬铁塔机器人，其特征在于所述的固定套筒内部的涡轮杆上部和下部分别设有用于阻止螺套上移和下移的挡块。