CN112429107A - 一种爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种爬杆机器人。具体的，本发明的爬杆机器人的各行走单元中，至少有一个还包括传动连接于轮架以驱动轮架转向的转向电机，以及传动连接于行走轮以驱动行走轮转动的主驱电机；辅助连接构件，连接于相邻的两组行走单元之间，行走单元与辅助连接构件共同形成框形合围结构并在合围结构内部形成供杆体穿过的通道；永磁块，设置于行走单元上而在使用时与杆体之间产生磁吸力；至少有部分辅助连接结构为可自由伸缩的伸缩连接结构，在行走轮偏转时，永磁块与杆体之间的磁吸作用力能够保持行走单元贴紧杆体，保证行走轮与杆体之间的摩擦力，从而保证了机器人的承载能力和行驶稳定性。

Description

一种爬杆机器人

技术领域

本发明涉及一种爬杆机器人。

背景技术

鉴于高空作业给作业人员带来很大的安全隐患，现在能够代替作业人员进行作业的爬杆机器人使用的越来越多。现有的爬杆机器人如授权公告号为CN203172752U的中国实用新型专利公开的爬杆机器人，其支座通过旋转轮架安装驱动滚轮，驱动滚轮有三组，三组驱动滚轮与支座围成C形而在内部形成供杆体穿过的通道。使用时，爬杆机器人抱紧在杆体上，步进电机带动旋转轮架转动能够使驱动滚轮进行转向，从而实现机器人在杆体上的上下直行运动、旋转运动和螺旋运动，工作方式灵活多变。不过，由于其支座提供给滚轮与杆体之间的夹紧力是一定的，在驱动滚轮转向而沿杆体进行旋转或螺旋运动时，滚轮与杆体之间的摩擦力往往不足，机器人的承载能力有限，不适宜用于重载的场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种爬杆机器人，用于解决现有的爬杆机器人承载能力不足的问题。

一种爬杆机器人包括：

行走单元，有两个以上，包括行走架，行走架上转动安装有轮架，轮架上安装行走轮；

各行走单元中，至少有一个还包括传动连接于轮架以驱动轮架转向的转向电机，以及传动连接于行走轮以驱动行走轮转动的主驱电机；

辅助连接构件，连接于相邻的两组行走单元之间，行走单元与辅助连接构件共同形成框形合围结构并在合围结构内部形成供杆体穿过的通道，合围结构有部分为可开合结构，而在打开时形成供杆体进入通道的开口；

至少有部分辅助连接结构为弹性伸缩连接结构或为可受控伸缩的伸缩连接结构，以在行走轮偏转时，通过弹性伸缩或受控伸缩保证行走单元紧贴被爬杆体。

本发明的爬杆机器人在使用时，由于伸缩连接结构的拉紧作用，增大了行走单元与杆体之间的压紧力，也就增大了行走单元与杆体之间的摩擦力，提高了机器人的承载能力，而且，在机器人转向时，能够使得行走单元始终贴紧在杆体上，保证行走轮与杆体之间的摩擦力，从而保证了机器人的承载能力和行驶稳定性。

进一步地，爬杆机器人还包括永磁块，永磁块设置于行走单元上而在使用时与杆体之间产生磁吸力，可伸缩的辅助连接结构为弹性伸缩连接结构，在行走轮偏转时，永磁块与杆体之间的磁吸作用力能够保持行走单元贴紧杆体。这样能够通过弹性力使合围结构抱紧杆体，通过永磁块与被爬杆体之间的磁吸作用力，两者配合进一步保证了行走单元与杆体紧贴，增大了行走单元与杆体之间的摩擦力，提高机器人承载能力。

进一步地，永磁块设置与行走架上而在使用时与杆体相间隔。

或者，永磁块集成在行走轮上而在使用时与杆体相接触。

进一步地，所述弹性伸缩连接结构为弹性套杆结构，包括至少两根相互插套的套管以及安装在套管内、两端分别连接处于两端的套管的弹性件。弹性套杆结构相对简单，而且通过相互插套的套管既能够实现自由的伸缩补偿，又能够更好的实现相邻行走单元之间的同步性。

作为另一种优化，主驱电机为轮毂电机，与行走轮集成设置。这样大大简化了机器人的整体结构，集成度较高。

具体地，所述行走架为使用时开口朝向杆体的盒形，轮架垂直于盒底转动安装在行走架上，行走轮处于盒体内，转向电机设置于行走架的外侧。这样将动作部分和固定部分相互分开，避免相互间的干扰，保证了机器人使用过程中的可靠性和稳定性。

此外，为了进一步提高机器人的承载能力和行驶的稳定性，行走架上安装的轮架有两个以上且在上下方向上间隔布置，此时，轮架的数量可以与转向电机的数量相等，且各轮架被对应的转向电机驱动同步同向转向，或者，转向电机传动连接于各轮架并带动各轮架同步同向转向。

附图说明

图1为本发明的爬杆机器人的第一种实施例的立体图；

图2为图1所示的爬杆机器人的实施例中的行走单元的结构示意图；

图3为图2所示的行走单元的剖视图；

图4为本发明的爬杆机器人的第二种实施例的立体图；

图5为本发明的爬杆机器人的第三种实施例的立体图；

图6为本发明的爬杆机器人的另一种实施例的立体图；

图7为图6所示的爬杆机器人显示轮架、主驱电机以及行走轮的结构示意图；

图8为图6所示的爬杆机器人显示轮架、主驱电机以及行走轮的立体图。

图中：1-行走架；10-行走轮；11-轮架；12-永磁块；13-角形连接件；2-辅助连接结构；3-合页；4-锁具；5-转向电机；50-转向轴；6-主驱电机；60-传动带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的爬杆机器人的具体实施例，如图1至图3所示，包括三个行走单元和分别连接相邻两个行走单元的辅助连接结构2，三个行走单元和三个辅助连接结构2共同形成大致呈三角形的框形合围结构，框形合围结构的内部形成供杆体穿过的通道。使用时，框形合围结构抱在杆体外侧，行走单元可沿杆体上升和下降。

具体地，行走单元包括行走架1、安装在行走架1上的轮架11以及安装在轮架11上的行走轮10。行走架1为盒形结构，三个行走单元的盒形行走架的开口均朝向内侧，轮架11转动安装在行走架1的盒底上，行走轮10处于盒形行走架内部。轮架11在盒形行走架1的盒底外侧连接有转向电机5，通过转向电机5可实现轮架11的转动，从而实现行走轮的转向。行走轮10内集成有轮毂电机，这样轮毂电机可直接驱动行走轮转动，整体结构较为简单和紧凑。框形合围结构上固定安装有电源（图中未显示），电源用于给主驱电机和转向电机供电并驱动机器人运行。

其中，行走轮10为磁性轮，磁性轮能够通过磁吸作用力吸附在杆体上，磁性磁性轮与杆体之间的摩擦力也就越大，在机器人向上爬行时能够具有更大的承载能力，爬行较为稳定。另外，在行走轮转向时，由于磁吸力的作用，行走轮还能够吸紧在杆体上，保持可靠的承载能力。本实施例中的磁性轮主要是通过在轮子内嵌入永磁块，永磁块有多个且环绕轮轴布置，在其他实施方式中，如图4所示的第二种爬杆机器人的实施例中，也可在轮子的外周面上粘接固定多个永磁块，永磁块布满轮子外周，各个永磁块的外侧面大致处于同一圆周面上，用于在滚动时杆体外表面接触。再或者，行走轮可以为整体是圆形的永磁块制成。

连接相邻两个行走单元的三个辅助连接结构2均为弹性伸缩连接结构，以在使用时拉紧相邻行走单元以使得各行走单元夹紧中部杆体，具体地，弹性伸缩连接结构为弹性套杆结构，包括两根相互插套的套管以及安装在套管内的提供拉紧力的弹性件（例如拉簧、弹性带或气弹簧），弹性件的两端分别连接两个套管的两端，这样两个套管之间自然的处于收缩拉紧状态。当然，在其他实施方式中，如图4所示的第二种爬杆机器人的实施例中，弹性伸缩连接结构也可以为气弹簧，气弹簧的两端分别连接相邻的两个行走单元；或者，弹性伸缩连接结构也可以为弹性收紧带，弹性收紧带的两端分别连接相邻的两个行走单元。如此，在使用时，框形合围结构能够自然的抱紧杆体9，也保证了行走单元与杆体9之间具有一定的抱紧力。弹性伸缩连接结构自由伸缩，行走单元依靠自身磁力吸附在杆体上，在杆体变径或者行走轮转向时，弹性伸缩连接结构根据行走单元之间的间距调整伸缩；弹性伸缩连接结构同时起到连接各个行走单元的作用，行走过程使爬杆机器人整体处于同步上升状态，即使在一个行走单元受到阻碍，或者越障滞后时，其余行走单元通过弹性伸缩连接结构，传递上升力，带动该行走单元同步上升，这样使整机具有一定的避障能力。

更为详细地，如图2所示，盒形行走架的两平行壁面与底壁相连接的位置分别设有角形连接件13，弹性套杆结构的两个相互插套的套管的相背端分别固定连接在相邻两个行走单元相邻的两个角形连接件13上。见图1，三个行走单元中，有一个行走单元的行走架1分别固定连接位于该行走单元两侧的两个辅助连接结构2，该两个辅助连接结构中，一个与该辅助连接结构的另一端相邻的行走单元通过合页3铰链连接，另一个与该辅助连接结构的另一端相邻的行走单元通过锁具4可拆连接，该两个辅助连接结构和连接在中间的行走单元构成合围结构可开合的部分。这样设置使框形合围结构的可开合部分的开合空间较大，便于杆体装入框形合围结构内，使用起来比较方便。

本实施例的爬杆机器人在使用时，通过弹性伸缩连接结构的收紧力以及磁性轮与杆体的磁吸力的相互配合和共同作用，不管是在行走轮转向时还是在杆体变径时，均能够时行走单元贴紧在杆体上，提升了机器人的载重能力，框形合围结构能够在弹性伸缩连接结构的伸缩补偿作用下自动适应不同的杆径和外周面的起伏，不需要较多的人为控制，操控性较好。此外，框形合围结构也能够使相邻两个行走单元之间具有一定的同步性，使爬杆机器人整体处于同步上升状态，即使在一个模块受到阻碍，或者越障滞后时，其余模块通过伸缩机构，传递上升力，带动该模块同步上升，整机具有一定的避障能力。

当然，本发明的爬杆机器人并不仅限于上述所说明的实施例。

如图5示出了本发明的爬杆机器人的第三种实施例。

本实施例中，行走架1上安装的轮架11有两组，且上下间隔设置，这样增大了机器人在行驶方向上与杆体的接触长度，提升了爬行的稳定性。两组轮架11均连接有转向电机5，且通过转向电机5分别同步同向带动轮架11转向。当然，基于同一个行走单元包含两个或以上轮架的情况下，在其他实施方式中，也可以仅有其中一个轮架配置有转向电机，其他轮架自由转动安装在行走架上，在转向电机带动对应的轮架转动时，其余轮架从动转向；或者，也可以通过诸如连杆机构的联动结构将同一个行走单元的各个轮架传动连接起来，通过转向电机带动同一个行走单元的轮架同步同向转动。

或者，在其他实施方式中，机器人包含的多个行走单元中，有部分为主驱行走单元，部分为从动行走单元，主驱行走单元通过转向电机和主驱电机实现轮架的转向和行走轮的爬行滚动，从动行走单元的轮架自由转动安装在行走架上，在机器人转向时随之转向，其行走轮为从动轮。

或者，在其他实施方式中，行走单元可以有两个，两个行走单元通过两个辅助连接结构围成矩形合围结构，并在使用时将杆体抱紧在内，此时，两个辅助连接结构可以分别固定连接在一个行走单元的两侧，两一个行走单元与两个辅助连接结构可拆连接，且在拆开时形成供杆体装入的开口；或者，行走单元也可以有四个，四个行走单元通过四个辅助连接结构依次连接并围成四边形合围结构，并在使用时将杆体抱紧在内，此时，行走单元与其一侧的辅助连接结构之间为可拆连接，与该行走单元处于对角位置的行走单元与其一侧的辅助连接结构为铰接连接关系，从而形成合围结构的开合部分。

或者，在其他实施例中，如上述实施例中的三个辅助连接结构中，有一个或两个为弹性伸缩连接结构，其余的为刚性连接件，此时，通过仅有的一个或两个弹性伸缩连接结构来实现对合围结构的收紧。当然，在行走单元和辅助连接结构的数量发生变化时，为弹性伸缩连接结构的辅助连接结构的数量也随之变化，可以所有的辅助连接结构均为弹性伸缩连接结构，也可以仅有部分辅助连接结构为弹性伸缩连接结构，以能够满足框形合围结构抱紧杆体为准。

再或者，在其他实施方式中，辅助连接结构为可受控伸缩的伸缩连接结构，可受控伸缩的伸缩连接结构包括直线伸缩机构以及与直线伸缩机构连接的控制模块，控制模块配备有遥控信号接收模块，可接收操控人员的控制信号，以驱动直线伸缩机构伸长和缩短，或者，控制模块配备有检测模块（例如压力传感器，设置在轮架上，用于检测轮子所受到的杆体提供的压力），检测模块可根据检测到的被爬杆体的外径变化，控制直线伸缩机构伸长和缩短。此时，行走轮可以为普通橡胶轮，而不设置永磁块，仅通过控制伸缩连接结构的伸缩保证行走单元的行走轮压紧在杆体上。

类似地，在其他实施方式中，也可以才伸缩连接结构为弹性伸缩连接结构的基础上，行走轮采用普通橡胶轮，此时通过弹性伸缩连接结构的弹性作用力在杆体外径变化时实现行走轮与杆体之间的压紧，保证两者之间的摩擦力。

再或者，在其他实施方式中，如图6-8所示，主驱电机6也可以采用普通电机，此时主驱电机6安装在轮架11上并通过传动带60驱动行走轮10转动，轮架11转动安装在行走架1上，并通过转向轴50与转向电机5传动连接。行走架1内需要预留安装主驱电机的安装空间，行走架1可以相应的采用开口朝向内侧（即杆体侧）的U形架，或者采用包围杆体的弧形框架。

再或者，在其他实施方式中，行走架为盒形，盒形行走架内设置有支撑架，轮架转动安装在支撑架上，转向电机处于行走架内侧，这样能够将整个行走结构全部设置在行走架内。

以上的各种实施例中，行走轮均为磁性轮，使用时，永磁块直接与杆体接触，在其他实施方式中，行走轮也可以为普通橡胶轮，此时将永磁块安装在行走架上距离杆体较小距离的位置处，同样能够与杆体产生磁吸作用力。

Claims (9)

1.一种爬杆机器人，其特征是，包括：

行走单元，有两个以上，包括行走架，行走架上转动安装有轮架，轮架上安装行走轮；

各行走单元中，至少有一个还包括传动连接于轮架以驱动轮架转向的转向电机，以及传动连接于行走轮以驱动行走轮转动的主驱电机；

辅助连接构件，连接于相邻的两组行走单元之间，行走单元与辅助连接构件共同形成框形合围结构并在合围结构内部形成供杆体穿过的通道，合围结构有部分为可开合结构，而在打开时形成供杆体进入通道的开口；

至少有部分辅助连接结构为弹性伸缩连接结构或为可受控伸缩的伸缩连接结构，以在行走轮偏转时，通过弹性伸缩或受控伸缩保证行走单元紧贴被爬杆体。

2.根据权利要求1所述的爬杆机器人，其特征是，爬杆机器人还包括永磁块，永磁块设置于行走单元上而在使用时与杆体之间产生磁吸力，可伸缩的辅助连接结构为弹性伸缩连接结构，在行走轮偏转时，永磁块与杆体之间的磁吸作用力能够保持行走单元贴紧杆体。

3.根据权利要求2所述的爬杆机器人，其特征是，永磁块设置与行走架上而在使用时与杆体相间隔。

4.根据权利要求2所述的爬杆机器人，其特征是，永磁块集成在行走轮上而在使用时与杆体相接触。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的爬杆机器人，其特征是，所述弹性伸缩连接结构为弹性套杆结构，包括至少两根相互插套的套管以及安装在套管内、两端分别连接处于两端的套管的弹性件。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的爬杆机器人，其特征是，主驱电机为轮毂电机，与行走轮集成设置。

7.根据权利要求6所述的爬杆机器人，其特征是，所述行走架为使用时开口朝向杆体的盒形，轮架垂直于盒底转动安装在行走架上，行走轮处于盒体内，转向电机设置于行走架的外侧。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的爬杆机器人，其特征是，行走架上安装的轮架有两个以上且在上下方向上间隔布置，轮架的数量与转向电机的数量相等，且各轮架被对应的转向电机驱动同步同向转向。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的爬杆机器人，其特征是，行走架上安装的轮架有两个以上且在上下方向上间隔布置，转向电机传动连接于各轮架并带动各轮架同步同向转向。

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