CN113753147B - 型钢自爬式机器人用的防倾覆装置及其防倾覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种型钢自爬式机器人用的防倾覆装置及方法，该装置包括：可摆动地安装于机器人底部的一对调节机构，调节机构设于型钢的相对两侧，通过摆动调节可使得调节机构的底部位于型钢的下方或者位于型钢的外侧；可转动的安装于调节机构上的滚动轮，滚动轮可随着调节机构的摆动调节而位于型钢的下方进而贴在型钢的下表面进行滚动或者随着调节机构的摆动调节而位于型钢的外侧。本发明通过在机器人上设置一对可卡套在型钢上的调节机构以及可自由转动的滚动轮，通过滚动轮的自由转动可配合机器人的行走，避免对机器人的行走产生阻碍，且一对调节机构能够对机器人的行走产生限位作用，使得机器人具有可靠的防倾覆能力，保证机器人的安全性。

Description

型钢自爬式机器人用的防倾覆装置及其防倾覆方法

技术领域

本发明涉及型钢自爬式机器人技术领域，特指一种型钢自爬式机器人用的防倾覆装置及其防倾覆方法。

背景技术

与混凝土结构相比，钢结构具备装配式建筑施工的天然优势。现阶段，钢结构施工已满足构件先在工厂生产、后运输至现场拼装的装配式要求，施工效率得到提高的同时节约人力物力，具有良好的自动化、工业化和智能化发展潜力。尽管钢结构的大量构件和节点可在工厂预制，但构件的拼接、节点连接等仍需人工在现场完成，且工作量大、重复性高。因此，针对钢结构的连接形式特点，研发智能化的钢结构连接机器人装备，用以辅助甚至替代人工进行钢构件的拼接和连接，有利于提高施工效率、保证施工质量、改善施工环境、保障工人安全，是实现钢结构全过程工业化生产安装的关键一步，意义重大。

钢结构的主要连接方式包括三种，即焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接。这些连接工序都是在施工现场人工高空作业，具有一定的危险性，同时由于因工人而异，连接质量也有差异，且该环节劳动强度大且生产效率低。因此需要一种新型的适用于在型钢上自行走式的行走机器人，承载着焊接机器人、螺栓连接机器人或自动化铆具，实现钢结构所需连接工序。又因型钢的宽度较窄，行走机器人在型钢上行走时容易发生倾覆的风险，故亟需提供一种防倾覆的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种型钢自爬式机器人用的防倾覆装置及其防倾覆方法，解决现有的自行走式的机器人在型钢上行走时容易发生倾覆风险的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种型钢自爬式机器人用的防倾覆装置，包括：

可摆动地安装于所述机器人底部的一对调节机构，所述调节机构设于所述型钢的相对两侧，通过摆动调节可使得所述调节机构的底部位于所述型钢的下方或者位于所述型钢的外侧；以及

可转动的安装于所述调节机构上的滚动轮，所述滚动轮可随着所述调节机构的摆动调节而位于所述型钢的下方进而贴在所述型钢的下表面进行滚动或者随着所述调节机构的摆动调节而位于所述型钢的外侧。

本发明的防倾覆装置通过在机器人上设置一对可卡套在型钢上的调节机构，调节机构上还连接有可自由转动的滚动轮，通过滚动轮的自由转动可配合机器人的行走，避免对机器人的行走产生阻碍，且一对调节机构能够对机器人的行走产生限位作用，使得机器人具有可靠的防倾覆能力，保证机器人的安全性。在型钢的下表面出现障碍时，可通过摆动调节该调节机构的位置，而使得调节机构与滚动轮避开障碍，在越过障碍后，调节机构与滚动轮回位恢复防倾覆的功能。

本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的进一步改进在于，还包括与所述调节机构驱动连接的驱动机构，通过所述驱动机构驱动所述调节机构进行摆动调节。

本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的进一步改进在于，所述驱动机构包括安装于所述机器人底部的驱动电机、安装于所述驱动电机的电机轴上的传动齿轮以及与所述传动齿轮传动连接的驱动齿轮；

所述驱动齿轮可转动的安装于所述机器人的底部并与所述调节机构连接；

通过所述驱动电机驱动所述传动齿轮进行转动，进而带着所述驱动齿轮进行转动，从而实现驱动所述调节机构进行摆动调节。

本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的进一步改进在于，所述驱动机构包括安装于所述机器人底部并与所述调节机构相对应设置的驱动气缸，所述驱动气缸与所述调节机构连接，通过伸缩调节所述驱动气缸可驱动所述调节机构进行摆动调节。

本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的进一步改进在于，所述调节机构的端部设有安装支架和可移动调节地连接在所述安装支架的固定支架；

所述滚动轮可转动的安装在所述固定支架上；

在所述滚动轮位于所述型钢的下方时，通过移动调节所述固定支架的位置而使得所述滚动轮与所述型钢的下表面相贴。

本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的进一步改进在于，所述安装支架和所述固定支架之间支撑连接有支撑弹簧，通过所述支撑弹簧支撑所述固定支架而使得所述滚动轮可紧贴于所述型钢的下表面。

本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的进一步改进在于，所述安装支架包括电磁铁和立设于所述电磁铁上的导向杆；

所述固定支架包括套设于所述导向杆上的金属板以及立设于所述金属板上安装板，所述金属板可沿所述导向杆进行移动调节；

所述滚动轮可转动的安装于所述安装板上；

通过对所述电磁铁通电可使得所述电磁铁产生磁吸附力而吸附所述金属板，使得所述金属板沿所述导向杆向下移动，进而带着所述滚动轮向着远离所述型钢的方向移动。

本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的进一步改进在于，所述调节机构设有两对，其中的一对设于所述机器人的前部，另一对设于所述机器人的后部。

本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的进一步改进在于，所述调节机构包括斜向板、与所述斜向板连接的竖向板以及与所述竖向板连接的横向板；

所述斜向板通过转轴可摆动地安装于所述机器人的底部；

所述横向板上安装所述滚动轮。

本发明还提了一种利用上述型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的防倾覆方法，包括如下步骤：

当所述机器人在所述型钢上行走时，摆动调节所述调节机构以使得所述滚动轮位于所述型钢的下方，且所述滚动轮贴在所述型钢的下表面，利用位于所述型钢两侧的调节机构防止所述机器人发生倾覆；

当所述滚动轮在所述型钢的下表面移动的过程中遇到障碍时，摆动调节所述调节机构以使得所述滚动轮位于所述型钢的外侧，在越过所述障碍时，摆动调节所述调节机构以使得所述滚动轮位于所述型钢的下方。

附图说明

图1为本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置在防倾覆限位状态下的剖视图。

图2为图1所示结构中滚动轮处的局部放大示意图。

图3为本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置在避开障碍状态下的剖视图。

图4为本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的俯视图。

图5为本发明利用上述型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的防倾覆方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种型钢自爬式机器人用的防倾覆装置及其防倾覆方法，为机器人提供防倾覆功能，且在遇到障碍时，还具有越障能力，为机器人提供可靠的防倾覆能力，使得机器人能够在一定倾角的型钢上不倾覆、不掉落，保证其安全性。本发明的防倾覆装置包括一对调节机构以及设于调节机构上的滚动轮，该一对调节机构能够卡套在型钢上，从而在机器人行走时，调节机构能够对机器人起到防止倾覆、防止侧翻的功能，且滚动轮在机器人行走时能够沿着型钢的下表面进行滚动，对机器人的行走不会产生任何阻碍。下面结合附图对本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置及其防倾覆方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置在防倾覆限位状态下的剖视图。参阅图3，显示了本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置在避开障碍状态下的剖视图。下面结合图1和图3，对本发明型钢自爬式机器人用的防倾覆装置进行说明。

如图1和图3所示，本发明的型钢自爬式机器人用的防倾覆装置包括调节机构21以及滚动轮22，调节机构21可摆动地安装于机器人30的底部，该调节机构21设于型钢10的相对两侧，通过摆动调节可使得调节机构21的底部位于型钢10的下方或者位于型钢10的外侧，当调节机构21通过摆动调节而使得其底部位于型钢10的下方时，该一对调节机构21卡套在型钢10上，对机器人30起到了防倾覆的作用。当调节机构21通过摆动调节而使得其底部位于型钢10的外侧时，此状态可参阅图3所示的状态，此时可使得调节机构21避开型钢10上的障碍，当机器人30行走越过障碍后，调节机构21可摆动调节恢复至图1所示的状态。滚动轮22可转动的安装于调节机构21上，该滚动轮22可随着调节机构21的摆动调节而位于型钢10的下方进而贴在型钢10的下表面进行滚动或者随着调节机构21的摆动调节而位于型钢10的外侧。

机器人30用于实现型钢的连接作业，可以实现焊接连接、螺栓连接和铆钉连接。机器人30在型钢10的表面进行行走，本发明的调节机构21设在机器人30的底部的两侧，该调节机构21通过摆动调节而使其底部位于型钢10的下方，进而调节机构21卡套在型钢10上，且调节机构21上设置的滚动轮22能够贴在型钢10的下表面进行滚动，而机器人30在型钢10的上表面进行行走，如此使得调节机构21与滚动轮22相配合将机器人30夹持在型钢10上，起到防倾覆的作用，且滚动轮22的自由滚动能够不限制机器人30的行走。在型钢10上连接的其他结构对滚动轮22以及调节机构21的底部产生阻碍时，可通过摆动调节使得调节机构21摆动到型钢10的外侧，进而调节机构21带着滚动轮22一起避开障碍，在越过障碍后，调节机构21可复位。

在本发明的一种具体实施方式中，如图1所示，防倾覆装置还包括与调节机构21驱动连接的驱动机构23，通过驱动机构23驱动调节机构21进行摆动调节。该驱动机构23安装在机器人30的底部，一个驱动机构23对应的驱动一个调节机构21。

较佳地，机器人30具有底盘，在底盘的底部设有行走轮，机器人30通过行走轮在型钢10的上表面进行行走。由于行走轮的设置，使得底盘与型钢10的上表面之间有一定的间距，从而为驱动机构23以及调节机构21提供了安装空间，驱动机构23位于型钢10的上方。

在一种具体实施方式中，如图1所示，驱动机构23包括安装于机器人30底部的驱动电机231、安装于驱动电机231的电机轴上的传动齿轮232以及与传动齿轮232传动连接的驱动齿轮233，该驱动齿轮233可转动的安装于机器人30的底部并与调节机构23连接，通过驱动电机231驱动传动齿轮232进行转动，进而带着驱动齿轮233进行转动，从而实现驱动调节机构21进行摆动调节。

较佳地，调节机构21通过一摆动轴可摆动地安装在机器人30的底部，在机器人30的底部设有支架，摆动轴可转动的安装在支架上，摆动轴在转动时，可使得调节机构21的底部绕着摆动轴的轴线进行转动，该调节机构21的底部可转动至型钢10的下方，还可转动至型钢10的外侧，实现了调节机构的摆动调节。驱动齿轮233与摆动轴固定连接，较佳地，驱动齿轮233套设在摆动轴上，并与摆动轴连接固定，驱动齿轮233通过传动链条234与传动齿轮231传动连接，在驱动电机231正转时，驱动电机231的电机轴转动带着传动齿轮232一起转动，传动齿轮232通过传动链条234带动驱动齿轮233进行转动，进而驱动齿轮233带着摆动轴转动，摆动轴的转动带着调节机构21的底部向着型钢10的下方进行转动，使得调节机构21的底部位于型钢10的下方。在驱动电机231反转时，驱动电机231通过电机轴、传动齿轮232、传动链条234、驱动齿轮233以及摆动轴带着调节机构21的底部向着型钢10的外侧进行转动，使得调节机构21的底部位于型钢10的外侧。如此，就实现了调节机构21的摆动调节。

在另一种具体实施方式中，驱动机构23包括安装在机器人30底部并与调节机构21相对应设置的驱动气缸，该驱动气缸与调节机构21连接，通过伸缩调节驱动气缸可驱动调节机构21进行摆动调节。具体地，驱动气缸安装在机器人30的底部，调节机构21的顶部通过摆动轴可转动的安装在机器人30的底部，驱动气缸的气缸杆的端部与调节机构21连接，在气缸杆向外伸出时，气缸杆向外侧顶推调节机构21，使得调节机构21的底部通过摆动轴而向外转动至型钢10的外侧，气缸杆向内缩回时，气缸杆向内侧拉动调节机构21，使得调节机构21的底部通过摆动轴而向内转动至型钢10的下方，如此，就实现了调节机构21的摆动调节。

在本发明的一种具体实施方式中，如图1和图2所示，调节机构21的端部设有安装支架24和可移动调节地连接在安装支架24的固定支架25，滚动轮22可转动的安装在固定支架25上；在滚动轮22位于型钢10的下方时，通过移动调节固定支架25的位置而使得滚动轮22与型钢10的下表面相贴。

通过固定支架25的移动调节功能，在调节机构21向外摆动调节时，可先通过固定支架25向下移动而使得滚动轮22与型钢10的下表面之间形成一定的间隙，避免因滚动轮22与型钢10之间的摩擦影响调节机构21的摆动调节。该间隙还保证滚动轮22与型钢10的边缘不碰触、不干涉。

进一步地，安装支架24和固定支架25之间支撑连接有支撑弹簧26，通过支撑弹簧26支撑固定支架25而使得滚动轮22可紧贴于型钢10的下表面。支撑弹簧26对固定支架25产生一定的支撑弹力，而使得固定支架25向上移动，使得滚动轮22能够紧贴在型钢10的下表面。由于支撑弹簧26的设置，使得型钢10的下表面不平时，滚动轮22能够通过支撑弹簧的弹性变形来上下浮动式的微调，使得滚动轮22能够通过型钢10的下表面不平处，提高了滚动轮的通过性。

再进一步地，安装支架24包括电磁铁241和立设于电磁铁241上的导向杆242；固定支架25包括套设于导向杆242上的金属板251和立设于金属板251上的安装板252，金属板251可沿导向杆242进行移动调节；在对电磁铁241通电时，可使得电磁铁241产生磁吸附力进而吸附金属板251，使得金属板251沿着导向杆242向下移动，进而带着滚动轮22向着远离型钢10的方向移动。较佳地，导向杆242设有多个，通过导向杆242对金属板251的上下移动调节起到导向的作用。

支撑弹簧26支撑连接在电磁铁241和金属板251之间。在调节机构21的底部通过摆动调节而位于型钢10的下方时，可断开对电磁铁241的供电，使得电磁铁241失去磁吸附力，金属板251在支撑弹簧26的支撑弹力的作用下而向上移动，从而滚动轮22紧贴在型钢10的下表面。在需要对调节机构进行摆动调节时，对电磁铁241进行通电，使得电磁铁241产生磁吸附力而吸附金属板251，金属板251压缩支撑弹簧26，且滚动轮22远离型钢10的下表面，此时可向外侧摆动调节该调节机构21。

又佳地，滚动轮22通过转轴可转动的安装在一对安装板252之间。

在另一种具体实施方式中，在安装支架24和固定支架25之间设置顶推气缸，通过顶推气缸的伸缩调节带着固定支架25进行移动调节。

在本发明的一种具体实施方式中，如图1和图4所示，调节机构21设有两对，其中的一对调节机构21设于机器人30的前部，另一对调节机构21设于机器人30的后部。设置两对调节机构21后，能够确保机器人30有全时防倾覆功能，在一对调节机构21遇到障碍需要避让时，可利用另一对调节机构21卡套在型钢10上来提供防倾覆的功能。保证了机器人30在行走时，一直都有防倾覆功能。

进一步地，如图1和图3所示，调节机构21包括斜向板211、与斜向板211连接的竖向板212以及与竖向板212连接的横向板213；斜向板211的设置使得竖向板212能够位于型钢10的外侧，横向板213可有部分伸至型钢10的下方，滚动轮22安装在横向部213上。

具体地，在提供防倾覆功能时，横向板213呈水平状，安装支架24安装在横向板213上。在避让状态下，斜向板211略成水平状，而横向板213转动至呈倾斜状态。

调节机构21摆动调节的摆动角度A可根据型钢的尺寸以及调节就21的安装位置来设计，通过驱动机构23能够控制调节机构21的摆动角度A。较佳地，该摆动角度A设计为30°至45°。

在本发明的一种具体实施方式中，型钢10可为工字钢，还可为H型钢，又可为T型钢。在图1所示的实例中型钢10是工字钢，包括腹板11和垂直连接在腹板11顶部和底部的上翼缘板12以及下翼缘板13。机器人30设于上翼缘板12上，机器人30在上翼缘板12的上表面进行行走，调节机构21设于上翼缘板12的相对两侧，在防倾覆状态下，滚动轮22贴设在上翼缘板12的下表面，可沿着上翼缘板12的下表面进行自由滚动。

本发明还提供了一种利用上述的型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的防倾覆方法，下面对该防倾覆方法进行说明。

如图5所示，本发明的防倾覆方法，包括如下步骤：

执行步骤S101，当机器人在型钢上行走时，摆动调节调节机构以使得滚动轮位于型钢的下方，且滚动轮贴在型钢的下表面，利用位于型钢两侧的调节机构防止机器人发生倾覆；接着执行步骤S102；

执行步骤S102，当滚动轮在型钢的下表面移动的过程中遇到障碍时，摆动调节调节机构以使得滚动轮位于型钢的外侧，在越过障碍时，摆动调节调节机构以使得滚动轮位于型钢的下方。

在本发明的一种具体实施方式中，在滚动轮22的旁侧安装传感器，通过传感器来检测滚动轮22的前方是否有障碍，在检测到障碍时，对调节机构21进行摆动调节以使得调节机构21的底部及滚动轮22位于型钢10的外侧。

在调节机构21的底部及滚动轮22摆动调节至型钢10的外侧后，开始计时，达到设定时长时，将调节机构的底部及滚动轮22摆动调节至型钢10的下方。较佳地，设定时长为2s至5s。

进一步地，机器人上设有控制模块，通过控制模块来控制调节机构21的摆动调节，调节机构21较佳设有两对，其中的一对设于机器人的前部，另一对设于机器人的后部，机器人在行走时，前方遇到障碍时，控制模块控制位于前部的一对调节机构21摆动调节至位于型钢10的外侧(也即呈避开障碍状态)，而后部的一对调节机构21处于防倾覆状态(也即调节机构及滚动轮位于型钢的下方)。在前部的一对调节机构21越过障碍后，控制该前部的一对调节机构21恢复至防倾覆状态，之后后部的一对调节机构21会遇到该障碍，此时，控制后部的一对调节机构呈避开障碍状态，待后部的一对调节机构越过障碍后，再将后部的一对调节机构恢复至防倾覆状态。

再进一步地，滚动轮22通过安装支架24和固定支架25安装在型钢10上，安装支架24上设有电磁铁241，固定支架25上设有金属板251，在金属板251和电磁铁241之间支撑连接有支撑弹簧26，在对调节机构21进行摆动调节时，控制模块控制为电磁铁241通电，电磁铁241产生磁吸附力吸附金属板251，使得滚动轮22向下移动而远离型钢10的下表面，此时可向外侧转动调节该调节机构21，而在调节机构21与滚动轮22越过障碍后，将调节机构21的底部及滚动轮22转动回至型钢10的下方，之后控制为电磁铁241断电，电磁铁241的磁吸附力消失，滚动轮22在支撑弹簧26的作用下向上移动而紧贴在型钢10对应的下表面。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种型钢自爬式机器人用的防倾覆装置，其特征在于，包括：

可摆动地安装于所述机器人底部的一对调节机构，所述调节机构设于所述型钢的相对两侧，通过摆动调节可使得所述调节机构的底部位于所述型钢的下方或者位于所述型钢的外侧；

可转动的安装于所述调节机构上的滚动轮，所述滚动轮可随着所述调节机构的摆动调节而位于所述型钢的下方进而贴在所述型钢的下表面进行滚动或者随着所述调节机构的摆动调节而位于所述型钢的外侧；以及

与所述调节机构驱动连接的驱动机构，通过所述驱动机构驱动所述调节机构进行摆动调节；所述驱动机构包括安装于所述机器人底部的驱动电机、安装于所述驱动电机的电机轴上的传动齿轮以及与所述传动齿轮传动连接的驱动齿轮；所述驱动齿轮可转动的安装于所述机器人的底部并与所述调节机构连接；通过所述驱动电机驱动所述传动齿轮进行转动，进而带着所述驱动齿轮进行转动，从而实现驱动所述调节机构进行摆动调节。

2.如权利要求1所述的型钢自爬式机器人用的防倾覆装置，其特征在于，所述驱动机构包括安装于所述机器人底部并与所述调节机构相对应设置的驱动气缸，所述驱动气缸与所述调节机构连接，通过伸缩调节所述驱动气缸可驱动所述调节机构进行摆动调节。

3.如权利要求1所述的型钢自爬式机器人用的防倾覆装置，其特征在于，所述调节机构的端部设有安装支架和可移动调节地连接在所述安装支架的固定支架；

所述滚动轮可转动的安装在所述固定支架上；

在所述滚动轮位于所述型钢的下方时，通过移动调节所述固定支架的位置而使得所述滚动轮与所述型钢的下表面相贴。

4.如权利要求3所述的型钢自爬式机器人用的防倾覆装置，其特征在于，所述安装支架和所述固定支架之间支撑连接有支撑弹簧，通过所述支撑弹簧支撑所述固定支架而使得所述滚动轮可紧贴于所述型钢的下表面。

5.如权利要求3所述的型钢自爬式机器人用的防倾覆装置，其特征在于，所述安装支架包括电磁铁和立设于所述电磁铁上的导向杆；

所述固定支架包括套设于所述导向杆上的金属板以及立设于所述金属板上安装板，所述金属板可沿所述导向杆进行移动调节；

所述滚动轮可转动的安装于所述安装板上；

通过对所述电磁铁通电可使得所述电磁铁产生磁吸附力而吸附所述金属板，使得所述金属板沿所述导向杆向下移动，进而带着所述滚动轮向着远离所述型钢的方向移动。

6.如权利要求1所述的型钢自爬式机器人用的防倾覆装置，其特征在于，所述调节机构设有两对，其中的一对设于所述机器人的前部，另一对设于所述机器人的后部。

7.如权利要求1所述的型钢自爬式机器人用的防倾覆装置，其特征在于，所述调节机构包括斜向板、与所述斜向板连接的竖向板以及与所述竖向板连接的横向板；

所述斜向板通过转轴可摆动地安装于所述机器人的底部；

所述横向板上安装所述滚动轮。

8.一种利用权利要求1所述的型钢自爬式机器人用的防倾覆装置的防倾覆方法，其特征在于，包括如下步骤：

当所述机器人在所述型钢上行走时，摆动调节所述调节机构以使得所述滚动轮位于所述型钢的下方，且所述滚动轮贴在所述型钢的下表面，利用位于所述型钢两侧的调节机构防止所述机器人发生倾覆；

当所述滚动轮在所述型钢的下表面移动的过程中遇到障碍时，摆动调节所述调节机构以使得所述滚动轮位于所述型钢的外侧，在越过所述障碍时，摆动调节所述调节机构以使得所述滚动轮位于所述型钢的下方。

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