自鎖式爬桿機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自鎖式爬桿機(jī)器人，包括上鎖緊部分、下鎖緊部分和配重部分，所述上鎖緊部分與下鎖緊部分鉸接連接，工作時(shí)，下鎖緊部分位于上鎖緊部分的斜下方，配重部分固定在下鎖緊部分上，上鎖緊部分和下鎖緊部分在配重部分的作用下可相對于圓柱桿自鎖，從而在圓柱桿上爬動(dòng)。本發(fā)明的弧形驅(qū)動(dòng)輪相對于圓柱桿的正壓力由機(jī)構(gòu)本身的自重提供，故機(jī)器人可以攜帶更重的物品，穩(wěn)定地在圓柱桿上爬行。當(dāng)圓柱桿直徑改變時(shí)，布置的拉壓力傳感器能夠?qū)崟r(shí)的反映正壓力的數(shù)值變化，依據(jù)測量力的值是否在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)來驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)改變兩個(gè)弧形驅(qū)動(dòng)輪之間的距離，進(jìn)而改變正壓力值，保證機(jī)器人相對于圓柱桿的自鎖，使機(jī)器人適應(yīng)不同的直徑。
【專利說明】自鎖式爬桿機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力領(lǐng)域機(jī)器人，尤其是自鎖式爬桿機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入現(xiàn)代社會，電力和網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)代人的工作和生活越來越重要，而電線電纜的架設(shè)和維護(hù)是保證電力輸送和網(wǎng)絡(luò)通暢的重中之重。
[0003]但是為了城市的美觀通暢，大部分的電線電纜設(shè)施都架設(shè)在相當(dāng)高的電線桿上，它們通常有4.5?15米高。為了架設(shè)和維護(hù)這些電線電纜需要電力工作者需要冒著生命危險(xiǎn)在高空中進(jìn)行作業(yè)，而且有些電線電纜設(shè)備相當(dāng)重，這對電力工作者而言又是個(gè)重大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，這種電力系統(tǒng)的工作主要由電力工作者配合使用大型設(shè)備來完成，但這種工作方式效率低、耗能高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工人安全受到威脅等問題。
[0004]然而隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，由機(jī)器人代替人在高空進(jìn)行作業(yè)已經(jīng)成為可能。于是，設(shè)計(jì)一款代替工人進(jìn)行高空作業(yè)的機(jī)器人是可行并且必要的。中國發(fā)明專利200710115905.3公開了一種爬桿機(jī)器人，該機(jī)器人由步進(jìn)電機(jī)、電路板、輥?zhàn)印⑾鹉z帶、電路板固定架、支架、套筒、螺紋連桿、螺母、定向輥?zhàn)?、彈性開關(guān)、灰度傳感器開關(guān)組成，輥?zhàn)油ㄟ^套筒與支架相配合，定向輥?zhàn)优浜显诼菟ㄟB桿上，定向輥?zhàn)雍洼佔(zhàn)庸餐鼑罈U，可實(shí)現(xiàn)在爬桿上的爬升動(dòng)作。然而這種爬桿機(jī)器人與爬桿的配合度不夠緊密，且兩輥?zhàn)又g的間距無法調(diào)整，不能變直徑桿的要求，從而影響爬升效果，另外該機(jī)器人無法攜帶重物，并不能完全替代人工作業(yè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種自鎖式爬桿機(jī)器人，該機(jī)器人可以自動(dòng)適應(yīng)各種直徑的圓柱桿，并可以攜帶遠(yuǎn)超自身重力的物品在圓柱桿上爬行，從而完全替代電力工作者進(jìn)行高空危險(xiǎn)作業(yè)。
[0006]本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人所采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人，包括上鎖緊部分、下鎖緊部分和配重部分，所述上鎖緊部分與下鎖緊部分鉸接連接，且下鎖緊部分位于上鎖緊部分的斜下方，配重部分固定在下鎖緊部分上，上鎖緊部分與下鎖緊部分通過螺栓和彈簧扣鉸接成一個(gè)矩形環(huán)結(jié)構(gòu)，由于上鎖緊部分和下鎖緊部分具有自鎖功能，從而自圓柱桿的兩側(cè)對圓柱桿進(jìn)行夾持鎖緊，上鎖緊部分和下鎖緊部分分別位于圓柱桿兩側(cè)的相對上方和相對下方。本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人的整體重心在幾何中心外部，機(jī)器人在重力作用下產(chǎn)生傾覆力矩，為了克服傾覆力矩，圓柱桿對上鎖緊部分和下鎖緊部分產(chǎn)生大小相等方向相反的正壓力，當(dāng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)滿足特定條件時(shí)，由正壓力產(chǎn)生的摩擦力能夠抵消機(jī)器人所受的重力，機(jī)器人相對于圓柱桿進(jìn)行自鎖，從而機(jī)器人可以在圓柱桿上爬動(dòng)。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述上鎖緊部分包括“U”型框架1、軸承模塊1、階梯軸1、弧形驅(qū)動(dòng)輪1、齒輪組I和直流電機(jī)I;所述軸承模塊I固定在“U”型框架I上，弧形驅(qū)動(dòng)輪I和齒輪組I均固定套置在階梯軸I上，軸承模塊I上設(shè)置有供階梯軸I穿過的通孔，階梯軸I的兩端穿過通孔固定在軸承模塊I上，齒輪組I與位于“U”型框架I下部的直流電機(jī)I連接，所述齒輪組I包括相個(gè)相嚙合的大齒輪和小齒輪，大齒輪套置在階梯軸I上，直流電機(jī)I與小齒輪連接并帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪I轉(zhuǎn)動(dòng)。工作時(shí)，弧形驅(qū)動(dòng)輪I位于“U”型框架I下部，且位于圓柱桿的相對上方，使用時(shí)由直流電機(jī)I驅(qū)動(dòng)齒輪組I的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)與小齒輪嚙合的大齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)階梯軸I轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪I轉(zhuǎn)動(dòng)，與下鎖緊部分相配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人爬升。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述下鎖緊部分包括“U”型框架I1、小“U”型框架、彈簧扣、軸承模塊I1、階梯軸I1、弧形驅(qū)動(dòng)輪I1、直流電機(jī)I1、電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)1、電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)I1、絲杠1、絲杠I1、直流伺服電機(jī)、齒輪組II1、齒輪組II和同步帶機(jī)構(gòu)；所述軸承模塊II設(shè)置在小“U”型框架上，在軸承模塊II上設(shè)置有供階梯軸II穿過的通孔，階梯軸II兩端穿過通孔固定在軸承模塊II上，弧形驅(qū)動(dòng)輪II套置在階梯軸II上，所述齒輪組II包括相個(gè)相嚙合的大齒輪和小齒輪，大齒輪套置在階梯軸II上，直流電機(jī)II與小齒輪連接并帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪II轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)I和電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)II對稱設(shè)置在小“U”型框架的左右兩側(cè)，絲杠I和絲杠II對稱設(shè)置在“U”型框架II上，在絲杠II前端設(shè)置有拉壓力傳感器，彈簧扣設(shè)置在“U”型框架II前端，絲杠I和絲杠II的末端均與同步帶機(jī)構(gòu)連接，直流伺服電機(jī)通過齒輪組III與同步帶機(jī)構(gòu)連接使小“U”型框架相對“U”型框架II直線運(yùn)動(dòng)。上鎖緊部分與下鎖緊部分一端通過螺栓鉸鏈連接在一起，另一端下鎖緊部分的末端為彈簧扣，上鎖緊部分的末端加工有與彈簧扣相對應(yīng)的孔。在需要上鎖緊部分和下鎖緊部分連接時(shí)，推動(dòng)上鎖緊部分，通過彈簧扣將兩者連接在一起。在需要上鎖緊部分和下鎖緊部分分離時(shí)，拉起彈簧扣，推動(dòng)上鎖緊部分使兩者分離。工作時(shí)，弧形驅(qū)動(dòng)輪II位于“U”型框架II上部，且位于圓柱桿的相對下方，使用時(shí)由直流電機(jī)II驅(qū)動(dòng)齒輪組II的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)與小齒輪嚙合的大齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)階梯軸II轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪II轉(zhuǎn)動(dòng)，從而與上鎖緊部分相配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人爬升。當(dāng)圓柱桿的直徑改變時(shí)，為了保證機(jī)器人始終能夠夾緊圓柱桿，直流伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪組III的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)與小齒輪嚙合的大齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)使同步帶機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絲杠I和絲杠II同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使小“U”型框架相對“U”型框架II直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)弧形驅(qū)動(dòng)輪I和弧形驅(qū)動(dòng)輪II之間距離的調(diào)整，從而使機(jī)器人始終能夠夾緊圓柱桿。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述配重部分包括平臺、電池、控制器和無線接受器；所述直流伺服電機(jī)、電池、控制器和無線接受器固定在平臺上。配重部分使爬桿機(jī)器人的重心相到圓柱桿軸心的距離、圓柱桿的直徑以及兩個(gè)弧形驅(qū)動(dòng)輪的中心距有一個(gè)固定的與摩擦力系數(shù)相關(guān)的比例。
[0010]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)I包括支架、擋塊、彈簧I和電磁鐵滑塊；所述支架上設(shè)置有插孔，電磁鐵滑塊插入到插孔中，彈簧I套置在電磁鐵滑塊上，擋塊螺紋連接在電磁鐵滑塊上方。使用時(shí)，電磁鐵滑塊通電產(chǎn)生電磁力，克服彈簧I的彈力，電磁鐵滑塊向下運(yùn)動(dòng)，并吸附在“U”型框架II上，實(shí)現(xiàn)弧形驅(qū)動(dòng)輪II的鎖緊。當(dāng)拉壓力傳感器測量值在預(yù)定范圍之外時(shí)，電磁鐵滑塊斷電，在彈簧I的作用下電磁鐵滑塊離開“U”型框架II，實(shí)現(xiàn)弧形驅(qū)動(dòng)輪II的釋放。此時(shí)，直流伺服電機(jī)可驅(qū)動(dòng)通過同步帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪II相對于“U”型框架II移動(dòng)。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述彈簧扣包括按扣、立柱、彈簧II和馬蹄型滑塊；按扣通過螺紋與立柱連接，彈簧II套在立柱上，馬蹄型滑塊螺紋連接在立柱下方。當(dāng)需要上鎖緊部分和下鎖緊部分連接時(shí)，推動(dòng)上鎖緊部分繞螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，使其前端與馬蹄型滑塊的斜面接觸，繼續(xù)向前推動(dòng)，馬蹄形滑塊克服彈簧II的推力向上升起，使上鎖緊部分繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，直到馬蹄型滑塊在彈簧的推力作用下滑入上鎖緊部分加工的與其對應(yīng)的孔中。當(dāng)需要上鎖緊部分與下鎖緊部分分離時(shí)，拉起按扣克服彈簧推力，使馬蹄形滑塊抬起，可以向后推動(dòng)上鎖緊部分使其與下鎖緊部分分離。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，還包括設(shè)置在弧形驅(qū)動(dòng)輪I和弧形驅(qū)動(dòng)輪II上的摩擦層。通過在弧形驅(qū)動(dòng)輪I和弧形驅(qū)動(dòng)輪II上設(shè)置摩擦層，可以增加弧形驅(qū)動(dòng)輪與圓柱桿的摩擦力，提聞爬桿效果。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述摩擦層為橡膠層。由于橡膠是一種具有可逆形變的高彈性聚合物材料，富有彈性，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀，因此通過設(shè)置橡膠層將弧形驅(qū)動(dòng)輪與圓柱桿之間的硬接觸改為柔性接觸，增加了弧形驅(qū)動(dòng)輪與圓柱桿的摩擦力，提高爬桿效果。
[0014]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述摩擦層為防滑紋。通過在弧形驅(qū)動(dòng)輪上設(shè)置防滑紋，一方面可以增加耐磨性提高弧形驅(qū)動(dòng)輪的使用壽命，另一方面可以增加弧形驅(qū)動(dòng)輪對圓柱桿的抓力。
[0015]綜上所述，本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是:弧形驅(qū)動(dòng)輪相對于圓柱桿的正壓力由機(jī)構(gòu)本身的自重提供，故機(jī)器人可以攜帶更重的物品，穩(wěn)定地在圓柱桿上爬行。當(dāng)圓柱桿直徑改變時(shí)，布置的拉壓力傳感器能夠?qū)崟r(shí)的反映正壓力的數(shù)值變化，依據(jù)測量力的值是否在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)來驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)改變兩個(gè)弧形驅(qū)動(dòng)輪之間的距離，進(jìn)而改變正壓力值，保證機(jī)器人相對于圓柱桿的自鎖，使機(jī)器人可以在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同的直徑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人上鎖緊部分的仰視圖。
[0018]圖3為本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人中彈簧扣的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人中電磁鐵自動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人的工作狀態(tài)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1至5所示，本發(fā)明的自鎖式爬桿機(jī)器人，包括上鎖緊部分、下鎖緊部分和配重部分，工作時(shí)，所述上鎖緊部分與下鎖緊部分一端通過螺栓鉸接連接，另一端通過彈簧扣連接，且下鎖緊部分位于上鎖緊部分的斜下方，配重部分固定在下鎖緊部分上，機(jī)器人在重力的作用下可相對于圓柱桿進(jìn)行自鎖，從而在圓柱桿上爬動(dòng)。
[0022]上鎖緊部分包括“U”型框架I 6、軸承模塊I 1、階梯軸I 2、弧形驅(qū)動(dòng)輪I 5、齒輪組I 3和直流電機(jī)I 7。軸承模塊I I固定在“U”型框架I 6上，弧形驅(qū)動(dòng)輪I 5和齒輪組I 3均固定套置在階梯軸I 2上，軸承模塊I I上設(shè)置有供階梯軸I 2穿過的通孔，階梯軸I 2的兩端穿過通孔固定在軸承模塊I I上，齒輪組I 3與位于“U”型框架I 6下部的直流電機(jī)I 7連接，所述齒輪組I 3包括相個(gè)相嚙合的大齒輪和小齒輪，大齒輪套置在階梯軸I2上，直流電機(jī)I 7與小齒輪連接并帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪I 5轉(zhuǎn)動(dòng)。弧形驅(qū)動(dòng)輪I 5位于“U”型框架I 6上部，且位于圓柱桿的相對上方，使用時(shí)由直流電機(jī)7驅(qū)動(dòng)齒輪組I 3的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)與小齒輪嚙合的大齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)階梯軸I2轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪I 5轉(zhuǎn)動(dòng)，與下鎖緊部分相配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人爬升。
[0023]下鎖緊部分包括“U”型框架II 20、小“U”型框架22、彈簧扣8、軸承模塊II 26、階梯軸II 27、弧形驅(qū)動(dòng)輪II 28、直流電機(jī)II 11、電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)I 10、電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)1121、絲杠112、絲杠II 23、直流伺服電機(jī)18、齒輪組III 19、齒輪組II 9、拉壓力傳感器24和同步帶機(jī)構(gòu)13。所述軸承模塊II 26設(shè)置在小“U”型框架22上，在軸承模塊II 26上設(shè)置有供階梯軸II 27穿過的通孔，階梯軸II 27兩端穿過通孔固定在軸承模塊II 26上，弧形驅(qū)動(dòng)輪II 28套置在階梯軸II 27上。所述齒輪組119包括相個(gè)相嚙合的大齒輪和小齒輪，大齒輪套置在階梯軸II 27上，直流電機(jī)II 11與小齒輪連接并帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪1128轉(zhuǎn)動(dòng)。所述電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)I 10和電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)II 21對稱設(shè)置在小“U”型框架22的左右兩側(cè)，所述電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)I 10包括支架10-1、擋塊10-2、彈簧I 10-3和電磁鐵滑塊10-4 ;所述支架10-1上設(shè)置有插孔，電磁鐵滑塊10-4插入到插孔中，彈簧I 10-3套置在電磁鐵滑塊10-4上，擋塊10-2優(yōu)選為薄擋塊，薄擋塊螺紋連接在電磁鐵滑塊10-4上方。使用時(shí)，電磁鐵滑塊10-4通電產(chǎn)生電磁力，克服彈簧110-3的彈力，電磁鐵滑塊10-4向下運(yùn)動(dòng)，并吸附在“U”型框架1120上，實(shí)現(xiàn)弧形驅(qū)動(dòng)輪1128的鎖緊。當(dāng)拉壓力傳感器24測量值在預(yù)定范圍之外時(shí)，電磁鐵滑塊10-4斷電，在彈簧110-3的作用下電磁鐵滑塊10-4離開“U”型框架1120，實(shí)現(xiàn)弧形驅(qū)動(dòng)輪1128的釋放。此時(shí)，直流伺服電機(jī)18可驅(qū)動(dòng)通過同步帶機(jī)構(gòu)13驅(qū)動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪1128相對于“U”型框架II 20移動(dòng)。
[0024]絲杠I 12和絲杠II 23對稱設(shè)置在“U”型框架II 20上，拉壓力傳感器24設(shè)置在絲杠II 23前端，彈簧扣8設(shè)置在“U”型框架II未安裝拉壓力傳感器24 —側(cè)的前端，所述彈簧扣8包括按扣8-1、立柱8-2、彈簧II 8-3和馬蹄型滑塊8-4。按扣8_1通過螺紋與立柱8-2連接，彈簧II 8-3套在立柱8-2上，馬蹄型滑塊8_4螺紋連接在立柱8_2下方。當(dāng)需要上鎖緊部分和下鎖緊部分連接時(shí)，推動(dòng)上鎖緊部分繞螺栓25轉(zhuǎn)動(dòng)，使其前端與馬蹄型滑塊8-4的斜面接觸，繼續(xù)向前推動(dòng)，馬蹄形滑塊8-4克服彈簧II8-3的推力向上升起，使上鎖緊部分繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，直到馬蹄型滑塊8-4在彈簧II8-3的推力作用下滑入上鎖緊部分加工的與其對應(yīng)的孔中。當(dāng)需要上鎖緊部分與下鎖緊部分分離時(shí)，拉起按扣克服彈簧II8-3推力，使馬蹄形滑塊8-4抬起，可以向后推動(dòng)上鎖緊部分使其與下鎖緊部分分離。絲杠I 12和絲杠II 23的末端均與同步帶機(jī)構(gòu)13連接，直流伺服電機(jī)18通過齒輪組III 19與同步帶機(jī)構(gòu)13連接使小“U”型框架22相對“U”型框架II 20直線運(yùn)動(dòng)。
[0025]上鎖緊部分與下鎖緊部分一端通過螺栓25鉸鏈連接在一起，另一端通過彈簧扣8連接在一起。在需要上鎖緊部分和下鎖緊部分連接時(shí)，推動(dòng)上鎖緊部分，通過彈簧扣8將兩者連接在一起。在需要上鎖緊部分和下鎖緊部分分離時(shí)，拉起彈簧扣，推動(dòng)上鎖緊部分使兩者分離?；⌒悟?qū)動(dòng)輪II 28位于“U”型框架II 20下部，且位于圓柱桿的相對下方，使用時(shí)由直流電機(jī)II 11驅(qū)動(dòng)齒輪組II 9的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)與小齒輪嚙合的大齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)階梯軸Π27轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪II 28轉(zhuǎn)動(dòng)。直流伺服電機(jī)18驅(qū)動(dòng)齒輪組III 19的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)與小齒輪嚙合的大齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)同步帶機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絲杠I 12和絲杠II 23同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使小“U”型框架22相對“U”型框架II 20直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)弧形驅(qū)動(dòng)輪15和弧形驅(qū)動(dòng)輪II 28之間距離的調(diào)整，從而與上鎖緊部分配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人爬升。
[0026]在弧形驅(qū)動(dòng)輪15和弧形驅(qū)動(dòng)輪II 28上設(shè)置有摩擦層，所述摩擦層為橡膠層4或防滑紋。通過在弧形驅(qū)動(dòng)輪I 5和弧形驅(qū)動(dòng)輪II 28上設(shè)置摩擦層，可以增加弧形驅(qū)動(dòng)輪與圓柱桿的摩擦力，提高爬桿效果。由于橡膠是一種具有可逆形變的高彈性聚合物材料，富有彈性，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀，因此通過設(shè)置橡膠層4將弧形驅(qū)動(dòng)輪與圓柱桿之間的硬接觸改為柔性接觸，增加了弧形驅(qū)動(dòng)輪與圓柱桿的摩擦力，提高爬桿效果。通過在弧形驅(qū)動(dòng)輪上設(shè)置防滑紋，一方面可以增加耐磨性提高弧形驅(qū)動(dòng)輪的使用壽命，另一方面可以增加弧形驅(qū)動(dòng)輪對圓柱桿的抓力。
[0027]配重部分包括平臺14、電池17、控制器16和無線接受器15 ;所述平臺14固定在“U”型框架II上，直流伺服電機(jī)18、電池17、控制器16和無線接受器15固定在平臺14上。配重部分使爬桿機(jī)器人的整體重心在其幾何中心外，而整體重心到圓柱桿軸線的距離、圓柱桿的直徑以及兩個(gè)弧形驅(qū)動(dòng)輪的中心距組成一個(gè)與摩擦力系數(shù)相關(guān)的不等式，當(dāng)不等式成立時(shí)，機(jī)器人相對于圓柱桿自鎖。
[0028]本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人工作時(shí)，上鎖緊部分與下鎖緊部分通過螺栓和彈簧扣鉸接成一個(gè)矩形環(huán)結(jié)構(gòu)，兩個(gè)弧形驅(qū)動(dòng)輪的中心連線與水平方向的夾角為一個(gè)銳角。由于上鎖緊部分和下鎖緊部分具有自鎖功能，從而自圓柱桿的兩側(cè)對圓柱桿進(jìn)行夾持鎖緊，上鎖緊部分和下鎖緊部分分別位于圓柱桿兩側(cè)的相對上方和相對下方。本發(fā)明自鎖式爬桿機(jī)器人的整體重心在幾何中心外部，在重力作用下產(chǎn)生傾覆力矩，為了克服傾覆力矩，圓柱桿對上鎖緊部分和下鎖緊部分產(chǎn)生大小相等方向相反的正壓力，由正壓力產(chǎn)生的摩擦力能夠抵消機(jī)器人所受的重力，機(jī)器人相對于圓柱桿進(jìn)行自鎖。由于機(jī)器人相對于圓柱桿的自鎖與重力無關(guān)，故配重部分可攜帶的重物只受材料強(qiáng)度的限制，使機(jī)器人可以攜帶遠(yuǎn)超自身重力的物品在圓柱桿上爬動(dòng)。
[0029]當(dāng)圓柱桿的直徑改變時(shí)，直流伺服電機(jī)18由控制器29通過分析拉壓力傳感器21測量力的數(shù)據(jù)是否在閾值內(nèi)對其進(jìn)行控制，直流伺服電機(jī)18帶動(dòng)齒輪組III的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)與小齒輪嚙合的大齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)使同步帶機(jī)構(gòu)13轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絲杠112和絲杠1123同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使小“U”型框架22相對“U”型框架1120直線運(yùn)動(dòng)直到拉壓力傳感器21測量力的數(shù)據(jù)回到閾值內(nèi)。通過這種方式可以保證機(jī)器人相對于圓柱桿的自鎖條件。
[0030]上述結(jié)構(gòu)只說明所述的自鎖式爬桿機(jī)器人的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于為人們提供一種新的爬桿方法，使人們可以在設(shè)計(jì)其他爬桿機(jī)器人時(shí)擁有其他的設(shè)計(jì)方案，以上所述并不能限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案進(jìn)行等效變換或修飾，都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自鎖式爬桿機(jī)器人，其特征在于:包括上鎖緊部分、下鎖緊部分和配重部分，所述上鎖緊部分與下鎖緊部分鉸接連接，工作時(shí)，下鎖緊部分位于上鎖緊部分的斜下方，配重部分固定在下鎖緊部分上，上鎖緊部分和下鎖緊部分在配重部分的作用下可相對于圓柱桿自鎖，從而在圓柱桿上爬動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自鎖式爬桿機(jī)器人，其特征在于:所述上鎖緊部分包括“U”型框架I (6)、軸承模塊I (I)、階梯軸I (2)、弧形驅(qū)動(dòng)輪I (5)、齒輪組I (3)和直流電機(jī)I(7);所述軸承模塊I (I)固定在“U”型框架I (6)下方，弧形驅(qū)動(dòng)輪I (5)套置在階梯軸I (2)上，階梯軸I (2)固定在軸承模塊I (I)上，直流電機(jī)I (7)固定在“U”型框架I(6)上，直流電機(jī)I (7)與齒輪組I (3)連接，所述齒輪組I (3)包括相個(gè)相嚙合的大齒輪和小齒輪，大齒輪套置在階梯軸I (2)上，小齒輪套置在直流電機(jī)I (7)上，直流電機(jī)I (7)通過齒輪組I (3)帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪I (5)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自鎖式爬桿機(jī)器人，其特征在于:所述下鎖緊部分包括“U”型框架II (20)、小“U”型框架(22)、彈簧扣(8)、軸承模塊II (26)、階梯軸II (27)、弧形驅(qū)動(dòng)輪II (28)、直流電機(jī)II (11)、電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)I (10)、電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)II (21)、絲杠I (12)、絲杠II (23)、直流伺服電機(jī)(18)、齒輪組III (19)、齒輪組II (9)和同步帶機(jī)構(gòu)(13);所述軸承模塊II (26)設(shè)置在小“U”型框架(22)上，在軸承模塊II (26)上設(shè)置有供階梯軸II (27)穿過的通孔，階梯軸II (27)兩端穿過通孔固定在軸承模塊II (20)上，弧形驅(qū)動(dòng)輪II (28)套置在階梯軸II (27)上，所述齒輪組II (9)包括相個(gè)相嚙合的大齒輪和小齒輪，大齒輪套置在階梯軸II (27)上，直流電機(jī)II (11)與小齒輪連接并帶動(dòng)弧形驅(qū)動(dòng)輪II (28)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)I (10)和電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)II (21)對稱設(shè)置在小“U”型框架(22)的左右兩側(cè)，絲杠I (12)和絲杠II (23)對稱設(shè)置在“U”型框架II(20)上，在絲杠II (23)前端設(shè)置有拉壓力傳感器(24)，彈簧扣(8)設(shè)置在“U”型框架II (20)前端，絲杠I (12)和絲杠II (23)的末端均與同步帶機(jī)構(gòu)(13)連接，直流伺服電機(jī)(18)通過齒輪組III (19)與同步帶機(jī)構(gòu)(13)連接使小“U”型框架(22)相對“U”型框架II (20)直線運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自鎖式爬桿機(jī)器人，其特征在于:所述配重部分包括平臺(14)、電池(17)、控制器(16)和無線接受器(15);所述電池(17)、控制器(16)和無線接受器(15)固定在平臺(14)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自鎖式爬桿機(jī)器人，其特征在于:所述電磁鐵自鎖機(jī)構(gòu)1(10)包括支架(10-1)、擋塊(10-2)、彈簧I (10-3)和電磁鐵滑塊(10-4);所述支架(10_1)上設(shè)置有插孔，電磁鐵滑塊(10-4)插入到插孔中，彈簧I (10-3)套置在電磁鐵滑塊(10-4)上，擋塊(10-2)螺紋連接在電磁鐵滑塊(10-4)上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自鎖式爬桿機(jī)器人，其特征在于:所述彈簧扣(8)包括按扣(8-1)、立柱(8-2)、彈簧II (8-3)和馬蹄型滑塊(8-4);按扣(8_1)通過螺紋與立柱(8_2)連接，彈簧II (8-3)套置在立柱(8-2)上，馬蹄型滑塊(8-4)螺紋連接在立柱(8_2)下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自鎖式爬桿機(jī)器人，其特征在于:還包括設(shè)置在弧形驅(qū)動(dòng)輪I(5)和弧形驅(qū)動(dòng)輪II (28)上的摩擦層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自鎖式爬桿機(jī)器人，其特征在于:所述摩擦層為橡膠層(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自鎖式爬桿機(jī)器人，其特征在于:所述摩擦層為防滑紋。
【文檔編號】A63B27/00GK104353225SQ201410656160
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】王新杰, 王才東, 王輝, 李一浩, 范國鋒, 梅向陽, 湯一明, 王晨, 陳鹿民, 王良文 申請人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院