腳扣連續(xù)式爬桿裝置及其爬桿方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種腳扣連續(xù)式爬桿裝置，包括左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)、左、右升降機(jī)構(gòu)以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括支撐臂和半圓形腳扣，支撐臂的后端鉸連，腳扣鉸連在支撐臂前端內(nèi)側(cè)，支撐臂上設(shè)有調(diào)節(jié)腳扣與水平面夾角的曲柄搖桿構(gòu)件；升降機(jī)構(gòu)包括鉸連的曲柄和連桿以及豎直滑動(dòng)的滑塊，連桿鉸連在滑塊上，滑塊上的滑動(dòng)銷滑動(dòng)設(shè)于支撐臂上對(duì)應(yīng)開設(shè)的滑動(dòng)槽內(nèi)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括齒輪傳動(dòng)副帶動(dòng)的傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸的左、右軸端分別連接對(duì)應(yīng)的曲柄；左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的交替動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)爬桿裝置于桿件上的連續(xù)性攀爬。本發(fā)明負(fù)載大，可連續(xù)性、高效、安全爬桿，技術(shù)方案簡(jiǎn)單，從設(shè)計(jì)和生產(chǎn)角度看具有較好的前景和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說(shuō)明】
腳扣連續(xù)式爬桿裝置及其爬桿方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及攀爬機(jī)器人，具體為一種腳扣連續(xù)式爬桿裝置及其爬桿方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我們?cè)谌粘Ｉ钪泻芏鄷r(shí)候需要進(jìn)行高空作業(yè)，比如高空攝像、播音、照明、測(cè)量、清潔和高空修理等。這些作業(yè)帶有極大的不安全性，隨著人們對(duì)自身保護(hù)意識(shí)的提高，人們學(xué)會(huì)了研發(fā)機(jī)器人來(lái)代替自身的危險(xiǎn)性工作，同時(shí)用機(jī)器來(lái)幫助人類完成一些繁瑣沉重的工作，以解放人類雙手。
[0003]爬桿機(jī)器人的特征在于機(jī)器人需要克服本體和其載體的重力，沿著桿的軸方向做功，使得機(jī)器人的高度發(fā)生變化，以完成特定的其他工作。
[0004]現(xiàn)有爬桿機(jī)器人主要有幾種:電動(dòng)機(jī)械式爬桿機(jī)器人、氣動(dòng)蠕行式爬桿機(jī)器人和電動(dòng)蠕行式爬桿機(jī)器人。
[0005]電動(dòng)機(jī)械式爬桿機(jī)器人主要是以電動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，結(jié)合鏈輪、齒輪、帶輪、蝸輪蝸桿和曲柄滑塊等機(jī)構(gòu)進(jìn)行上升和下降運(yùn)動(dòng)，其支撐是依靠輪子和桿件之間的摩擦力來(lái)保持平衡，或者依靠夾緊手臂與桿件之間摩擦力保持平衡一一這類機(jī)器人需要控制的電機(jī)多，控制部分設(shè)計(jì)復(fù)雜，機(jī)械結(jié)構(gòu)笨重，負(fù)載能力非常有限。
[0006]氣動(dòng)蠕行式爬桿機(jī)器人是依靠氣缸驅(qū)動(dòng)夾緊手臂進(jìn)行夾緊和松開的交替運(yùn)動(dòng)，并配合其它機(jī)構(gòu)對(duì)上下夾緊手臂進(jìn)行上下交替運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的上升與下降，其支撐是依靠夾緊手臂與桿件之間摩擦力保持平衡一一這類機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)是載重較大，機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但控制其工作的氣動(dòng)系統(tǒng)龐大，不適于戶外移動(dòng)使用，而且費(fèi)用高昂。
[0007]電動(dòng)蠕行爬桿機(jī)器人是以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，采取夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊和松開的交替運(yùn)動(dòng)，并配合其它機(jī)構(gòu)對(duì)上下夾緊手臂進(jìn)行上下交替運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的攀爬功能一一這類機(jī)器人采用了曲柄滑塊作為主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，但是由于夾緊裝置本身受摩擦力的限制，使得此類型機(jī)器人的負(fù)載能力有限，不適用于強(qiáng)負(fù)載的工作環(huán)境。
[0008]目前，攀爬機(jī)器人的攀爬運(yùn)動(dòng)都是間歇式運(yùn)動(dòng)，非連續(xù)運(yùn)動(dòng)，攀爬效率低，適應(yīng)性差或負(fù)載能力差或系統(tǒng)龐大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出了一種負(fù)載大、非間歇性、高效、安全、穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的腳扣連續(xù)式爬桿裝置及其爬桿方法。
[0010]能夠解決上述技術(shù)問題的腳扣連續(xù)式爬桿裝置，其技術(shù)方案包括基于機(jī)架設(shè)置的左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)、對(duì)應(yīng)于左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置的左、右升降機(jī)構(gòu)以及同時(shí)控制左、右升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中:
[0011]1、所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括支撐臂和可松開和扣緊桿件的腳扣，所述支撐臂的后端鉸連于機(jī)架，所述腳扣設(shè)于支撐臂的前端，支撐臂上設(shè)有控制腳扣放松和扣緊桿件的腳扣控制組件。
[0012]2、所述升降機(jī)構(gòu)為機(jī)架上設(shè)置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，包括鉸連的曲柄和連桿以及豎直滑動(dòng)的滑塊，所述連桿鉸連在滑塊上，所述滑塊上設(shè)置的滑動(dòng)銷滑動(dòng)設(shè)于對(duì)應(yīng)支撐臂上開設(shè)的滑動(dòng)槽內(nèi)。
[0013]3、所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括由具有降速傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)副帶動(dòng)的傳動(dòng)軸，所述傳動(dòng)軸的左、右軸端分別連接對(duì)應(yīng)的曲柄。
[0014]左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支撐臂與機(jī)架的鉸連點(diǎn)處于上、下不同的高度位置上且分別向上、下斜伸。
[0015]所述腳扣優(yōu)選半圓形環(huán)扣，所述半圓形環(huán)扣通過扣環(huán)座鉸連在支撐臂的內(nèi)側(cè)，所述腳扣控制組件的一種方案為轉(zhuǎn)動(dòng)扣環(huán)座調(diào)節(jié)半圓形環(huán)扣與水平面夾角的曲柄搖桿組件。
[0016]所述半圓形環(huán)扣平行于水平面為松開桿件狀態(tài)，半圓形環(huán)扣與水平面形成夾角為扣緊桿件狀態(tài)。
[0017]為使半圓形環(huán)扣有效扣緊桿件，所述半圓形環(huán)扣與水平面的夾角為5°?30°。
[0018]所述曲柄搖桿構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)優(yōu)選舵機(jī)，所述舵機(jī)由裝置上設(shè)置的電控系統(tǒng)控制。
[0019]所述齒輪傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)為減速電機(jī)，所述減速電機(jī)由裝置上設(shè)置的電控系統(tǒng)控制。
[0020]本發(fā)明腳扣連續(xù)式爬桿裝置的爬桿方法，其攀爬方式為:
[0021]1、左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣于上、下位置圍住桿件。
[0022]2、左或右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣卡緊桿件，機(jī)架通過左或右升降機(jī)構(gòu)上升左或右執(zhí)行機(jī)構(gòu)而得到提升，右或左執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣松開桿件，在隨機(jī)架提升的同時(shí)，右或左執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過右或左升降機(jī)構(gòu)而得到提升。
[0023]3、右或左執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣卡緊桿件，機(jī)架通過右或左升降機(jī)構(gòu)上升右或左執(zhí)行機(jī)構(gòu)而得到提升，左或右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣松開桿件，在隨機(jī)架提升的同時(shí)，左或右執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過左或右升降機(jī)構(gòu)而得到提升。
[0024]4、左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的交替動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)爬桿裝置于桿件上的連續(xù)性攀爬。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]1、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)裝置大負(fù)載，并且可連續(xù)性、高效、安全爬桿。
[0027]2、本發(fā)明技術(shù)方案簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和制作成本，工作效率高。
[0028]3、本發(fā)明可獨(dú)立工作，亦可在其機(jī)身上配置安裝或攜帶多種類功能性構(gòu)件而完成不同的工作。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2為圖1實(shí)施方式的主視圖。
[0031]圖3為圖1實(shí)施方式的側(cè)視圖。
[0032]圖4為圖1實(shí)施方式的俯視圖。
[0033]圖號(hào)標(biāo)識(shí):1、機(jī)架；2、支撐臂；3、腳扣;4、扣環(huán)座；5、曲柄搖桿組件;6、曲柄；7、連桿;8、滑塊;9、傳動(dòng)軸;10、舵機(jī);11、齒輪傳動(dòng)副；12、減速電機(jī);13、滑桿。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖所示實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0035]本發(fā)明腳扣連續(xù)式爬桿裝置的技術(shù)方案，包括基于機(jī)架I設(shè)置的左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)、對(duì)應(yīng)于左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置的左、右升降機(jī)構(gòu)以及同時(shí)控制左、右升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)、各升降機(jī)構(gòu)的電路控制系統(tǒng)。
[0036]所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括支撐臂2、腳扣3(優(yōu)選半圓形環(huán)扣)、曲柄搖桿組件5和舵機(jī)10，所述支撐臂2的后端于機(jī)架I的對(duì)應(yīng)側(cè)面上鉸裝，所述半圓形環(huán)扣的中部穿設(shè)于扣環(huán)座4的內(nèi)部并且使半圓形環(huán)扣的環(huán)口向內(nèi)，所述扣環(huán)座4通過外側(cè)軸銷鉸裝于支撐臂2的前端內(nèi)側(cè);所述舵機(jī)10安裝于支撐臂2的外側(cè)，所述曲柄搖桿組件5連接扣環(huán)座4的軸銷與舵機(jī)10的輸出軸;左、右支撐臂2于機(jī)架I對(duì)應(yīng)側(cè)面上的鉸裝位置一高一低，一個(gè)支撐臂2向上斜伸，另一個(gè)支撐臂2向下斜伸，各支撐臂2上的舵機(jī)10通過曲柄搖桿組件5控制對(duì)應(yīng)半圓形環(huán)扣的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，使其與水平面平行或與水平面呈5°?30°的夾角，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
[0037]所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)于機(jī)架I上部，包括傳動(dòng)軸9、齒輪傳動(dòng)副11和減速電機(jī)12，所述傳動(dòng)軸9左、右橫置于機(jī)架I的左、右側(cè)面上，所述齒輪傳動(dòng)副11(具有一級(jí)降速傳動(dòng)比)的從動(dòng)大齒輪安裝于傳動(dòng)軸9上，齒輪傳動(dòng)副11的主動(dòng)小齒輪安裝于減速電機(jī)12的輸出軸上，如圖2所示。
[0038]所述升降機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，包括曲柄6、連桿7和滑塊8，所述滑塊8滑動(dòng)安裝于機(jī)架I對(duì)應(yīng)側(cè)面的滑桿13上，所述曲柄6的上端固連傳動(dòng)副11的對(duì)應(yīng)軸端(伸在機(jī)架I對(duì)應(yīng)側(cè)面外)，曲柄6的下端鉸連連桿7的上端，所述連桿7的下端鉸連滑塊8，所述滑塊8上設(shè)有滑動(dòng)銷，所述滑動(dòng)銷滑動(dòng)設(shè)于對(duì)應(yīng)支撐臂2上開設(shè)的滑動(dòng)槽內(nèi)，如圖1、圖2、圖3所示。
[0039]采用本發(fā)明腳扣連續(xù)式爬桿裝置的爬桿方法，按如下步驟進(jìn)行:
[0040]1、所述機(jī)架I置于桿件(比如電線桿)旁的下端，上、下半圓形環(huán)扣即腳扣3分別于左、右方向圍住桿件。
[0041 ] 2、上方半圓形環(huán)扣(腳扣3)對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，即舵機(jī)10通過曲柄搖桿組件5轉(zhuǎn)動(dòng)半圓形環(huán)扣，使半圓形環(huán)扣與水平面呈5°?30°的夾角而扣緊桿件(曲柄搖桿構(gòu)件5的轉(zhuǎn)動(dòng)死點(diǎn)鎖緊半圓形環(huán)扣的扣緊位置)；對(duì)應(yīng)的升降機(jī)構(gòu)動(dòng)作，即在減速電機(jī)12控制下曲柄滑塊機(jī)構(gòu)推動(dòng)滑塊8下行，向上斜伸的支撐臂2逐漸變換為向下斜伸，在該支撐臂2的變換過程中，機(jī)架I沿著桿件上升;此時(shí)下方腳扣3對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，即舵機(jī)10通過曲柄搖桿組件5轉(zhuǎn)動(dòng)半圓形環(huán)扣，使半圓形環(huán)扣與水平面呈0°?5°的夾角而松開桿件，在機(jī)架I上升的同時(shí)，下方的半圓形環(huán)扣跟隨上升。
[0042]3、下方半圓形環(huán)扣對(duì)應(yīng)的升降機(jī)構(gòu)動(dòng)作，即在減速電機(jī)12控制下曲柄滑塊機(jī)構(gòu)拉動(dòng)滑塊8上行，向下斜伸的支撐臂2逐漸變換為向上斜伸，在該支撐臂2的變換過程中，原來(lái)下方的半圓形環(huán)扣變換為上方半圓形環(huán)扣，而原來(lái)上方的半圓形環(huán)扣變換為下方半圓形環(huán)扣。
[0043]4、重復(fù)第2、第3步驟，即左、右升降機(jī)構(gòu)控制左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)交替動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)于桿件上的連續(xù)性攀爬。
[0044]上述實(shí)施方式可在不脫離本發(fā)明的范圍之內(nèi)進(jìn)行若干設(shè)計(jì)上的變化，故以上具體實(shí)施案例的說(shuō)明應(yīng)視為示例性質(zhì)，并非用以限制本發(fā)明申請(qǐng)專利的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.腳扣連續(xù)式爬桿裝置，其特征在于包括基于機(jī)架(I)設(shè)置的左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)、對(duì)應(yīng)于左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置的左、右升降機(jī)構(gòu)以及同時(shí)控制升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中: ①、所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括支撐臂(2)和可松開和扣緊桿件的腳扣(3)，所述支撐臂(2)的后端鉸連于機(jī)架(I)，所述腳扣(3)設(shè)于支撐臂(2)的前端，支撐臂(2)上設(shè)有控制腳扣(3)放松和扣緊桿件的腳扣控制組件； ②、所述升降機(jī)構(gòu)為機(jī)架(I)上設(shè)置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，包括鉸連的曲柄(6)和連桿(7)以及豎直滑動(dòng)的滑塊(8)，所述連桿(7)鉸連在滑塊(8)上，所述滑塊(8)上的滑動(dòng)銷滑動(dòng)設(shè)于對(duì)應(yīng)支撐臂(2)上開設(shè)的滑動(dòng)槽內(nèi)； ③、所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括由具有降速傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)副(11)帶動(dòng)的傳動(dòng)軸(9)，所述傳動(dòng)軸(9)的左、右軸端分別連接對(duì)應(yīng)的曲柄(6)。 左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支撐臂(2)與機(jī)架(I)的鉸連點(diǎn)處于上、下不同的高度位置上且分別向上、下斜伸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腳扣連續(xù)式爬桿裝置，其特征在于:所述腳扣(3)為半圓形環(huán)扣，所述半圓形環(huán)扣通過扣環(huán)座(4)鉸連在支撐臂(2)的內(nèi)側(cè)，所述腳扣控制組件為轉(zhuǎn)動(dòng)扣環(huán)座(4)調(diào)節(jié)半圓形環(huán)扣與水平面夾角的曲柄搖桿組件(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腳扣連續(xù)式爬桿裝置，其特征在于:所述半圓形環(huán)扣平行于水平面為松開桿件狀態(tài)，半圓形環(huán)扣與水平面形成夾角為扣緊桿件狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的腳扣連續(xù)式爬桿裝置，其特征在于:為使半圓形環(huán)扣有效卡緊桿件，所述半圓形環(huán)扣與水平面的夾角為5°?30°。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任意一項(xiàng)所述的腳扣連續(xù)式爬桿裝置，其特征在于:所述曲柄搖桿構(gòu)件(5)的驅(qū)動(dòng)為電控系統(tǒng)控制的舵機(jī)(10)。6.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任意一項(xiàng)所述的腳扣連續(xù)式爬桿裝置，其特征在于:所述齒輪傳動(dòng)副(11)的驅(qū)動(dòng)為電控系統(tǒng)控制的電機(jī)(12)。7.腳扣連續(xù)式爬桿裝置爬桿方法，其特征在于采用了如權(quán)利要求1?4中任意一項(xiàng)所述的腳扣連續(xù)式爬桿裝置在桿上進(jìn)行攀爬，其攀爬方式為: ①、左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣(3)于上、下位置圍住桿件； ②、左或右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣(3)卡緊桿件，機(jī)架(I)通過左或右升降機(jī)構(gòu)上升左或右執(zhí)行機(jī)構(gòu)而得到提升，右或左執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣(3)松開桿件，在隨機(jī)架(I)提升的同時(shí)，右或左執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過右或左升降機(jī)構(gòu)而得到提升； ③、右或左執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣(3)卡緊桿件，機(jī)架(I)通過右或左升降機(jī)構(gòu)上升右或左執(zhí)行機(jī)構(gòu)而得到提升，左或右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腳扣(3)松開桿件，在隨機(jī)架(I)提升的同時(shí)，左或右執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過左或右升降機(jī)構(gòu)而得到提升； ④、左、右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的交替動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)于桿件上的連續(xù)性攀爬。
【文檔編號(hào)】A63B27/04GK105833479SQ201610381491
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】周省邦, 李傳起, 李祖裕, 陸葉, 蔣顏輝, 黃磊
【申請(qǐng)人】廣西師范大學(xué)