鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，包括：載具，用于載置檢測設(shè)備；上攀爬部分；下攀爬部分，具有一對(duì)鉸接于載具下端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)角大小的下臂，以及連接于下臂非鉸接端的腳爪，該腳爪下部為上拱的曲部；其中，上臂和下臂均具有伸縮結(jié)構(gòu)，從而配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，使上臂和下臂交替伸縮。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊,并利于鐵塔的可靠攀爬。
【專利說明】鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電力設(shè)備上用以攀爬鐵塔的機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]線路桿塔及其附屬設(shè)備安裝完成后，監(jiān)理需對(duì)安裝質(zhì)量和工藝進(jìn)行巡檢，通常對(duì)桿塔的檢查主要是安排登高人員攀爬桿塔進(jìn)行檢查，不僅存在人員安全問題，還存在觀測點(diǎn)少，人力成本高的問題。
[0003]關(guān)于線路巡檢，越來越多的采用機(jī)器人進(jìn)行巡檢。用于巡檢的機(jī)器人根據(jù)具體巡檢對(duì)象不同而在結(jié)構(gòu)上有所區(qū)分，然而巡檢機(jī)器人都具有一定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其通常包含載具，用以承載各類檢測設(shè)備，匹配該載具通常還需要設(shè)置攀爬裝置，其中攀爬裝置因其具體應(yīng)用的適配性而決定了巡檢機(jī)器人的分類。
[0004]于第一應(yīng)用中，載具具有履帶式底盤結(jié)構(gòu)，對(duì)于需要垂直攀爬的機(jī)器人來說單純的履帶式底盤顯然無法勝任攀爬的需要，因而，加以匹配的攀爬裝置就成為此類巡檢機(jī)器人的必備附件。常用的攀爬裝置具有上下分布的兩對(duì)攀爬臂，每個(gè)攀爬臂的具體形態(tài)構(gòu)造為以中心軸為裝配軸并以中心軸為基準(zhǔn)輻設(shè)的若干臂部，利用臂部端頭與被檢測對(duì)象托持形成攀爬動(dòng)力，若干臂部交替形成支撐，從而完成連續(xù)的攀爬。
[0005]第一應(yīng)用中的攀爬裝置所涉及的臂部數(shù)量、長度需要與攀爬對(duì)象具有嚴(yán)格的匹配關(guān)系，因而適用范圍受到很大限制。
[0006]在第二應(yīng)用中，臂部被簡化為一對(duì)，并關(guān)于中心軸對(duì)稱，在此條件下，往往需要額外的合抱裝置進(jìn)行輔助，避免機(jī)器人的掉落，且上下攀爬臂在轉(zhuǎn)角相位上存在一個(gè)相位差，因而需要進(jìn)行上下攀爬臂軸的同步驅(qū)動(dòng)，整體結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]因此本實(shí)用新型的目的在于提供一種適于鐵塔攀爬的機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，并具有攀爬的可靠性。
[0008]本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，包括:
[0010]載具，用于載置檢測設(shè)備；
[0011]上攀爬部分，具有一對(duì)鉸接于載具上端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)角大小的上臂，以及連接于上臂非鉸接端的手爪，該手爪頂部為上拱的曲部；
[0012]下攀爬部分，具有一對(duì)鉸接于載具下端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)角大小的下臂，以及連接于下臂非鉸接端的腳爪，該腳爪下部為上拱的曲部；
[0013]其中，上臂和下臂均具有伸縮結(jié)構(gòu)，從而配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，使上臂和下臂交替伸縮。
[0014]于上述結(jié)構(gòu)中，依據(jù)本實(shí)用新型，利用上攀爬部分和下攀爬部分被約束的上臂和下臂的交替伸縮運(yùn)動(dòng)，形成懸掛和支撐，借助于鐵塔具有的傾斜度，實(shí)現(xiàn)攀爬。對(duì)于腳爪和手爪，利用上拱的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自導(dǎo)引，從而實(shí)現(xiàn)懸掛活著支撐兩個(gè)動(dòng)作的脫離或者置位。相對(duì)而言，其整體結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單，借助于鐵塔的斜度，能夠可靠的進(jìn)行攀爬。
[0015]上述鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，于一些較佳的實(shí)施例中，所述上臂和下臂為流體缸，相應(yīng)地，流體缸的缸體座端為鉸接端，活塞桿連接相應(yīng)的手爪或腳爪，控制結(jié)構(gòu)非常簡單，不依賴于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過管路的匹配連接即可。
[0016]具體地，所述流體缸為單作用氣壓缸，配管更加簡單，且相對(duì)于其他的流體缸，無污染；
[0017]相應(yīng)地，所述驅(qū)動(dòng)裝置為匹配的壓縮系統(tǒng)。
[0018]優(yōu)選地，所述手爪和腳爪均為弧形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，制作成本低。
[0019]于一些實(shí)施例中，被約束轉(zhuǎn)角的所述上臂或者下臂在轉(zhuǎn)角的一個(gè)止點(diǎn)配置為初始位置，并通過配置在相應(yīng)鉸軸處的扭簧約束該初始位置，籍以產(chǎn)生復(fù)位到初始位置的回復(fù)力，借以提高攀爬的可靠性。
[0020]優(yōu)選地，所述載具包括:
[0021]載置部；以及
[0022]導(dǎo)引部，配置在載置部朝向攀爬面?zhèn)?，至少在上端設(shè)有反向于攀爬面的翹曲面，攀爬受導(dǎo)引部約束，從而攀爬穩(wěn)定性更好。
[0023]優(yōu)選地，所述導(dǎo)引部為雪橇板。
[0024]進(jìn)一步地，所述雪橇板配有兩個(gè)而左右各一地分居于載置部兩側(cè)。
[0025]在較佳的實(shí)施例中，所述載置部包括一主架和通過平行于攀爬方向的鉸軸連接在該主架上的副架，以及鎖定該鉸軸的鎖緊裝置，方便載置部整體寬度的調(diào)整。
[0026]優(yōu)選地，所述主架包括一平架和從該平架左右側(cè)之一向攀爬側(cè)延伸的支撐部，其中所述副架與所述支撐部結(jié)構(gòu)相同。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為依據(jù)本實(shí)用新型的一種鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人的原理圖。
[0028]圖2為一種載具結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3為對(duì)上臂的轉(zhuǎn)角進(jìn)行約束的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中:1.載具，2.上臂，3.手爪，4.攝像頭，5.旋臂，6.下臂，7.腳爪，8.無線通信單元；11.主架，12.副架，13.銷軸，14.雪橇；21.主動(dòng)齒輪，22.被動(dòng)齒輪，23.氣口，24.缸體，25.活塞桿。

【具體實(shí)施方式】
[0031]鐵塔往往是上小下大的錐形結(jié)構(gòu)，側(cè)面通常具有各種連接結(jié)構(gòu)，可作為攀爬的支撐。錐形結(jié)構(gòu)在其側(cè)面具有一定的斜度，依賴于該斜度可通過支撐和懸掛不致機(jī)器人掉落。
[0032]本案中的上、下以攀爬方向上為參考，前進(jìn)的方向?yàn)樯?，以此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解。進(jìn)而左右方向即為以上下方向?yàn)閰⒖嫉淖笥摇?br> [0033]關(guān)于攀爬面，可以理解為如鐵塔的側(cè)面，盡管鐵塔的側(cè)面非面板結(jié)構(gòu)，但在學(xué)理上能夠?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
[0034]參見說明書附圖1至3所示的一種鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其基本結(jié)構(gòu)可見于附圖1，圖1為原理圖，它包括:
[0035]載具1，用于載置檢測設(shè)備，如攝像頭4，還可以包含如通信終端，以利于把檢測結(jié)構(gòu)傳送給地面站。
[0036]關(guān)于檢測設(shè)備及其在載具I上的配置可以參考既有的攀爬機(jī)器人，在本案中側(cè)重于攀爬結(jié)構(gòu)的配置。
[0037]在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，攀爬結(jié)構(gòu)被配制成上下兩個(gè)部分，其中:
[0038]上攀爬部分，具有一對(duì)鉸接于載具上端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)角大小的上臂2，以及連接于上臂2非鉸接端的手爪3，該手爪3頂部為上拱的曲部。
[0039]首先關(guān)于轉(zhuǎn)角的約束，如上臂2，可以直接采用最簡單的機(jī)械約束，如配置在銷軸活著轉(zhuǎn)軸上的擋銷結(jié)構(gòu)或者其他的以阻擋為基本結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
[0040]單純的機(jī)械約束還可以表現(xiàn)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的約束上，如圖3所示的傳動(dòng)部分的約束，也就是如上臂2的轉(zhuǎn)動(dòng)不再依靠自身的導(dǎo)引所產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)力，而是依靠傳動(dòng)的轉(zhuǎn)角控制。具體可見于如圖3所示的主動(dòng)齒輪21于被動(dòng)齒輪22的嚙合，通過齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)角控制實(shí)現(xiàn)如上臂2的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)掛起或者脫開的控制。
[0041 ] 在一些實(shí)施例中，依靠純粹的導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，并依賴于復(fù)位，用以形成可靠的如上臂2的掛起，相對(duì)而言，這種結(jié)構(gòu)更加簡單。
[0042]對(duì)位配置下攀爬部分，具有一對(duì)鉸接于載具I下端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)角大小的下臂6，以及連接于下臂6非鉸接端的腳爪7，該腳爪7下部為上拱的曲部。相應(yīng)的轉(zhuǎn)角控制可以參考上臂2的控制方式。
[0043]其中，上臂2和下臂6均具有伸縮結(jié)構(gòu)，從而配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，使上臂和下臂交替伸縮。當(dāng)下臂6伸出時(shí)，上臂2上的手爪3因下部有支持而脫開，當(dāng)下臂6支撐到一定高度時(shí)，手爪3受到鐵塔相應(yīng)位置的阻擋而自導(dǎo)引，從而掛在該結(jié)構(gòu)上，上臂2在進(jìn)行收縮，掛起，腳爪7脫開，依次類推實(shí)現(xiàn)交替的攀爬。
[0044]關(guān)于上臂2和下臂6的伸縮控制，從前述的內(nèi)容中可以看出應(yīng)該是交替進(jìn)行，當(dāng)然，兩者可能在某些時(shí)段都處于伸的狀態(tài)，但這并不影響對(duì)交替伸縮的理解。
[0045]關(guān)于如上臂2的擺動(dòng)，簽署的內(nèi)容中已經(jīng)涉及，可采用主動(dòng)的擺動(dòng)，也可以采用被動(dòng)的擺動(dòng)。
[0046]關(guān)于伸縮，在機(jī)械領(lǐng)域，可以理解為最為簡單的直線運(yùn)動(dòng)，因此實(shí)現(xiàn)上相對(duì)容易，在優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，直接采用流體缸，具體如圖3所示，所述上臂3和下臂6為流體缸，相應(yīng)地，流體缸的缸體座端為鉸接端，活塞桿25連接相應(yīng)的手爪或腳爪。
[0047]流體缸能量密度大，換言之，整體結(jié)構(gòu)非常緊湊，尤其是液壓缸。并且依賴于管路傳送動(dòng)力，因此，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的配置要求相對(duì)較低。
[0048]在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，僅配有一個(gè)氣口 23，表示為所述流體缸為單作用氣壓缸，配管非常簡單，活塞桿25的復(fù)位可以采用機(jī)械復(fù)位，如利用復(fù)位彈簧的復(fù)位。
[0049]由于流體缸的伸縮采用止點(diǎn)控制，其應(yīng)用受到一定的限制，因此在一些應(yīng)用中，還可以調(diào)配如缸體24座端的結(jié)構(gòu)，配置機(jī)械伸縮結(jié)構(gòu)，如螺紋結(jié)構(gòu)，通過雙重的伸縮配置，滿足不同條件下的應(yīng)用。
[0050]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置為匹配的壓縮系統(tǒng)，具體是氣體壓縮系統(tǒng)。由于所實(shí)現(xiàn)的控制只是簡單地伸縮控制，所需要的氣體壓縮系統(tǒng)比較簡單，本領(lǐng)域的技術(shù)人員無需付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。
[0051]于一些實(shí)現(xiàn)中，所述手爪3和腳爪7均為弧形結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)非常緊湊，制作成本低。
[0052]在一些實(shí)施例中，如手爪3與上臂2的非連接端配有一個(gè)勾部，而其余部分構(gòu)成一個(gè)斜向上的傾斜部，更容易形成導(dǎo)引和鉤掛結(jié)構(gòu)。
[0053]機(jī)械約束，具體是被約束的轉(zhuǎn)角必然存在兩個(gè)止點(diǎn)，可以理解為一個(gè)為起點(diǎn)，另一個(gè)為終點(diǎn)，其中起點(diǎn)表示如上臂2的掛起的位置，終點(diǎn)為極限擺動(dòng)位置，那么如所述上臂2或者下臂6在轉(zhuǎn)角的一個(gè)起點(diǎn)配置為初始位置，并通過配置在相應(yīng)鉸軸處的扭簧約束該初始位置，籍以產(chǎn)生復(fù)位到初始位置的回復(fù)力。
[0054]這種結(jié)構(gòu)主要用于自導(dǎo)引的方式中，關(guān)于圖3所示的機(jī)械傳動(dòng)約束，可以不受該結(jié)構(gòu)的限制。
[0055]在一些實(shí)施例中，所述載具包括:
[0056]載置部，如圖2中所示的主架11和副架12構(gòu)成的總成，主要用來承載各種檢測設(shè)備和驅(qū)動(dòng)設(shè)備，以及必要的電源等。
[0057]載置部通常不具有導(dǎo)引性，當(dāng)然可以對(duì)其與鐵塔的結(jié)合面配置成板面，進(jìn)行導(dǎo)引，但相對(duì)可靠性差。
[0058]為此，配置獨(dú)立的導(dǎo)引部，配置在載置部朝向攀爬面?zhèn)?，至少在上端設(shè)有反向于攀爬面的翹曲面，翹曲面一般可以配置為平面，還可以配置為如弧面的結(jié)構(gòu)，形成導(dǎo)引。
[0059]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)引部為雪橇板，結(jié)構(gòu)簡單，上下可導(dǎo)引。
[0060]優(yōu)選地，所述雪橇板配有兩個(gè)而左右各一地分居于載置部兩側(cè)，如圖2所示的雪橇14的配置結(jié)構(gòu)，分居在載置部的兩側(cè)，支撐距離比較大，穩(wěn)定性更好。
[0061 ] 一種可調(diào)結(jié)構(gòu)為，所述載置部包括一主架11和通過平行于攀爬方向的鉸軸(如圖2中所示的銷軸13)連接在該主架11上的副架12，以及鎖定該鉸軸的鎖緊裝置。這樣可以通過該結(jié)構(gòu)調(diào)整載置部的整體寬度，以適應(yīng)不同的應(yīng)用。
[0062] 優(yōu)選地，所述主架11包括一平架和從該平架左右側(cè)之一向攀爬側(cè)延伸的支撐部，其中所述副架12與所述支撐部結(jié)構(gòu)相同，該結(jié)構(gòu)并不影響整體的支撐高度，關(guān)于看銷軸13的位置處所處的狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，包括: 載具，用于載置檢測設(shè)備； 上攀爬部分，具有一對(duì)鉸接于載具上端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)角大小的上臂，以及連接于上臂非鉸接端的手爪，該手爪頂部為上拱的曲部； 下攀爬部分，具有一對(duì)鉸接于載具下端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)角大小的下臂，以及連接于下臂非鉸接端的腳爪，該腳爪下部為上拱的曲部； 其中，上臂和下臂均具有伸縮結(jié)構(gòu)，從而配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，使上臂和下臂交替伸縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，所述上臂和下臂為流體缸，相應(yīng)地，流體缸的缸體座端為鉸接端，活塞桿連接相應(yīng)的手爪或腳爪。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，所述流體缸為單作用氣壓缸； 相應(yīng)地，所述驅(qū)動(dòng)裝置為匹配的壓縮系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，所述手爪和腳爪均為弧形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，被約束轉(zhuǎn)角的所述上臂或者下臂在轉(zhuǎn)角的一個(gè)止點(diǎn)配置為初始位置，并通過配置在相應(yīng)鉸軸處的扭簧約束該初始位置，籍以產(chǎn)生復(fù)位到初始位置的回復(fù)力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，所述載具包括: 載置部；以及 導(dǎo)引部，配置在載置部朝向攀爬面?zhèn)?，至少在上端設(shè)有反向于攀爬面的翹曲面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，所述導(dǎo)引部為雪橇板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，所述雪橇板配有兩個(gè)而左右各一地分居于載置部兩側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，所述載置部包括一主架和通過平行于攀爬方向的鉸軸連接在該主架上的副架，以及鎖定該鉸軸的鎖緊裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，其特征在于，所述主架包括一平架和從該平架左右側(cè)之一向攀爬側(cè)延伸的支撐部，其中所述副架與所述支撐部結(jié)構(gòu)相同。
【文檔編號(hào)】B25J11/00GK203958370SQ201420381168
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】汪先濤, 郭峰, 段曉明, 姜兆慶, 劉輝, 陳永輝, 張勇, 王昆侖, 張興, 張震 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院