鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明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，具有一對鉸接于載具下端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動轉(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)動裝置，使上臂和下臂交替伸縮。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊,并利于鐵塔的可靠攀爬。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備上用以攀爬鐵塔的機(jī)器人。 鐵塔攀爬巡檢機(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)理需對安裝質(zhì)量和工藝進(jìn)行巡檢，通常對 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攀爬臂，每個攀爬臂的具體形態(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象托持 形成攀爬動力，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，并關(guān)于中心軸對稱，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)角相位上存在一個相位差， 因而需要進(jìn)行上下攀爬臂軸的同步驅(qū)動，整體結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此本發(fā)明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)相對簡單，并具 有攀爬的可靠性。
[0008] 本發(fā)明采用以下技術(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，具有一對鉸接于載具上端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動轉(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，具有一對鉸接于載具下端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動轉(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)本發(fā)明，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，形成懸掛和支撐，借助于鐵塔具有的傾斜度，實現(xiàn)攀爬。對于腳爪和手爪， 利用上拱的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自導(dǎo)引，從而實現(xiàn)懸掛活著支撐兩個動作的脫離或者置位。相對而言， 其整體結(jié)構(gòu)相對比較簡單，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，且相對于其他的流體缸，無 污染；
[0017] 相應(yīng)地，所述驅(qū)動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而左右各一地分居于載置部兩側(cè)。
[0025] 在較佳的實施例中，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)本發(fā)明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。 圖3為對上臂的轉(zhuǎn)角進(jìn)行約束的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 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.主動齒輪，22.被動齒輪，23.氣口，24.缸 體，25.活塞桿。

【具體實施方式】
[0030] 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。
[0031] 本案中的上、下以攀爬方向上為參考，前進(jìn)的方向為上，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為參考的左右。
[0032] 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 能夠為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
[0033] 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：
[0034] 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。
[0035] 關(guān)于檢測設(shè)備及其在載具1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。
[0036] 在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，攀爬結(jié)構(gòu)被配制成上下兩個部分，其中：
[0037] 上攀爬部分，具有一對鉸接于載具上端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動轉(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。
[0038] 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)。
[0039] 單純的機(jī)械約束還可以表現(xiàn)傳動結(jié)構(gòu)的約束上，如圖3所示的傳動部分的約束， 也就是如上臂2的轉(zhuǎn)動不再依靠自身的導(dǎo)引所產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)力，而是依靠傳動的轉(zhuǎn)角控制。 具體可見于如圖3所示的主動齒輪21于被動齒輪22的嚙合，通過齒輪傳動的轉(zhuǎn)角控制實 現(xiàn)如上臂2的擺動，實現(xiàn)掛起或者脫開的控制。
[0040] 在一些實施例中，依靠純粹的導(dǎo)引實現(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，相對而言，這種結(jié)構(gòu)更加簡單。
[0041] 對位配置下攀爬部分，具有一對鉸接于載具1下端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動轉(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。
[0042] 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)動裝置，使上臂和下臂 交替伸縮。當(dāng)下臂6伸出時，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，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，依次類推實現(xiàn)交替的攀爬。
[0043] 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，兩者可能在某些時段都處于伸的狀態(tài)，但這并不影響對交替伸縮的理解。
[0044] 關(guān)于如上臂2的擺動，簽署的內(nèi)容中已經(jīng)涉及，可采用主動的擺動，也可以采用被 動的擺動。
[0045] 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，因此實現(xiàn)上相對容易， 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。
[0046] 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 傳送動力，因此，對機(jī)械結(jié)構(gòu)的配置要求相對較低。
[0047] 在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，僅配有一個氣口 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。
[0048] 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。
[0049] 進(jìn)一步地，所述驅(qū)動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)造性勞動即可實現(xiàn)，在此不再贅述。
[0050] 于一些實現(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。
[0051] 在一些實施例中，如手爪3與上臂2的非連接端配有一個勾部，而其余部分構(gòu)成一 個斜向上的傾斜部，更容易形成導(dǎo)引和鉤掛結(jié)構(gòu)。
[0052] 機(jī)械約束，具體是被約束的轉(zhuǎn)角必然存在兩個止點(diǎn)，可以理解為一個為起點(diǎn)，另一 個為終點(diǎn)，其中起點(diǎn)表示如上臂2的掛起的位置，終點(diǎn)為極限擺動位置，那么如所述上臂2 或者下臂6在轉(zhuǎn)角的一個起點(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。
[0053] 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)械傳動約束，可以不受該 結(jié)構(gòu)的限制。
[0054] 在一些實施例中，所述載具包括：
[0055] 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)動設(shè)備，以及必要的電源等。
[0056] 載置部通常不具有導(dǎo)引性，當(dāng)然可以對其與鐵塔的結(jié)合面配置成板面，進(jìn)行導(dǎo)引， 但相對可靠性差。
[0057] 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。
[0058] 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。
[0059] 優(yōu)選地，所述雪橇板配有兩個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。
[0060] 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。
[0061] 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，具有一對鉸接于載具上端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動轉(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，具有一對鉸接于載具下端并被約束繞相應(yīng)鉸軸轉(zhuǎn)動轉(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】B62D57/024GK104108432SQ201410328294
【公開日】2014年10月22日 申請日期: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