一种变直径爬杆机器人的制作方法

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种爬杆机器人。

背景技术：

国内外提出的一些依附于杆体表面的自动爬行机器人主要有电动机械式爬杆机器人、电动液压式爬杆机器人和气动蠕行式爬杆机器人等，但这些机器人大多采用凸轮机构夹紧，由于凸轮机构具有不可伸缩性，每款爬行机器人只能爬特定直径的等直杆，对于不同杆爬行的适用性很差。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种变直径爬杆机器人，使得该机器人可以爬行在不同直径的杆上。

技术方案：本发明的变直径爬杆机器人，包括底盘，底盘设置有容纳待爬杆的缺口，对称设置在底盘缺口外周的导轨和滑动连接于导轨的夹紧爬杆单元，所述夹紧爬杆单元包括与导轨滑动连接的第一电机、第一电机驱动的摩擦轮以及用于驱动第一电机沿导轨移动的移位机构，所述移位机构工作时夹紧爬杆单元沿导轨向底盘缺口中心处移动，摩擦轮夹紧穿于底盘缺口处的待爬杆并沿其表面滚动。

所述移位机构包括第二电机和丝杠螺母组件，所述第二电机、丝杠螺母组件的螺母分别固定于同侧两相邻的第一电机。

所述第二电机、丝杠螺母组件的螺母分别通过l型角铁固定于第一电机。

所述第二电机的输出轴通过联轴器与丝杠螺母组件的丝杠端部连接，使得机构工作运转的更加流畅平稳。

所述摩擦轮垂直于底盘表面固定在第一电机的输出轴上，摩擦轮相对于待爬杆表面滚动的阻力最小。

所述第一电机为蜗轮蜗杆电机，第二电机为直流电机，蜗轮蜗杆电机的自锁功能可实现定位悬停，减少耗电量，直流电机运转角度精确，有利于准确调节夹紧爬杆单元的移动距离。

所述底盘设有用于驱动其转移的滚动轮，机器人可通过滚动轮在地面上移动到待爬杆。

所述相邻导轨之间的夹角大于0°且小于180°，防止第一电机和导轨发生卡壳。

所述导轨设有两组，每组设有两个导轨，这样的设置机器人爬杆平稳且用材最少。

变直径爬杆机器人还包括陀螺仪、单片机和红外测距感应器，所述陀螺仪获取底盘的水平角度，控制第一电机调节摩擦轮转速调节爬杆姿态，待爬杆直径变化时，所述红外测距感应器测量待爬杆直径的变化，所述红外测距感应器将数据信号传输至单片机驱动第二电机转动改变夹紧爬杆单元位置，调节摩擦轮与待爬杆之间的间隙。

工作原理：变直径爬杆机器人运动过程中遇到杆直径变化时，红外测距感应器将直径变化数据信号传输至单片机，单片机驱动第二电机带动丝杠正反方向旋转，改变螺母相对于丝杠的位置，进而推拉丝杠螺母组件上连接的两个第一电机，第一电机沿丝杠轴向方向受力的分力沿导轨方向，第一电机受该分力作用使其沿导轨运动，实现夹紧爬杆单元沿导轨相对于底盘缺口靠近或远离，调节摩擦轮与待爬杆之间的间隙，使其表面摩擦力能够有效克服机器人重力，同时保证摩擦轮与待爬杆表面滚动摩擦。

有益效果：通过夹紧爬杆单元相对于底盘缺口的靠近或远离，适应不同待爬杆的直径变化，保证其爬行过程流畅稳定不打滑，爬杆到指定位置时，通过蜗轮蜗杆电机的自锁功能稳定悬停，使爬杆机器人具有一定的载重能力且耗能量小，爬杆机器人通过滚动轮自由的在地面移动主动寻找待爬杆，不需要手动放置。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的正视图；

图4为本发明的左视图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1至图4所示，本发明的变直径爬杆机器人，包括底盘1，底盘1设置有容纳待爬杆的缺口，对称设置在底盘1缺口外周的导轨2和滑动连接于导轨2的夹紧爬杆单元3，夹紧爬杆单元3包括与导轨2滑动连接的第一电机4、第一电机4驱动的摩擦轮5以及用于驱动第一电机4沿导轨2移动的移位机构6，移位机构6工作时夹紧爬杆单元3沿导轨2向底盘1缺口中心处移动，摩擦轮5夹紧穿于底盘1缺口处的待爬杆并沿其表面滚动，移位机构6包括第二电机7和丝杠螺母组件，第二电机7、丝杠螺母组件的螺母8分别固定于同侧两相邻的第一电机4，第二电机7、丝杠螺母组件的螺母8分别通过l型角铁9固定于第一电机4，当丝杠螺母组件两端连接的第一电机4出现轻微不同步时，丝杠11会发生轻微偏移，为防止第二电机7的输出轴与丝杠11连接处出现受力不均，产生震动或断裂，第二电机7的输出轴通过联轴器10与丝杠螺母组件的丝杠11端部连接，摩擦轮5垂直于底盘1表面固定在第一电机4的输出轴上，摩擦轮5相对于待爬杆表面滚动的阻力最小，第一电机4为蜗轮蜗杆电机，第二电机7为直流电机，蜗轮蜗杆电机的自锁功能可实现定位悬停，减少耗电量，直流电机运转角度精确，有利于准确调节夹紧爬杆单元的位移大小，底盘1设有用于驱动其转移的滚动轮12，爬杆机器人通过滚动轮12自由寻找待爬杆，不需要人工放置，相邻导轨2之间的夹角大于0°且小于180°，使得丝杠螺母组件和与其相连的第一电机4沿导轨2方向不会处于自由度为零的位置，为防止第一电机4相对于导轨2卡壳无法移动，最为优选的，导轨2设有两组，每组设有两个导轨2，同侧导轨2夹角为45°，与导轨2滑动连接的两组夹紧爬杆单元3带动四个摩擦轮5夹紧在待爬杆上，这样的设计使得爬杆机器人运行的既稳定又顺畅，且用材最少耗电量底，本发明的爬杆机器人，还包括陀螺仪、单片机和红外测距感应器，陀螺仪获取底盘1的水平角度，控制第一电机4调节摩擦轮5转速调节爬杆姿态，待爬杆直径变化时，红外测距感应器测量待爬杆直径的变化，红外测距感应器将数据信号传输至单片机驱动第二电机7转动改变夹紧爬杆单元3位置，调节摩擦轮5与待爬杆之间的间隙，使用时，变直径爬杆机器人通过滚动轮12运动至待爬杆位置进行爬行，爬杆过程中遇到杆直径变化时，红外测距感应器将直径变化数据信号传输至单片机，单片机驱动第二电机7带动丝杠11正反方向旋转，改变螺母8相对于丝杠11的位置，进而推拉丝杠螺母组件上连接的两个第一电机4，第一电机4沿丝杠11轴向方向受力的分力沿导轨2方向，第一电机4受分力作用使其沿导轨2运动，实现夹紧爬杆单元3沿导轨2相对于底盘1缺口靠近或远离，调节摩擦轮5与待爬杆之间的间隙，保证摩擦轮5与待爬杆表面滚动摩擦，当爬行到预定位置时，启动第一电机4的自锁功能进而定位悬停。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种变直径爬杆机器人，包括底盘，底盘设置有容纳待爬杆的缺口，对称设置在底盘缺口外周的导轨和滑动连接于导轨的夹紧爬杆单元，所述夹紧爬杆单元包括与导轨滑动连接的第一电机、第一电机驱动的摩擦轮以及用于驱动第一电机沿导轨移动的移位机构，所述移位机构工作时夹紧爬杆单元沿导轨向底盘缺口中心处移动，摩擦轮夹紧穿于底盘缺口处的待爬杆并沿其表面滚动。本发明的变直径爬杆机器人通过夹紧爬杆单元相对于底盘缺口的移动，来适应不同待爬杆的直径变化，保证其爬行过程流畅稳定不打滑。

技术研发人员：吴闫明;雷世英
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2017.03.28
技术公布日：2017.08.11