斜撑式夹紧机构及适用于杆状物的攀爬机器人的制作方法

文档序号:11168956阅读:784来源:国知局
斜撑式夹紧机构及适用于杆状物的攀爬机器人的制造方法与工艺

本发明涉及机器人技术领域,特别是指一种斜撑式夹紧机构及适用于杆状物的攀爬机器人。



背景技术:

目前,机器人已经应用于军事、医疗、航天、科研、娱乐及家庭服务等各个方面,并逐渐向新的技术领域延伸。其中,攀爬机器人代替人类在活立木无损检测、高压输电线路检测等高危作业中的应用十分广泛,既减轻工人的劳动强度,也避免高空坠落的危险。

攀爬机器人多采用机械手臂抓起杆件或吸盘吸附壁面实现攀爬过程,对于杆状物攀爬机器人也会采用抱紧蠕动方式实现爬杆动作。但上述几种攀爬机器人在对杆状物攀爬过程中受限制较多,如吸盘吸附壁面式机器人,仅适用于攀爬光滑平面物体;机械手臂抓杆机器人仅适用于携带小型、轻型设备攀爬杆状物,不具备对重物的承载能力;抱紧蠕动式机器人攀爬过程中晃动、震动幅度较大,且攀爬效率低。可见,上述攀爬手抓不适合杆状物攀爬机器人,目前没有能够专属应用于杆状物攀爬机器人的夹紧机构。



技术实现要素:

本发明提供一种夹紧力强,能够用于攀爬斜向杆状物的斜撑式夹紧机构及适用于杆状物的攀爬机器人。

为解决上述技术问题,本发明提供技术方案如下:

一方面,提供一种斜撑式夹紧机构,包括用于套设在杆状被攀爬物上的可开闭的环形本体,所述环形本体上沿圆周方向均匀设置有若干夹紧单元,每个夹紧单元包括升降机体、升降机螺杆和驱动电机,其中:

所述环形本体包括上下相隔一定距离分布的第一圈梁和第二圈梁,所述第一圈梁和第二圈梁之间固设有挡板,所述升降机体固定设置在所述挡板上,所述升降机螺杆穿设在所述升降机体上,并且所述升降机螺杆的一端穿过所述挡板伸向所述杆状被攀爬物,所述驱动电机设置在所述升降机体上用于驱动所述升降机螺杆在所述升降机体中横向移动实现对杆状被攀爬物的远离或靠近;

所述升降机螺杆靠近被杆状被攀爬物的一端设置有曲面压板,所述曲面压板靠近被攀爬物的一侧设置有橡胶垫,所述曲面压板和橡胶垫之间设置有压力传感器;

所述曲面压板包括上板面、下板面和位于上板面和下板面之间的凹陷面,所述升降机螺杆靠近杆状被攀爬物的一端与所述上板面铰接,所述升降机螺杆的另一端与所述下板面之间铰接有长度可调的斜撑杆。

进一步的,所述斜撑杆包括相互对接的短斜撑杆和长斜撑杆,所述短斜撑杆的一端铰接在所述下板面上,所述长斜撑杆的一端铰接在所述升降机螺杆上,所述短斜撑杆和长斜撑杆的接口处均设置有外螺纹,所述短斜撑杆和长斜撑杆的接口处设置有与所述外螺纹相配合的能调节所述斜撑杆长度的螺纹套筒。

进一步的,所述短斜撑杆的外螺纹方向为顺时针,所述长斜撑杆的外螺纹方向为逆时针,所述螺纹套筒内设置有分别与所述短斜撑杆和长斜撑杆的外螺纹相配合的顺时针螺纹和逆时针螺纹。

进一步的,所述升降机螺杆上沿轴向设置有导向凹槽,所述升降机体上设置有与所述导向凹槽相配合的凸台。

进一步的,所述升降机体与曲面压板之间设置有拉线式位移传感器。

进一步的,所述橡胶垫的厚度为10~40mm,所述夹紧单元的数量为2~6组,所述夹紧单元沿杆状物攀爬物均匀分布,相邻夹紧单元的安装角度为60°~180°。

进一步的,所述升降机螺杆和升降机体的传动方式为具有自锁功能的蜗轮蜗杆传动。

另一方面,提供一种适用于杆状物的攀爬机器人,从上往下依次包括旋转载物平台、上攀爬单元、升降机构、下攀爬单元和可移动式底座,所述上攀爬单元和下攀爬单元上均设置有上述的斜撑式夹紧机构。

进一步的,所述上攀爬单元上部设置有上端开口的环形凹槽,所述旋转载物平台下部设置有与所述环形凹槽相配合的环形凸轮;

所述升降机构包括位于上攀爬单元和下攀爬单元之间的多个升降单元,每个升降单元包括蜗轮蜗杆升降机和驱动所述蜗轮蜗杆升降机的电机;所述可移动式底座的下部安装有多个万向轮。

进一步的,所述上攀爬单元和下攀爬单元之间设置有位移传感器。

本发明具有以下有益效果:

本发明的斜撑式夹紧机构及适用于杆状物的攀爬机器人,在攀爬之前,将环形本体套设在杆状被攀爬物上,通过驱动电机驱动升降机螺杆远离或者靠近杆状被攀爬物;本发明的攀爬机器人在向上攀爬时,下方的下攀爬单元夹紧杆状被攀爬物,上方的上攀爬单元释放杆状被攀爬物,升降机构向上移动,顶推着上攀爬单元向上运动,上攀爬单元的夹紧机构夹紧杆状被攀爬物,升降机构收回拉动下攀爬单元向上运动,升降机构收回到设定位置后,下攀爬单元的夹紧机构再次夹紧杆状被攀爬物,上攀爬单元再次释放杆状被攀爬物,如此重复,实现攀爬机器人在杆状被攀爬物上攀爬。

升降机螺杆靠近杆状被攀爬物的一端设置有曲面压板,曲面压板靠近被攀爬物的一侧设置有橡胶垫,曲面压板与杆状被攀爬物的接触面不是传统的平面,而是曲面,曲面接触面大,曲面与橡胶垫配合使用,可以降低对杆状被攀爬物伤害,更好的与杆状被攀爬物贴合;曲面压板和橡胶垫之间设置有压力传感器,在橡胶垫顶到杆状被攀爬物时,压力传感器可以实时监测夹紧单元对杆状被攀爬物施加的压力,当压力达到设定值后,夹紧单元的升降机螺杆暂停运动,保证机器人稳稳地夹紧杆状被攀爬物。

曲面压板的上板面和下板面上分别铰接有升降机螺杆和斜撑杆,升降机螺杆与斜撑杆的另一端也铰接在一起,形成曲面压板-升降机螺杆-斜撑杆的稳定三角形结构,与传统的只使用单个升降机螺杆相比,夹紧更加牢固,且稳定的三角形结构可避免多次攀爬,升降机螺杆长时间受竖直向下的压力而发生弯曲变形;斜撑杆长度可调,曲面压板可以不垂直地面,即与地面呈一定角度,可以攀爬与地面成一定夹角的斜着的杆状物,同时,也可以防止物体因为重力作用下坠。

本发明的斜撑式夹紧机构及适用于杆状物的攀爬机器人,使机器人对杆状被攀爬物有较强的夹紧力,由于夹紧机构前端曲面压板上有较厚的耐磨橡胶垫,可降低对杆状被攀爬物的损害,适用于机器人对活立木、建筑承重柱、电线杆等杆状物攀爬,进而实现相应的操作作业。本发明夹紧力强,负重能力强,能够用于攀爬斜向杆状物,攀爬效率高。

附图说明

图1为本发明的适用于杆状物的攀爬机器人的整体结构示意图;

图2为本发明的斜撑式夹紧机构的俯视图;

图3为本发明的斜撑式夹紧机构的夹紧单元示意图;

图4为图3中夹紧单元的分解图;

图5为图3中夹紧单元的导向凹槽和凸台示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面,本发明提供一种斜撑式夹紧机构,如图1~5所示,包括用于套设在杆状被攀爬物上的可开闭的环形本体1,具体的,环形本体由两部分半圆环扣接组成,两个半圆环的接口处采用螺栓或螺钉连接,再用固定板固定,或者采用本领域的常规技术手段,均不影响本发明的实施,环形本体1上沿圆周方向均匀设置有若干夹紧单元2,每个夹紧单元2包括升降机体2-2、升降机螺杆2-1和驱动电机2-3,其中:

如图1~2所示,环形本体1包括上下相隔一定距离分布的第一圈梁1-1和第二圈梁1-2,第一圈梁1-1和第二圈梁1-2之间固设有挡板(未示出),升降机体2-2固定设置在挡板上,升降机螺杆2-1穿设在升降机体2-2上,并且升降机螺杆2-1的一端穿过挡板伸向杆状被攀爬物,驱动电机2-3设置在升降机体2-2上用于驱动升降机螺杆2-1在升降机体2-2中横向移动实现对杆状被攀爬物的远离或靠近;

升降机螺杆2-1靠近被杆状被攀爬物的一端设置有曲面压板3,曲面压板3靠近被攀爬物的一侧设置有橡胶垫4,曲面压板3和橡胶垫4之间设置有压力传感器5,通过设定合理的夹紧力,可以避免因夹紧力过大对杆状被攀爬物造成损害,同时也能避免因夹紧力过小,使得攀爬机器人在攀爬过程中滑落,对人的生命财产安全造成威胁;

如图3~4所示,曲面压板3包括上板面3-1、下板面3-2和位于上板面3-1和下板面3-2之间的凹陷面3-3,压力传感器5设置在上板面3-1上,工作时,上板面3-1和下板面3-2用于接触杆状被攀爬物,均设置有橡胶垫4,橡胶垫4硫化在上板面3-1和下板面3-2上,升降机螺杆2-1靠近杆状被攀爬物的一端与上板面3-1铰接,升降机螺杆2-1的另一端与下板面3-2之间铰接有长度可调的斜撑杆6,斜撑杆6与升降机螺杆2-1之间的夹角优选为10°~50°,其中,升降机螺杆2-1、曲面压板3和斜撑杆6组成的三角形的平面为竖直面且铰接方式为销轴连接,值得注意的是,当杆状被攀爬物半径差异较大或形状不规则时,可根据需要更换符合攀爬要求的曲面压板。

本发明的斜撑式夹紧机构,在攀爬之前,将环形本体套设在杆状被攀爬物上,通过驱动电机驱动升降机螺杆远离或者靠近杆状被攀爬物;升降机螺杆靠近杆状被攀爬物的一端设置有曲面压板,曲面压板靠近被攀爬物的一侧设置有橡胶垫,曲面压板与杆状被攀爬物的接触面不是传统的平面,而是曲面,曲面接触面大,曲面与橡胶垫配合使用,可以降低对杆状被攀爬物伤害,更好的与杆状被攀爬物贴合;曲面压板和橡胶垫之间设置有压力传感器,在橡胶垫顶到杆状被攀爬物时,压力传感器可以实时监测夹紧单元对杆状被攀爬物施加的压力,当压力达到设定值后,夹紧单元的升降机螺杆暂停运动,保证机器人稳稳地夹紧杆状被攀爬物;曲面压板包括上板面、下板面和凹陷面,这种结构可以最大程度适应杆状被攀爬物表面凹凸不平等不利条件,使攀爬工作顺利完成。

曲面压板的上板面和下板面上分别铰接有升降机螺杆和斜撑杆,升降机螺杆与斜撑杆的另一端也铰接在一起,形成曲面压板-升降机螺杆-斜撑杆的稳定三角形结构,与传统的只使用单个升降机螺杆相比,夹紧更加牢固,且稳定的三角形结构可避免多次攀爬,升降机螺杆长时间受竖直向下的压力而发生弯曲变形;斜撑杆长度可调,曲面压板可以不垂直地面,即与地面呈一定角度,如85°等,可以攀爬与地面成一定夹角的斜着的杆状物,同时,也可以防止物体因为重力作用下坠。

本发明的斜撑式夹紧机构使机器人对杆状被攀爬物有较强的夹紧力,由于夹紧机构前端曲面压板上有较厚的耐磨橡胶垫,可降低对杆状被攀爬物的损害,适用于机器人对活立木、建筑承重柱、电线杆等杆状物攀爬,进而实现相应的操作作业。本发明夹紧力强,负重能力强,能够用于攀爬斜向杆状物,攀爬效率高。

进一步的,如图4所示,斜撑杆6可以包括相互对接的短斜撑杆6-1和长斜撑杆6-2,短斜撑杆6-1的一端铰接在下板面3-2上,长斜撑杆6-2的一端铰接在升降机螺杆2-1上,短斜撑杆6-1和长斜撑杆6-2的接口处均设置有外螺纹,短斜撑杆6-1和长斜撑杆6-2的接口处设置有与外螺纹相配合的能调节斜撑杆6长度的螺纹套筒6-3。通过转动螺旋套筒可以实现斜撑杆的伸长或缩短,当然,短斜撑杆和长斜撑杆的长度也可以设置成一样长,均不影响本发明的实施。

进一步的,短斜撑杆6-1的外螺纹方向优选为顺时针,长斜撑杆6-2的外螺纹方向优选为逆时针,螺纹套筒6-3内优选设置有分别与短斜撑杆6-1的外螺纹和长斜撑杆6-2的外螺纹相配合的顺时针螺纹和逆时针螺纹,当然,短斜撑杆、长斜撑杆和螺纹套筒的螺纹方向也可与上述设置相反,均不影响本发明的实施。顺时针或逆时针转动螺纹套筒,可使斜撑杆上的两段(即短斜撑杆和长斜撑杆)同时伸出或缩进,实现斜撑杆的伸长或缩短,操作简单。

优选的,如图5所示,升降机螺杆上沿轴向可以设置有导向凹槽2-1-1,升降机体2上设置有与导向凹槽2-1-1相配合的凸台2-2-1。这样可以使升降机螺杆只能沿着靠近或远离杆状被攀爬物的方向移动,自身不能旋转。

优选的,升降机体2-2与曲面压板3之间设置有拉线式位移传感器7。拉线式位移传感器7的主体设置在升降机体上,拉线式位移传感器7的不锈钢绳与曲面压板3连接,当升降机螺杆移动时,不锈钢绳跟随曲面压板前进、后退,实时监测曲面压板的位移量和移动速度,实现多个夹紧单元动作的同步性,尤其在杆状被攀爬物为不标准圆形或椭圆的情况下,优势更为明显。

为提高本发明的实用性,橡胶垫4的厚度为10~40mm,夹紧单元2沿杆状物攀爬物均匀分布,夹紧单元2的优选的数量为2~6组,相邻夹紧单元2的安装角度为60°~180°。如图2所示为夹紧机构为4组的情况,夹紧单元2的数量为4组,4组夹紧单元沿杆状被攀爬物均匀分布且位于同一水平面内,相邻夹紧单元2的安装角度为90°。当然,夹紧机构的数量为2、4、6组时,这种偶数组夹紧单元可以避免产生对杆状被攀爬物的力矩,更有利于受力平衡,根据现场攀爬需要,夹紧机构也可以采用3、5组等奇数组;特殊情况下,在保证分布力均衡的情况下,夹紧单元也可以不采用均布方式设置。

本发明中,升降机螺杆2-1和升降机体2-2的传动方式为具有自锁功能的蜗轮蜗杆传动。具有自锁功能的升降机螺杆和升降机体,即使驱动电机突然断电,升降机螺杆在受到杆状被攀爬物向外的压力条件下也不会移动,保持夹紧力。

另一方面,本发明还提供一种适用于杆状物的攀爬机器人,如图1所示,从上往下依次包括旋转载物平台8、上攀爬单元9、升降机构10、下攀爬单元11和可移动式底座12,上攀爬单元9和下攀爬单元11上均设置有上述的斜撑式夹紧机构。

本发明的斜撑式夹紧机构及适用于杆状物的攀爬机器人,在攀爬之前,将环形本体套设在杆状被攀爬物上,通过驱动电机驱动升降机螺杆远离或者靠近杆状被攀爬物;本发明的攀爬机器人在向上攀爬时,下方的下攀爬单元夹紧杆状被攀爬物,上方的上攀爬单元释放杆状被攀爬物,升降机构向上移动,顶推着上攀爬单元向上运动,上攀爬单元的夹紧机构夹紧杆状被攀爬物,升降机构收回拉动下攀爬单元向上运动,升降机构收回到设定位置后,下攀爬单元的夹紧机构再次夹紧杆状被攀爬物,上攀爬单元再次释放杆状被攀爬物,如此重复,实现攀爬机器人在杆状被攀爬物上攀爬。

升降机螺杆靠近杆状被攀爬物的一端设置有曲面压板,曲面压板靠近被攀爬物的一侧设置有橡胶垫,曲面压板与杆状被攀爬物的接触面不是传统的平面,而是曲面,曲面接触面大,曲面与橡胶垫配合使用,可以降低对杆状被攀爬物伤害,更好的与杆状被攀爬物贴合;曲面压板和橡胶垫之间设置有压力传感器,在橡胶垫顶到杆状被攀爬物时,压力传感器可以实时监测夹紧单元对杆状被攀爬物施加的压力,当压力达到设定值后,夹紧单元的升降机螺杆暂停运动,保证机器人稳稳地夹紧杆状被攀爬物。

曲面压板的上板面和下板面上分别铰接有升降机螺杆和斜撑杆,升降机螺杆与斜撑杆的另一端也铰接在一起,形成曲面压板-升降机螺杆-斜撑杆的稳定三角形结构,与传统的只使用单个升降机螺杆相比,夹紧更加牢固,且稳定的三角形结构可避免多次攀爬,升降机螺杆长时间受竖直向下的压力而发生弯曲变形;斜撑杆长度可调,曲面压板可以不垂直地面,即与地面呈一定角度,可以攀爬与地面成一定夹角的斜着的杆状物,同时,也可以防止物体因为重力作用下坠。

本发明的斜撑式夹紧机构及适用于杆状物的攀爬机器人,使机器人对杆状被攀爬物有较强的夹紧力,由于夹紧机构前端曲面压板上有较厚的耐磨橡胶垫,可降低对杆状被攀爬物的损害,适用于攀爬机器人对活立木、建筑承重柱、电线杆等杆状物攀爬,进而实现相应的操作作业。本发明夹紧力强,负重能力强,能够用于攀爬斜向杆状物,攀爬效率高。

进一步的,上攀爬单元9上部优选设置有上端开口的环形凹槽,旋转载物平台8下部设置有与环形凹槽相配合的环形凸轮,本发明中,也可以采用本领域的其它常规技术手段实现旋转载物平台在上攀爬单元上相对转动;

升降机构10包括位于上攀爬单元9和下攀爬单元11之间的多个升降单元10-1,每个升降单元10-1包括蜗轮蜗杆升降机和驱动蜗轮蜗杆升降机的电机;可移动式底座12的下部安装有多个万向轮13。可移动式底座作为攀爬机器人的支撑装置,采用分体式结构,其上承载攀爬机器人的整体,其下安装万向轮,便于移动。

进一步的,上攀爬单元9和下攀爬单元11之间优选设置有位移传感器(未示出),用于调节上攀爬单元和下攀爬单元互相接近或远离的距离。

综上,本发明具有以下优点:

1)本发明的夹紧单元采用曲面压板-升降机螺杆-斜撑杆的稳定三角形结构,夹紧更加牢固,且可避免升降机螺杆长时间受竖直向下的压力而发生弯曲变形。

2)本发明的曲面压板-升降机螺杆-斜撑杆组成的稳定三角形结构,斜撑杆可以调节程度,使得曲面压板可以与地面成一定的倾斜角度,如85°,可以攀爬斜着的杆状物,并且,曲面压板与地面成一定角度可以防止攀爬机器人由于重力作用下坠。

3)曲面压板靠近被攀爬物的一侧设置有橡胶垫,曲面压板与杆状被攀爬物的接触面不是传统的平面,而是曲面,曲面接触面大,曲面与橡胶垫配合使用,可以降低对杆状被攀爬物伤害,更好的与杆状被攀爬物贴合;曲面压板包括上板面、下板面和凹陷面,这种结构可以最大程度适应杆状被攀爬物表面凹凸不平等不利条件,使攀爬工作顺利完成;当杆状被攀爬物的半径差异较大或形状不规则时,可根据需要更换符合攀爬要求的曲面压板,本发明的夹紧机构适用范围更广。

4)本发明可降低对被攀爬物的损害,适用于攀爬机器人对活立木、建筑承重柱、电线杆等杆状物攀爬,进而实现相应的操作作业,本发明夹紧力强,负重能力强,能够用于攀爬斜向杆状物,攀爬效率高。

以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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