一种工作灵活的爬杆机器人，属于自动化设备技术领域。
背景技术：
爬杆机器人是当前机器人技术的研究热点之一，爬杆机器人在高空、危险作业中有着广泛的应用，目前在其他行业也越来越具有应用前景。现有爬杆机器人的动力机构以及传动机构的结构复杂，从而导致了爬杆机器人重量大，一方面影响了机器人的灵活性，导致机器人只能完成部分简单的动作，另一方面由于本身重量大，导致机器人可携带的工具少，从而影响了爬杆机器人的应用。
申请号为201310005091.3的中国发明专利公开了一种无缆气囊式机器人系统，其通过气囊的充气排气以及形状记忆合金弹簧的弹力作用实现机器人在肠道内的行走，但其原理仅仅能够应用在管道内部，而无法应用至管道外部。申请号为201610391745.4公开了一种自适应内壁管道机器人，其通过改气囊行走机构中的气囊与管道内壁的摩擦状态，实现依靠机器人自身重力自上而下的被动行走，或通过控制气缸内活塞杆的上行和下行，推动上下气囊行走机构进行主动行走，其向上和向下行采用不同的驱动方式，其结构复杂，且也仅仅能够使用在管道内的行走。
此外，现有爬杆机器人在使用时，大多是能从底部开始爬升，但是爬杆机器人的作用部位通常位于中段或中上段，这就导致爬杆机器人需要先爬升至作用部位，然后才能开始工作，这一方面影响了机器人的工作效率，另一方面也导致耗能增加。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够将爬杆机器人主体提升至制动位置、方便调节爬杆机器人高度的工作灵活的爬杆机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该工作灵活的爬杆机器人，其特征在于：包括爬杆机器人主体、多个提升无人机以及配重模块，提升无人机设置在配重模块和爬杆机器人主体之间，多个提升无人机分别设置在配重模块和爬杆机器人主体连线的两侧，配重模块和爬杆机器人主体均与两侧的提升无人机相连，配重模块为配重无人机或配重风机。
优选的，所述的提升无人机有两个，两个提升无人机通过提升杆相连，配重模块与爬杆机器人主体之间通过配重安装杆相连，提升杆的中部和配重安装杆相连。
优选的，所述的爬杆机器人主体包括间隔设置的多个抱紧机构，每相邻的两个抱紧机构之间均设有推动抱紧机构移动的推拉机构，抱紧机构为环形，抱紧机构内侧设有用于抱紧或松开柱或绳的抱紧气囊，每相邻的两个抱紧机构的抱紧气囊交替抱紧或松开柱或绳。
优选的，所述的推拉机构包括设置在相邻抱紧机构之间的爬升弹簧以及一个或多个爬升气囊，爬升弹簧的两端分别与相邻的两个抱紧机构相连。
优选的，所述的推拉机构包括设置在相邻抱紧机构之间的爬升气缸，爬升气缸的固定端和活塞分别与相邻的两个抱紧机构相连。
优选的，所述的抱紧机构为由多个安装架合围成的环形，每相邻的两个安装架转动连接，抱紧气囊安装在安装架上。
优选的，所述的安装架为开口朝向内侧的槽型或箱体，抱紧气囊有一个或多个，抱紧气囊部分安装在安装架内。
优选的，所述的抱紧气囊用于抱紧柱或绳的一侧设有凹槽或凸起。
优选的，所述的抱紧机构内侧设有用于对抱紧机构的轴向移动导向的爬行导向机构。
优选的，所述的爬行导向机构包括转动安装在抱紧机构上的导向轮，每个抱紧机构上间隔设有多个抱紧气囊，导向轮设置在抱紧气囊之间。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、本工作灵活的爬杆机器人的提升无人机能够将爬杆机器人主体运输到任意高度，使爬杆机器人主体可以从任意位置开始工作，工作灵活，提高了爬杆机器人主体的工作效率，而且减少了爬杆机器人主体无效的爬升高度，进而降低了爬杆机器人主体的耗能，且使用方便，提升无人机在对爬杆机器人主体提升时，配重模块能够使爬杆机器人主体的中心线始终保持与待爬升的杆的中心线平行，工作稳定。
2、提升杆的中部与配重安装杆相连，使两个提升无人机对爬杆机器人主体提升力大小相等，进而方便与配重模块相配合，调节爬杆机器人主体的姿态，保证爬杆机器人主体的中心线始终与杆的中心线平行。
3、多个抱紧机构交替抱紧柱或绳，并与推拉机构相配合，实现了各个抱紧机构沿柱或绳轴向的运动，从而实现了爬杆动作，爬杆动作简单，爬杆稳定，结构简单，且自重小，既能够方便本爬杆机器人的爬杆动作，又方便携带不同的设备且能够携带重量大的设备，此外由于抱紧机构的存在以及本爬杆机器人的行走方式特性，本爬杆机器人能够停留在柱或绳的任意位置，且停留稳定，方便自身携带设备的工作。
4、通过爬升气囊和爬升弹簧的配合实现相邻抱紧机构的间距调节，进而实现了抱紧机构沿柱或绳轴向的移动，由于爬升弹簧和爬升气囊的重量很小，因此与采用电动机爬升的方式相比，大大降低了设备的自重；爬升气囊以及爬升弹簧环绕抱紧机构设置，从而保证了抱紧机构的各个位置同步移动，保证了本爬杆机器人爬升平稳。
5、通过爬升气缸调节相邻抱紧机构的间距，进而实现了抱紧机构沿柱或绳轴向的移动，方便精确控制抱紧机构爬升的距离，精度高且方便控制，与采用电动机驱动的方式相比，简化了设备的传动，且降低了设备的自重。
6、抱紧机构由多个安装架合围而成，且每相邻的两个安装架转动连接，从而提高了抱紧机构的适应范围，使抱紧机构能够适应不同形状的柱或绳的爬升，且爬升灵活性好，能够根据柱或绳形状的不同自动调节。
7、安装架为开口朝向内侧的槽型或箱体，抱紧气囊部分安装在安装架内，从而使安装架对抱紧气囊进行保护，避免爬杆过程中抱紧气囊损坏导致安装架滑落。
8、抱紧气囊用于抱紧柱或绳的一侧的凹槽能够在抱紧气囊充气时内腔增大，由于凹槽由柱或绳封闭，因此会导致凹槽内的压强小于大气压，从而吸住柱或绳，凸起能够增大抱紧气囊与柱或绳之间的摩擦力，从而能够保证抱紧柱或绳，且能够提高本爬杆机器人的承重能力。
9、导向轮设置在抱紧气囊之间，当抱紧气囊松开柱或绳时，导向轮与柱或绳接触，从而对抱紧机构的移动进行导向，避免抱紧机构与柱或绳发生轴向的偏离，当抱紧气囊抱紧柱或绳时，导向轮与柱或绳脱离。
附图说明
图1为工作灵活的爬杆机器人的俯视示意图。
图2为爬杆机器人主体的立体示意图。
图3为图2中A处的局部放大图。
图4为爬升气囊和抱紧气囊的安装示意图。
图5为爬杆清扫机器人的立体示意图。
图6为图5中B处的局部放大图。
图7为伸缩可适应变截面机器人的安装架的连接结构。
图8为跨越障碍机器人的安装架的连接结构。
图9为实施例2中工作灵活的爬杆机器人的立体示意图。
图10为实施例3中工作灵活的爬杆机器人的立体示意图。
图11为实施例4中工作灵活的爬杆机器人的立体示意图。
图12为实施例5中爬升气囊和抱紧气囊的安装示意图。
图13为实施例6中爬升气囊和抱紧气囊的安装示意图。
图中：1、爬升组件 101、安装架 102、连接部 103、连杆 2、抱紧气囊 201、凹槽 202、凸起 3、爬升气囊 4、连接件 5、爬升弹簧 6、爬升气缸 7、毛刷辊 8、电机 9、连接导向机构 10、复位弹簧 11、调节气囊 12、磁铁 13、提升无人机 14、配重无人机 15、配重安装杆 16、提升杆。
具体实施方式
图1~8是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~13对本发明做进一步说明。
一种工作灵活的爬杆机器人，包括爬杆机器人主体、多个提升无人机13以及配重模块，提升无人机13设置在配重模块和爬杆机器人主体之间，多个提升无人机13分别设置在配重模块和爬杆机器人主体连线的两侧，配重模块和爬杆机器人主体均与两侧的提升无人机13相连，配重模块为配重无人机14或配重风机。本工作灵活的爬杆机器人的提升无人机13能够将爬杆机器人主体运输到任意高度，使爬杆机器人主体可以从任意位置开始工作，工作灵活，提高了爬杆机器人主体的工作效率，而且减少了爬杆机器人主体无效的爬升高度，进而降低了爬杆机器人主体的耗能，且使用方便，提升无人机13在对爬杆机器人主体提升时，配重模块能够使爬杆机器人主体的中心线始终保持与待爬升的杆的中心线平行，工作稳定。该机器人主体主要用于输电领域的绝缘子的清理，清理方便。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。
实施例1
如图1所示：在本实施例中，提升无人机13设置有两个，且配重模块为配重无人机14，且两个提升无人机13的间距大于爬杆机器人主体的外径。两个提升无人机13之间设置有提升杆16，提升杆16的两端分别与两个提升无人机13固定连接。提升无人机13还可以设置多个，多个提升无人机13分别设置在配重无人机14和爬杆机器人主体连线的两侧。配重无人机14的螺旋桨朝下设置，配重模块还可以为配重风机，配重风机的出风口朝上。
爬杆机器人主体和配重无人机14之间设置有配重安装杆15，配重安装杆15一端与爬杆机器人主体的外侧相连，另一端与配重无人机14相连，提升杆16的中部与配重安装杆15的中部固定连接，且提升杆16与配重安装杆15的垂直，提升杆16的中心线和配重安装杆15的中心线均与爬杆机器人主体的轴线垂直，从而方便调节爬杆机器人主体的姿态，保证爬杆机器人主体的中心线始终与待爬升的杆平行，既能够保证爬杆机器人主体方便抱紧待爬升的杆，又能够避免待爬升的杆影响爬杆机器人主体的提升。配重无人机14的螺旋桨朝向下侧设置，从而能利用配重无人机14的重力以及配重无人机14产生的推力对爬杆机器人主体的重力进行平衡。
如图2~3所示：爬杆机器人主体包括间隔设置的多个抱紧机构，每相邻的两个抱紧机构之间均设有推动抱紧机构移动的推拉机构，抱紧机构为环形，抱紧机构内侧设有用于抱紧或松开柱或绳的抱紧气囊2，每相邻的两个抱紧机构的抱紧气囊2交替抱紧或松开柱或绳。本爬杆机器人主体的多个抱紧机构交替抱紧柱或绳，并与推拉机构相配合，实现了各个抱紧机构沿柱或绳轴向的运动，从而实现了爬杆动作，爬杆动作简单，爬杆稳定，结构简单，且自重小，既能够方便本爬杆机器人主体的爬杆动作，又方便携带不同的设备且能够携带重量大的设备，此外由于抱紧机构的存在以及本爬杆机器人主体的行走方式特性，本爬杆机器人主体能够停留在柱或绳的任意位置，且停留稳定，方便自身携带设备的工作。
抱紧机构包括一个爬升组件1，且在本实施例中，爬升组件1为圆环形，抱紧气囊2设置在爬升组件1内侧。爬升组件1为由多个安装架101合围成的圆环形，安装架101为开口朝向内侧的箱体或槽型，在本实施例中，安装架101为开口朝向内侧的箱体，且安装架101与开口侧相邻的两个侧面的间距由外至内逐渐减小，多个安装架101恰好合围成圆环形。安装架101的与开口侧相邻的两侧下部均设有连接部102，每相邻的两个安装架101通过连接部102转动连接，使爬升组件1可看做柔性的结构，从而能够在抱紧气囊2抱紧柱或绳时根据需要变换形状，而且也能够适应不规则的圆形柱或绳的爬升。
抱紧气囊2为一个或间隔设置的多个，在本实施例中，抱紧气囊2为间隔设置的多个，且抱紧气囊2与安装架101一一对应，抱紧气囊2安装在安装架101内，从而使安装架101对抱紧气囊2进行保护，避免使用过程中抱紧气囊2发生损坏。
推拉机构为爬升弹簧5以及爬升气囊3。爬升气囊3有一个或多个，且设置在安装架101的上侧或下侧，优选的，爬升气囊3有多个，且每个安装架101的上下两侧均设有一个爬升气囊3，从而能够使间距调节更加灵活，且提高了间距调节速度，即提高了本爬杆机器人主体的爬升速度。每相邻的两个抱紧机构之间环绕抱紧机构的轴线间隔均布有多个爬升弹簧5，安装架101的侧部设有连接件4，爬升弹簧5的上下两端均通过连接件4与安装架101固定连接。连接件4为“L”形，连接件4的竖直部设置在相邻的安装架101之间，且与一个安装架101固定连接，爬升弹簧5与连接件4的水平部固定连接。爬升弹簧5处于拉伸状态，当爬升气囊3充气时，使相邻抱紧机构间距增大，当爬升气囊3放气时，相邻的抱紧机构在爬升弹簧5的弹力作用下间距减小。
爬升气囊3和抱紧气囊2均连接有气泵或压缩空气管道，且爬升气囊3和抱紧气囊2的进气口和排气口均连接有电磁阀，电磁阀连接有PLC控制器或单片机。在本实施例中，抱紧机构有三个。上侧的抱紧气囊2放气并松开柱或绳时，中部抱紧气囊2充气并抱紧柱或绳，此时上下两侧的抱紧机构之间的爬升气囊3充气，从而推动上侧的抱紧机构上移，当爬升气囊3充气完毕后，上侧的抱紧气囊2充气并抱紧柱或绳，中部的抱紧气囊2放气并松开柱或绳，中部的抱紧机构在爬升弹簧5的作用下向上移动，完成了抱紧机构的爬杆动作，从而利用调节两个抱紧机构间距的原理实现爬杆动作。下侧的抱紧机构和中部的抱紧机构的配合爬杆的原理，与中上两个抱紧机构爬杆的原理相同。
每个抱紧机构相邻的两安装架101之间设有爬行导向机构。爬行导向机构为转动安装在安装架101上的导向轮，导向轮通过导向轮安装杆安装在安装架101上，导向轮的轴线水平设置。当抱紧气囊2充气时，导向轮与柱或绳分离，当抱紧气囊2放气时，导向轮与柱或绳相接触，并对抱紧机构的爬升进行导向，保证抱紧机构与柱或绳始终同轴，提高了爬升的稳定性。
如图4所示：抱紧气囊2的内侧设有凹槽201，凹槽201为方形或圆柱状，既能够增大抱紧气囊2的摩擦，进而增大抱紧气囊2与柱或绳之间的摩擦，还能够在抱紧气囊2充气时，由于凹槽201与柱或绳贴合并与柱或绳合围成封闭的腔体，抱紧气囊2充气时体积增大，进而使凹槽201体积增大，内部气压减小，从而吸住柱或绳，保证了抱紧气囊2抱紧牢固。
如图5~6所示：本申请还提供了一种爬杆清扫机器人，其与爬杆机器人主体的区别在于：每个抱紧机构包括两个爬升组件1，两个爬升组件1间隔设置，且两个爬升组件之间设有清扫机构。每个抱紧机构环绕轴线间隔均布有多个清扫机构，从而能够同时对柱或绳的侧部进行清理，且清理效果好。两个爬升组件1通过连杆103相连，连杆103设置在两个爬升组件1之间，且连杆103的两端分别与两个爬升组件1固定连接。在本实施例中，连杆103环绕爬升组件1的轴线间隔设置有三个。
在本实施例中，每个爬升组件1由两个安装架101合围而成，且每个安装架101为半圆弧形，两个安装架101的两端分别转动连接，从而形成圆环形。每个安装架101内均安装有一个抱紧气囊2。多个爬升组件1的开口侧位于同一竖向的直线上，从而方便套装在柱或绳上并对柱或绳进行清洗。
在本实施例中，抱紧机构有两个，且推拉机构为爬升气缸6。爬升气缸6环绕爬升组件1间隔均布有三个，爬升气缸6竖向设置，且爬升气缸6的底部安装在下部抱紧机构的爬升组件1上，爬升气缸6的活塞杆与上部抱紧机构的爬升组件1相连。爬升气缸6的进气管和出气管连接有电磁阀，且电磁阀与PLC控制器或单片机相连。当下部抱紧机构的抱紧气囊2抱紧柱或绳时，上部抱紧机构的抱紧气囊2松开柱或绳，此时爬升气缸6的活塞杆伸出并推动上部的抱紧机构向上移动，当上部的抱紧机构移动一定距离时，上部抱紧机构的抱紧气囊2抱紧柱或绳，下部抱紧机构的抱紧气囊2松开柱或绳，爬升气缸6的活塞杆复位并带动下部的抱紧机构上升，从而利用调节两个抱紧机构间距的原理实现爬杆动作。
清理机构包括毛刷辊7以及带动毛刷辊7转动的清理动力机构，在本实施例中清理动力机构为电机8，电机8安装在抱紧机构下侧的爬升组件1上，毛刷辊7与电机8的输出轴同轴设置，且毛刷辊7的上端转动安装在抱紧机构上部的爬升组件1上，毛刷辊7的下端与电机8的输出轴同轴连接。电机8带动毛刷辊7转动，从而对柱或绳进行清理。由于清扫机构设置有多个，因此爬升组件1带动清扫机构爬杆时，清扫机构能够一次性的对柱或绳的周圈完成清扫，清扫效果好，且清扫速度快，不影响爬升组件1的爬升动作。
如图7所示：本申请还提供了一种伸缩可适应变截面的机器人，其与爬杆机器人主体的区别在于：抱紧机构每相邻的两个安装架101之间均通过间距调节机构相连，从而能够调节爬升组件1的形状，以适应不同截面形状柱或绳的机器人，且能够适应变截面的柱或绳，适应范围广。间距调节机构的数量还可以少于安装架101的数量，此时仅有部分相邻安装架101之间通过间距调节机构相连，其余相邻的安装架101之间转动连接。
间距调节机构包括伸展模块以及连接导向机构9，伸展模块与相邻的两个安装架101相连并调节相邻两个安装架101距离，连接导向机构9能够对安装架101导向，避免相邻的安装架101脱离从而导致抱紧机构发生断裂。
伸展模块包括调节气囊11以及复位弹簧10，调节气囊11设置在相邻的两安装架101之间，优选的，相邻的两个安装架101相邻的一侧均安装有两个调节气囊11，且两个调节气囊11设置在安装架101的同一位置，两个调节气囊11的进气口和出气口均连接有电磁阀，且电磁阀与PLC控制器或单片机相连。当柱或绳的截面形状或截面面积发生变化时，调节气囊11充气，从而调节两个安装架101的间距，进而使抱紧机构的爬升组件1发生变化，通过多个伸展模块的调节调节使爬升组件呈现任意的形状。当调节气囊11放气时，在复位弹簧10的弹力作用下，相邻两个安装架101复位，从而能够适应不同截面形状的柱或绳的爬杆动作，且能够在爬杆过程中根据柱或绳的外形调节自身形状，使用方便，爬升范围广，且调节方便。
连接导向机构9包括导向套和导向杆，导向套和导向杆分别设置在相邻的两安装架101上，且导向套安装在安装架101上，导向杆一端安装在另一相邻的安装架101上，另一端滑动伸入导向套内，从而对安装架101的运动进行导向，并避免相连安装架101断开连接。导向杆和导向套均由软体材质制成，从而能够根据调节的抱紧机构的形状来调节导向杆和导向套的形状，使用方便。
如图8所示：本申请还提供一种跨越障碍的机器人，其与伸缩可适应变截面的机器人的区别在于：间距调节机构包括设置在相邻两个安装架101上的磁铁12，两个磁铁12分别设置在两个安装架101的同一高度，且两个磁铁12正对设置，两个磁铁12相邻的一侧极性相反，从而使两个磁铁12产生吸力，保证两个安装架101能够相连。由于采用磁铁12的吸力相连，因此两个安装架101可以跨越障碍。当本跨越障碍的机器人爬升管道时，如果管道上连接有三通或支管，在抱紧气囊2的作用下，相邻安装架101的间距增大，当越过三通或支管时，相邻安装架101的间距在磁铁12的吸力作用下靠近，从而完成跨越障碍的动作。在本实施例中，还可以采用抱紧气缸抱紧柱或绳，操作方便，且能够提供更大的推力，且推力调节方便，从而既能够抱紧柱或绳，又能够在需要时推动相邻安装架101的间距增大。
实施例2
如图9所示：实施例2与实施例1的区别在于：爬杆机器人主体的安装架101为内侧开口的箱体，且爬升组件1为由多个安装架101合围成的三角行的环形，从而能够适应三角形柱或绳的爬杆动作。
实施例3
如图10所示：实施例3与实施例1的区别在于：爬杆机器人主体的爬升组件1为由多个安装架101合围成的内凹的多边形环形，从而能够适应截面为内凹的多边形的柱或绳的爬杆动作。
实施例4
如图11所示：实施例4与实施例1的区别在于：爬杆机器人主体的爬升组件1为由多个安装架101合围成的外凸的多边形环形，从而能够适应截面为外凸的多边形的柱或绳的爬杆动作。
实施例5
如图12所示：实施例5与实施例1的区别在于：爬杆机器人主体的抱紧气囊2的内侧，即靠近柱或绳的一侧设有凸起202，凸起202为水平设置的条状或圆柱状，从而增大了抱紧气囊2与柱或绳之间的摩擦力，保证了爬升组件1抱紧柱或绳稳定，提高了爬杆机器人主体爬杆的工作稳定性。
实施例6
如图13所示：实施例6与实施例1的区别在于：爬杆机器人主体的抱紧气囊2内侧，即靠近柱或绳的一侧有多层，从而形成褶皱状，在抱紧柱或绳时，既能够避免与柱或绳的摩擦导致抱紧气囊2漏气，提高了抱紧气囊2的使用寿命，又能够提高爬升组件1与柱或绳之间的摩擦力，避免了爬升组件1与柱或绳打滑，使爬升组件1每次移动的行程大。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。