一种爬杆机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人研制技术领域，尤其涉及一种爬杆机器人。

背景技术：

在各种作业，尤其是电力行业的作业中，往往需要进行爬杆作业。传统的爬杆作业都是人工进行，即作业人员依靠各种辅助装置爬杆，来实现各种操作。这种方式有很大的限制，一方面，即使有辅助工具帮忙，但是爬杆作业依然是一项极度耗损体力的工作，对爬杆人员身体要求高；再则就是爬杆作业危险很大，一是登高操作，一不小心会有坠落的风险，二是在杆上作业，增加了作业难度，从而增加了危险系数。随着机器人行业的发展，爬杆机器人应运而生，用来取代人类来进行爬杆作业。操作机器人可以代替人类爬杆作业，避免了人工作业时体力下降对工作效率和人员安全的有害影响。然则现有的爬杆机器人主要是注重机器人的爬杆效率，而往往没能够考虑到在爬杆过程中的避障以及避障效率，有时候碰上杆件上有一点障碍就无法实现，在实际应用中依然存在很大的不足。

技术实现要素：

针对以上不足，本实用新型提供一种具有良好的避障功能的爬杆机器人。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种爬杆机器人，包括有手爪机构、攀爬机构和旋转避障机构，所述攀爬机构包括有机架、攀爬电机、连杆、曲柄、手爪升降驱动架和光杆，所述攀爬电机固定设置于所述机架上，所述曲柄通过联轴器安装在所述攀爬电机的输出轴上，所述连杆一端与所述曲柄铰接，另一端与所述手爪升降驱动架铰接，所述光杆竖直设置于所述机架上；所述旋转避障机构包括有避障电机、传动轴、传动齿轮、圆弧旋转部件和限位部件，所述避障电机固定设置于所述机架的下面，所述传动轴通过联轴器安装在所述避障电机的输出轴上，所述传动齿轮安装在所述传动轴上；所述圆弧旋转部件为具有开口的圆环结构，所述圆弧旋转部件的外周上设置有与所述传动齿轮相匹配的轮齿，所述传动齿轮与所述圆弧旋转部件上的轮齿啮合连接，所述圆弧旋转部件在周向上设置有圆弧凹槽，所述限位部件的顶端固定连接于所述机架的底面，底端穿过所述圆弧凹槽，所述限位部件的底端设置有限位块以使得所述限位部件只能与所述圆弧凹槽相互周向转动；所述手爪机构为两个以上，至少一个所述手爪机构固定设置于所述圆弧旋转部件的底面，至少一个所述手爪机构设置于所述手爪升降驱动架上，位于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构设置有限位环，所述限位环套设在所述光杆上。

进一步地，每个所述手爪机构包括有手爪电机、卡爪、手爪外壳、丝杠、丝杠螺母，所述手爪电机固定设置于所述手爪外壳上，所述丝杠通过联轴器安装在所述手爪电机的输出轴上，所述丝杠螺母安装在所述丝杠上，每个所述手爪机构中的卡爪为两个，对称设置于所述丝杠两侧，所述卡爪的中部可转动地设置于所述手爪外壳上，所述卡爪的后端开设有滑槽，所述丝杠螺母的两侧上设置有滑块，所述滑块位于所述滑槽内。

进一步地，所述攀爬电机、避障电机和手爪电机为直流减速电机。

进一步地，两个所述手爪机构为一组，同一组中两个所述手爪机构相对设置；一组所述手爪机构固定设置于所述圆弧旋转部件的底面，一组所述手爪机构设置于所述手爪升降驱动架上。

进一步地，所述限位部件为竖直设置的弧形板。

进一步地，所述爬杆机器人上下堆叠设置，位于上方的所述爬杆机器人的所述手爪机构的底部与位于下方的所述爬杆机器人的光杆固定连接。

本实用新型提供的爬杆机器人的爬杆方法，具有上述的爬杆机器人，爬杆机器人的各电机通过导线与电源连接，包括以下步骤：

1）将所述爬杆机器人靠近待爬行的杆件，固定设置于所述圆弧旋转部件上的手爪机构卡紧待爬行的杆件；所述攀爬机构驱动设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构沿所述光杆上升；待设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构上升到一定位置时，设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构卡紧待爬行的杆件；固定设置于所述圆弧旋转部件上的手爪机构从待爬行的杆件上松开；所述攀爬机构、旋转避障机构以及固定设置于所述圆弧旋转部件上的手爪机构在所述攀爬机构作用下上升，整个爬杆机器人实现一次向上攀爬；

2）重复步骤1）以实现爬杆机器人连续向上攀爬；

3）固定设置于所述圆弧旋转部件上的手爪机构卡紧待爬行的杆件时，所述攀爬机构驱动设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构沿所述光杆下降，待设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构下降到一定位置时，设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构卡紧待爬行的杆件，固定设置于所述圆弧旋转部件上的手爪机构从待爬行的杆件上松开，所述攀爬机构、旋转避障机构以及固定设置于所述圆弧旋转部件上的手爪机构在所述攀爬机构作用下下降，整个爬杆机器人实现一次向下攀爬；

4）重复步骤3）以实现爬杆机器人连续向下攀爬；

5）爬杆机器人需要避障调姿时，当爬杆机器人处在固定设置于所述圆弧旋转部件上的手爪机构卡紧待爬行的杆件、设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构松开待爬行的杆件的状态时，所述旋转避障机构驱动所述圆弧旋转部件转动，以调整所述攀爬机构和旋转避障机构的位置从而实现所述攀爬机构、旋转避障机构和设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构的避障调姿；当爬杆机器人处在固定设置于所述圆弧旋转部件上的手爪机构松开待爬行的杆件、设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构卡紧待爬行的杆件的状态时，所述旋转避障机构驱动圆弧旋转部件转动，以调整所述旋转避障机构的位置从而实现所述旋转避障机构和设置于所述手爪升降驱动架上的所述手爪机构的避障调姿；

6）重复步骤5）以实现爬杆机器人连续避障调姿。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种爬杆机器人，在具有传统的爬杆功能的基础上，增加了避障功能，能够在爬杆过程中实现避障调姿，从而能够使得爬杆机器人在爬杆过程中躲避部分障碍，以确保爬杆的顺利进行；本实用新型中爬杆机器人的爬杆和避障可以同时进行，互相协作却互不干扰，从而保证了爬杆和避障的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为攀爬机构的结构示意图；

图3为旋转避障机构的安装示意图；

图4为手爪机构的结构示意图；

图5为手爪机构的结构示意图（透视示意图）。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，本实用新型优选的实施例提供一种爬杆机器人，主要包括有手爪机构1、攀爬机构2和旋转避障机构3。

请参照图2，攀爬机构2包括有机架21、攀爬电机22、连杆23、曲柄24、手爪升降驱动架25和光杆26，攀爬电机22为直流减速电机，固定设置于机架21上，机架21为平板状结构，中部及边缘一处具有缺口以方便爬杆机器人爬杆时，杆件位于缺口内，曲柄24通过联轴器安装在攀爬电机22的输出轴上，连杆23一端与曲柄24铰接，另一端与手爪升降驱动架25铰接，光杆26为多根，竖直设置于机架21上（图2中另一侧的光杆26未画出）。

请参照图3，旋转避障机构3包括有避障电机31、传动轴32、传动齿轮33、圆弧旋转部件34和限位部件35，避障电机31为直流减速电机，通过避障电机安装座37固定设置于机架21的下面，传动轴32通过联轴器安装在避障电机31的输出轴上，传动齿轮33安装在传动轴32上；圆弧旋转部件34为具有开口的圆环结构，开口与机架21的缺口方向一致，圆弧旋转部件34的外周上设置有与传动齿轮33相匹配的轮齿，传动齿轮33与圆弧旋转部件34上的轮齿啮合连接，圆弧旋转部件34在周向上设置有圆弧凹槽36，限位部件35的顶端固定连接于机架21的底面，底端穿过圆弧凹槽36，限位部件35为竖直设置的弧形板，弧形板的弧度与弧形凹槽36的弧度一致，限位部件35的底端设置有限位块37以使得限位部件35只能与圆弧凹槽36相互周向转动。限位部件35与圆弧凹槽36的周向转动限定可以通过一些限位块实现，限位块固定设置于限位部件上，位于圆弧旋转部件34的上下两面；或者通过在圆弧凹槽36侧壁上开设限位凹槽，在限位部件35上固定设置有限位销，限位销部分位于限位凹槽内以作轴向（上下方向）的限位。

本优选的实施例中，手爪机构1为四个，两两一组，两个手爪机构1固定设置于圆弧旋转部件34的底面，两个手爪机构1设置于手爪升降驱动架25上，两两设置的手爪机构1相对设置；位于手爪升降驱动架25上的手爪机构1设置有限位环18，限位环18套设在光杆26上。

实施时，攀爬电机22驱动曲柄24转动，带动连杆23和手爪升降驱动架25，在曲柄传动机构的作用下，在光杆26和限位环18限制下只能做沿光杆26的轴向运动，使得设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1沿光杆26上升或下降。相应的，当设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1卡紧待攀爬杆件时，攀爬电机22驱动曲柄24转动，带动连杆23和手爪升降驱动架25，在曲柄传动机构的作用下，在光杆26和限位环18限制下只能做沿光杆26的轴向运动，攀爬机构2、旋转避障机构3以及固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1只能做沿光杆26轴向的上下运动。避障电机31驱动传动齿轮33转动带动圆弧旋转部件34转动，以此调整攀爬机构2和旋转避障机构3的位置，让待攀爬的杆件上的障碍物与机架21上的缺口和圆弧旋转部件34的开口对齐，从而实现攀爬机构2、旋转避障机构3的避障调姿。手爪机构1、攀爬机构2和旋转避障机构3互相协同，可以实现爬杆和避障功能，且攀爬机构2和旋转避障机构3在作业时不会互相制约，能够实现爬杆和避障的同时进行，保证了工作效率。

请参照图4和图5，每个手爪机构1包括有手爪电机11、卡爪12、手爪外壳13、丝杠14、丝杠螺母15，手爪电机11为直流减速电机，固定设置于手爪外壳13上，丝杠14通过联轴器安装在手爪电机11的输出轴上，丝杠螺母15安装在丝杠14上，每个手爪机构1中的卡爪12为两个，对称设置于丝杠14两侧，卡爪12的中部可转动地设置于手爪外壳13上，卡爪12的后端开设有滑槽16，丝杠螺母15的两侧上设置有滑块17，滑块17位于滑槽16内。手爪电机11驱动丝杠14转动，丝杠螺母15在丝杠14上做轴向运动，随着丝杠螺母15的运动，丝杠螺母15的两侧上的滑块17也在滑槽16内运动，此时卡爪12绕其中部转动，两个卡爪12做张开或闭合的运动，以此实现对待攀爬的杆件的卡紧或松开。

值得注意的是，本实用新型中的爬杆机器人可以进行上下堆叠设置，以实现一种串联式连接，通过设置多个串联式连接的爬杆机器人可以实现更多的位置多个机器人协同作业。具体串联方式为：位于上方的爬杆机器人的手爪机构1的底部与位于下方的爬杆机器人的光杆26固定连接。

本实用新型提供的爬杆机器人的爬杆方法，具有上述爬杆机器人，即基于上述机器人的爬杆方法，爬杆机器人的各电机通过导线与电源连接，包括以下步骤：

1）将爬杆机器人靠近待爬行的杆件，固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1在手爪电机11的作用下，两个卡爪12卡紧待爬行的杆件；攀爬机构2中的攀爬电机22驱动曲柄24转动，带动连杆23和手爪升降驱动架25，让手爪升降驱动架25呈整体向上运动，使得设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1沿光杆26上升；待设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1上升到一定位置时，设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1在手爪电机11的作用下，两个卡爪12卡紧待爬行的杆件；固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1在手爪电机11的作用下，两个卡爪12从待爬行的杆件上松开；攀爬电机22驱动曲柄24转动，带动连杆23和手爪升降驱动架25，攀爬机构2、旋转避障机构3以及固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1在手爪升降驱动架25、连杆23和曲柄24作用下上升，整个爬杆机器人实现一次向上攀爬；

2）重复步骤1）以实现爬杆机器人连续向上攀爬；

值得注意的是，爬杆机器人的向上攀爬的实现方式也可以是先固定（卡紧）设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1（此时固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1在杆件上松开），然后通过攀爬机构2作用让攀爬机构2、旋转避障机构3以及固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1先上升，再固定（卡紧）固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1以及松开设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1，再通过攀爬机构2作用使得设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1上升，多次重复上述步骤可实现爬杆机器人连续向上攀爬；这个连续攀爬方式与步骤2）的实质相同；

3）固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1卡紧待爬行的杆件时，攀爬电机22驱动曲柄24转动，带动连杆23和手爪升降驱动架25，使得设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1沿光杆26下降，待设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1下降到一定位置时，设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1卡紧待爬行的杆件，固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1从待爬行的杆件上松开，攀爬电机22驱动曲柄24转动，带动连杆23和手爪升降驱动架25，使得攀爬机构2、旋转避障机构3以及固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1在手爪升降驱动架25、连杆23和曲柄24作用下下降，整个爬杆机器人实现一次向下攀爬；

4）重复步骤3）以实现爬杆机器人连续向下攀爬；

值得注意的是，爬杆机器人向下攀爬也可以是先固定设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1（此时固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1松开），在攀爬机构2作用下，使得攀爬机构2、旋转避障机构3以及固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1下降，然后固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1卡紧杆件，（此时设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1松开），在攀爬机构2作用下，设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1向上，多次重复上述步骤可实现爬杆机器人连续向下攀爬；这个连续攀爬方式与步骤4）的实质相同

5）爬杆机器人需要避障调姿时，当爬杆机器人处在固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1卡紧待爬行的杆件、设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1松开待爬行的杆件的状态时，避障电机31驱动传动齿轮33转动带动圆弧旋转部件34转动，以调整攀爬机构2和旋转避障机构3的位置从而实现攀爬机构2、旋转避障机构3和设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1的避障调姿；当爬杆机器人处在固定设置于圆弧旋转部件34上的手爪机构1松开待爬行的杆件、设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1卡紧待爬行的杆件的状态时，避障电机31驱动传动齿轮33转动带动圆弧旋转部件34转动，以调整旋转避障机构3的位置从而实现旋转避障机构3和设置于手爪升降驱动架25上的手爪机构1的避障调姿；

6）重复步骤5）以实现爬杆机器人连续避障调姿。

值得注意的是，上述爬杆机器人的爬杆方法中，爬杆（包括向上攀爬和向下攀爬）与避障调姿可同时进行。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。