一种轮式爬杆机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人技术领域，具体而言涉及轮式爬杆机器人。
【背景技术】
[0002]随着机器人技术的发展，机器人将逐渐代替人类完成一些高强度、高重复性、高危险甚至人类不可能完成的作业。高空作业作为高危作业的一种，也慢慢被机器人所取代。在电气和通讯行业，高空作业主要包括一些电气设备或通讯基站的安装和拆卸、电线巡检和维修等。而对于在电线杆上电气设备或通讯基站的安装和拆卸，需要爬杆机器人。国内外对爬杆机器人做过很多研究，也研发出了不少样机，大体可以分为抓夹式、缠绕式和轮夹式三类。其中管贻生等人开发的Climbot，葡萄牙Tavakoli等人开发的3DCUMBER是典型的双手爪抓夹式攀爬机器人，通过两端交替抓夹杆件实现杆上攀爬动作Xl imbot采用模块化方法设计，由两种关节模块构成类似于操作臂的本体，在两端分别连接夹持器模块，能够抓夹圆形和方形等不同形状和大小的杆件，具有多种攀爬步态，很强的杆间过渡和越障功能。3DCUMBER机器人本体由一个平面三自由度串联连杆机构和一个基座端的旋转机构组成，攀爬能力较弱，机构笨重。西班牙的CRP本体采用并联机构，两端动平台作成环状，用于环抱攀爬对象，但由于并联机构工作空间较小，这类攀爬机器人缺乏足够的灵活性，攀爬功能较弱。相关的攀爬机器人还包括日本开发的WOODY系列爬树机器人和以及香港徐杨生等人开发的Treebot爬树机器人。WOODY-1双端是两个大的圆环装夹紧机构，二者通过丝杆和导轨连接，通过伸缩运动实现在树干上攀爬。WOODY-1I构型与Cl imbot的类似，但自由度较少。Treebot中间是柔性连续体，两端为钩爪，只适合于爬粗糙表面的树。Hirose和Lipkin等人开发的蛇形机器人由多个相同的模块串联构成，通过全身象蛇一样对杆件紧紧缠绕并翻转实现攀爬。伊朗的UT-PCR通过上下两组共六个轮子通过弹簧力夹紧杆件，轮子的转动驱使机器人沿杆件上下移动。
[0003]虽然目前国内外已经开发了多种攀爬机器人样机，各有优点，但也有较强的目的性和局限性。一般而言，双手爪攀爬机器人具有较强的攀爬功能，但由于两端需要交替抓夹杆件，攀爬速度较低。蛇形机器人需要较多的关节模块，缠绕攀爬的可靠性有待提高，负载较小，难以扩展操作功能。轮夹式机器人通过轮子连续滚动实现攀爬，速度较快，非常适合在杆上攀爬。但现有的设计方案只能沿一个方向攀爬，不能绕着杆件改变本体方向，因而限制了作业方位。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于设计一种结构简单紧凑、安装和使用方便的轮式爬杆机器人。本发明能够适应不同直径的攀爬杆件，并能在攀爬杆件和树干上快速上下移动、旋转以及螺旋运动。
[0005]为实现本发明的目的，采用如下技术方案:本发明的轮式爬杆机器人，采用环状结构，包括有呈半圆环状的第一主支撑架、第二主支撑架、支撑架扣合关节、四个驱动轮总成、电源箱和控制箱，其中第一主支撑架与第二主支撑架通过支撑架扣合关节实现连接；四个驱动轮总成中的两个驱动轮总成固定在第一主支撑架的上端，另两个驱动轮总成固定在第二主支撑架的下端，第二主支撑架的外侧上方固定控制箱，第二主支撑架的下方固定电源箱。
[0006]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
1)本发明由于与攀爬杆件相接触的两组瑞典轮处于不同的高度，利用机器人重心偏置产生瑞典轮对攀爬杆件的压力而实现夹紧，瑞典轮停止转动或者断电后能防止机器人沿攀爬杆件下滑，保证机器人安全以及工作的可靠性;且这种夹紧方式简单可靠；
2)本发明采用蜗杆机构，调节四个瑞典轮的开合程度即夹持点组成四边形的大小以适应各种不同直径的攀爬杆件，并利用其自锁功能固定四个瑞典轮的角度，可防止出现瑞典轮松离攀爬杆件使机器人掉落的危险；
3)本发明使用左旋和右旋两组不同的瑞典轮，并通过控制其转动方向可实现机器人绕攀爬杆件上下移动、旋转以及螺旋运动；
4)本发明机器人的第一主支撑架与第二主支撑架两大部分的两端通过支撑架扣合关节进行连接和扣合，方便进行拆卸和安装；
5)本发明能够同步通过盘式电机驱动蜗杆以调节蜗轮的角度进而同时调节四个瑞典轮的开合程度来适应不同杆件或圆柱形树干的大小，故本发明轮式爬杆机器人能够在不同直径的竖直圆杆、棕榈树或椰子树上攀爬;另外，由于蜗轮蜗杆的自锁功能，盘式电机停止工作时，瑞典轮不会由于外力改变开合大小；
6)本发明右旋和左旋两种瑞典轮所在的驱动轮总成分别安装在第一主支撑架及第二主支撑架的上下方，通过直流电机改变瑞典轮的转动方向(顺时针转、逆时针转或者不动)，使得四个瑞典轮组合形成复合运动，从而实现机器人不同的运动方式，使机器人能够在攀爬对象上实现旋转、上下移动以及螺旋运动。
[0007]本发明是一种具有多种运动模式的轮式爬杆机器人，本发明克服现有国内外攀爬机器人的不足，且为电线杆上等诸如配电箱和通讯基站的拆装以及树枝修剪、椰果采摘等高空作业提供移动平台。
【附图说明】
[0008]图1是本发明机器人总体装配图；
图2是本发明机器人的主视图；
图3是本发明机器人的俯视图；
图4是本发明驱动轮总成的爆炸图；
图5是本发明支撑架的安装示意图；
图6是本发明瑞典轮转动方向及其对应的机器人运动方式第一种情况的示意图；
图7是本发明瑞典轮转动方向及其对应的机器人运动方式第二种情况的示意图；
图8是本发明瑞典轮转动方向及其对应的机器人运动方式第三种情况的示意图。
【具体实施方式】
[0009]为了更好地理解本发明，下面结合附图对其作进一步地描述。
[0010]如图1所示为机器人的总体装配图。本发明的轮式爬杆机器人，采用环状结构，包括有呈半圆环状的第一主支撑架1、第二主支撑架6、支撑架扣合关节8、四个驱动轮总成、电源箱10和控制箱7，其中第一主支撑架I与第二主支撑架6通过支撑架扣合关节8实现连接和扣合；四个驱动轮总成中的两个驱动轮总成固定在第一主支撑架I的上端，另两个驱动轮总成固定在第二主支撑架6的下端，第二主支撑架6的外侧上方固定控制箱7，第二主支撑架6的下方固定电源箱10，四个驱动轮总成形成沿环状的均匀分布。
[0011 ]本实施例中，上述四个驱动轮总成都是瑞典轮，其中两个驱动轮总成包括有右旋瑞典轮5，另外两个驱动轮总成包括有左旋瑞典轮9，包括有右旋瑞典轮5的两个驱动轮总成固定在第一主支撑架I的上端，两个包括有左旋瑞典轮9的驱动轮总成则固定在第二主支撑架6的下端。上述四个驱动轮总成通过螺钉固定在第一主支撑架I及第二主支撑架6上。本发明所用的瑞典轮可以是现有通用的瑞典轮，也可以是能卡住攀爬杆件的轮子。
[0012]如图4所示，上述每个驱动轮总成驱动轮总成包括直流驱动电机2、盘式电机12、蜗杆传动机构、瑞典轮和瑞典轮支撑架11，蜗杆传动机构包括蜗轮13、蜗杆1、蜗轮蜗杆基座4、端盖3和两对轴承，盘式电机12固定在蜗轮蜗杆基座4上，盘式电机12的输出轴与蜗杆I连接，盘式电机12驱动蜗杆I运动，蜗