一种气动爬杆装置的制作方法

本实用新型属于自动控制技术领域，涉及一种气动爬杆装置。

背景技术：

目前了解到的气动爬杆机器人能满足基本爬杆要求，但是主要还存在以下两个问题：1.机器人本体部分不能做到纯气动，加入了传感器、控制器等电气装置。电气装置的存在可能产生电火花等因素。在易燃、易爆危险气体的环境下，电火花可能产生安全隐患，导致火灾等事故，因此电气装置的存在导致机器人的安全性欠佳，具体情况可参考山东建筑大学沈孝芹等人的《气动爬杆机器人的研制》。2.负载能力比较小，或者只能单纯完成爬上爬下的任务而不具备负载能力。机器人本体结构简单，能够完成的工作十分有限。在很多情况下需要携带执行部件完成工作，而机器人负载能力太小导致无法承担运送执行部件的任务，机器人的应用场景极为有限。具体实例可参照苏州工业职业技术学院的《气动爬杆机器人》。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种气动爬杆装置；提高了装置的安全性能，同时增强了装置的负载能力。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种气动爬杆装置，包括至少两个夹紧模块，相邻两个夹紧块之间设置有爬升模块和导向模块；其中夹紧模块包括夹紧气缸缸体，夹紧气缸缸体与夹紧气缸活塞杆连接，夹紧气缸活塞杆与可动手爪连接，可动手爪与固定手爪配合；其中导向模块包括连接夹紧模块的导柱，其中夹紧模块上设置有穿过导柱的直线轴承；其中爬升模块包括设置在两个夹紧块之间的爬升气缸缸体，爬升气缸缸体与爬升气缸活塞杆连接；爬升气缸缸体与爬升气缸活塞杆的伸缩带动夹紧模块在导柱上的移动。

更进一步的，本实用新型的特点还在于：

其中夹紧模块有2个，分别为上夹紧模块和下夹紧模块。

其中下夹紧模块固定在下夹紧平台和下夹紧平台盖板之间，夹紧气缸缸体固定在下夹紧平台上，夹紧气缸接头连接夹紧气缸活塞杆和可动手爪，可动手爪通过手爪安装轴活动连接在下夹紧平台上，固定手爪固定在下夹紧平台上。

其中下夹紧平台和下夹紧平台盖板之间设置有安装导柱的导柱下安装套筒。

其中爬升模块对称的设置在两个夹紧模块之间。

其中爬升模块包括连接两个夹紧模块的爬升连杆，其中2个具有弯角的爬升连杆与横向设置的爬升气缸缸体活动连接，其中2个直线型的爬升连杆与横向设置的爬升气缸活塞杆连接。

其中爬升模块上还设置有步长调节结构，步长调节结构包括与爬升气缸活塞杆连接的爬升气缸接头，爬升气缸接头上设置有多个调节孔。

其中两个直线型的爬升连杆连接在调节孔上。

其中夹紧模块上还设置有检测模块，检测模块为气动机控阀。

本实用新型的有益效果是：该爬杆装置为纯气动控制，避免了引入电气装置，从而提高了装置运行的安全性；同时通过导柱以及直线轴承滑动实现装置的移动，能够提高装置的负载能力。

更进一步的，该装置设置有两个夹紧模块，并且具体公开了夹紧模块的结构，夹紧模块通过可动手爪和固定手爪实现对爬杆的抓紧和松开。

更进一步的，通过横向设置的爬升气缸的伸缩，带动与之连接的爬升连杆和上夹紧模块和下夹紧模块移动，实现了装置的移动功能，并且该结构能够应对气动断气等突发事故，不会发生装置坠落的危险事故。

更进一步的，通过爬升气缸接头不同调节孔与爬升连杆的连接，从而使该装置能够获取不同的步距和负载能力，使该装置对不同工作情况具有良好的适用性，能够了解决更多的工程实际问题。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型中爬升模块的结构示意图；

图3为本实用新型的主视图；

图4为本实用新型的左视图；

图5为本实用新型的俯视图；

图6为本实用新型中下夹紧模块的结构示意图；

图7为本实用新型中上夹紧模块的结构示意图。

其中：1.为下夹紧平台；2.为导柱下安装套筒；3.为下夹紧平台盖板；4.为连杆安装座；5.为爬升连杆；6.为爬升气缸缸体；7.为上夹紧平台；8.为直线轴承套筒；9.为上夹紧平台盖板；10.为导柱上安装套筒；11.为固定架；12.为机控阀安装座；13.为气动机控阀；14.为爬升气缸活塞杆；15.为爬升气缸接头；16.为导柱；17.为直线轴承；18.为夹紧气缸安装轴；19.为夹紧气缸缸体；20.为夹紧气缸活塞杆；21.为夹紧气缸接头；22.为短连杆；23.为短连杆安装轴；24.为第一圆柱销；25.为长连杆；26.为第二圆柱销；27.为可动手爪；28.为手爪安装轴；29.为固定手爪；30.为上夹紧气缸安装轴；31.为上夹紧气缸缸体；32.为上夹紧气缸活塞杆；33.为上夹紧气缸接头；34.为上短连杆；35.为上短连杆安装轴；36.为第三圆柱销；37.为上长连杆；38.为第四圆柱销；39.为上可动手爪；40.为上手爪安装轴；41.为上固定手爪。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

本实用新型提供了一种气动爬杆装置，包括两个或两个以上的夹紧模块，优选为两个夹紧模块；两个相邻两个夹紧模块之间还设置有爬升模块和导向模块，爬升模块设置有2组，且对称设置在两个夹紧模块之间；夹紧模块的上部还设置有检测模块。

如图1、6、7所示，两个夹紧模块具体的分为上夹紧模块和下夹紧模块。如图6所示，下夹紧模块设置在下夹紧平台1和下夹紧平台盖板3之间；具体的，下夹紧平台1与下夹紧平台盖板3之间安装有有下夹紧气缸缸体19、下夹紧气缸活塞杆20以及下夹紧气缸接头21组成的下夹紧气缸。下夹紧气缸缸体19可绕下夹紧气缸安装轴18运动。下夹紧气缸有两个状态：状态一是下夹紧气缸活塞杆20缩回下夹紧气缸缸体19的极限位置，此状态称为下夹紧气缸的原位；状态二是下夹紧气缸活塞杆20伸出到下夹紧气缸缸体19的极限位置。当下夹紧气缸处于原位时，此时从下夹紧气缸缸体19尾部接口通入压缩空气，压缩空气即可推动下夹紧气缸活塞杆20和下夹紧气缸接头21运动，到达极限位置后停下。下夹紧气缸活塞杆20受推运动时，下夹紧气缸接头21通过第一圆柱销24推动下短连杆22绕下短连杆安装轴23转动，下短连杆22通过第一圆柱销24推动下长连杆25，下长连杆25通过第二圆柱销26推动下可动手爪27绕下手爪安装轴28转动。下夹紧气缸处于原位时，下可动手爪27与下固定手爪29之间距离较大，无法夹住装置正在爬的杆，此时下夹紧部件可以沿杆上下运动；而下夹紧气缸活塞杆20伸出到下夹紧气缸缸体19的极限位置时，下可动手爪27与下固定手爪29之间距离减小，可以夹住机器人正在爬的杆，此时下夹紧部件可以被固定在杆上，而且通过尺寸的合理设计，可以保证此时由下短连杆22、下长连杆25、下可动手爪27和下夹紧平台1组成的四杆机构处于死点位置。此时即使遇到断气情况也不会使下可动手爪27松开而使爬杆机器人从杆上坠落，保证了其在断气情况下的安全性。

上夹紧模块与下夹紧模块的结构相同，具体的如图7所示，上夹紧模块安装在上加进平台7和上夹紧平台盖板9之间；上夹紧平台7与上夹紧平台盖板9之间安装有由上夹紧气缸缸体31、上夹紧气缸活塞杆32以及上夹紧气缸接头33组成的上夹紧气缸。上夹紧气缸缸体30可绕上夹紧气缸安装轴30运动。上夹紧气缸有两个状态：状态一是上夹紧气缸活塞杆32缩回上夹紧气缸缸体31的极限位置，此状态称为上夹紧气缸的原位；状态二是上夹紧气缸活塞杆32伸出到上夹紧气缸缸体31的极限位置。当上夹紧气缸处于原位时，此时从上夹紧气缸缸体31尾部接口通入压缩空气，压缩空气即可推动上夹紧气缸活塞杆32和上夹紧气缸接头33运动，到达极限位置后停下。上夹紧气缸活塞杆32受推运动时，上夹紧气缸接头33通过第三圆柱销36推动上短连杆34绕上短连杆安装轴35转动，上短连杆34通过第三圆柱销36推动上长连杆37，上长连杆37通过第四圆柱销38推动上可动手爪39绕上手爪安装轴40转动。上夹紧气缸处于原位时，上可动手爪39与上固定手爪41之间距离较大，无法夹住机器人正在爬的杆，此时上夹紧部件可以沿杆上下运动；而上夹紧气缸活塞杆32伸出到上夹紧气缸缸体31的极限位置时，上可动手爪39与上固定手爪41之间距离减小，可以夹住机器人正在爬的杆，此时上夹紧部件可以被固定在杆上，而且通过尺寸的合理设计，可以保证此时由上短连杆34、上长连杆37、上可动手爪39和上夹紧平台7组成的四杆机构处于死点位置。此时即使遇到断气情况也不会使上可动手爪39松开而使爬杆机器人从杆上坠落，保证了其在断气情况下的安全性。

如图2所示，爬升模块包括爬升气缸缸体6、爬升气缸活塞杆14和爬升气缸接头15组成的爬升气缸。爬升气缸缸体6通过具有弯角的爬升连杆连接在两个夹紧模块之间，且爬升气缸活塞杆14通过直线型的爬升连杆连接在两个夹紧模块之间，且所有的爬升连杆通过连杆安装座4安装在夹紧模块上。爬升气缸有两个状态：状态一是爬升气缸活塞杆14缩回爬升气缸缸体6的极限位置，此状态称为爬升气缸的原位；状态二是爬升气缸活塞杆14伸出到爬升气缸缸体6的极限位置。当爬升气缸处于原位时，此时从爬升气缸缸体6尾部接口通入压缩空气，压缩空气即可推动爬升气缸活塞杆14和爬升气缸接头15运动，到达极限位置后停下。爬升气缸活塞杆14受推运动时，爬升气缸接头15带动直线型的爬升连杆运动。具有弯角的爬升连杆的弯角一端安装在爬升气缸缸体6上，另一端安装在连杆安装座4上。连杆安装座4安装在下夹紧平台盖板3以及上夹紧平台7上。爬升连杆5通过连杆安装座4带动下夹紧平台盖板3以及上夹紧平台7产生相对运动。爬升气缸处于原位时，下夹紧平台盖板3以及上夹紧平台7之间距离最大；而爬升气缸活塞杆19伸出到夹紧气缸缸体19的极限位置时，下夹紧平台盖板3以及上夹紧平台7之间距离最小。两种状态下，最大距离与最小距离的差值即是爬杆机器人每爬一步的步距。同时爬升气缸接头15上拥有三个可与爬升连杆5连接的孔，使用不同的孔，可以获得不同的步距，不同的步距对应着不同的负载能力。

如图3、4所示，导向模块包括导柱下安装套筒2、导柱16、直线轴承17、直线轴承套筒8、导柱上安装套筒10、固定架11。导柱16通过导柱下安装套筒与下夹紧平台盖板3连接，同时通过导柱上安装套筒10与固定架11连接。直线轴承17安装在直线轴承套筒8内，直线轴承套筒8与上夹紧平台7连接。直线轴承17在导柱16上自由滑动，带动上夹紧平台7沿导柱上下滑动。导向模块使得上夹紧部件只能沿导柱方向运动，保证了爬杆机器人爬杆时的精度与稳定性。

如图3、5所示位置检测模块包括：机控阀安装座12和气动机控阀13。气动机控阀13通过机控阀安装座12安装在固定架11上。爬杆机器人未到达竖直杆末端时，气动机控阀13靠在竖直杆上，气动机控阀13上的杠杆受到压力，阀的进气与出气口接通；到达末端后，杠杆恢复到原位，气动机控阀13的进气与出气口断开。两种情况下通气情况不同，故可以把该信号通过气管送至控制器部分，使控制器针对不同情况发出命令。在机器人到达竖直杆末端后，爬杆机器人不能够继续进行向上爬升运动，可以固定在竖直杆上或沿杆向下运动。

本实用新型一种气动爬杆装置的最佳实施方案，如图1所示，包括两个夹紧模块，上夹紧模块和下夹紧模块；上夹紧模块和下夹紧模块之间通过4根导柱16连接起来，且导柱16通过直线轴承17穿过上夹紧模块的导柱下安装套筒2，以及下夹紧模块的直线轴承套筒8。爬升模块有两组，且对称设置在上夹紧模块和下夹紧模块之间，并且爬升模块位于导柱16的内侧。其中上夹紧模块和下夹紧模块的夹紧部位设置为圆弧形的，适用于在圆柱状的物体上移动，也可以根据实际需求将其设置为其他形状的。

本实用新型的使用方法是：向上爬杆过程如下，参照图6、7，操作者将爬杆机器人复位，即使上夹紧气缸、下夹紧气缸和爬升气缸回到原位。操作者将爬杆机器人靠上竖直杆，使下固定手爪29以及上固定手爪41与管壁接触。给下夹紧气缸缸体19尾部通入压缩空气，下夹紧气缸活塞杆20被推出，带动下夹紧气缸接头21运动，下夹紧气缸接头21通过第一圆柱销24推动下短连杆22绕下短连杆安装轴23转动，下短连杆22通过第一圆柱销24推动下长连杆25，下长连杆25通过第二圆柱销26推动下可动手爪27绕下手爪安装轴28转动。下夹紧气缸活塞杆20被推出到极限位置时，下可动手爪27与下固定手爪29之间距离最小，此时下夹紧部件可以夹紧所爬竖直杆。给上夹紧气缸缸体31尾部通入压缩空气，上夹紧气缸活塞杆32被推出，带动上夹紧气缸接头33运动，上夹紧气缸接头33通过第三圆柱销36推动上短连杆34绕上短连杆安装轴35转动，上短连杆34通过第三圆柱销36推动上长连杆37，上长连杆37通过第四圆柱销38推动箱可动手爪39绕上手爪安装轴40转动。上夹紧气缸活塞杆32被推出到极限位置时，上可动手爪39与上固定手爪41之间距离最小，此时上夹紧部件可以夹紧所爬竖直杆。此时，上下两个夹紧部件均处于夹紧状态，爬杆机器人固定在竖直杆上。

参照图7，给上夹紧气缸缸体31反向通入压缩空气，上夹紧气缸活塞杆32缩回出，带动上夹紧气缸接头33运动，上夹紧气缸接头33通过第三圆柱销36推动上短连杆34绕上短连杆安装轴35转动，上短连杆34通过第三圆柱销36推动上长连杆37，上长连杆37通过第四圆柱销38推动箱可动手爪39绕上手爪安装轴40转动。上夹紧气缸活塞杆32缩回到极限位置时，上可动手爪39与上固定手爪41之间距离最大，此时上夹紧部件将竖直杆松开，上夹紧部件可以上下运动。

参照图2，从爬升气缸缸体6反向通入压缩空气，爬升气缸活塞杆14缩回。爬升气缸活塞杆14缩回时，爬升气缸接头15带动爬升连杆5运动。爬升连杆5一端安装在爬升气缸上，另一端安装在连杆安装座4上。连杆安装座4安装在下夹紧平台盖板3以及上夹紧平台7上。爬升连杆5通过连杆安装座4推动上夹紧平台7向上运动。爬升气缸活塞杆14推到极限位置时，机器人上夹紧平台7向上共运动了一个步距。

参照图7，给上夹紧气缸缸体31尾部通入压缩空气，上夹紧气缸活塞杆32被推出，带动上夹紧气缸接头33运动，上夹紧气缸接头33通过第三圆柱销36推动上短连杆34绕上短连杆安装轴35转动，上短连杆34通过第三圆柱销36推动上长连杆37，上长连杆37通过第四圆柱销38推动箱可动手爪39绕上手爪安装轴40转动。上夹紧气缸活塞杆32被推出到极限位置时，上可动手爪39与上固定手爪41之间距离最小，此时上夹紧部件可以夹紧所爬竖直杆。

参照图6，给下夹紧气缸缸体19反向通入压缩空气，下夹紧气缸活塞杆20缩回出，带动下夹紧气缸接头21运动，下夹紧气缸接头21通过第一圆柱销24推动下短连杆22绕下短连杆安装轴23转动，下短连杆22通过第一圆柱销24推动下长连杆25，下长连杆25通过第二圆柱销26推动下可动手爪27绕下手爪安装轴28转动。下夹紧气缸活塞杆20缩回到极限位置时，下可动手爪27与下固定手爪29之间距离最大，此时下夹紧部件松开所爬竖直杆。

参照图2，从爬升气缸缸体6尾部接口通入压缩空气，压缩空气即可推动爬升气缸活塞杆14和爬升气缸接头15运动。爬升气缸活塞杆14受推运动时，爬升气缸接头15带动爬升连杆5运动。爬升连杆5一端安装在爬升气缸上，另一端安装在连杆安装座4上。连杆安装座4安装在下夹紧平台盖板3以及上夹紧平台7上。爬升连杆5通过连杆安装座4拉动下夹紧平台盖板3向上运动。爬升气缸活塞杆14推到极限位置时，机器人下夹紧平台盖板3向上共运动了一个步距。

经过上述过程，爬杆机器人在竖直杆上向上运动了一个步距。机器人如需继续向上爬升，只需循环上述步骤即可。

参照图3，机器人未爬到竖直杆顶端之前，此时气动机控阀13上的杠杆被压在竖直杆上，此时阀导通，从其出气口引出气管，检测管内流量不为零，机器人可以继续向上爬升；机器人爬到竖直杆顶端以后，气动机控阀13上的杠杆不再被压在竖直杆上，此时阀不导通，从其出气口引出气管，检测管内流量为零，机器人不可继续爬升，但是依然可以保持在原来位置或者向下爬。

向下爬杆过程如下，参照图2、6、7给下夹紧气缸缸体19尾部通入压缩空气，下夹紧气缸活塞杆20被推出，带动下夹紧气缸接头21运动，下夹紧气缸接头21通过第一圆柱销24推动下短连杆22绕下短连杆安装轴23转动，下短连杆22通过第一圆柱销24推动下长连杆25，下长连杆25通过第二圆柱销26推动下可动手爪27绕下手爪安装轴28转动。下夹紧气缸活塞杆20被推出到极限位置时，下可动手爪27与下固定手爪29之间距离最小，此时下夹紧部件可以夹紧所爬竖直杆。给上夹紧气缸缸体31尾部通入压缩空气，上夹紧气缸活塞杆32被推出，带动上夹紧气缸接头33运动，上夹紧气缸接头33通过第三圆柱销36推动上短连杆34绕上短连杆安装轴35转动，上短连杆34通过第三圆柱销36推动上长连杆37，上长连杆37通过第四圆柱销38推动箱可动手爪39绕上手爪安装轴40转动。上夹紧气缸活塞杆32被推出到极限位置时，上可动手爪39与上固定手爪41之间距离最小，此时上夹紧部件可以夹紧所爬竖直杆。此时，上下两个夹紧部件均处于夹紧状态，爬杆机器人固定在竖直杆上。

参照图6，给下夹紧气缸缸体19反向通入压缩空气，下夹紧气缸活塞杆20缩回出，带动下夹紧气缸接头21运动，下夹紧气缸接头21通过第一圆柱销24推动下短连杆22绕下短连杆安装轴23转动，下短连杆22通过第一圆柱销24推动下长连杆25，下长连杆25通过第二圆柱销26推动下可动手爪27绕下手爪安装轴28转动。下夹紧气缸活塞杆20缩回到极限位置时，下可动手爪27与下固定手爪29之间距离最大，此时下夹紧部件松开所爬竖直杆。

参照图7，从爬升气缸缸体6反向通入压缩空气，爬升气缸活塞杆14缩回。爬升气缸活塞杆14缩回时，爬升气缸接头15带动爬升连杆5运动。爬升连杆5一端安装在爬升气缸上，另一端安装在连杆安装座4上。连杆安装座4安装在下夹紧平台盖板3以及上夹紧平台7上。爬升连杆5通过连杆安装座4推动下夹紧平台盖板3向上运动。爬升气缸活塞杆14推到极限位置时，机器人下夹紧平台盖板3向上共运动了一个步距。

参照图6，给下夹紧气缸缸体19尾部接口通入压缩空气，下夹紧气缸活塞杆30被推出，带动下夹紧气缸接头21运动，下夹紧气缸接头21通过第一圆柱销24推动下短连杆22绕下短连杆安装轴23转动，下短连杆22通过第一圆柱销24推动下长连杆25，下长连杆25通过第二圆柱销26推动下可动手爪27绕下手爪安装轴28转动。下夹紧气缸活塞杆20被推出到极限位置时，下可动手爪27与下固定手爪29之间距离最小，此时下夹紧部件可以夹紧所爬竖直杆。

参照图7，给上夹紧气缸缸体31反向通入压缩空气，上夹紧气缸活塞杆32缩回出，带动上夹紧气缸接头33运动，上夹紧气缸接头33通过第三圆柱销36推动上短连杆34绕上短连杆安装轴35转动，上短连杆34通过第三圆柱销36推动上长连杆37，上长连杆37通过第四圆柱销38推动箱可动手爪39绕上手爪安装轴40转动。上夹紧气缸活塞杆32缩回到极限位置时，上可动手爪39与上固定手爪41之间距离最大，此时上夹紧部件将竖直杆松开，上夹紧部件可以上下运动。

参照图2，从爬升气缸缸体6尾部接口通入压缩空气，压缩空气即可推动爬升气缸活塞杆14和爬升气缸接头15运动。爬升气缸活塞杆14受推运动时，爬升气缸接头15带动爬升连杆5运动。爬升连杆5一端安装在爬升气缸上，另一端安装在连杆安装座4上。连杆安装座4安装在下夹紧平台盖板3以及上夹紧平台7上。爬升连杆5通过连杆安装座4拉动上夹紧平台7向上运动。爬升气缸活塞杆14推到极限位置时，机器人上夹紧平台7向下共运动了一个步距。

经过上述过程，爬杆机器人在竖直杆上向下运动了一个步距。机器人如需继续向上爬升，只需循环上述步骤即可。机器人运动到竖直杆底部时，即可松开上下两个夹紧部件，将其取下。