一种步态夹紧式攀爬机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种步态夹紧式攀爬机器人。

背景技术：

攀爬机器人，是为了解决当前一些行业越来越多的高空作业需求、能够代替人工进行攀爬、并且能够为后续的操作提供固定平台功能的一种机器人。

攀爬机器人与一般在地面上移动的机构有着很大的不同，攀爬机器人首先要克服重力的作用，根据其爬行面的大小和形状的区别，不同的攀爬机器人采取了不同的运动机构和运动模式。目前对于垂直壁面的爬行，一般采用吸附式或粘性物质提供抓紧力，而对于圆柱体的爬行，则依靠柱杆的表面提供抓紧力。一般的攀爬机器人主要由提升机构和夹持机构组成，夹持机构的夹持力，决定了攀爬机器人的承载能力。

风电机组塔筒高度一般在50米至100米之间，而且多为锥形，上细下粗。据了解，我国目前风机的日常维护工作中，检测设备、小型零配件一般由工人携带，从塔筒内部攀爬至塔筒顶端；而具备一定重量的检测设备或者配件，则需要在塔筒顶端预先安置滑轮，人在地面上通过滑轮拉动绳索，将所需设备吊至塔筒，如果塔筒顶端没有预先安装吊装滑轮，则需要启动吊车或者临时安装吊装机构，不仅费时费力，风险较大，而且效率太低。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种步态夹紧式攀爬机器人，能够在上下塔筒直径不同的风电机组塔筒的外壁上进行快速攀爬，且在攀爬时既能根据塔筒直径的变化实现对塔筒的可靠夹紧，又能实现攀爬时的整体步态稳步爬升，其具有结构稳定、简单可靠、便于拆卸、以及能够承载一定重量的特点。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种步态夹紧式攀爬机器人，包括至少两层夹紧框架，各层所述夹紧框架均能水平的夹紧于塔筒的外壁外；相邻的两层所述夹紧框架之间分别连接有步态提升电动缸组，所述步态提升电动缸组用于推拉带动各层所述夹紧框架沿所述塔筒的外壁竖直移动。

进一步的，所述夹紧框架包括夹紧臂组件和拉紧组件，两组所述夹紧臂组件相对的设置于所述塔筒的外壁外；每组所述夹紧臂组件的两端各通过一组拉紧组件拉紧连接，所述拉紧组件用于使两组所述夹紧臂组件同时夹紧于所述塔筒的外壁外。

进一步的，所述夹紧臂组件包括顺次连接的第一夹紧臂、夹紧连接臂和第二夹紧臂，所述第一夹紧臂和第二夹紧臂的末端各与一组所述拉紧组件连接，在两组所述拉紧组件的拉紧力带动下，所述第一夹紧臂和第二夹紧臂的内壁能同时压紧于所述塔筒的外壁外。

进一步的，所述夹紧连接臂的两端分别通过分段接头组件与所述第一夹紧臂和第二夹紧臂铰接；所述第一夹紧臂和第二夹紧臂的末端分别设有尾端连接件，所述尾端连接件用于与所述拉紧组件连接；各个所述尾端连接件与第一夹紧臂或第二夹紧臂之间设有加强筋。

进一步的，所述第一夹紧臂和第二夹紧臂的内壁上分别设有防滑垫。

进一步的，所述拉紧组件包括减速器、拉紧丝杆和传动螺母组，所述减速器输出轴的两端分别连接有一根所述拉紧丝杆，两根所述拉紧丝杆分别通过传动螺母组连接一组所述夹紧臂组件，通过每组的所述传动螺母组与拉紧丝杆之间的相对运动带动两组所述夹紧臂组件同时运动。

进一步的，所述减速器的输出轴两端分别固定有一根支撑梁，每根所述支撑梁均与所述拉紧丝杆平行设置，两根所述支撑梁上分别设有用于固定安装所述拉紧丝杆末端的安装座。

进一步的，所述拉紧丝杆外套装有第一防护罩和第二防护罩，所述第一防护罩设置于所述安装座和传动螺母组之间，所述第二防护罩设置于所述传动螺母组与减速器之间。

进一步的，所述传动螺母组上设有可调测力机构和测力行程开关，所述测力行程开关用于测量所述传动螺母组的传动力大小，并通过所述可调测力机构控制所述传动螺母组与拉紧丝杆之间的相对运动行程。

进一步的，所述步态提升电动缸组包括伺服电动缸、连接板和紧固组件，所述伺服电动缸的电缸轴和电缸座上分别通过紧固组件连接有连接板，设置于所述电缸轴上的连接板和设置于所述电缸座上的连接板分别对应固定在相邻的两层所述夹紧框架上，所述伺服电动缸通过电缸轴与电缸座之间的活塞运动推拉带动各层所述夹紧框架沿所述塔筒的外壁竖直移动。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的步态夹紧式攀爬机器人包括至少两层夹紧框架，各层夹紧框架均能水平的夹紧于塔筒的外壁外；相邻的两层夹紧框架之间分别连接有步态提升电动缸组，步态提升电动缸组用于推拉带动各层夹紧框架沿塔筒的外壁竖直移动。该步态夹紧式攀爬机器人的结构稳定、简单可靠、便于拆卸，能够在上下塔筒直径不同的风电机组塔筒的外壁上进行快速攀爬，且在攀爬时既能根据塔筒直径的变化实现对塔筒的可靠夹紧，又能实现攀爬时的整体步态稳步爬升，从而可以随时为风机的日常检测和维护保养工作提供一个自动化的固定平台，能够极大的提高风机检修效率和安全性，减少人工操作的风险，从而为风电场带来巨大的经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例的步态夹紧式攀爬机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例的步态提升电动缸组的结构示意图；

图3为本发明实施例的夹紧框架的第一种夹紧状态示意图；

图4为本发明实施例的夹紧框架的第二种夹紧状态示意图；

图5为本发明实施例的夹紧臂组件的结构示意图；

图6为本发明实施例的夹紧臂组件的爆炸图；

图7为本发明实施例的拉紧组件的结构示意图。

其中，1、塔筒；2、3、夹紧框架；4、步态提升电动缸组；5、夹紧臂组件；6、拉紧组件；7、11、连接板；8、10、紧固组件；9、伺服电动缸；12、第一夹紧臂；13、夹紧连接臂；14、第二夹紧臂；15尾端连接件；16、加强筋；17、防滑垫；18、19、分段接头组件；20、连接杆；21、支撑梁；22、第一防护罩；23、传动螺母组；24、可调测力机构；25、测力行程开关；26、第二防护罩；27、拉紧丝杆；28、减速器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例提供的步态夹紧式攀爬机器人包括至少两层夹紧框架2、3，各层夹紧框架2、3的结构相同，各层夹紧框架2、3均能水平的夹紧于塔筒1的外壁外，以实现夹紧框架2、3对塔筒1的夹紧和放松过程；相邻的两层夹紧框架2、3之间分别连接有步态提升电动缸组4，步态提升电动缸组4用于推拉带动各层夹紧框架2、3沿塔筒1的外壁竖直移动。优选在相邻的两层夹紧框架2、3之间分别平行的设置多组步态提升电动缸组4，从而实现相邻的两层夹紧框架2、3之间的竖直连接结构，通过各层夹紧框架2、3对塔筒1锥形表面进行夹紧角度的自适应，且夹紧框架2、3能够对塔筒1的外壁进行夹紧和放松，从而与步态提升电动缸组4的推拉运动相配合，确保该攀爬机器人实现竖直推拉攀爬和横向水平夹紧交替进行，从而实现该攀爬机器人在塔筒1表面进行快速可靠的上下攀爬。

该步态夹紧式攀爬机器人的结构稳定、简单可靠、便于拆卸，能够在上下塔筒1直径不同的风电机组塔筒1的外壁上进行快速攀爬，且在攀爬时既能根据塔筒1直径的变化实现对塔筒1的可靠夹紧，又能实现攀爬时的整体步态稳步爬升，从而可以随时为风机的日常检测和维护保养工作提供一个自动化的固定平台，能够极大的提高风机检修效率和安全性，减少人工操作的风险，从而为风电场带来巨大的经济效益。

如图2所示，本实施例的步态提升电动缸组4包括伺服电动缸9、连接板7、11和紧固组件8、10，伺服电动缸9的电缸轴套装在电缸座内，且可沿电缸座内作活塞运动；伺服电动缸9的电缸轴和电缸座上分别通过紧固组件8、10连接有连接板7、11，设置于电缸轴上的连接板7和设置于电缸座上的连接板11分别对应固定在相邻的两层夹紧框架2、3上，伺服电动缸9通过电缸轴与电缸座之间的活塞运动推拉带动各层夹紧框架2、3沿塔筒1的外壁竖直移动，并配合夹紧框架2、3对塔筒1的夹紧或放松，来实现该攀爬机器人沿塔筒1外壁竖直上下攀爬时的步态提升过程。

具体的，本实施例的伺服电动缸9的电缸座通过一套紧固组件10和连接板11固定在下层夹紧框架3上，电缸轴的伸出端通过另一套紧固组件8和连接板7对应的固定在相邻的上层夹紧框架2上，当该攀爬机器人向上攀爬时，下层夹紧框架3夹紧固定于塔筒1外壁上，上层夹紧框架2自塔筒1外壁松开，利用电缸轴向上伸出电缸座外，从而推动上层夹紧框架2向上竖直移动，然后使上层夹紧框架2夹紧固定于塔筒1外壁上，下层夹紧框架3自塔筒1外壁松开，利用电缸轴与电缸座之间的收缩运动，使电缸座向上拉动下层夹紧框架3向上竖直移动，即可实现该攀爬机器人的一次步态提升过程；当该攀爬机器人向下攀爬时，将上述过程倒序进行即可。需要说明的是，即使伺服电动缸9的电缸座与电缸轴的安装方向上相颠倒设置，也可实现该攀爬机器人的一次步态提升过程。

进一步的，为了保证伺服电动缸9的电缸轴和电缸座分别与夹紧框架2、3可靠固定，优选本实施例的连接板7、11通过螺栓固定安装在夹紧框架2、3上；为了保证伺服电动缸9的电缸轴与电缸座在对应的夹紧框架2、3上的安装活动灵活可变，优选本实施例的紧固组件8、10为活动铰链连接件，以适应塔筒1不同高度的直径变化带来的竖直攀爬时的角度变化。

如图3～图7所示，本实施例的夹紧框架2、3包括夹紧臂组件5和拉紧组件6，两组夹紧臂组件5相对的设置于塔筒1的外壁外；每组夹紧臂组件5的两端各通过一组拉紧组件6拉紧连接，从而使得夹紧框架2、3形成可变框架结构，优选每组夹紧臂组件5与各组拉紧组件6之间通过螺栓和销轴的配合连接；拉紧组件6用于使两组夹紧臂组件5同时夹紧于塔筒1的外壁外，夹紧臂组件5可沿拉紧组件6的长度方向移动，以改变夹紧框架2、3的内圈尺寸，从而实现夹紧框架2、3对不同截面尺寸的塔筒1均能进行可靠夹紧。

当夹紧框架2、3夹紧在塔筒1外壁上时，利用拉紧组件6的两端同时为两组夹紧臂组件5提供水平拉紧力，此时，夹紧臂组件5的内壁压紧在塔筒1的外壁上；当夹紧框架2自塔筒1外壁松开时，拉紧组件6向两端撑开，以使的夹紧臂组件5自塔筒1外壁脱离，此时，步态提升电动缸组4和相邻的处于夹紧状态的夹紧框架3共同为该处于松开状态的夹紧框架2提供竖直方向的支撑力，以防止处于松开状态的夹紧框架2掉落。

其中，图3和图4为夹紧框架2、3处于夹紧状态时的两种不同状态示意图。图3为第一种夹紧状态图，塔筒1截面直径为D1＝4600mm，由于图3中的电机塔筒1的截面直径较大，此时每个夹紧臂组件5的两个末端分别压紧在塔筒1的外壁外；图4为第二种夹紧状态图，塔筒1截面直径为D2＝2500mm，由于图4中的电机塔筒1的截面直径D2小于D1，此时每个夹紧臂组件5的中部分别压紧在塔筒1的外壁外。

如图5所示，本实施例的夹紧臂组件5包括顺次连接的第一夹紧臂12、夹紧连接臂13和第二夹紧臂14，第一夹紧臂12、夹紧连接臂13和第二夹紧臂14之间均为可拆卸结构，第一夹紧臂12和第二夹紧臂14的末端各与一组拉紧组件6连接，在两组拉紧组件6的拉紧力带动下，第一夹紧臂12和第二夹紧臂14的内壁能同时压紧于塔筒1的外壁外。

本实施例的夹紧臂组件5压紧在塔筒1外壁外时，能够灵活适应塔筒1的不同截面直径变化，当夹紧框架2、3处于第一种夹紧状态时，第一夹紧臂12和第二夹紧臂14的末端同时压紧于塔筒1的外壁外；当夹紧框架2、3处于第二种夹紧状态时，第一夹紧臂12和第二夹紧臂14的中部、靠近夹紧连接臂13的位置同时压紧于塔筒1的外壁外；优选第一夹紧臂12和第二夹紧臂14的内壁上分别设有防滑垫17，以使得夹紧臂组件5在夹紧过程中，能够与塔筒1的外壁表面接触并产生较大的静摩擦附着力，确保夹紧臂组件5能够可靠的压紧附着于塔筒1的外壁外，进一步优选该防滑垫17为带骨架橡胶垫。

如图6所示，本实施例的夹紧连接臂13的两端分别通过分段接头组件18、19与第一夹紧臂12和第二夹紧臂14可拆卸的铰接，分段接头组件18、19包括第一铰接件和第二铰接件，第一铰接件安装在第一夹紧臂12或第二夹紧臂14上，优选安装在第一夹紧臂12或第二夹紧臂14的与夹紧连接臂13连接的端部，第二铰接件安装在夹紧连接臂13的两端，利用分段连接组件的铰接连接方式，确保夹紧臂组件5在夹紧状态时，能够灵活的改变第一夹紧臂12、夹紧连接臂13和第二夹紧臂14之间的连接角度，以确保第一夹紧臂12和第二夹紧臂14能同时压紧在塔筒1的外壁外；第一铰接件和第二铰接件之间优选通过销轴连接，使得夹紧臂组件5能够快速组装和分段拆卸；本实施例的夹紧连接臂13的连接杆20的两端分别固定有第一铰接件和第二铰接件，连接杆20优选为矩形钢结构件，以保证连接杆20的强度可靠。

本实施例的第一夹紧臂12和第二夹紧臂14的末端分别设有尾端连接件15，尾端连接件15用于与拉紧组件6可拆卸的连接；各个尾端连接件15与第一夹紧臂12或第二夹紧臂14之间设有加强筋16，加强筋16优选为钢结构件，当第一夹紧臂12或第二夹紧臂14与拉紧组件6之间的角度变化时确保连接更加可靠。

如图7所示，本实施例的拉紧组件6包括减速器28、拉紧丝杆27和传动螺母组23，减速器28输出轴的两端分别连接有一根拉紧丝杆27，两根拉紧丝杆27分别通过传动螺母组23连接一组夹紧臂组件5，通过每组的传动螺母组23与拉紧丝杆27之间的相对运动带动两组夹紧臂组件5同时运动；本实施例中，优选减速器28连接有提供动力的伺服电机，优选减速器28为蜗轮蜗杆减速器28，伺服电机将动力输入至蜗轮蜗杆减速器28后，分别驱动两根拉紧丝杆27进行左右相反旋向的同步旋转运动，从而带动两组传动螺母组23同时运动，进而通过传动螺母组23的运动带动夹紧臂组件5运动，以实现夹紧臂组件5在夹紧状态和松开状态之间切换。

为了保证两根拉紧丝杆27的同步轴向固定，从而保证两根拉紧丝杆27的可靠同步旋转，优选减速器28的输出轴两端分别固定有一根支撑梁21，每根支撑梁21均与拉紧丝杆27平行设置，且进一步优选两根支撑梁21同轴设置；在两根支撑梁21上分别设有用于固定安装拉紧丝杆27末端的安装座，安装座上优选设有安装轴承，以将拉紧丝杆27轴向固定在减速器28的输出轴轴孔内。

本实施例的拉紧丝杆27外套装有第一防护罩22和第二防护罩26，第一防护罩22设置于安装座和传动螺母组23之间，第二防护罩26设置于传动螺母组23与减速器28之间，当传动螺母组23沿拉紧丝杆27长度方向运动时，第一防护罩22和第二防护罩26可根据传动螺母组23的位置进行拉伸和收缩，以确保拉紧丝杆27的外防护效果；优选第一防护罩22的两端分别通过卡箍固定连接在安装座和传动螺母组23上，第二防护罩26的两端分别通过卡箍固定连接在传动螺母组23和减速器28的轴孔上。

本实施例的传动螺母组23上设有可调测力机构24和测力行程开关25，测力行程开关25用于测量传动螺母组23的传动力大小，并通过可调测力机构24控制传动螺母组23与拉紧丝杆27之间的相对运动行程；优选可调测力机构24为可调螺栓，在传动螺母组23内设有与测力行程开关25连接的弹性元件，夹紧臂的夹紧变形量传递至弹性元件上，然后通过测力行程开关25测量弹性元件上反映出的夹紧力大小，从而控制伺服电机驱动拉紧丝杆27的运动行程，来实现夹紧力的控制，并可通过可调螺栓改变所需的夹紧力大小。

本实施例的步态夹紧式攀爬机器人具有上下两层夹紧框架2、3，上下的相邻两层夹紧框架2、3的对应的两个夹紧臂组件5之间分别连接有三组步态提升电动缸组4，即相邻两层夹紧框架2、3之间共设有六组步态提升电动缸组4，在进行攀爬时，以向上攀爬为例，当上下两层夹紧框架2、3均夹紧在塔筒1外壁外时，先松开上层夹紧框架2，利用六组步态提升电动缸组4同步向上推动上层夹紧框架2到预定位置后，使上层夹紧框架2夹紧在塔筒1外壁外，然后松开下层夹紧框架3，利用六组步态提升电动缸组4同步向上拉升下层夹紧框架3到预定位置后，使下层夹紧框架3夹紧在塔筒1外壁，即可完成一次步态提升过程；向下攀爬时，确保上层夹紧框架2夹紧在塔筒1外壁外，先松开下层夹紧框架3，利用六组步态提升电动缸组4同步向下推动下层夹紧框架3到预定位置后，使下层夹紧框架3夹紧在塔筒1外壁外，然后松开上层夹紧框架2，利用六组步态提升电动缸组4同步向下拉低上层夹紧框架2到预定位置后，使上层夹紧框架2夹紧在塔筒1外壁，即可完成一次步态下降过程，其原理与步态提升过程相同，亦可看做一次步态提升过程。

综上所述，本实施例的本发明的步态夹紧式攀爬机器人包括至少两层夹紧框架2、3，各层夹紧框架2、3均能水平的夹紧于塔筒1的外壁外；相邻的两层夹紧框架2、3之间分别连接有步态提升电动缸组4，步态提升电动缸组4用于推拉带动各层夹紧框架2、3沿塔筒1的外壁竖直移动。该步态夹紧式攀爬机器人的结构稳定、简单可靠、便于拆卸，能够在上下塔筒1直径不同的风电机组塔筒1的外壁上进行快速攀爬，且在攀爬时既能根据塔筒1直径的变化实现对塔筒1的可靠夹紧，又能实现攀爬时的整体步态稳步爬升，从而可以随时为风机的日常检测和维护保养工作提供一个自动化的固定平台，能够极大的提高风机检修效率和安全性，减少人工操作的风险，从而为风电场带来巨大的经济效益。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。