一种具有自调整功能的运行装置的制作方法

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种具有自调整功能的运行装置。

背景技术：

长期以来，在自动垂直爬行技术领域，很少有相关的自动机械能够胜任此任务，特别是在供电线路检修的现场工作中，工作人员往往需要借助脚力攀爬到电线杆上对相关电力设备进行检修，而目前攀爬电线杆主要使用脚扣，脚扣的设计很容易造成这样一种情况，一只脚意外踩空导致重心不稳使身体发生侧移进而使另一只脚扣脱离电线杆，安全性较低。另外，电线杆随高度的增加直径逐步缩小，在工作人员蹬杆速度过快的情况下，脚扣也较为容易脱落。而且由于在城市的部分地区有使用新型的钢制结构电线杆，导致脚扣不能很好的适应电线杆直径的改变，从而给工作人员带来高空作业危险，同时，现有的攀爬辅助装置针对性比较单一，只能应用在特定形状结构的目标攀爬物上，从而限制了攀爬辅助装置的应用领域。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的目的是提供一种使用方便、安全性高、工作效率高的具有自调整功能的运行装置，基于压力传感器可以判断机械手是否已经抓牢，通过上下机械手与丝杆的转动，实现整体的上下移动，以实现对工作人员的保护，另一方面，机械臂上有多个活动关节组成，可以适应不同结构的目标攀爬物体，从而解决了现有攀爬装置应用范围单一的技术问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种具有自调整功能的运行装置，包括：

导轨，其固定安装于所述运行装置的底板上，所述导轨与所述运行装置底板垂直，所述导轨上部套有滑套；

至少两个机械手，其上下安装于所述运行装置同侧，所述机械手抓行在目标抓爬物体外周，其中，上机械手固定在所述滑套上，下机械手固定在所述底板上，所述机械手在轴心位置上装有转动机构，所述转动机构由联动的减速电机与啮合齿轮组成，所述啮合齿轮与所述机械手连接，所述减速电机与所述运行装置的控制器连接；

主电机，其固定安装于所述运行装置底板上，所述主电机输出轴通过一减速箱和一丝杆与所述滑套联动，驱动所述滑套在所述导轨上相对移动，所述主电机与所述控制器连接；以及

若干按压装置，其转动设置在所述机械手的内侧壁上，所述按压装置与所述目标抓爬物体的接触角度可调，所述按压装置上设置有防滑垫，所述机械手通过所述防滑垫与目标抓爬物体接触，所述防滑垫与按压装置之间安装有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器连接；

其中，每个所述机械手由一对可以相对转动的机械臂组成，每个所述机械臂由若干节活动关节组成，各个所述活动关节之间通过转动轴转动连接，且每个所述转动轴与相邻两个活动关节的第二个活动关节固定，每个所述转动轴上端凸出于所述机械臂一定距离，且所述转动轴的凸出端上横向设置有一第一端面齿轮，所述机械臂上端滑动设置有一第一驱动机构，所述第一驱动机构下端伸缩设置有一第二端面齿轮，所述第二端面齿轮与所述第一端面齿轮选择性联动，驱动所述转动轴转动，所述第一驱动机构与所述控制器连接；每个所述第一端面齿轮外侧弹性设置有一拨动件，所述拨动件与所述第一端面齿轮锁定，所述第一驱动机构上横向设置有一拨动杆，所述拨动杆选择性与所述拨动件接触，将所述拨动件与所述第一端面齿轮脱离。

优选的，还包括一安装在所述滑套上的连接座，所述连接座上安装有第一转动机构，所述第一转动机构包括一对第一啮合齿轮和固定在所述连接座上的第一减速电机，所述第一减速电机与其中一个所述第一啮合齿轮啮合驱动连接，所述第一啮合齿轮中心轴转动安装在所述连接座上，一对所述第一啮合齿轮啮合连接，所述上机械手的第一机械臂一端连接在其中一个所述第一啮合齿轮的中心轴，所述上机械手的第二机械臂一端连接在另一个所述第一啮合齿轮的中心轴。

优选的，所述底板上安装有一底座，所述底座上安装有第二转动机构，所述第二转动机构包括一对第二啮合齿轮和固定在所述底座上的第二减速电机，所述第二减速电机与其中一个所述第二啮合齿轮啮合驱动连接，所述第二啮合齿轮中心轴转动安装在所述底座上，一对所述第二啮合齿轮啮合连接，所述下机械手的第一机械臂一端连接在其中一个所述第二啮合齿轮的中心轴，所述下机械手的第二机械臂一端连接在另一个所述第二啮合齿轮的中心轴。

优选的，所述主电机输出轴连接一转向减速箱，所述丝杆垂直连接在所述转向减速箱的输出端，所述连接座上设置有一螺纹孔，所述丝杆螺纹连接在所述螺纹孔内。

优选的，每个所述活动关节内侧壁上至少设置有一个所述按压装置，所述按压装置内侧壁上设置有插接口，所述压力传感器安装在所述插接口底部，所述防滑垫插接在所述插接口中。

优选的，所述运行装置顶部设置有LCD显示模块，所述LCD显示模块与所述控制器连接，所述运行装置顶部设置有若干用于控制所述控制器的按键。

优选的，所述底板上安装有一锁定装置，所述锁定装置受所述控制器控制与所述目标抓爬物体选择性锁定，所述底板底部还设置有一红外测距模块，所述红外测距模块的探测口垂直朝向地面，所述红外测距模块的输出端与所述控制器连接。

优选的，每个所述第一端面齿轮外侧间隔设置有一转动支座和一挡块，所述转动支座和挡块设置在与该第一端面齿轮连接的所述活动关节上，所述转动支座与所述第一端面齿轮的距离小于所述挡块与所述第一端面齿轮的距离；

所述拨动件包括：

扭簧，其转动套设在所述转动支座上，所述扭簧的第一扭臂抵顶在所述挡块内侧，所述扭簧的第二扭臂上向上垂直延伸出一固定臂；

拨动块，其底部间隔开设一第一开孔和第二开孔，所述拨动块通过所述第一开孔套设在所述转动支座上，所述固定臂插设在所述第二开孔中；以及

锁定部，其设置在所述拨动块的端头侧壁上，所述锁定部和所述第一端面齿轮外周分别设置有齿纹，所述锁定部在所述扭簧的作用下与所述第一端面齿轮侧壁啮合锁定。

优选的，所述第一驱动机构包括：

驱动电机，其通过一支架悬空设置在所述机械臂上端，所述驱动电机的输出轴垂直向下设置，所述驱动电机的输出端设置有一联轴器；

伸缩机构，其设置在所述联轴器的输出端，所述伸缩机构的伸缩端上设置有一伸缩连接器；

驱动杆，其纵向设置在所述伸缩连接器的输出端上；以及

第二端面齿轮，其设置在所述驱动杆的端头，所述第二端面齿轮与所述第一端面齿轮选择性接合。

优选的，所述支架底部间隔设置有一对导向装置，所述导向装置上凸出设置有一导块，所述机械臂上下两端分别对应开设有一导向槽，所述导块滑动设置在所述导向槽内；

其中，所述支架底部还设置有一第二驱动机构，所述第二驱动机构的输出轴上横向设置有一平齿轮，所述机械臂外侧壁上对应设置有一齿轮带，所述平齿轮啮合连接在所述齿轮带上，所述齿轮带两端头设置有超行程保护开关，所述超行程保护开关与所述控制器连接。

与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：

1、与人工攀爬相比能够大幅提高攀爬速度，显著提升攀爬的安全性，与电力抢修车相比大大减小其占地面积，能有效抵达车辆不方便进入的区域，明显降低劳动力强度，显著提高作业效率；

2、运行装置安全性更高，实现了自动攀爬过程，同时，机械臂由多节活动关节组成，可以根据目标抓爬物体的形状来改变机械臂的形状结构，从而可以抓住不同形状的目标抓爬物体，提高了运行装置的应用范围。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是图1中局部A的放大结构示意图；

图3是本发明第二驱动机构结构示意图；

图4是机械臂的结构示意图；

图5是拨动件的装配结构示意图；

图6是图5中局部B的放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。

如图1-6所示，本发明提供了一种具有自调整功能的运行装置，包括显示模块、红外测距模块、机械手、转动与伸缩模块、以及驱动机构。

具体的，LCD显示模块设置在运行装置顶部，以实现对上下机械手的状态以及运行装置当前位置的实时显示，所述LCD显示模块与所述运行装置的控制器连接，LCD显示模块旁边装有若干按键，用按键于控制所述控制器，最终所述按键控制运行装置的运动启停、机械手的抓紧与松开、各个关节的转动过程以及运行装置的运动方向。

所述运行装置底部装有红外测距模块，所述红外测距模块与所述控制器连接，具体的，红外测距模块设置在底板1的下表面，所述红外测距模块通过垂直向下发送信号并接收发射信号来判断运行装置当前所处的高度位置，并反馈到所述显示模块中。

底板1上固定安装有一对导轨3，所述导轨3与所述运行装置底板1垂直，所述导轨3上套有滑套31，滑套31沿着导轨3上下滑动。

本实施例中，两个机械手活动安装于运行装置同侧，用以抓住电线杆等目标抓爬物体，本实施例中，目标抓爬物体以电线杆为例来进行说明，所述机械手在轴心位置上装有转动机构。

具体的，所述滑套31上安装有一连接座4，所述连接座4上安装有第一转动机构，所述第一转动机构包括一对第一啮合齿轮42和固定在所述连接座4上的第一减速电机41，所述第一减速电机41与其中一个所述第一啮合齿轮42啮合驱动连接，一对所述第一啮合齿轮42啮合连接，所述第一啮合齿轮42中心轴转动安装在所述连接座4上，使得第一啮合齿轮42实现在连接座4自由转动，从而通过第一减速电机41带动两个第一啮合齿轮42同步转动，所述上机械手43的第一机械臂一端连接在其中一个所述第一啮合齿轮42的中心轴，所述上机械手43的第二机械臂一端连接在另一个所述第一啮合齿轮42的中心轴。

上机械手的两个机械臂设置在电线杆的外周，当第一减速电机41驱动第一啮合齿轮42向内转动时，与第一啮合齿轮42连接的两个机械臂相向运动，从而夹紧在电线杆上，直到与电线杆固定。当第一减速电机41驱动第一啮合齿轮42向外转动时，与第一啮合齿轮42连接的两个机械臂相反运动，从而从电线杆上松开。

所述底板1上安装有一底座10，所述底座10上安装有第二转动机构，所述第二转动机构包括一对第二啮合齿轮11和固定在所述底座10上的第二减速电机12，所述第二减速电机12与其中一个所述第二啮合齿轮11啮合驱动连接，所述第二啮合齿轮11中心轴转动安装在所述底座10上，一对所述第二啮合齿轮11啮合连接，使得第二啮合齿轮11实现在底座10上自由转动，从而通过第二减速电机12带动两个第二啮合齿轮11同步转动，所述下机械手13的第一机械臂一端连接在其中一个所述第二啮合齿轮11的中心轴，所述下机械手的第二机械臂一端连接在另一个所述第二啮合齿轮11的中心轴。

下机械手13的两个机械臂设置在电线杆的外周，当第二减速电机12驱动第二啮合齿轮11向内转动时，与第二啮合齿轮11连接的两个机械臂相向运动，从而夹紧在电线杆上，直到与电线杆固定。当第二减速电机12驱动第二啮合齿轮11向外转动时，与第二啮合齿轮11连接的两个机械臂相反运动，从而从电线杆上松开。

其中，第一减速电机和第二减速电机都受控制器控制。

每个所述机械臂由若干节活动关节组成，如图所示，上机械手43的第一机械臂从内到外依次由第一活动关节431、第二活动关节432、第三活动关节433以及第四活动关节434连接成一体，第一活动关节431与第一啮合齿轮42同步连接，相邻两个活动关节之间通过一转动轴430转动连接，且每个所述转动轴430与相邻两个活动关节的第二个活动关节固定，每个所述转动轴430上端凸出于所述机械臂一定距离，且所述转动轴430的凸出端上横向设置有第一端面齿轮44，第一端面齿轮44与转动轴及其同步连接的活动关节固定连接，当驱动第一端面齿轮44转动时，转动轴及其连接的活动关节也同步转动，也就是说，通过驱动各个转动轴转动，即可驱动各个活动关节转动，从而改变机械臂的形态，进而有效抓住不同形状的目标物体。

所述机械臂上端滑动设置有一第一驱动机构6，所述第一驱动机构6下端伸缩设置有一第二端面齿轮64，所述第二端面齿轮64与所述第一端面齿轮44选择性联动，当第二端面齿轮64与所述第一端面齿轮44联动后，通过第一驱动机构6驱动所述转动轴430转动，从而驱动各个活动关节转动，以将机械臂调整至与目标抓爬物体外轮廓的形状，以更好的抓牢目标抓爬物体，所述第一驱动机构6与所述控制器连接。

上述技术方案中，所述第一驱动机构6包括：

驱动电机61，其通过一支架66悬空设置在所述机械臂上端，所述驱动电机61的输出轴垂直向下设置，且所述驱动电机61的输出端设置有一联轴器62；

伸缩机构68，其设置在所述联轴器62的输出端，使得驱动电机61带动伸缩机构68同步转动，伸缩机构受控制器控制，所述伸缩机构68的伸缩端上设置有一伸缩连接器67；

驱动杆63，其纵向设置在所述伸缩连接器67的输出端上，从而使得驱动杆63受驱动电机61驱动而转动，同时，驱动杆63受伸缩机构驱动而上下移动，以调整驱动杆端头高度；以及

第二端面齿轮64，其设置在所述驱动杆63的端头，所述第二端面齿轮64随着第一驱动机构6整体在机械臂上端来回移动，并追逐个移动到各个转动轴上端与第一端面齿轮44对准，通过伸缩机构68将第二端面齿轮64向下移动直到与第一端面齿轮44接合联动，随后通过驱动电机61带动第二端面齿轮64及第一端面齿轮44同步转动，即可带动相应位置处的转动轴和其连接的活动关节转动，根据目标抓爬物体的外形调整该活动关节的角度，直到该活动关节的角度调整到位。

所述支架66底部间隔设置有一对导向装置65，用于将支架66滑动固定在机械臂上，所述导向装置65上凸出设置有一导块，导块方向与导向装置65的宽度方向一致，所述机械臂上下两端表面上分别对应开设有一导向槽，所述导块滑动设置在所述导向槽内，从而为第一驱动机构6提高移动导向，第一驱动机构6沿着导向槽在机械臂外侧壁上移动。

具体的，所述支架底部还设置有一第二驱动机构7，所述第二驱动机构7由转动电机71和平齿轮72构成，转动电机71的输出轴上横向设置有所述平齿轮72，所述机械臂外侧壁上对应设置有一齿轮带73，所述平齿轮72啮合连接在所述齿轮带73上，当驱动转动电机71转动时，带动平齿轮72在齿轮带73上移动，从而带动整个第一驱动机构6在机械臂外侧壁上移动，与各个第一端面齿轮44选择性接合，进而驱动各个活动关节按要求转动。

所述齿轮带73两端头设置有超行程保护开关，所述超行程保护开关与所述控制器连接，防止第一驱动机构6脱离齿轮带73。

第二驱动机构7将第一驱动机构6沿着机械臂外侧壁移动，直到将第二端面齿轮64移动至一个第一端面齿轮44的正上方，通过伸缩机构68控制第二端面齿轮64的高度，使得第二端面齿轮64下降到与第一端面齿轮44接合联动，此时，控制驱动电机61转动，即可带动相应位置处的转动轴和其连接的活动关节转动，根据目标抓爬物体的外形调整该活动关节的角度，直到该活动关节的角度调整到位，该活动关节与所在位置处的目标抓爬物体的外壁抵触抓牢，驱动活动关节相反转动即可使得机械臂从目标抓爬物体外壁上的松开。

每个所述第一端面齿轮44外侧弹性设置有一拨动件5，正常状态下，所述拨动件5与所述第一端面齿轮44锁定，避免各个活动关节自行转动，所述第一驱动机构6上横向设置有一拨动杆69，具体的，拨动杆69横向设置在支架底部，并随着第一驱动机构6同步移动。所述拨动杆69选择性与所述拨动件5接触，将所述拨动件5与所述第一端面齿轮44脱离，使得转动轴脱离锁定，通过第二端面齿轮64及驱动电机即可转动该转动轴，改变活动关节的角度。

具体的，每个所述第一端面齿轮44外侧间隔设置有一转动支座53和一挡块56，所述转动支座53和挡块56设置在与该第一端面齿轮44连接的所述活动关节上，随该活动关节同步转动，所述转动支座53与所述第一端面齿轮44的距离小于所述挡块56与所述第一端面齿轮44的距离。

所述拨动件5包括：

扭簧54，其转动套设在所述转动支座53上，所述扭簧54的第一扭臂抵顶在所述挡块56内侧，所述扭簧54的第二扭臂上向上垂直延伸出一固定臂55；

拨动块51，其底部间隔开设一第一开孔和第二开孔，所述拨动块51通过所述第一开孔套设在所述转动支座53上，所述固定臂55插设在所述第二开孔中；以及

锁定部52，其设置在所述拨动块51的端头侧壁上，所述锁定部52和所述第一端面齿轮44外周分别设置有齿纹，所述锁定部52在所述扭簧54的作用下与所述第一端面齿轮侧壁啮合锁定，避免转动轴自行转动。

正常状态下，在扭簧54的弹性作用力下，将锁定部52抵触在第一端面齿轮44外侧壁上，将第一端面齿轮44及整个转动轴和活动关节锁定，由于第一端面齿轮44与锁定部52啮合连接锁定的，活动关节角度调整到位后，不会自行转动，从而使得该活动关节与目标抓爬物体保持抵触状态。各个拨动杆69正好位于所述拨动杆69的移动路径上，当拨动杆69随着第一驱动机构6同步移动，直到第一端面齿轮与第二端面齿轮对准，此时所述拨动杆69与所述拨动件5接触，将锁定部52从第一端面齿轮44外侧壁上推开，驱动电机驱动转动转，驱动电机带动转动轴转动，调整活动关节的角度，直到调整完毕，第一驱动机构6带动第二端面齿轮64向上回缩后，第一驱动机构6继续移动，驱动下一个活动关节转动，随着第一驱动机构6继续移动，拨动杆69也继续移动，直到与拨动件5脱离，锁定部52在扭簧54的弹性作用力下复位，与第一端面齿轮重新锁定。

第一个活动关节的角度调整到位后，控制伸缩机构68回缩，从而使得第二端面齿轮64与第一端面齿轮44脱离，此后，控制驱动转动电机71转动，使得平齿轮72在齿轮带73上移动，从而带动支架及整个第一驱动机构6在机械臂外侧壁上移动，直到移动到下一个第一端面齿轮44的正上端，所述拨动杆69与所述拨动件5接触，将锁定部52从第一端面齿轮44外侧壁上推开，此后，控制伸缩机构68下降，直到第二端面齿轮64与该位置处的第一端面齿轮44接合联动，控制驱动电机61转动，即可带动相应位置处的转动轴和其连接的活动关节转动，根据目标抓爬物体的外形调整该活动关节的角度，直到该活动关节的角度调整到位，之后，第一驱动机构继续移动到下一个转动轴上方，拨动件5重新与上一个第一端面齿轮锁定，依次类推，直到将各个活动关节的角度调整到位，使得机械臂配合目标抓爬物体的外形而牢牢抓爬在该目标抓爬物体的外周，从而使得本发明的机械臂可以抓爬不同形状结构的目标物体，应用范围更广。

在每个所述活动关节的内侧装有防滑垫，所述防滑垫用以增加摩擦力，紧贴所述防滑垫与所述机械手之间安装有压力传感器，并将当前状态实时返回到显示模块上，用于判断机械手是否与电线杆夹紧。

具体的，每个所述活动关节内侧壁上设置有若干角度可调的按压装置，所述按压装置与所述目标抓爬物体的接触角度可调，所述按压装置上设置有防滑垫，按压装置用于调整防滑垫的角度，以与不同直径的电线杆外侧壁贴合夹紧。所述防滑垫内侧面设置为与目标抓爬物体外形配合的形状，进一步提高了与电线杆侧壁的接触面积，提高摩擦力。所述机械手通过所述防滑垫与所述柱状物接触，从而有效增加了与柱状物的摩擦力，避免机械手在电线杆上受力打滑，提高了运行装置的安全性。

所述防滑垫与按压装置之间安装有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器连接，将压力信息反馈至芯片中，判断机械手是否与电线杆夹紧，如果夹紧了则正常运行，如果压力值没达到夹紧状态，则发出报警信号。具体的，所述按压装置内侧壁上设置有插接口，所述压力传感器安装在所述插接口底部，所述防滑垫插接在所述插接口中。

主电机2固定安装于所述运行装置底板1上，所述主电机2输出轴连接一转向减速箱22，所述丝杆21垂直连接在所述转向减速箱22的输出端，所述连接座上设置有一螺纹孔，所述丝杆21螺纹连接在所述螺纹孔内，主电机2驱动丝杆21在连接座4中移动，从而带动连接座4上下移动，也就是驱动上机械手在所述导轨上滑动，所述主电机2与所述控制器连接。

具体的，当主电机2驱动丝杆21正向转动时，推动连接座4及上机械手沿着导轨往上运行，当主电机2驱动丝杆21反向转动时，拉动整个底座、导轨及下机械手沿着导轨方向往上运行。运行装置向下运行则运行过程相反，由主电机2带动丝杆21的转动，造成滑套与上机械手43及其整体连接座和运行装置下部分间位置的相对运动，实现运行装置的上下运行。

所述底板上安装有一锁定装置，所述锁定装置受所述控制器控制与所述目标抓爬物体选择性锁定，当运行装置停止运行时，控制锁定装置锁定在电线杆上，避免运行装置意外移动。

具体的攀爬过程如下：

由于本发明的攀爬实际上是一个周期循环的攀爬过程，在一个运动周期内，可以根据运动情况分为五种状态，本实施例以向上攀爬为例进行说明；

第1种状态，本运行装置下机械手夹紧，同时第一减速电机驱动第一啮合齿轮转动，上机械手43松开；

第2种状态，主电机2转动，上机械手43抓紧，此时第二减速电机驱动第二啮合齿轮转动，下机械手开始松开，导轨开始顺着滑套上移，走空行程。

第3种状态，主电机2继续转动，上机械手43保持抓紧，下机械手松开，机器人的下部分被提升到极限状态。

第4种状态，主电机2继续转动，下机械手夹紧，此时第一减速电机驱动第一啮合齿轮转动，上机械手43开始松开，导轨固定，滑套开始顺着导轨上移，走空行程。

第5种状态，主电机2继续转动，下机械手保持夹紧，上机械手43松开，机器人的上部分提升到极限状态，从而控制运行装置上行，从而完成运行装置一个周期的上升运动，依次重复，直到运行装置上升到目标高度。

综上所述，本发明上述实施例的一种具有自调整功能的运行装置，具有能实现自动攀爬的功能，在给工作人员提供便利的同时保障了其安全性；使用简单，易于维护，性能优异，故障率低，安全性高，使得整个控制系统的成本大大降低，市场前景广阔。同时，与人工攀爬相比能够大幅提高攀爬速度，显著提升攀爬的安全性，与电力抢修车相比大大减小其占地面积，能有效抵达车辆不方便进入的区域，明显降低劳动力强度，显著提高作业效率；进一步的，本发明的运行装置安全性更高，实现了自动攀爬过程，同时，机械臂由多节活动关节组成，可以根据目标抓爬物体的形状来改变机械臂的形状结构，从而可以抓住不同形状的目标抓爬物体，提高了运行装置的应用范围。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。