一种具有避障功能的自适应式角钢夹持组件的制作方法

1.本实用新型属于电力作业攀爬机器人技术领域，具体涉及一种具有避障功能的自适应式角钢夹持组件。


背景技术：

2.电力的稳定、安全是促进各行各业发展的基本保障，在我国，输电角钢塔数量多、分布广，且长期显露于野外环境甚至多尘强风高湿的恶劣环境下。传统方式下，需由检修人员背负检修设备沿脚钉侧攀爬角钢塔，逐步挂接安全绳防坠，导致巡检周期长，攀爬危险性大，工作效率低。因此，适用于角钢塔的攀爬机器人应运而生，并逐渐衍生出各种形态结构的攀爬种类，如蛇形机器人、轮式机器人及尺蠖式机器人等。无论是何种机器人，在加载工作部后，其整体质量均极大，这就对机器人的攀登可靠性提出了严峻考验。由于机器人自身质量的巨大化，现有的普通夹爪已经无法满足实际夹持需求；基于此，是否能研发出一种新型的夹爪结构，以使之具备更高的工作可靠性和稳定性，并在进一步确保实现其沿电力角钢塔的攀爬过程中的力封闭效果和形状封闭效果的同时，体积更为小巧紧凑，以满足现有攀爬机器人的工作需求，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种具有避障功能的自适应式角钢夹持组件，其具备更高的工作可靠性和稳定性，在进一步确保实现其沿电力角钢塔的攀爬过程中的力封闭效果和形状封闭效果的同时，体积更为小巧紧凑。
4.为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
5.一种具有避障功能的自适应式角钢夹持组件，其特征在于：包括固定座，固定座上布置用于抵紧角钢主材外壁或棱线的抵压部以及用于沿角钢主材横截面方向产生收拢夹持动作的夹持部，夹持部与抵压部彼此相向施力从而夹紧角钢主材；
6.所述夹持部包括两根对称的爪杆，爪杆的首端构成夹紧端，各爪杆的尾端分别穿过一组摆动导向套，从而使相应爪杆可沿配套的摆动导向套的轴向作直线往复动作，摆动导向套再通过铅垂铰接座铰接在固定座上；夹持部还包括分别水平设置在爪杆尾端上方及下方的安装板和推拉板，以安装板和推拉板的相邻板面为工作面，安装板的工作面处凹设有定向槽，定向槽外形呈由固定座后端向固定座前端口部逐渐外扩的“八”字状，推拉板的工作面上凹设有“一”字状的引导槽，爪杆的尾端布置铅垂推拉轴，铅垂推拉轴的两轴端分别配合所述定向槽与引导槽，从而使得铅垂推拉轴的两轴端可在所述定向槽与引导槽内作同步的滑轨导向动作；推拉板通过水平驱动组件驱动从而产生垂直铅垂推拉轴方向的水平往复动作，且引导槽的槽长方向相交于推拉板的水平动作方向；
7.所述爪杆包括通过铅垂轴彼此铰接的后杆体和前杆体，前杆体的首端构成所述夹紧端；摆动导向套上贴附式的固定有限位弹片，所述限位弹片的首端伸出摆动导向套且沿摆动导向套径向向爪杆处弯折，直至抵紧在爪杆外壁处，从而将爪杆弹性压紧在摆动导向
套筒壁上；前杆体的尾端对应限位弹片的弯折端而凹设有缺口，在铅垂轴露出摆动导向套的筒腔外时，该弯折端能在限位弹片弹性力作用下卡入缺口内，此时前杆体和后杆体之间角度大于180
°
；前杆体内侧壁布置锚点，复位拉簧一端固接在该锚点处，另一端固接在铅垂轴上。
8.优选的，所述限位弹片外形呈l型板状，摆动导向套外形呈四方套筒状，从而配合横截面呈四方形的爪杆；以摆动导向套的平行铅垂轴的外壁为配合壁，水平板段贴靠在配合壁上，且该水平板段上贯穿布置贯通孔；轴向拉簧一端固定在水平板段的尾端处；轴向拉簧的另一端沿水平板段长度方向向前延伸，并穿过贯通孔后从而固定在配合壁上；所述贯通孔为孔型长度方向平行水平板段长度方向的腰形孔；水平板段的两侧分别布置一组径向拉簧，径向拉簧一端固定在摆动导向套上的垂直铅垂轴的相应侧壁处，另一端向水平板段的同侧延伸并固定在该侧处。
9.优选的，水平板段的尾端上翘形成铰接耳，配合壁处凸设有穿过所述贯通孔的固定柱，轴向拉簧两端分别固定在铰接耳与固定柱上。
10.优选的，水平板段的两侧布置有支耳，摆动导向套上的垂直铅垂轴的两侧壁均布置有锚柱，从而用于固定所述径向拉簧。
11.优选的，所述前杆体包括内弯状的钩头以及衔接钩头与铅垂轴的v 型杆，v型杆与钩头共同配合形成槽口向内的弧杆状构造；弧杆首端与钩头尾端形成可拆卸式的螺纹配合结构；锚点位于v型杆内侧处。
12.优选的，钩头的用于配合角钢主材的区域布置垫层。
13.优选的，所述铅垂推拉轴为两根且同轴的分置于爪杆尾端的上部及下部处；两根铅垂推拉轴的相应轴端布置有便于与所述定向槽及引导槽间形成滚动配合的滚动轴承；所述“一”字状的引导槽由两组水平子槽体沿推拉板长度方向依序排布形成，每组水平子槽体对应配合位于爪杆尾端处的一组铅垂推拉轴。
14.优选的，所述水平驱动组件包括推拉丝杆，推拉丝杆与推拉板配合形成丝杆滑块机构，推拉丝杆水平向固定座后方延伸并与推拉电机的输出轴间构成动力配合。
15.优选的，所述抵压部包括槽长方向铅垂布置且槽口朝向角钢主材的棱线所在方向的v型块，v型块的槽底线构成用于配合角钢主材的棱线的配合线，v型块的两槽面构成用于配合角钢主材的两槽面的配合面；所述v型块布置于爪杆所围合形成的区域内；抵压部还包括用于驱动v型块产生相对角钢主材的行进及相离动作的驱动机构，驱动机构包括水平布置在v型块槽背处的两组螺套，各螺套内均同轴的螺纹配合一组螺杆，两组螺杆沿角铁主材长度方向依序布置且位于同一铅垂面上；两组螺杆的动力端通过同步带配合在同一同步电机上。
16.本实用新型的有益效果在于：
17.1)、本实用新型可直接取代现有的尺蠖机器人等攀爬机器人上的传统行走部，从而在确保攀爬机器人所固有的攀爬性能的同时，还能具备更高的工作可靠性和稳定性，并确保实现其沿电力角钢塔的攀爬过程中的力封闭效果和形状封闭效果，体积上也更为小巧紧凑。
18.按照常规思路，在实际使用夹爪夹持角钢主材时，如遇到更大尺寸的角钢主材，为避让脚钉等路障，通常需要将爪杆沿垂直角钢主材方向作更大幅度的平行位移，也即需要
夹爪有更大的抬脚高度，这部分的平行位移量会带来主机或夹爪厚度的增加，随之导致体积上的庞大性。作为本实用新型的核心部分，本实用新型采用了关节式的爪杆，搭配限位弹片，从而具备了以下功能：
19.其一，爪杆张开时，具备更大的张开区域。当推拉板推动两组爪杆产生前行动作时，两组爪杆在摆动导向套的作用下产生张开动作，直至铅垂轴露出摆动导向套的筒口；此时，在复位拉簧的作用下，整个前杆体绕铅垂轴产生向后的弯折状况，也即前杆体与后杆体之间角度由原本的180
°
变成大于180
°
，使爪杆的最大张开幅度得以提升。
20.其二，爪杆夹持时，具备更为可靠的力封闭性及形状封闭性。当推拉板回缩并带动两组爪杆产生夹持动作时，限位弹片首先脱离缺口，并随后在爪杆相对摆动导向套的回缩动作下，推动前杆体复位至与后杆体呈现180
°
状态，以便于前杆体缩入摆动导向套的筒腔内。之后，前杆体尾端固定在摆动导向套的筒腔内，并被限位弹片死死的弹性压紧在摆动导向套的筒壁上，确保了定位的可靠性，避免了爪杆与摆动导向套因彼此的滑动配合而可能产生的配合松动和动作不准确问题。前杆体的首端钩在角钢主材的相应槽边处，搭配抵压部，能实现可靠的力封闭性及形状封闭性。
21.显然的，通过上述方案，本实用新型使得前杆体既保留了其本身的高可靠性的爪杆夹持效果，又因限位弹片和关节式爪杆的特殊构造，使得前杆体具备了动作上的巨大灵活性，这使得原本厚重笨拙的夹爪可以设计的更薄更轻巧，又不丧失其固有的工作性能，一举多得。
22.2)、作为上述方案的进一步优选方案，限位弹片通过轴向拉簧实现基于摆动导向套的配合壁的固定功能，再通过径向拉簧来保证限位弹片的弯折端始终压紧在爪杆处，最终确保其工作效果。
23.轴向拉簧是限位弹片能达到瞬时动作的关键所在：如单纯的只设置径向拉簧时，限位弹片也能在爪杆作展开动作时逐渐滑入缺口内，但是，实践证明，该种卡入动作是延时而非瞬发的，这在对准度要求极高的高空遥控作业领域内是不允许的，甚至可能因此产生夹持不牢进而引发安全事故。本实用新型通过增设轴向拉簧，当爪杆作张开动作时，此时爪杆的前杆体不断的伸出摆动导向套，又由于限位弹片的弯折端被紧紧压在前杆体上，因此在摩擦力作用下，限位弹片开始克服轴向拉簧的弹性力而沿贯通孔的孔型长度方向产生随动前行动作。通过预设轴向拉簧的弹力值，当前杆体前行到缺口露出摆动导向套时，此时轴向拉簧的弹性回复力刚好克服上述摩擦力，使得限位弹片瞬间在径向拉簧和轴向拉簧的共同的弹性回复力下回缩，并卡入刚刚露出摆动导向套的缺口内，进而实现瞬时卡入目的。显然的，上述瞬时卡入动作，使得本实用新型的动作准确度和精准度得到极大提升，显著的提升了爪杆动作的稳定性及可靠性。
24.3)、进一步的，铰接耳、固定柱、支耳及锚柱的设置，目的是为了进一步的具体表述出各拉簧的配合状态，此处就不多作赘述。对于前杆体而言，本实用新型优选采用可拆卸式的钩头，从而可根据现场情况，而酌情的通过更换钩头的方式，来提升对不同型号的角钢主材的夹持效果。
25.4)、对于v型块而言，其功能在于当两组爪杆向内收紧并夹拉角钢的两槽边时，v型块的槽腔能吻合的抵紧角钢的棱线，从而配合爪杆实现了相向夹紧效果，以显著提升相对角钢主材的夹持可靠性。实际设计时，本实用新型通过两组丝杆螺母机构来控制v型块的动
作，并以同步电机作为动力源，以同步带来保证两组丝杆螺母机构的动作同步性，在确保了体积小巧化的同时，工作可靠性也能得到有效保证。
附图说明
26.图1和图2为本实用新型的装配状态图；
27.图3为本实用新型的立体结构示意图；
28.图4为图3的结构爆炸图；
29.图5为图4的结构爆炸图；
30.图6为图3的剖视图；
31.图7为本实用新型处于爪杆张开状态时的结构示意图；
32.图8为图7的剖视图；
33.图9为图7所示状态下，限位弹片与前杆体的配合状态图；
34.图10为限位弹片的立体结构示意图；
35.图11为爪杆处于夹持过程中的结构示意图；
36.图12为爪杆处于夹持状态下的结构示意图。
37.本实用新型各标号与部件名称的实际对应关系如下：
38.30-主机 31-滑移轨道 32-滑移块 33-滑移丝杆 34-滑移套
39.35-滑移电机
40.40-角钢夹持组件
41.41-固定座 42-抵压部
42.421-v型块 422-螺套 423-螺杆 424-同步带 425-同步电机
43.43-夹持部 431-爪杆
44.431a-铅垂推拉轴 431b-后杆体 431c-前杆体 431d-铅垂轴
45.431f-缺口
46.432-摆动导向套 432a-配合壁
47.433-铅垂铰接座 434-安装板 434a-定向槽
48.435-推拉板 435a-引导槽
49.436-限位弹片 436a-水平板段 436b-弯折端 436c-铰接耳
50.437a-复位拉簧 437b-径向拉簧 437c-轴向拉簧
51.438a-推拉丝杆 438b-推拉电机
具体实施方式
52.为便于整体了解，此处对本实用新型所应用的整个攀爬机器人的具体实施例的结构及工作方式作以下描述：
53.攀爬机器人，此处以如图1-2所示的尺蠖式结构为例：其具体结构包括长条形框架状的主机30，主机30处布置行走部从而实现相对角钢主材的攀登功能，主机30上再布置工作套件从而实现指定功能的检修目的。实际工作时，主机30长度方向应当平行角钢主材的长度方向。
54.进一步设计时，还是以尺蠖式结构为例：主机30的朝向角钢主材的一面布置滑移
轨道31，滑移轨道31上设置可沿滑移轨道31产生直线往返动作的滑移块32；滑移块32上均相应布置行走部，从而可根据控制单元动作而控制行走部产生沿主机30长度方向的往复行进动作。与此同时，主机上30还可布置滑移电机35，从而通过与滑移电机35输出轴同轴的滑移丝杆33，来带动位于行走部上的滑移套34产生丝杆螺母动作，进而使得滑移块32可相对滑移轨道31产生导向动作。工作时，两组角钢夹持组件40的其中之一或者两者均可通过滑移块32沿主机30 长度方向在滑移轨道31上产生上下滑移动作，从而实现类似尺蠖的动作功能。而当主机30沿角钢主材行进至指定点并停下时，可通过预先装配在主机30首端或其他部位处的工作套件来实现指定动作。
55.当工作套件为带有扭矩扳手的机械头时，上述机构可实现对角钢主材处已装配的安装螺钉的拧紧动作。如工作套件为带有机械臂的焊接头时，即可实现对角钢主材处指定点的焊固操作。当然，当本实用新型应用于非尺蠖式机器人上时，如在多足式机器人上充当行走部等，也能实现其固有的夹持功能。甚至在必要时，可以将本实用新型使用在检修人员的安全绳固定爪上，从而利用本实用新型相对角钢主材甚至旁侧辅材的夹持可靠性，来保证其安全操作目的。
56.回到尺蠖式结构中，上述行走部也即角钢夹持组件40的设置目的在于能直接实现相对角钢主材的夹持抱紧和松开功能。在上述结构的基础上，角钢夹持组件40也即本实用新型的结构可参照图3-12所示，也即包括固定座41以及布置于固定座41前方的夹持部43和抵压部42。工作时，依靠夹持部43和抵压部42的彼此配合，从而使得本实用新型能呈抱合式的夹紧在角钢主材上。
57.固定座41的结构如图3-6所示，其起到作为夹持部43和抵压部42 的安装载体，以及衔接夹持部43、抵压部42和主机30的功能。在固定座41的背面可设置前述滑移块32，从而与主机30上的滑移轨道31间形成导轨配合关系。
58.实际装配时，抵压部42包括v型块421。v型块421如图3-6所示的呈现一侧开设有v型槽的长方块状。在v型块421的背面凸设有两组并列排布的螺套422，每组螺套422内再分别一一对应的螺纹配合有一组螺杆423，螺杆423回转配合在固定座41上，并依靠以同步电机425 及同步带424来实现螺杆423的在线回转动作。当同步电机425动作时，同步电机425通过同步带424驱动螺杆423回转，螺杆423的转动推动螺套422产生轴向往复动作，即可带动与螺套422固接的v型块421产生相对角钢主材的棱线的相近及相离动作。
59.夹持部43的具体构造参照图3-12所示，包括两组彼此对称的爪杆 431，两组爪杆431均插接在摆动导向套432内，而摆动导向套432通过铅垂铰接座433固定在固定座41上。组装时，需确保位于爪杆431 尾端处的铅垂推拉轴431a的上轴端应当准确配合在定向槽434a内，也即铅垂推拉轴431a处的滚动轴承能准确与定向槽434a的槽壁间形成滚动配合。再后，将推拉块处引导槽435a卡入铅垂推拉轴431a的下轴端处，并向推拉块的孔内穿入推拉丝杆438b。最后，通过推拉电机438c 的回转动作带动推拉丝杆438b转动，即可带动推拉块产生相对推拉丝杆438b的往复直线行进动作。推拉板435的直线动作会因铅垂推拉轴431a的存在而带动爪杆431动作，爪杆431的动作轨迹又由安装板434 上的“八”字状定向槽434a所决定。具体反应至如图7-12中时，可看出，爪杆431可产生相对角钢主材的张开及夹持动作。
60.实际上，“一”字状的引导槽435a也可以由两组“一”字状的水平子槽体沿推拉板
435长度方向依序组合形成，每组水平子槽体对应配合位于爪杆431尾端处的一组铅垂推拉轴431a，参照图5及图8所示。两组“一”字状的水平子槽体可以是完全处于同一直线上，也可以如图5 及图8所示的存在一定的夹角，只需能实现推拉板动作时带动爪杆431 产生沿定向槽434a的行进动作即可。
61.在上述结构的基础上，本实用新型的爪杆431又包括后杆体431b 和前杆体431c，而前杆体431c包括v型杆和钩头。工作时，后杆体431b 的尾端布置所述铅垂推拉轴431a，后杆体431b的首端与v型杆尾端通过铅垂轴431d彼此铰接，v型杆的首端再与钩头间形成可拆卸式的螺纹配合。与此同时，通过复位拉簧437a的布置，使得在无其他约束的前提下，前杆体431c和相对后杆体431b产生后仰动作，也即前杆体431c 和后杆体431b之间夹角形成如图7-8所示的大于180
°
状态。而在针对不同型号的角钢主材时，可通过拆卸位于爪杆431首端处的钩头并更换新尺寸的钩头，从而适配当前型号的角钢主材，操作上灵活度显然更高。同时，又由于更换部位仅为钩头，而需配合摆动导向套432、推拉板435 以及限位弹片436等动件的后杆体431b乃至v型杆无需更换，也有效了保证了现场更换的效率性及便捷性，一举多得。
62.在前杆体431c与后杆体431b能够形成上述状态的前提下，本实用新型在前杆体431c的尾端开设有缺口431f，并在摆动导向套432的配合壁处布置可在径向拉簧437b和轴向拉簧437c作用下产生复合动作的限位弹片436。限位弹片436的外形如图10所示，且装配状态则如图9 所示。通过增设轴向拉簧437c，当爪杆431作张开动作时，此时爪杆 431的前杆体431c不断的伸出摆动导向套432，此时由于限位弹片436 的弯折端436b被紧紧压在前杆体431c上，因此在摩擦力作用下，限位弹片436开始克服轴向拉簧437c的弹性力而沿贯通孔的孔型长度方向产生随动前行动作。通过预设轴向拉簧437c的弹力值，当前杆体431c 前行到缺口431f露出摆动导向套432时，此时轴向拉簧437c的弹性回复力刚好克服上述摩擦力，使得限位弹片436瞬间在径向拉簧437b和轴向拉簧437c的共同的弹性回复力下回缩，并卡入刚刚露出摆动导向套432的缺口431f内，进而实现瞬时卡入目的。显然的，上述瞬时卡入动作，使得本实用新型的动作准确度和精准度得到极大提升，显著的提升了爪杆431动作的稳定性及可靠性。
63.为确保径向拉簧437b和轴向拉簧437c的装配稳定性，如图9所示的，水平板段436a的尾端上翘形成铰接耳436c，配合壁处凸设有穿过所述贯通孔的固定柱，轴向拉簧437c两端分别固定在铰接耳436c与固定柱上。同时，水平板段436a的两侧布置有支耳，摆动导向套432上的垂直铅垂轴431d的两侧壁均布置有锚柱，从而用于固定所述径向拉簧437b。
64.当然，对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
65.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。
66.本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。