一种爬杆机器人

1.本技术实施例涉及机器人领域，具体涉及一种爬杆机器人。


背景技术：

2.当前的爬杆机器人应用广泛，例如使用爬杆机器人对各种较高的杆进行检查和维修，各种较高的杆例如旗杆、电线杆、广告牌柱子、高杆灯灯杆等。
3.现有的爬杆机器人包括：围框；行走机构，有两个以上，周向均匀设置在围框上，包括轮架和行走轮，轮架伸向围框中部，使用时，行走轮沿杆体滚动；转向机构，设置在围框上；推进器，有两个以上，环绕围框均布；行走轮为轮轴可绕水平轴线转动的万向轮，至少有部分推进器可被转向机构带动而绕水平轴线同步同向转动，以实现机器人原地转动或沿上下方向的螺旋运动。
4.现有技术中的爬杆机器人结构较为松散。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种爬杆机器人，用于提供一种结构紧凑的爬杆机器人。
6.本技术实施例提供了一种爬杆机器人包括：多个滚动爬行模块、调径模块和检测模块；
7.滚动爬行模块和检测模块安装在调径模块；
8.调径模块用于调节不同滚动爬行模块之间的距离，以使得爬杆机器人适应不同直径的杆；
9.检测模块用于对爬杆机器人爬行的杆进行检测；
10.滚动爬行模块包括圆形外壳和旋翼组件，旋翼组件安装在圆形外壳内，圆形外壳设置有通孔，气流在旋翼组件的作用下通过圆形外壳以推动爬杆机器人沿杆爬行，且在爬杆机器人爬行过程中圆形外壳沿杆滚动。
11.本技术实施例中，使用旋翼组件为动力装置，并使用圆形外壳保护旋翼组件，避免旋翼组件与爬杆机器人爬行的杆等发生碰撞，圆形外壳在爬杆机器人爬行的杆表面滚动，减小了圆形外壳与爬杆机器人爬行的杆的摩擦，且能够利用圆形外壳与爬杆机器人爬行的杆的接触，保持爬杆机器人与爬杆机器人爬行的杆保持相对的稳定。
12.可选的，圆形外壳为圆球形、椭球形或者圆柱形。
13.本技术实施例中，圆形外壳为圆球形、椭球形或者圆柱形，提高了本方案的可实现性。
14.可选的，圆形外壳包括纬线结构和经线结构，纬线结构和经线结构交织，使得圆形外壳为笼体，纬线结构所在的平面与圆形外壳旋转的轴线垂直，经线结构与圆形外壳旋转的轴线属于同一平面。
15.本技术实施例中，圆形外壳为纬线结构和经线结构交织的笼体，通风性好，结构稳定。
16.可选的，多个滚动爬行模块在圆周方向均匀分布。
17.本技术实施例中，多个滚动爬行模块在圆周方向均匀分布，提高了爬杆机器人沿杆运动时的稳定性。
18.可选的，滚动爬行模块以导轨的中点为对称中心，对称安装在导轨。
19.可选的，调径模块包括n个导轨和n个调径节点，相邻导轨通过1个调径节点连接，n个导轨首尾相接形成n边形的环状结构，n为大于或等于3的自然数；相邻调径节点之间沿导轨的距离可调节。
20.本技术实施例中，通过将n个导轨首尾相接形成n边形的环状结构，实现对杆的包围，并通过调节相邻调径节点之间的距离，实现对n边形的环状结构的内径的调节，以使得爬杆机器人适应不同直径的杆。
21.可选的，滚动爬行模块以导轨的中点为对称中心，对称安装在导轨。
22.本技术实施例中，滚动爬行模块对称安装在导轨，提高了滚动爬行模块的稳定性。
23.可选的，每个调径节点包括2个旋转连接或固定连接的滑块，每个滑块与1个导轨滑动配合。
24.本技术实施例中，导轨通过滑块连接，提高了爬杆机器人调节内径的灵活性。
25.可选的，调径模块还包括多个张紧弹性件；
26.1个张紧弹性件连接2个导轨或2个调径节点，使得相邻的2个调径节点产生相互靠近的趋势。
27.本技术实施例中，使用张紧弹性件拉紧相邻的2个调径节点，使得滚动爬行模块贴紧杆的表面，提高爬杆机器人沿杆运动的稳定性。
28.可选的，导轨位于圆形外壳的轴线，圆形外壳通过轴承连接导轨，使得圆形外壳能够以导轨为轴转动。
29.本技术实施例中，使用轴承连接圆形外壳和导轨，减小了摩擦。
30.可选的，旋翼组件包括驱动桨叶、驱动电机和电机座；驱动电机安装在电机座，驱动桨叶在驱动电机的驱动下旋转，电机座设置在导轨。
31.可选的，调径模块还包括n个卷绳电机、n个卷绳轮和2n段卷绳；
32.每个卷绳轮连接2段卷绳；卷绳一端连接卷绳轮，卷绳另一端连接导轨；卷绳轮设置在调径节点，卷绳电机带动卷绳轮旋转，使得卷绳从卷绳轮放出或收回，以调节相邻调径节点的距离。
33.本技术实施例中，使用卷绳电机、卷绳轮和卷绳，实现对爬杆机器人的内径的主动精确控制。
34.可选的，导轨的两端设置有末端保护套，1个张紧弹性件连接2个导轨的末端保护套，卷绳一端连接卷绳轮，卷绳另一端连接导轨的末端保护套。
35.可选的，检测模块包括高度调节柱，高度调节柱的一端固定在调径节点，高度调节柱的另一端安装检测模块。
36.本技术实施例中，使用高度调节柱安装检测模块，提高了检测模块的灵活性。
37.可选的，检测模块包括视觉检测仪器、超声波检测仪、激光检测仪或红外检测仪。
附图说明
38.图1是本技术实施例的爬杆机器人的工作状态示意图；
39.图2是本技术实施例的爬杆机器人的调径模块示意图；
40.图3是本技术实施例的爬杆机器人的滚轮爬行模块示意图；
41.图4是本技术实施例的爬杆机器人的一种检测模块示意图；
42.图5是本技术实施例的爬杆机器人的另一种检测模块示意图；
43.1、滚动爬行模块；11、圆形外壳；111纬线结构；112、经线结构；113、轴承；12、旋翼组件；121、驱动桨叶；122、驱动电机；123、电机座；2、调径模块；21、导轨；22、调径节点；221、滑块；23、张紧弹性件；24、卷绳电机；25、卷绳轮；26、卷绳；3、检测模块；31、高度调节柱；32、相机；4、杆。
具体实施方式
44.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.爬杆机器人可以应用在对多种杆状物体的检查和维修，各种较高的杆例如旗杆、电线杆、广告牌柱子、高杆灯灯杆，此处以对高杆灯灯杆进行检查为例进行说明。
46.高杆灯一般指15m以上钢制锥形灯杆和大功率组合式灯架构成的新型照明装置。它由灯具电气、灯杆及基础部分组成。灯头造型可根据用户要求、周围环境、照明需要具体而定；内部灯具多由泛光灯和投光灯组成，光源采用ng400高压钠灯。照明半径可达60米。灯杆一般为八棱、十二棱、十八棱锥形独体结构，随着高度的增加，杆径变细，用钢板卷制而成，高度为15-40米，多为两到三节构成。随着城市建设事业的发展，特别是公路立交桥的建成，大型广场的建设，港口、机场的扩大，原来的分散照明已不能适用城市发展所需的照明要求。高杆灯组合照明设施具有高质量的照明、灯具造型美观大方、独体的柱形灯杆结构等特点，用于取代分散灯杆照明，减少占地，美化环境，同时可提高照明质量、节省能源、方便维护。得益于上述优点，高杆灯被广泛应用于城市广场、车站、码头、机场、立交桥、公路、火场、体育场等需要开阔照明的场所。
47.以高杆灯灯杆为例，高杆灯灯杆病害包括设备老化、故障、破损等，为预防潜在的坍塌事故，应定期检查设备是否良好。目前灯杆的检测多由人工进行检测，一般在高杆灯上安装吊篮或使用云梯车搭载作业人员升降进行检查。高杆灯高度较高，人工进行检查属于高空作业，需要经过培训的专业检修人员进行检测，人工检测一次只能检测检测人员一侧目视所及范围，不能一次性对灯杆完成360
°
环形检测，人工检测过程繁琐，效率低。高杆灯的使用环境为开阔环境，周围无遮挡，高空作业时如遇有风天气，检修人员生命安全易受到威胁。同时高空作业，检修人员也可能因自身操作失误产生安全事故。
48.如图1至图5所示，一种爬杆机器人包括：多个滚动爬行模块、调径模块和检测模
块；
49.滚动爬行模块和检测模块安装在调径模块；
50.调径模块用于调节不同滚动爬行模块之间的距离，以使得爬杆机器人适应不同直径的杆；
51.检测模块用于对爬杆机器人爬行的杆进行检测；
52.滚动爬行模块包括圆形外壳和旋翼组件，旋翼组件安装在圆形外壳内，圆形外壳设置有通孔，气流在旋翼组件的作用下通过圆形外壳以推动爬杆机器人沿杆爬行，且在爬杆机器人爬行过程中圆形外壳沿杆滚动。
53.本技术实施例中，使用旋翼组件为动力装置，并使用圆形外壳保护旋翼组件，避免旋翼组件与爬杆机器人爬行的杆等发生碰撞，圆形外壳在爬杆机器人爬行的杆表面滚动，减小了圆形外壳与爬杆机器人爬行的杆的摩擦，且能够利用圆形外壳与爬杆机器人爬行的杆的接触，保持爬杆机器人与爬杆机器人爬行的杆保持相对的稳定。
54.爬杆机器人用于对高杆灯灯杆进行检测时也可以称为灯杆检测机器人。灯杆检测机器人采用“轮-旋翼”混合爬行方式，机器人依靠旋翼快速转动产生的向上的推力带动滚轮沿灯杆进行攀爬，机器人攀爬时进行灯杆的外表面快速检测，同时该机器人具有调节结构可以保证机器人的滚轮始终贴紧灯杆，从而保证其上相机能稳定的采集数据。
55.灯杆检测机器人主要分为三个模块，调径模块、滚轮爬行模块、视觉检测模块。调径模块使得灯杆检测机器人可适应高杆灯灯杆杆径变化。灯杆检测机器人其上有装有视觉相机，随着机器人在灯杆上攀爬，视觉相机可以采集灯杆表面数据，识别灯杆表面病害。
56.如图1至图5所示，一种爬杆机器人包括：多个滚动爬行模块、调径模块和检测模块。调径模块用于调节不同滚动爬行模块之间的距离，以使得爬杆机器人适应不同直径的杆。
57.调径模块包括n个导轨和n个调径节点，相邻导轨通过1个调径节点连接，n个导轨首尾相接形成n边形的环状结构，n为大于或等于3的自然数；相邻调径节点之间沿导轨的距离可调节。调径模块的n个导轨首尾相接形成n边形的环状结构，可以是正n边形，例如等边三角形、正方形、正五边形、正六边形等，也可以不是正n边形，具体的可以根据待检测的杆的形状，以及需要检测的区域等决定，例如可以是等腰三角形、平行四边形、棱形、长方形以及不规则的多边形等。当n＝3时，为三角形；n＝4时，为四边形；n＝5时，为五边形；n＝6时，为六边形。
58.此处以调径模块的n个导轨首尾相接形成n边形的环状结构是正方形为例进行说明。
59.每个调径节点包括2个旋转连接或固定连接的滑块，每个滑块与1个导轨滑动配合。同一调径节点的2个滑块重叠设置，使得2个导轨能够交错而不发生干涉。同一调径节点的2个滑块可以通过铰接实现旋转连接，也可以通过焊接或一体成型等方式实现固定连接。每个导轨的两端分别与2个滑块滑动配合。每个调径节点包括1个滑块，滑块与导轨滑动配合，滑块与导轨铰接。
60.调径模块还包括多个张紧弹性件。1个张紧弹性件连接2个导轨或2个调径节点，使得相邻的2个调径节点产生相互靠近的趋势。1个张紧弹性件可以连接2个导轨，此处的2个导轨均与另一导轨相交。1个张紧弹性件也可以连接2个相邻的调径节点。张紧弹性件可以
是弹簧、皮筋等。
61.张紧弹性件可以是在圆周方向均匀分布的，以使得调径模块的各个导轨和调径节点均匀受力。张紧弹性件的使用数量可以根据实际的需要确定，在需要滚动爬行模块与杆更紧密地贴合时，可以使用更多的张紧弹性件。
62.调径模块还包括n个卷绳电机、n个卷绳轮和2n段卷绳。与同一卷绳轮连接的2段卷绳可以是一根绳子，一根绳子的两端连接两个导轨，中点与卷绳轮连接；与同一卷绳轮连接的2段卷绳也可以是2根绳子，此时1根绳子是1段卷绳。每个卷绳轮连接2段卷绳；卷绳一端连接卷绳轮，卷绳另一端连接导轨。
63.卷绳轮设置在调径节点，卷绳电机带动卷绳轮旋转，使得卷绳从卷绳轮放出或收回，以调节相邻调径节点的距离。卷绳放出时，相邻调径节点在张紧弹性件的作用下相互靠近，爬杆机器人的内径缩小。卷绳收回时，相邻调径节点在卷绳的拉力作用下相互远离，爬杆机器人的内径扩大。
64.n个卷绳电机受同一控制器的控制，以实现同步工作。
65.导轨的两端设置有末端保护套，末端保护套的作用包括避免滑块从导轨脱落；提供张紧弹性件的安装位置；提供卷绳的安装位置。具体的，1个张紧弹性件连接2个导轨的末端保护套，卷绳一端连接卷绳轮，卷绳另一端连接导轨的末端保护套。末端保护套安装在导轨的两端，末端保护套与导轨可以采用卡扣配合、过盈配合等可拆卸方式连接。
66.滚动爬行模块安装在调径模块。
67.滚动爬行模块包括圆形外壳和旋翼组件，旋翼组件安装在圆形外壳内，圆形外壳设置有通孔，气流在旋翼组件的作用下通过圆形外壳以推动爬杆机器人沿杆爬行，且在爬杆机器人爬行过程中圆形外壳沿杆滚动。至少在旋翼组件的进风和出风位置上，圆形外壳设置有通孔，即进风口和出风口。从出风口指向进风口的方向与爬杆机器人的前进方向一致。例如杆垂直矗立，爬杆机器人向上运动，则进风口在圆形外壳的上方，出风口在圆形外壳的下发。
68.圆形外壳为圆球形、椭球形或者圆柱形。圆形外壳是指：在垂直于外壳旋转的轴线的平面上，外壳的剖面为圆形。
69.圆形外壳包括纬线结构和经线结构，纬线结构和经线结构交织，使得圆形外壳为笼体，纬线结构所在的平面与圆形外壳旋转的轴线垂直，经线结构与圆形外壳旋转的轴线属于同一平面。圆形外壳为圆球形时，与地球仪类似的，以圆形外壳与导轨的两个交点为两极，经线结构沿着经线分布，纬线结构沿着纬线分布。圆形外壳为椭球形时，以圆形外壳与导轨的两个交点为两极，同一纬线结构上的点与导轨所在直线的距离相等，即同一纬线结构是圆形的。圆形外壳为圆柱形时，以圆柱两个底面的圆心为两极，经线结构沿着底面的直径和侧面的母线分布，纬线结构沿着底面的外轮廓的同心圆分布，纬线结构还沿着侧面的与底面平行的圆分布。需要说明的是，除了使用纬线结构和经线结构交织的结构外，圆形外壳还可以采用其他结构，例如在一个薄壁外壳上密集打孔得到的镂空结构，以其他规律编织的网状结构等。其目的在于保证圆形外壳满足通风、抗压强度、旋转运动稳定等方面的性能需求。
70.多个滚动爬行模块在圆周方向均匀分布。以滚动爬行模块所在的圆的圆心为中心，滚动爬行模块之间间隔的角度距离相同，例如，一共四个滚动爬行模块，相邻的滚动爬
行模块之间间隔90度；一共三个滚动爬行模块，相邻的滚动爬行模块之间间隔120度。
71.滚动爬行模块以导轨的中点为对称中心，对称安装在导轨。对一个导轨而言，将安装在一个导轨上的滚动爬行模块对称分布。例如一个导轨上安装一个滚动爬行模块，则将滚动爬行模块安装在导轨的中点；一个导轨安装两个滚动爬行模块，则将两个滚动爬行模块对称安装在导轨的中点的两侧。
72.旋翼组件包括驱动桨叶、驱动电机和电机座。驱动桨叶在驱动电机的驱动下旋转，使得爬杆机器人在气流的作用下获得上升的动力。驱动电机安装在电机座，电机座设置在导轨。可以将驱动电机的电源电池设置在导轨。所有驱动电机可以由同一个控制器控制，实现对爬杆机器人的统一控制。
73.导轨位于圆形外壳的轴线，圆形外壳通过轴承连接导轨，使得圆形外壳能够以导轨为轴转动。可以在圆形外壳和导轨相交的两点设置两个轴承，轴承可以选择滚动轴承，例如深沟球轴承等。
74.检测模块安装在调径模块，检测模块用于对爬杆机器人爬行的杆进行检测；
75.检测模块包括高度调节柱，高度调节柱的一端固定在调径节点，高度调节柱的另一端安装检测模块。高度调节柱可以是多级伸缩管，例如二级伸缩管。通过调节伸缩管的长度，调节检测模块相对于调径节点的高度。高度调节柱可以是电动控制的，可以采用直线驱动器。不同高度调节柱可以分别控制。
76.检测模块包括视觉检测仪器、超声波检测仪、激光检测仪或红外检测仪。
77.如图1至图5所示，本技术实施例中，爬杆机器人用于高杆灯灯杆表面的检测，可发现灯杆表面的破损，腐蚀等，替代人工高空作业进行检查，预防人工作业可能发生的安全事故。一种爬杆机器人包括：多个滚动爬行模块、调径模块和检测模块。
78.调径模块由导轨、滑块、张紧弹簧、卷绳电机、卷绳轮、卷绳等组成，通过四个导轨构成一个正方形机构，每个导轨各配两个滑块,最终由4个导轨和8个滑块构成一个可调整正方形边长的可变径四边形机构。其边长的变化也会同时改变机器人滚轮爬行模块组成的环绕区域以适应灯杆直径的变化。在该调径模块构成的正方形四个角处装有机器人主动定位机构。机器人主动定位机构由卷绳电机、卷绳轮、卷绳组成，每个卷绳轮起始处固定有两条卷绳。每个电机可以同时驱动该两条卷绳，使机器人调径模块的该电机对应的滑块可以在其上的相互垂直的两条导轨上相对移动，在四个角四个卷绳电机的共同作用下，机器人可以主动调整机器人四边形机构的边长以越过比较大型的障碍物。
79.滚轮爬行模块由滚轮圆形外壳、驱动桨叶、旋翼电机、电机座等组成。由旋翼电机带动驱动桨叶高速旋转产生带动机器人上升的升力，滚轮圆形外壳贴紧灯杆表面并随着机器人上升而滚动。圆形的外壳可以很好的保护驱动桨叶不会与灯杆发生碰撞。外壳的较大缝隙允许空气对流，使得气流产生的升力不会受到较大影响。整个机器人分别在每个导轨中间布置有一个该滚轮爬行模块，使滚轮均布于灯杆四周。滚轮爬行单元为4个，也可以为其他数量。滚轮爬行单元周向均布布置。
80.以检测模块是视觉检测模块为例说明。机器人视觉检测模块由微型高清摄像头、高度调节杆等组成。在正方形的调径模块的每个角处，机器人布有一个机器人视觉检测模块，实现机器人对灯杆外表面360
°
覆盖检测。视觉检测模块可以是相机、摄像头、录像机等，此处以相机为例进行说明。相机为4个相机，实际数量可以根据相机视野和灯杆杆径确定。
相机个数不一定为4个相机。
81.灯杆检测机器人采用轮式爬行方式，爬行时进行灯杆的快速检测，同时该机器人有调节结构可以保证周向布置的爬行机构偏转角度始终一致，保证导轨组成的环形框架相对水平面平行，从而保证相机能稳定的采集数据。爬杆机器人的调径模块是一个实时自动调整机构，具有自适应调节能力。
82.机器人不但可以用于变径灯杆检测，也可以用于固定杆径灯杆检测，或其他固定直径和可变直径的杆状结构的检测。
83.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。