[实用新型]轮式爬杆机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言涉及轮式爬杆机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人将逐渐代替人类完成一些高强度、高重复性、高危险甚至人类不可能完成的作业。高空作业作为高危作业的一种，也慢慢被机器人所取代。在电气和通讯行业，高空作业主要包括一些电气设备或通讯基站的安装和拆卸、电线巡检和维修等。而对于在电线杆上电气设备或通讯基站的安装和拆卸，需要爬杆机器人。国内外对爬杆机器人做过很多研究，也研发出了不少样机，大体可以分为抓夹式、缠绕式和轮夹式三类。其中管贻生等人开发的Climbot,葡萄牙Tavakoli等人开发的3DCLIMBER是典型的双手爪抓夹式攀爬机器人，通过两端交替抓夹杆件实现杆上攀爬动作。Climbot采用模块化方法设计，由两种关节模块构成类似于操作臂的本体，在两端分别连接夹持器模块，能够抓夹圆形和方形等不同形状和大小的杆件，具有多种攀爬步态，很强的杆间过渡和越障功能。3DCLIMBER机器人本体由一个平面三自由度串联连杆机构和一个基座端的旋转机构组成，攀爬能力较弱，机构笨重。西班牙的CRP本体采用并联机构，两端动平台作成环状，用于环抱攀爬对象，但由于并联机构工作空间较小，这类攀爬机器人缺乏足够的灵活性，攀爬功能较弱。相关的攀爬机器人还包括日本开发的WOODY系列爬树机器人和以及香港徐杨生等人开发的Treebot爬树机器人。WOODY-I双端是两个大的圆环装夹紧机构，二者通过丝杆和导轨连接，通过伸缩运动实现在树干上攀爬。WOODY-II构型与Climbot的类似，但自由度较少。Treebot中间是柔性连续体，两端为钩爪，只适合于爬粗糙表面的树。Hirose和Lipkin等人开发的蛇形机器人由多个相同的模块串联构成，通过全身象蛇一样对杆件紧紧缠绕并翻转实现攀爬。伊朗的UT-PCR通过上下两组共六个轮子通过弹簧力夹紧杆件，轮子的转动驱使机器人沿杆件上下移动。

虽然目前国内外已经开发了多种攀爬机器人样机，各有优点，但也有较强的目的性和局限性。一般而言，双手爪攀爬机器人具有较强的攀爬功能，但由于两端需要交替抓夹杆件，攀爬速度较低。蛇形机器人需要较多的关节模块，缠绕攀爬的可靠性有待提高，负载较小，难以扩展操作功能。轮夹式机器人通过轮子连续滚动实现攀爬，速度较快，非常适合在杆上攀爬。但现有的设计方案只能沿一个方向攀爬，不能绕着杆件改变本体方向，因而限制了作业方位。

发明内容

本实用新型的目的在于设计一种结构简单紧凑、安装和使用方便的轮式爬杆机器人。本实用新型能够适应不同直径的攀爬杆件，并能在攀爬杆件和树干上快速上下移动、旋转以及螺旋运动。

为实现本实用新型的目的，采用如下技术方案:本实用新型的轮式爬杆机器人，采用环状结构，包括有呈半圆环状的第一主支撑架、第二主支撑架、支撑架扣合关节、四个驱动轮总成、电源箱和控制箱，其中第一主支撑架与第二主支撑架通过支撑架扣合关节实现连接；四个驱动轮总成中的两个驱动轮总成固定在第一主支撑架的上端，另两个驱动轮总成固定在第二主支撑架的下端，第二主支撑架的外侧上方固定控制箱，第二主支撑架的下方固定电源箱。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1）本实用新型由于与攀爬杆件相接触的两组瑞典轮处于不同的高度，利用机器人重心偏置产生瑞典轮对攀爬杆件的压力而实现夹紧，瑞典轮停止转动或者断电后能防止机器人沿攀爬杆件下滑，保证机器人安全以及工作的可靠性；且这种夹紧方式简单可靠；

2）本实用新型采用蜗杆机构，调节四个瑞典轮的开合程度即夹持点组成四边形的大小以适应各种不同直径的攀爬杆件，并利用其自锁功能固定四个瑞典轮的角度，可防止出现瑞典轮松离攀爬杆件使机器人掉落的危险；

3）本实用新型使用左旋和右旋两组不同的瑞典轮，并通过控制其转动方向可实现机器人绕攀爬杆件上下移动、旋转以及螺旋运动；

4）本实用新型机器人的第一主支撑架与第二主支撑架两大部分的两端通过支撑架扣合关节进行连接和扣合，方便进行拆卸和安装；

5）本实用新型能够同步通过盘式电机驱动蜗杆以调节蜗轮的角度进而同时调节四个瑞典轮的开合程度来适应不同杆件或圆柱形树干的大小，故本实用新型轮式爬杆机器人能够在不同直径的竖直圆杆、棕榈树或椰子树上攀爬；另外，由于蜗轮蜗杆的自锁功能，盘式电机停止工作时，瑞典轮不会由于外力改变开合大小；