一种爬杆机器人

1.本发明涉及移动机器人技术领域，特别涉及一种爬杆机器人。


背景技术：

2.杆类结构在日常生活中十分常见，如旗杆、电线杆和路灯杆等通常为竖向，斜向或水平布局，一些管道都可以归为杆类结构。这些杆类结构长年累月暴露在空气中，很容易受到腐蚀和污染，不仅影响美观度，同时也会减少使用的寿命、增加危险性。因此，在一些情况下需要对杆类结构的外表面进行检测和维护。由于杆类结构通常较长且较细，使得人工攀爬维护不仅风险大，而且效率低。使用爬杆机器人就成为进行此类工作的有效手段。
3.现有的爬杆机器人并不少见，大多数采用足式或蠕动方式移动。这些机器人通常爬杆速度慢、运动连续性差，工作效率不理想。还有部分爬杆机器人采用轮式移动，该类爬杆机器人沿螺旋线前进，具有很好的运动连续性和较高的速度，但机器人拖拽的线缆可能产生缠绕，特别在沿较长杆运动时，往往导致机器人机构复杂，控制困难。可见，现有的这些爬杆机器人不能很好地在长杆条件下工作。
4.鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种爬杆机器人，包括：机体、行进机构、动力机构，机体套设于杆状物或者管状物的外周，行进机构设置于机体上，用以驱动机体以设定方向沿着杆状物或者管状物移动，动力机构用于为行进机构提供动力；其中，行进机构包括若干轮组机构；每一组轮组机构包括行进轮装置，行进轮装置包括行进轮，行进轮在杆状物或杆状物上的行进轨迹呈顺/逆时针-逆/顺时针相交替的螺旋形，螺旋角为α或-β相交替。
6.优选地，机体呈筒状，机体至少包括第一机体和第二机体，第一机体和第二机体可拆卸地固定连接成一体。
7.通过上述结构，使得第一机体和第二机体便于安装于杆状物或者管状物上；同时，可以根据杆状物或者管状物的外径大小调节第一机体和第二机体的连接位置。
8.进一步地，机体上设置有用于安装行进轮装置第一通孔。
9.优选地，行进轮装置还包括：转向部，压紧部，限位部以及行进轮架；
10.转向部设置在行进轮架上，转向部包括一对相互啮合的锥齿轮，轴承，轴承底座，行进轮架具有转向轴，转向轴的一端设置有轴承，使得转向轴在锥齿轮的驱使下自如旋转，从而通过带动行进轮转向；
11.压紧部包括第一弹簧，调压螺栓以及防松螺母；第一弹簧设置于调压螺栓以及轴承底座之间，通过调压螺栓的旋转来调节第一弹簧对于行进轮的压力大小，使得行进轮抵接在杆状物或者管状物的外周面；
12.限位部包括限位板，限位板上具有一侧开口的条状槽，便于限位板穿过转向轴并
固定到机体上实现转向架的限位，防止脱落；
13.轴承底座上设置有凸出的限位块，在第一通孔的内表面设置有相应的限位槽，使得限位块在限位槽中上下移动而不会发生旋转。
14.进一步地，轮组机构还包括：至少一个支撑轮装置，支撑轮装置包括支撑轮，支撑轮腿，导板，第二弹簧以及调压螺钉，支撑轮安装于支撑轮腿的一端，支撑轮为球轮，可万向旋转；支撑轮腿的另一端具有台阶部；
15.导板中间有孔，其大小与支撑轮腿的外径相匹配；
16.第二弹簧设置于台阶部和调压螺钉之间，通过调压螺钉的旋转来调节第二弹簧对于支撑轮的压力大小，使得支撑轮抵接在杆状物或者管状物的外周面；
17.机体上设置有用于安装支撑轮装置的第二通孔。
18.通过上述结构，每只轮组内安装有多个弹簧，通过调节压紧部的调压螺钉改变弹簧的压紧力，使得轮子能够紧紧贴在杆的表面，提供足够的摩擦力防滑。
19.优选地，轮组机构为三组，径向相互之间呈120度设置于机体上；三个行进轮的轮心位于与杆状物或管状物的同心的同一圆周上。
20.进一步地，动力机构包括：柔索组，柔索组包括第一柔索组和第二柔索组；
21.电机组，电机组包括行进电机和转向电机；
22.行进电机通过第一柔索组同时为三个行进轮提供驱动力，使得行进轮能同时顺/逆时针旋转；
23.转向电机通过第二柔索组同时为三个行进轮提供转向力，使得行进轮能朝不同方向同时转向。
24.优选地，动力机构还包括：齿轮组，齿轮组包括第一齿轮组和第二齿轮组；
25.行进电机通过第一齿轮组与第一柔索组相连接，转向电机通过第二齿轮组与第二柔索组相连接。
26.进一步地，动力机构还包括电缆组，电缆组包括第一电缆和第二电缆，第一电缆为行进电机供电，第二电缆为转向电机供电。
27.更进一步地，第一齿轮组和第二齿轮组分别包括：第一主动齿轮和第二主动齿轮以及与之啮合的对称设置的三个第一从动齿轮和三个第二从动齿轮；第一主动齿轮和第二主动齿轮分别与行进电机和转向电机相连接；三个第一从动齿轮和三个第二从齿轮分别与第一柔索组和第二柔索组相连接；
28.优选地，第一柔索组和第二柔索组分别包括三条钢丝软轴。
29.通过上述结构，本发明的一种爬杆机器人通过行进电机连接第一齿轮组和第一柔索组为三个行进轮提供动力，使整个爬杆机器人能够在杆状物/管状物的外部前进或后退；同时，通过转向电机连接第二齿轮组和第二柔索组为三个轮架提供动力，使行进轮在沿原有螺旋线爬行一定行程后转向，并沿相反的螺旋线继续爬行。因此，整个爬杆机器人沿近似w字形轨迹爬升，避免了绕线的问题。
30.本发明的一种爬杆机器人，易于拆装，结构简单，运动控制容易，能够实现在长杆/管外部稳定行进并避免绕线问题，同时还能够适应杆径大小的变化。
附图说明
31.包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了符合本发明的装置和方法的实施方案，并与详细描述一起用于解释符合本发明的优点和原理。
32.图1为本发明的一个较佳实施例的爬杆机器人的结构示意图；
33.图2为本发明的一个较佳实施例的爬杆机器人的俯视结构示意图；
34.图3为本发明的一个较佳实施例的爬杆机器人的机体结构示意图；
35.图4为本发明一个较佳实施例的爬杆机器人的轮组结构示意图；
36.图5为本发明一个较佳实施例的爬杆机器人的行进轮装置的装配示意图；
37.图6为本发明一个较佳实施例的爬杆机器人的支撑轮装置的装配示意图；
38.图7为本发明一个较佳实施例的爬杆机器人的柔索组和齿轮组结构示意图；
39.图8为本发明一个较佳实施例的爬杆机器人的第一齿轮组结构示意图；
40.图9为本发明一个较佳实施例的爬杆机器人的第二齿轮组结构示意图；
41.图10为本发明一个较佳实施例的爬杆机器人的转向部的锥齿轮结构示意图；
42.图11为本发明一个较佳实施例的爬杆机器人的单只行进轮的工作步骤图。
43.附图标记说明
44.1-机体
45.2-行进机构
46.3-动力机构
47.4-行进轮
48.5-第一通孔
49.6-第二通孔
50.7-转向部
51.8-压紧部
52.9-限位部
53.10-行进轮架
54.11-第一机体
55.12-第二机体
56.13、14-锥齿轮
57.15-轴承
58.16-轴承底座
59.17-转向轴
60.18-第一弹簧
61.19-调压螺栓
62.20-防松螺母
63.21、22、23-三组轮组机构
64.24-限位板
65.25-支撑轮
66.26-支撑轮腿
67.27-导板
68.28-第二弹簧
69.29-调压螺钉
70.30-台阶部
71.31-柔索组
72.32-电机组
73.33-齿轮组
74.34-电缆组
75.35-第一主动齿轮
76.36-螺栓组
77.37、38、39-第一从动齿轮
78.40-第二主动齿轮
79.41、42、43-第二从动齿轮
80.51、52-限位槽
81.161、162-限位块
82.211-行进轮装置
83.212-支撑轮装置
84.241-条状槽
85.271-孔
86.311-第一柔索组
87.312-第二柔索组
88.321-行进电机
89.322-转向电机
90.331-第一齿轮组
91.332-第二齿轮组
92.341-第一电缆
93.342-第二电缆
具体实施方式
94.下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，本发明并不局限于以下描述的实施方式。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合，且本发明的技术理念可以与其他公知技术或与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
95.如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中既可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。
96.在以上具体实施例的说明中，方位术语“上”、“下”、”左”、“右”、“顶”、“底”、“竖
向”、“横向”和“侧向”等的使用仅仅出于便于描述的目的，而不应视为是限制性的。
97.以下参考说明书附图介绍本发明的一个较佳实施例，举例证明本发明可以实施，可以向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，其保护范围并非仅限于文中提到的实施例，本文的附图和说明本质上是举例说明而不是限制本发明。
98.本发明的一个较佳实施例提供了一种爬杆机器人，如图1-4所示，包括：机体1、行进机构2、动力机构3，机体1套设于杆状物或者管状物p的外周，行进机构2设置于机体1上，用以驱动机体1以设定方向沿着杆状物或者管状物移动，动力机构3用于为行进机构2提供动力；其中，行进机构2包括三组轮组机构21、22、23；每一组轮组机构包括行进轮装置，其中行进轮装置211包括行进轮4，行进轮4在杆状物或杆状物p上的行进轨迹呈顺/逆时针-逆/顺时针相交替的螺旋形，螺旋角为α或-β相交替。
99.本实施例中，螺旋角α＝β，为30度，参加图11。
100.机体1呈筒状，机体1包括第一机体11和第二机体12，第一机体11和第二机体12可拆卸地固定连接成一体。
101.本实施例中，第一机体11和第二机体12之间通过螺栓组36相连接。
102.通过上述结构，使得第一机体和第二机体便于安装于杆状物或者管状物上；同时，可以根据杆状物或者管状物的外径大小调节螺栓组36的连接位置，从而调整机体的内径大小。
103.机体1上设置有用于安装行进轮装置211和支撑轮装置212的第一通孔5和第二通孔6，本实施例中，支撑轮装置212为两个，与之对应的第二通孔6也为两个，对称设置在第一通孔5的两旁。
104.如图4-6所示，行进轮装置211还包括：转向部7，压紧部8，限位部9以及行进轮架10，转向部7设置在行进轮架10上。
105.参见图4、5、10，转向部7包括一对相互啮合的锥齿轮13和14，轴承15，轴承底座16，行进轮架10具有转向轴17，转向轴17的一端设置有轴承15，使得转向轴17在锥齿轮14的驱使下自如旋转，从而带动行进轮4转向。
106.压紧部8包括第一弹簧18，调压螺栓19以及防松螺母20；第一弹簧18设置于调压螺栓19以及轴承底座16之间，通过调压螺栓19的旋转来调节第一弹簧18对于行进轮4的压力大小，使得行进轮4可以抵接在杆状物或者管状物p的外周面；
107.限位部9包括限位板24，限位板24上具有一侧开口的条状槽241，便于转向轴17穿过；实现转向架的限位，防止其脱落。
108.轴承底座16上设置有一对凸出的限位块161、162，在第一通孔5的内表面设置有相应的限位槽51、52，使得限位块161、162在限位槽51、52中上下移动而不会发生旋转。
109.具体地，本实施例中轮组机构21还包括：一对支撑轮装置212，支撑轮装置212包括支撑轮25，支撑轮腿26，导板27，第二弹簧28以及调压螺钉29，支撑轮25为球轮，支撑轮25安装于支撑轮腿26的末端可万向旋转；支撑轮腿26的另一端具有台阶部30；
110.导板27中间有孔271，其大小与支撑轮腿26的外径相匹配；
111.第二弹簧28设置于台阶部30和调压螺钉29之间，通过调压螺钉29的旋转以调节第二弹簧28对于支撑轮25的压力大小，使得支撑轮25可以抵接在杆状物或者管状物p的外周
面。
112.通过上述结构，每只轮组内安装有多个弹簧，通过调节压紧部或调压螺钉改变弹簧的压紧力，使得轮子能够紧紧贴在杆的表面，保证整个爬杆机器人不滑落。
113.如图2所示，本实施例中三组轮组机构21、22、23在径向相互之间呈120度设置于机体1或2上；三个行进轮4的轮心位于与杆状物或管状物p的同心的同一圆周上。
114.如图1-2，7,10所示，具体地，动力机构3包括：柔索组31，柔索组31包括第一柔索组311和第二柔索组312；
115.电机组32，电机组包括行进电机321和转向电机322；
116.行进电机321通过第一柔索组311同时为三个行进轮4提供驱动力，使得行进轮4能同时顺/逆时针旋转；
117.转向电机322通过第二柔索组312同时为三个行进轮4提供转向力，使得行进轮4能朝不同方向同时转向。
118.具体地，动力机构3还包括：齿轮组33(图中未示出)，齿轮组33包括第一齿轮组331和第二齿轮组332；
119.行进电机321通过第一齿轮组331与第一柔索组311相连接，转向电机322通过第二齿轮组332与第二柔索组312相连接。
120.如图1所示，动力机构3还包括电缆组34，电缆组34包括第一电缆341和第二电缆342，第一电缆341为行进电机321供电，第二电缆342为转向电机322供电。
121.第一齿轮组331包括：第一主动齿轮35以及与之啮合的对称设置的三个第一从动齿轮37、38、39；第一主动齿轮35与行进电机321相连接；三个第一从齿轮37、38、39分别与第一柔索组311相连接；第二齿轮组332包括：第二主动齿轮40以及与之啮合的对称设置的三个第二从动齿轮41、42、43；第二主动齿轮40与转向电机322相连接；三个第二从动齿轮41、42、43分别与第二柔索组312相连接；本实施例中，第一/二柔索组311、312分别包括三条钢丝软轴。
122.在本发明的另一个较佳实施例中，与上述实施例不同之处在于，螺旋角α＝β＝45度。
123.在本发明的第三个较佳实施例中，与上述实施例不同之处在于，螺旋角α不等于β。
124.在某些情况下，α＝β＝90度，这样机器人就是沿着杆状物轴线方向运动。
125.本发明的一种爬杆机器人通过行进电机连接第一齿轮组和第一柔索组为三个行进轮提供动力，使整个爬杆机器人能够在杆状物/管状物的外部前进或后退；同时，通过转向电机连接第二齿轮组和第二柔索组为三个轮架提供动力，使行进轮在沿原有螺旋线爬行一定行程后转向，并沿相反的螺旋线继续爬行。因此，整个爬杆机器人沿近似w字形轨迹爬升，避免了绕线的问题。
126.本发明的一种爬杆机器人，易于拆装，结构简单，能够实现在长杆/管外部稳定行进并避免绕线的问题，同时还能够适应杆径大小的变化。
127.如图11所示，本实施例中，行进轮4的工作步骤为：转向使轨迹螺旋角为30
°
(假设)
→
前进一段距离a
→
转向使轨迹螺旋角为-30
°→
前进一段距离a
→
循环。从而使机体沿w字形轨迹爬升。
128.本发明的工作原理如下：第一机体1和第二机体2通过螺栓组36连接并环绕直杆；
通过调压螺栓19和调压螺钉29来调节第一弹簧18和第二弹簧28的压力，使得整个轮组机构21能够紧紧压在杆p的外表面上，保证爬杆机器人不滑落且前进时摩擦力充足。行进的动力传递顺序为线缆341、行进电机321、第一齿轮组331、第一柔索组311、行进轮4。转向的动力传递顺序为：转向电机322、第二齿轮组332、第二柔索组312、行进轮架10、行进轮4。工作时，行进轮4在30
°
螺旋角的轨迹上行进一段固定距离a后，通过行进轮架10使轨迹的螺旋角变为-30
°
，同时行进电机321反转，行进轮4继续爬升，在行进固定距离a后，循环上述步骤。从而，整个机器人爬升的轨迹为w字形。
129.由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：
130.(1)沿w字形轨迹爬升，有效的避免了线缆缠绕杆身的问题。
131.(2)仅用两组电机，质量轻；行进电机控制三只行进轮的行进动作，转向电机控制三只行进轮的转向动作，使得轮组运动时的同步性优异。
132.(3)连接左右机体的螺栓组间距可调，轮组中弹簧压力也可调，因此可以主动和被动适应杆径变化的情况；
133.(4)采用可弯曲的柔索传递动力，体积小、质量轻，且布置十分灵活；
134.(5)轮式前进，速度快效率高，爬行平稳性好；
135.(6)左右分离式的机体方便拆装。
136.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。