基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿

摘要

本发明公开是关于基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿，涉及机器人技术领域，包括载体构件，该基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿包括：攀爬机器人可伸缩支撑组件；攀爬机器人可伸缩爬行组件；所述攀爬机器人可伸缩支撑脚以及攀爬机器人可伸缩爬行轮分别平行设置于载体构件上。本公开技术方案结构简单、控制方便，攀爬过程中不但可以负重而且能适用于大截面的攀爬机器人，成为工程施工及综合维护的现实需求。

说明书

技术领域

本发明公开涉及机器人技术领域，尤其涉及基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿。

背景技术

目前，国内外已经有很多设计成型的应用于杆状物体的攀爬机器人，其中，有些机器人采用蠕动的形式来实现爬杆动作，但是未有专门针对截面如桥墩墩身这类的大截面的攀爬机器人：

综上所述，现有技术存在的问题是：

第一、这种机器人爬行速度低且无法负重攀爬；

第二、磁吸附方案局限性较大，无法利用于水泥杆、外包防火涂料等非铁磁性杆；

第三、为了能够稳定夹持攀爬，在设计原理上注定了无法逾越障碍物 (凸起、凹陷)等，甚至无法适应目标杆子杆径的变化，这对实用性的拓展有很大的制约；

第四、—些爬杆机器人结构复杂，重量大，能耗较大；

第五、一些爬杆机器人缺少姿态矫正功能，在没有类似功能的情况下爬杆机器人中心位置与目标杆子中心不重合，偏心情况严重时会影响攀爬的稳定性，甚至威胁安全性；

第六、部分攀爬机器人只能解决攀爬及拍照、巡检等单一性功能；

解决上述技术问题的难度：

解决上述技术问题的意义：提供一种结构简单、控制方便，攀爬过程中不但可以负重而且能适用于大截面的攀爬机器人，成为工程施工及综合维护的现实需求。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿。所述技术方案如下：

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿，该基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿包括：

攀爬机器人可伸缩支撑组件；

攀爬机器人可伸缩爬行组件；

载体构件；

所述攀爬机器人可伸缩支撑脚以及攀爬机器人可伸缩爬行轮分别平行设置于载体构件上。

在一个实施例中，所述攀爬机器人可伸缩支撑组件包括：

支撑伸缩单元，所述支撑伸缩单元设置在载体构件的表面；

支撑脚，所述支撑脚设置于支撑伸缩单元的伸缩端。

在一个实施例中，所述攀爬机器人可伸缩爬行组件包括：

爬行伸缩单元，所述爬行伸缩单元设置在载体构件的表面；

爬行轮，所述爬行轮设置于爬行伸缩单元的伸缩端。

在一个实施例中，所述支撑伸缩单元包括：

第一外套筒，所述第一外套筒固定于载体构件的表面；

支撑脚内套筒，所述支撑脚内套筒的一端设有第一端封板，所述支撑脚内套筒的另一端为开放端，所述支撑脚内套筒插装于第一外套筒内，且沿第一外套筒的轴线方向往复运动；

支撑脚限位销轴，所述支撑脚限位销轴的两端固定于第一外套筒的侧壁上，且所述支撑脚限位销轴沿支撑脚内套筒的轴线往复运动；

支撑脚复位弹簧，所述支撑脚复位弹簧的一端与支撑脚内套筒的第一端封板表面固定连接，所述支撑脚复位弹簧的另一端与支撑脚限位销轴的侧壁固定连接；

支撑脚构件，所述支撑脚构件与支撑脚内套筒的开放端固定连接。

在一个实施例中，所述支撑脚内套筒内设有环向张拉缩构件。

在一个实施例中，所述爬行伸缩单元包括：

第二外套筒，所述第二外套筒固定于载体构件的表面；

爬行轮内套筒，所述爬行轮内套筒的一端设有第二端封板，所述支撑脚内套筒的另一端为开放端，所述爬行轮内套筒插装于第二外套筒内，且沿第二外套筒的轴线方向往复运动；

爬行轮复位弹簧，所述爬行轮复位弹簧的一端与第二外套筒的侧壁固定连接，所述爬行轮复位弹簧的另一端与爬行轮内套筒的第二端封板表面固定连接；

爬行轮构件，所述爬行轮构件与爬行轮内套筒的开放端固定连接。

在一个实施例中，还包括限位组件，所述限位组件包括：

爬行轮限位销轴，所述爬行轮限位销轴插的两端装固定于第二外套筒的侧壁上，所述爬行轮限位销轴沿爬行轮内套筒的轴线方向往复运动。

本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

第一、复合轮腿由支撑脚和爬行轮组成，支撑脚和爬行轮沿墩身法向可以伸缩，支撑脚由环形张拉索串联，张拉索由双向张拉电机驱动，索的张弛实现支撑脚的伸缩及对墩身的抱紧；

第二、支撑脚和爬行轮的组合，形成了绕墩身的自平衡体系，极大的减少了机器人本体的不均衡内力，可对机器人起到稳定平衡的作用，除起到抱紧墩身提供摩擦力外，还看用以抵抗机器人外挂重物所产生的弯矩；

该复合轮腿既保证了机器人大负载、小内力，体系受力清晰，便于安装、控制。具有广泛的应用推广前景。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明所述一种基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿与墩身的位置示意图；

图2是本发明所述复合轮腿安装示意；

图3(a)是本发明所述支撑脚内外套筒及节点详图；

图3(b)是本发明所述支撑脚内外套筒及节点详图；

图4(a)是本发明所述爬行轮内外套筒及节点详图；

图4(b)是本发明所述爬行轮内外套筒及节点详图；

图5是本发明所述支撑脚内套筒俯视图；

图6(a)是本发明所述支撑脚内外套筒组合后俯视图；

图6(b)是本发明所述支撑脚内外套筒组合后侧视图；

图7(a)是本发明爬行轮内外套筒组合后俯视图；

图7(b)是本发明爬行轮内外套筒组合后侧视图；

附图标记：

1、攀爬机器人复合轮腿 2、示意的攀爬机器人可开合载体

3、柱、墩身截面 1.1、攀爬机器人可伸缩支撑脚

1.2、攀爬机器人可伸缩爬行轮 1.3、示意攀爬机器人载体构件

41、支撑脚内套筒端封板 42、支撑脚内套筒

43、支撑脚内套筒滑行槽道 44、支撑脚复位弹簧

45、支撑脚限位销轴 46、带U形槽滚动轴承

47、带U形槽滚动轴承的限位支撑套管 48、锁紧螺母

49、支撑脚内套筒连接节点端封板 411、支撑脚连接节点肋板

412、支撑脚连接节点销轴 413、支撑脚连接节点双耳板

414、支撑脚连接节点单耳板 415、橡胶垫

416、橡胶垫咬合板 417、支撑脚限位销轴穿外套筒开孔

418、第一外套筒 419、外套筒与机器人本体连接板

420、外套筒与机器人本体连接板的螺 421、带U形槽滚动轴承的限位销轴栓孔

51、爬行轮内套筒端封板 52、爬行轮内套筒

53、爬行轮限位销轴 54、爬行轮内套筒滑行槽道

55、爬行轮内套筒连接节点端封板 56、爬行轮连接节点双耳板

57、爬行轮滚轮连接销轴 58、滚轮

6、环向张拉索 7、爬行轮复位弹簧

517、爬行轮限位销轴穿外套筒开孔 518、第二外套筒

519、第二外套筒与机器人本体第二连接板 520、第二外套筒与机器人本体连接板的第二螺栓孔

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明公开实施例所提供的技术方案涉及基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿，尤其涉及机器人领域。在相关技术中，国内外已经有很多设计成型的应用于杆状物体的攀爬机器人，其中，有些机器人采用蠕动的形式来实现爬杆动作，这种机器人爬行速度低且无法负重攀爬，并没有专门针对截面如桥墩墩身这类的大截面的爬行机器人。基于此，本公开技术方案所提供的基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿，构简单、控制方便，攀爬过程中不但可以负重而且能适用于大截面的攀爬机器人，成为工程施工及综合维护的现实需求，设计构思有异于传统的攀爬机器人抱紧机构，它通过复合轮腿及环向张拉索形成自平衡体系，减少了机器人本体的受力、降低了机器人系统的复杂度。本发明是在攀爬机器人可开合载体沿墩身周长布置攀爬机器人复合轮腿，每个复合轮腿由一对可伸缩支撑脚、可伸缩爬行轮组成。

图1示例性示出了本发明公开技术方案所提供的基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿的结构示意图。根据图1可知，该基于环向自主张拉索抱紧的攀爬机器人伸缩复合轮腿包括：攀爬机器人可伸缩支撑组件1.1；攀爬机器人可伸缩爬行组件1.2；载体构件1.3；所述攀爬机器人可伸缩支撑脚以及攀爬机器人可伸缩爬行轮分别平行设置于载体构件上，需要进一步指出的是，载体构件与示意的攀爬机器人可开合载体收尾依次连接，形成环状结构，示意的攀爬机器人可开合载体2环向安装于柱、墩身截面3，示意的攀爬机器人可开合载体2装配有攀爬机器人复合轮腿1；攀爬机器人可伸缩支撑脚1.1、攀爬机器人可伸缩爬行轮1.2，支撑脚1.1及爬行轮1.2通过外套筒418通过外套筒与机器人本体连接板419与示意攀爬机器人载体构件1.3连接，外套筒与机器人本体连接板419上开有螺栓孔420。

在一个实施例中，所述攀爬机器人可伸缩支撑组件包括：支撑伸缩单元，所述支撑伸缩单元设置在载体构件的表面；支撑脚构件，所述支撑脚构件设置于支撑伸缩单元的伸缩端，需要进一步指出的是，支撑脚包括支撑脚连接节点肋板411、设置在支撑脚连接节点肋板411上的一对支撑脚连接节点双耳板413，设置在一对支撑脚连接节点双耳板413的支撑脚连接节点单耳板414、设置在支撑脚连接节点单耳板414上的橡胶垫咬合板416以及设置在橡胶垫咬合板416上的橡胶垫415。

示例中，一对支撑脚连接节点双耳板413夹持支撑脚连接节点单耳板 414，且通过支撑脚连接节点销轴412固定连接。

在一个实施例中，所述攀爬机器人可伸缩爬行组件包括：爬行伸缩单元，所述爬行伸缩单元设置在载体构件的表面；爬行轮构件，所述爬行轮构件设置于爬行伸缩单元的伸缩端，需要进一步指出的是，爬行轮包括爬行轮内套筒连接节点端封板55、设置在爬行轮内套筒连接节点端封板55上的一对爬行轮连接节点双耳板56、通过爬行轮滚轮连接销轴57设置于一对爬行轮连接节点双耳板56之间的滚轮58。

在一个实施例中，所述支撑伸缩单元包括：第一外套筒418，所述第一外套筒418固定于载体构件1.3的表面；支撑脚内套筒42，所述支撑脚内套筒42的一端设有第一端封板41，所述支撑脚内套筒42的另一端为开放端，所述支撑脚内套筒42插装于第一外套筒418内，且沿第一外套筒418的轴线方向往复运动；支撑脚限位销轴45，所述支撑脚限位销轴45的两端固定于第一外套筒418的侧壁上，且所述支撑脚限位销轴45沿支撑脚内套筒 418的轴线往复运动；支撑脚复位弹簧44，所述支撑脚复位弹簧44的一端与支撑脚内套筒418的第一端封板41表面固定连接，所述支撑脚复位弹簧 44的另一端与支撑脚限位销轴45的侧壁固定连接；所述支撑脚构件与支撑脚内套筒418的开放端固定连接，需要进一步指出的是，一个以上支撑伸缩单元通过环向张拉索6串联。

示例中，支撑脚内套筒418上设有滑行槽道43，用于支撑脚内套筒42 伸缩时支撑脚限位销轴45往复运动的通行槽道；爬行轮内套筒52开有爬行轮内套筒滑行槽道54，做为爬行轮内套筒伸缩时爬行轮限位销轴53的通行通道。

在一个实施例中，所述支撑脚内套筒内设有环向张拉缩构件，所述环向张拉缩构件包括设置在支撑脚内套筒42安装有带U形槽滚动轴承46、该轴承由上下限位支撑套管47定位，带U形槽滚动轴承的限位销轴421由锁紧螺母48固定，并依次穿过支撑套管47带U形槽滚动轴承46，带U形槽滚动轴承46的槽道内安装有环向张拉索6。

在一个实施例中，所述爬行伸缩单元，为实现越障及形成作业平台面，机械系统采用双层并联伺服顶升架构，即上下两段，均可实现开合。下段抱紧，上段松开，上下段之间的伺服推杆顶升上段爬行至给定距离；上段抱紧，下段松开，伺服电机拉动下段爬升。依次往复。当检测到障碍物时，开合机构依次开合，实现越障。其中每段对称双向分别布置一个顶紧夹持推杆、2个伺服推杆，实现机器人定位及抱紧松开的交替。包括：第二外套筒518，所述第二外套筒518固定于载体构件1.3的表面；爬行轮内套筒52，所述爬行轮内套筒52的一端设有第二端封板51，所述支撑脚内套筒52的另一端为开放端，所述爬行轮内套筒52插装于第二外套筒内，且沿第二外套筒52的轴线方向往复运动；爬行轮复位弹簧7，所述爬行轮复位弹簧7的一端与第二外套筒52的侧壁固定连接，所述爬行轮复位弹簧7的另一端与爬行轮内套筒52的第二端封板51表面固定连接；所述爬行轮构件与爬行轮内套筒52的开放端固定连接。

示例中，第一外套筒418的一端设有第一机器人本体连接板419，第一外套筒418的侧壁设有用于嵌装锁紧螺母48的支撑脚限位销轴穿外套筒开孔417。

示例中，第二外套筒518的一端设有机器人本体连接板519，第二外套筒518的侧壁设有用于嵌装爬行轮限位销轴53的的爬行轮限位销轴穿外套筒开孔517。

示例中，第一外套筒418通过与机器人本体连接板419与机器人本体连接，机器人本体连接板419开有用于连接机器人本体与机器人本体连接板的第一螺栓孔420；第一外套筒418通过支撑脚限位销轴45与支撑脚内套筒 42组合连接。

在一个实施例中，还包括限位组件，所述限位组件包括：爬行轮限位销轴57，所述爬行轮限位销轴插57的两端装固定于第二外套筒518的侧壁上，所述爬行轮限位销轴57沿爬行轮内套筒52的轴线方向往复运动。

具体实施时，复合轮腿的组装，本着先单体后组合的原则，单体的加工先开孔，由内向外依次安装。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。