本發(fā)明涉及一種交替式爬桿機(jī)器人。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，隨著我國的電力事業(yè)的發(fā)展，電纜及電力設(shè)備的安裝和維護(hù)工作量在增加，對電力安裝設(shè)備和安裝工具的需求也在不斷增加。但經(jīng)了解目前在一些方面還跟不上需要，存在短板。如電力工人在架設(shè)輸電線纜時，特別是在一些野外架設(shè)輸電線纜時，還是依靠人工穿戴腳扣攀爬到電桿上進(jìn)行操作。人工攀爬電桿作業(yè)是電力工人最艱辛的工作之一，它消耗的體力大，工作環(huán)境差，安全系數(shù)低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

以前曾經(jīng)有人研制過一些攀爬電桿的設(shè)備，有滾輪式、夾鉗式等等，但都存在一些不足。前者只能作上下運動，它不能跨越電桿上的橫擔(dān)等障礙，更不能在電桿上旋轉(zhuǎn)以便調(diào)整工位。后者相對結(jié)構(gòu)復(fù)雜，智能化不夠高，工作效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種交替式爬桿機(jī)器人，它能夠智能化的模擬人的手腳在電桿上交替攀登，通過其工作欄框搭載人員和工具、在電桿上做上下運動，并可跨越障礙，在電桿上可做360°水平旋轉(zhuǎn)，方便電力工人在不同工位對輸電線纜和設(shè)備進(jìn)行安裝檢修作業(yè)，安全省力，提高工作效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案為：

一種交替式爬桿機(jī)器人，包括兩個上下并列設(shè)置的桿體夾緊機(jī)構(gòu)、豎直升降機(jī)構(gòu)、上端敞口的工作欄框、電氣控制系統(tǒng)；

豎直升降機(jī)構(gòu)包括活動設(shè)置于工作欄框一側(cè)的水平滑板、兩根并排的豎直提升絲桿、升降驅(qū)動裝置，滑板的兩端分別與工作欄框滑動連接，兩根提升絲桿分別與滑板螺紋連接，兩根提升絲桿的上端分別與工作欄框活動連接，升降驅(qū)動裝置包括設(shè)于工作欄框的升降電機(jī)、與升降電機(jī)輸出端連接的主動鏈輪、從動鏈輪、配合于主動鏈輪與從動鏈輪之間的鏈條，主動鏈輪與一根提升絲桿同軸連接，從動鏈輪與另一根提升絲桿同軸連接；

兩個桿體夾緊機(jī)構(gòu)與豎直升降機(jī)構(gòu)位于工作欄框的同一側(cè)；

桿體夾緊機(jī)構(gòu)包括與滑板相垂直的水平的橫向絲桿、夾持驅(qū)動裝置、導(dǎo)向裝置、杠桿裝置；

在工作欄框上設(shè)有固定絲套，位于上方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的橫向絲桿的一端與工作欄框的固定絲套螺紋連接，位于下方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的橫向絲桿的一端與滑板螺紋連接，在兩根橫向絲桿的另一端分別設(shè)有正壓輪，在兩根橫向絲桿的另一端分別設(shè)有壓力傳感器；

夾持驅(qū)動裝置包括夾持電機(jī)、齒輪組，夾持電機(jī)的輸出端與齒輪組的動力輸入齒輪連接，齒輪組的動力輸出齒輪與工作欄框的固定絲套同軸連接，位于上方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)固定于工作欄框上，位于下方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)固定于滑板上；

導(dǎo)向裝置包括兩個位于橫向絲桿兩側(cè)的導(dǎo)套、兩根分別活動配合于導(dǎo)套內(nèi)且與橫向絲桿平行的導(dǎo)柱；

杠桿裝置包括與橫向絲桿螺紋連接的滑移絲套、固定于兩根導(dǎo)柱端部的撐桿、兩個以橫向絲桿軸向為對稱中心分布于橫向絲桿兩側(cè)的肘桿、兩個以橫向絲桿軸向為對稱中心分布于橫向絲桿兩側(cè)的抱桿，兩個肘桿的一端分別鉸接于滑移絲套一側(cè)面，兩個肘桿的另一端分別鉸接兩個抱桿的一端，兩個抱桿分別與撐桿的兩端鉸接，兩個抱桿的另一端分別為弧形端，在兩個抱桿的弧形端頭部分別設(shè)有側(cè)壓輪，在兩個抱桿的弧形端也分別設(shè)有壓力傳感器，電氣控制系統(tǒng)分別與升降電機(jī)、兩個夾持電機(jī)、各壓力傳感器電路連接。

在兩根橫向絲桿的另一端分別設(shè)有正壓輪支架，兩根橫向絲桿的正壓輪支架分別設(shè)有兩個正壓輪，在位于上方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的正壓輪支架上設(shè)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出端與其所在的正壓輪支架上的一個正壓輪同軸連接，橫向絲桿的壓力傳感器位于正壓輪支架上，電氣控制系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)電路連接。

在兩根提升絲桿的下端分別設(shè)有限位軸肩。

工作欄框包括呈四棱柱框架式結(jié)構(gòu)的欄框本體、兩根分別位于欄框本體一側(cè)面兩端的豎直長導(dǎo)柱，兩根豎直長導(dǎo)柱的長度大于欄框本體的高度，在兩根長導(dǎo)柱的頂端之間固定有水平的連接板，固定絲套位于連接板上，兩根提升絲桿位于兩根長導(dǎo)柱之間，兩根提升絲桿的上端分別通過軸套活動連接于連接板，滑板位于兩根長導(dǎo)柱之間，且滑板的兩端分別與兩根長導(dǎo)柱滑動連接，升降電機(jī)設(shè)于連接板上，位于上方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)固定于連接板上。

在欄框本體的下端設(shè)有踏板，在欄框本體的另一側(cè)頂端設(shè)有與滑板平行的水平的橫栓，橫栓的一端與欄框本體鉸接，橫栓的另一端卡接于欄框本體上。

在滑板上也設(shè)有固定絲套，位于下方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的橫向絲桿的一端與滑板上的固定絲套螺紋連接。

電氣控制系統(tǒng)采用鋰電池為電源。

在抱桿的弧形端設(shè)有光敏傳感器，電氣控制系統(tǒng)與光敏傳感器電路連接。

導(dǎo)套上與導(dǎo)柱配合的套孔為階梯孔，導(dǎo)柱的一端設(shè)有配合于階梯孔內(nèi)的階梯端。

本發(fā)明需要兩個桿體夾緊機(jī)構(gòu)，一個安裝在機(jī)器人上部，固定于工作欄框頂部，稱上桿體夾緊機(jī)構(gòu)。還有一個安裝在機(jī)器人下部，固定于滑板底部，稱下桿體夾緊機(jī)構(gòu)。其中橫向絲桿穿過固定絲套、滑移絲套與正壓輪支架連接?；平z套兩側(cè)分別與兩根肘桿一端鉸接，肘桿的另一端分別與抱桿一端鉸接。兩抱桿靠近肘桿一側(cè)有一撐桿定位，抱桿另一端部安裝有側(cè)壓輪，正壓輪與側(cè)壓輪處安裝有壓力傳感器。導(dǎo)柱一端固定在撐桿上，另一端在導(dǎo)套內(nèi)滑移，滑移距離可調(diào)節(jié)。夾持電機(jī)與固定絲套固定在工作欄框上的座子內(nèi)，夾持電機(jī)通過齒輪組帶動固定絲套旋轉(zhuǎn)，為桿體夾緊機(jī)構(gòu)提供動力。

豎直升降機(jī)構(gòu)中的提升絲桿有兩根，呈對稱成分布。長導(dǎo)桿上下兩端均固定于工作欄框上，提升絲桿上端通過軸套定位于工作欄框上，其下端與滑板上的絲套相螺紋連接。兩根提升絲桿上端通過鏈輪鏈條形成同步聯(lián)動，提升電機(jī)主軸與其中一根提升絲桿連接。

工作欄框以兩根長導(dǎo)柱為一面形成框架結(jié)構(gòu)，踏板為下底，橫栓安裝在其上部，可繞一端旋轉(zhuǎn)。工作欄框主要用于搭載工作人員、安放電源、控制元器件以及作業(yè)工具等。

交替式爬桿機(jī)器人安裝有夾持電機(jī)兩只、提升電機(jī)一只和旋轉(zhuǎn)電機(jī)一只，他們的動力由隨機(jī)的蓄電池提供。電氣控制系統(tǒng)包括電路板、傳感器及控制程序，保證各個機(jī)構(gòu)按照設(shè)計的順序開展工作。

本發(fā)明的有益效果：

1．桿體夾緊機(jī)構(gòu)運用螺紋副的運動對肘桿和抱桿產(chǎn)生的力、通過杠桿的工作原理，形成對桿體的三點夾緊力。它能夠夾持不同直徑的桿體，故適應(yīng)圓錐體電桿的夾持，且夾緊力大小可調(diào)節(jié)；

2．兩根提升絲桿的上端通過鏈輪鏈條形成同步聯(lián)動，提升機(jī)構(gòu)通過同步控制兩根提升絲桿的正傳或反轉(zhuǎn)，使桿體夾緊機(jī)構(gòu)上下滑動，可在不同位置夾緊桿體，而且平穩(wěn)可靠。故能將工作人員送往電桿高處作業(yè)，減輕他們的勞動強(qiáng)度，提高工作效率；

3．交替式爬桿機(jī)器人通過兩個桿體夾緊機(jī)構(gòu)交替工作，即一個夾緊桿體時，另一個則松開或上升或下降，模擬人類手腳并用攀爬垂直桿體的過程、實現(xiàn)了機(jī)器人在桿體上上升和下降，靈活方便；

4．具有跨越橫擔(dān)等障礙的功能，解決了目前一些類似產(chǎn)品不能跨越障礙的瓶頸；它能夠?qū)⒉僮魅藛T送達(dá)電桿的各個部位，滿足各種安裝維護(hù)作業(yè)的需要；

5．可以在電桿上完成360°水平旋轉(zhuǎn)，便于工作人員開展各種位置的作業(yè)，適應(yīng)性強(qiáng)；

6．具有自鎖功能，可在任意位置鎖定，安全可靠；

7．攀爬速度較高，每分鐘不低于8米；

8．選用鋰電池為動力，不需外接電源，能連續(xù)工作4小時；

9．交替式爬桿機(jī)器人自重小，載荷大。自重在50kg以下，荷載達(dá)120kg以上，運輸攜帶方便；

10.安全可靠，操作方便，給電力工人的安裝維護(hù)工作提供便利；

11.橫栓的一端與工作欄框鉸接，便于電力工人出入工作欄框。

附圖說明

圖1為本發(fā)明置于電桿上的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明置于電桿上的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明桿體夾緊機(jī)構(gòu)松開電桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明桿體夾緊機(jī)構(gòu)夾緊電桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明置在電桿上攀爬的狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：欄框本體1、踏板1-1、橫栓1-2、長導(dǎo)柱2、連接板3、滑板4、滑板絲套4-1、提升絲桿5、限位軸肩5-1、升降電機(jī)6、主動鏈輪7、從動鏈輪8、鏈條9、橫向絲桿10、固定絲套11、正壓輪支架12、正壓輪13、旋轉(zhuǎn)電機(jī)14、夾持電機(jī)15、主動齒輪16、從動齒輪17、導(dǎo)套18、套孔18-1、導(dǎo)柱19、階梯端19-1、滑移絲套20、撐桿21、肘桿22、抱桿23、弧形端23-1、側(cè)壓輪24、壓力傳感器25、電氣控制系統(tǒng)26、電桿27、橫擔(dān)28、光敏傳感器29。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實施例1：參見附圖1～附圖5，一種交替式爬桿機(jī)器人，包括兩個上下并列設(shè)置的桿體夾緊機(jī)構(gòu)、豎直升降機(jī)構(gòu)、上端敞口的工作欄框、電氣控制系統(tǒng)26。

工作欄框包括呈四棱柱框架式結(jié)構(gòu)的欄框本體1、兩根分別位于欄框本體1一側(cè)面兩端的豎直長導(dǎo)柱2，兩根豎直長導(dǎo)柱2的長度大于欄框本體1的高度，在兩根長導(dǎo)柱2的頂端之間固定有水平的連接板3。

豎直升降機(jī)構(gòu)包括活動設(shè)置于工作欄框一側(cè)的水平滑板4、兩根并排的豎直提升絲桿5、升降驅(qū)動裝置，滑板4位于兩根長導(dǎo)柱2之間，且滑板4的兩端分別與兩根長導(dǎo)柱2滑動連接，兩根提升絲桿5位于兩根長導(dǎo)柱2之間，兩根提升絲桿5分別與滑板4螺紋連接，兩根提升絲桿5的上端分別通過軸套與連接板3活動連接，在兩根提升絲桿5的下端分別設(shè)有限位軸肩5-1。升降驅(qū)動裝置包括設(shè)于連接板3上的升降電機(jī)6、與升降電機(jī)6輸出端連接的主動鏈輪7、從動鏈輪8、配合于主動鏈輪7與從動鏈輪8之間的鏈條9，主動鏈輪7與一根提升絲桿5同軸連接，從動鏈輪8與另一根提升絲桿5同軸連接。

在欄框本體1的下端設(shè)有踏板1-1，在欄框本體1的另一側(cè)頂端設(shè)有與滑板4平行的水平的橫栓1-2，橫栓1-2的一端與欄框本體1鉸接，橫栓1-2的另一端卡接于欄框本體1上。

兩個桿體夾緊機(jī)構(gòu)與豎直升降機(jī)構(gòu)位于工作欄框的同一側(cè)。

桿體夾緊機(jī)構(gòu)包括與滑板4相垂直的水平的橫向絲桿10、夾持驅(qū)動裝置、導(dǎo)向裝置、杠桿裝置。

在連接板3及滑板4上分別設(shè)有固定絲套11，位于上方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的橫向絲桿10的一端與連接板3上的固定絲套11螺紋連接，位于下方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的橫向絲桿10的一端與滑板4上的固定絲套11螺紋連接，在兩根橫向絲桿10的另一端分別設(shè)有正壓輪支架12，兩根橫向絲桿10的正壓輪支架12分別設(shè)有兩個正壓輪13，在位于上方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的正壓輪支架12上設(shè)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)14，旋轉(zhuǎn)電機(jī)14的輸出端與其所在的正壓輪支架12上的一個正壓輪13同軸連接。在正壓輪支架12上設(shè)有壓力傳感器25。

夾持驅(qū)動裝置包括夾持電機(jī)15、齒輪組，齒輪組包括主動齒輪16、與主動齒輪16相嚙合的從動齒輪17，主動齒輪16為齒輪組的動力輸入齒輪，從動齒輪17為齒輪組的動力輸出齒輪，夾持電機(jī)15的輸出端與主動齒輪16連接，從動齒輪17與連接板3上的固定絲套11同軸連接，位于上方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)15固定于連接板3上，位于下方的桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)15固定于滑板4上。

導(dǎo)向裝置包括兩個位于橫向絲桿10兩側(cè)的導(dǎo)套18、兩根分別活動配合于導(dǎo)套18內(nèi)且與橫向絲桿10平行的導(dǎo)柱19，導(dǎo)套18上與導(dǎo)柱19配合的套孔18-1為階梯孔，導(dǎo)柱19的左端設(shè)有配合于階梯孔內(nèi)的階梯端19-1。

杠桿裝置包括與橫向絲桿10螺紋連接的滑移絲套20、固定于兩根導(dǎo)柱19端部的撐桿21、兩個以橫向絲桿10軸向為對稱中心分布于橫向絲桿10兩側(cè)的肘桿22、兩個以橫向絲桿10軸向為對稱中心分布于橫向絲桿10兩側(cè)的抱桿23，兩個肘桿22的一端分別鉸接于滑移絲套20一側(cè)面，兩個肘桿22的另一端分別鉸接兩個抱桿23的一端，兩個抱桿23分別與撐桿21的兩端鉸接，兩個抱桿23的另一端分別為弧形端23-1，在兩個抱桿23的弧形端23-1頭部分別設(shè)有側(cè)壓輪24，在兩個抱桿23的弧形端23-1分別也設(shè)有壓力傳感器25，在抱桿23的弧形端23-1設(shè)有光敏傳感器29，電氣控制系統(tǒng)26與光敏傳感器29電路連接。

電氣控制系統(tǒng)26采用鋰電池為電源，電氣控制系統(tǒng)26分別與升降電機(jī)6、兩個夾持電機(jī)15、各壓力傳感器25、旋轉(zhuǎn)電機(jī)14電路連接。

本發(fā)明交替式爬桿機(jī)器人是按事先設(shè)定好的控制程序開展工作的，程序可采用自動模式和手動模式。本發(fā)明可完成的動作：

（1）攀爬過程：首先是上桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)15得電，它通過齒輪組帶動連接板3上的固定絲套11旋轉(zhuǎn)，固定絲套11的旋轉(zhuǎn)帶動了橫向絲桿10向前滑移，橫向絲桿10的滑移推動了滑移絲套20、肘桿22、抱桿23、撐桿21及正壓輪13前移。當(dāng)撐桿21前移到一定距離時，受到導(dǎo)柱19的限位不能繼續(xù)向前移動。此時肘桿22推動抱桿23以抱桿23與撐桿21的鉸接點為支撐點向內(nèi)做圓弧擺動，當(dāng)兩個抱桿23弧形端23-1上的兩個側(cè)壓輪24同時接觸電桿27時，正壓輪13也剛好從正面接觸電桿27，三處輪子抱緊電桿27后，弧形端23-1及正壓輪支架12上的壓力傳感器25發(fā)出信號給電氣控制系統(tǒng)26，電氣控制系統(tǒng)26控制使該夾持電機(jī)15斷電。此時下桿體夾緊機(jī)構(gòu)滑板4上的夾持電機(jī)15得電，而此時下桿體夾緊機(jī)構(gòu)是從夾持狀態(tài)向松開狀態(tài)轉(zhuǎn)變，即夾持電機(jī)15反轉(zhuǎn)，橫向絲桿10向后運動，正壓輪13、側(cè)壓輪24逐漸離開電桿27，光敏傳感器29感知到達(dá)一定距離后，升降電機(jī)6得電，它通過主動鏈輪7、從動鏈輪8、鏈條9使兩根提升絲桿5旋轉(zhuǎn)，兩根提升絲桿5通過安裝在滑板4內(nèi)的滑板絲套4-1將滑板4提升，到達(dá)電氣控制系統(tǒng)26設(shè)置的高度后受限停止，升降電機(jī)6停止運行。此時，下桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)15得電正傳，直至下桿體夾緊機(jī)構(gòu)夾緊電桿27后夾持電機(jī)15停止運行。而上桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)15得電，上桿體夾緊機(jī)構(gòu)松開電桿27，然后升降電機(jī)6再得電，此時是做反轉(zhuǎn)，則上桿體夾緊機(jī)構(gòu)以及工作框架隨著提升絲桿5的旋轉(zhuǎn)而上升。如此循環(huán)，依靠兩個桿體夾緊機(jī)構(gòu)交替進(jìn)行夾緊、放松、上升，機(jī)器人即可向電桿27高處攀爬。同理，交替式爬桿機(jī)器人下降時，通過轉(zhuǎn)換程序開關(guān)或人工操作，機(jī)器人即可按照程序分步下降。

（2）過橫擔(dān)28障礙：在上升過程中，當(dāng)上桿體夾緊機(jī)構(gòu)由光敏傳感器29感知接觸到電桿27上的橫擔(dān)28后，升降電機(jī)6斷電，機(jī)器人停止上升，此時上桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)15反轉(zhuǎn)，橫向絲桿10向后移動，抱桿23打開同時隨橫向絲桿10向后退，當(dāng)抱桿23前端避開橫擔(dān)28后停止。此時升降電機(jī)6得電反轉(zhuǎn)工作，它使上桿體夾緊機(jī)構(gòu)上升一個高度后即停止運行，此時上桿體夾緊機(jī)構(gòu)的夾持電機(jī)15正轉(zhuǎn)，使抱桿23合攏，三處輪子抱緊電桿27。同理，下桿體夾緊機(jī)構(gòu)也可越過橫擔(dān)28等障礙。

（3）水平旋轉(zhuǎn)：讓上桿體夾緊機(jī)構(gòu)夾緊電桿27，下桿體夾緊機(jī)構(gòu)處于半松開狀態(tài)。然后電氣控制系統(tǒng)26給旋轉(zhuǎn)電機(jī)14通電，旋轉(zhuǎn)電機(jī)14帶動正壓輪13在電桿27上沿周向轉(zhuǎn)動，正壓輪13與電桿27之間的摩擦力即可帶動側(cè)壓輪24、整個機(jī)器人繞電桿27作360°水平旋轉(zhuǎn)，便于工作人員選擇不同的作業(yè)工位。

因此本發(fā)明能夠智能化的模擬人的手腳在電桿27上交替攀登，工作欄框搭載電力人員和工具，可在電桿27上做上下運動，并可跨越障礙，也在電桿27上可做360°水平旋轉(zhuǎn)，方便電力工人在不同工位對輸電線纜和設(shè)備進(jìn)行安裝檢修作業(yè)，安全省力，提高工作效率。