專利名稱：一種復(fù)合蠕動式錐度桿維護(hù)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及錐度桿維護(hù)機(jī)械領(lǐng)域，特指一種復(fù)合蠕動式錐度桿維護(hù)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代生活中高空作業(yè)不斷增加，如路燈桿、旗桿等桿狀建筑物的表面清洗、噴涂、 檢查維護(hù)工作，費時費力，且給操作人員帶來了很大的不安全因素，因而設(shè)計一種高空作業(yè)機(jī)器人來代替其工作十分必要。目前高空作業(yè)順桿件自動升降的爬行器有很多，一些具有維護(hù)功能，如專利公開號CN 1011195119A “立柱清洗機(jī)器人”，以電機(jī)為驅(qū)動元件，借助機(jī)械手、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和凸輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)在桿上蠕動行走，配合噴頭和清洗刷的清洗裝置，可用于垂直立柱或傾斜桿的清洗作業(yè)。但在變直徑桿(如錐度桿)的攀爬中，機(jī)械手依靠彈簧拉力夾緊立柱，如果立柱較高，截面直徑變化較大，則必然使彈簧力有較大的變化，造成夾緊力不恒定就需要增加電機(jī)功率，當(dāng)機(jī)器人負(fù)載過大的情況下更可能燒壞電機(jī)。又如專利公開號為CN 1256189A的“氣動蠕動式纜索機(jī)器人”，以壓縮空氣為動力，利用氣缸組成的夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和移動機(jī)構(gòu)在任意傾斜度和形狀的纜索上蠕動行走，再通過維護(hù)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對大型斜拉橋纜索的檢測、涂裝和清洗。但由于采用簡單的蠕動爬行動作，間斷行走，會帶來噴涂不均勻，工作效率不高。特別在變直徑桿的維護(hù)中，盡管使用氣缸，使夾緊力和和導(dǎo)向力保持恒定，但其涂裝維護(hù)機(jī)構(gòu)不能適應(yīng)，機(jī)器人下降時三支噴槍無法保持對心、相對桿面距離發(fā)生變化而影響噴涂質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)沿錐度桿爬行并對桿件表面進(jìn)行清洗維護(hù)的機(jī)器人。機(jī)器人由行走裝置、夾緊裝置、導(dǎo)向壓緊裝置、功能裝置及控制系統(tǒng)組成，以氣缸作為動力元件。行走裝置包括上梁、下梁、兩根縱向滑桿、身板、行走氣缸、上夾爪安裝梁、下夾爪安裝梁及鉸鏈機(jī)構(gòu)。其中上梁、下梁、兩根縱向滑桿、身板連接成一個整體，行走缸缸體安裝在身板上，其活塞桿直接驅(qū)動下夾爪安裝梁并通過鉸鏈機(jī)構(gòu)驅(qū)動上夾爪安裝梁實現(xiàn)在縱向滑桿上行走功能。鉸鏈機(jī)構(gòu)是由兩根長桿、四根短桿和七個鉸支點組成的8字形全對稱結(jié)構(gòu)；鉸鏈機(jī)構(gòu)的中間鉸支點固定在身板的中心處，鉸鏈機(jī)構(gòu)的上鉸支點連接上夾爪安裝梁，鉸鏈機(jī)構(gòu)的下鉸支點連接下夾爪安裝梁。夾緊裝置由上夾緊氣缸、下夾緊氣缸、上 V形夾爪和下V形夾爪組成，上夾緊氣缸安裝在上夾爪安裝梁上，下夾緊氣缸安裝在下夾爪安裝梁上。上、下夾緊氣缸分別與上、下V形夾爪連為一體，通過兩個夾緊氣缸控制上、下V 形夾爪的擴(kuò)張角度，而機(jī)器人沿錐形桿爬升主要依靠V形夾爪與桿件之間的摩擦力承受。 導(dǎo)向壓緊部分包括壓緊缸、壓緊輪及導(dǎo)向輪。身板兩端伸出有呈水平方向布置的支撐桿，壓緊缸缸體固定在支撐桿另一端的安裝板上，其活塞桿沿錐度桿徑向驅(qū)動壓緊輪，和兩個分別布置在上梁和下梁內(nèi)側(cè)的導(dǎo)向輪一起，與桿壁接觸，保持機(jī)器人身體與桿壁等距，起到支撐和導(dǎo)向作用，防止機(jī)器人在爬行過程中傾覆。兩支撐桿分別穿過前后身板兩端水平伸出，壓緊缸的缸體固定在連接支撐桿伸出端的安裝板上，壓緊缸的活塞桿沿錐度桿徑向驅(qū)動壓緊輪，和布置在上梁內(nèi)側(cè)的上導(dǎo)向輪、下梁內(nèi)側(cè)的下導(dǎo)向輪同時與桿壁接觸，三點構(gòu)成的接觸面位于錐度桿軸向剖面上。功能部分包括噴洗頭導(dǎo)向缸、噴洗頭導(dǎo)向輪、由四個安裝塊及四根滑桿組成的正方形機(jī)構(gòu)。上梁兩端水平方向布置兩個伸出的支撐桿，噴洗頭導(dǎo)向缸缸體固定在兩個支撐桿另一端的安裝板上，其活塞桿沿錐度桿徑向驅(qū)動噴洗頭導(dǎo)向輪與桿壁接觸，兩固定安裝塊分別安裝于上梁和對面的噴洗頭導(dǎo)向輪上，沿錐度桿徑向，并與桿壁保持等距。兩固定安裝塊上各自伸出呈正交方向的兩根滑桿，其兩個交點處分別安裝可以在滑桿上滑動的兩個移動安裝塊，組成水平放置的正方形機(jī)構(gòu)。四個安裝塊上分別安裝有噴頭，機(jī)器人向上或向下爬行時，噴頭沿錐度桿徑向移動，噴頭到桿件表面的距離始終不變， 保證了噴洗的效果和噴涂的均勻性。控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、電磁閥組、磁電傳感器、氣源和遙控器等，通過單片機(jī)控制電磁閥的得失電來控制行走氣缸和夾緊氣缸的順序動作，實現(xiàn)復(fù)合蠕動爬行，在爬行時控制噴頭開啟實現(xiàn)桿面噴洗、噴涂等維護(hù)工作。本實用新型的有益效果如下(1)采用模塊化設(shè)計思想。本設(shè)計以爬桿部分為主體，安裝不同的功能部件實現(xiàn)多種維護(hù)功能(如噴洗、噴漆、噴塑)；(2)復(fù)合蠕動，連續(xù)爬行。本設(shè)計采用復(fù)合蠕動爬行方式，通過氣缸和鉸鏈機(jī)構(gòu)的共同作用實現(xiàn)機(jī)器人身體的連續(xù)爬行，保持噴涂連續(xù)性；(3)功能部件實現(xiàn)等距移動。機(jī)器人爬行的同時，噴頭隨著錐度桿截面直徑的變化沿徑向等距移動，與桿面距離保持不變，保證噴涂均勻性；(4)高低壓切換，保證安全性。正常工作情況下，導(dǎo)向壓緊機(jī)構(gòu)的氣動回路處于低壓狀態(tài)，當(dāng)遇到緊急情況(如突然斷電)，氣動回路自動進(jìn)行高低壓切換，在高壓情況下，增加了壓緊輪的壓緊力，可以防止機(jī)器人突然下滑，使安全性得到保障；( 體積小、成本低。機(jī)器人占用空間少，移動靈活、方便，采用單片機(jī)控制，進(jìn)一步降低成本。

圖1是本實用新型的三維結(jié)構(gòu)示意圖(無連接氣管)。圖2是本實用新型的局部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型的上升過程示意圖。圖4是本實用新型的氣動原理圖。圖中1.下梁，2.下夾爪安裝梁，3.下夾緊氣缸，4.鉸鏈機(jī)構(gòu)，5.行走缸，6.單片機(jī)安裝盒 7.電磁閥，8.縱向滑桿，9.上夾爪安裝梁，10.上夾緊氣缸，11.上梁，12.固定安裝塊，13.有機(jī)玻璃擋板，14.螺牙氣缸，15.連接板，16.噴頭，17.擦頭，18.上導(dǎo)向輪， 19.上夾爪，20.滑動安裝塊，21.滑桿，22.噴洗頭導(dǎo)向輪，23.噴洗頭導(dǎo)向缸安裝板，M噴洗頭導(dǎo)向缸，25.支撐桿，26.壓緊輪，27.壓緊缸安裝板，28.壓緊缸，29.水箱，30.下夾爪，31.下導(dǎo)向輪，32身板。
具體實施方式
以下通過對圓截面錐度桿清洗實例和附圖詳細(xì)說明本實用新型的技術(shù)方案。CN 202175127 U
說明書3/4頁如圖1所示，本實用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)的具體組成機(jī)器人由行走裝置、夾緊裝置、導(dǎo)向壓緊裝置、功能裝置及控制系統(tǒng)組成。行走裝置包括上梁11、下梁1、兩根縱向滑桿8、身板32、上夾爪安裝梁9、下夾爪安裝梁2及鉸鏈機(jī)構(gòu)4。上梁11、下梁1、兩根縱向滑桿8、身板32組成機(jī)器人的身體；行走缸5的缸體安裝在身板32上，其活塞桿直接與下夾爪安裝梁 2連接；鉸鏈機(jī)構(gòu)4是由兩根長桿、四根短桿和七個鉸支點組成的8字形全對稱結(jié)構(gòu)，中間鉸支點固定在身板32的中心處；鉸鏈機(jī)構(gòu)4的伸縮運(yùn)動具有行程放大作用，通過上下鉸支點分別連接上夾爪安裝梁9和下夾爪安裝梁2。夾緊裝置由上夾緊氣缸10下夾緊氣缸3、上V形夾爪19和下V形夾爪30組成，上夾緊氣缸10安裝在上夾爪安裝梁9上，下夾緊氣缸3安裝在下夾爪安裝梁2上。上夾緊氣缸10與上V形夾爪19連為一體，下夾緊氣缸3與下V形夾爪30連為一體，通過上下夾緊氣缸來控制上、下V形夾爪的擴(kuò)張角度。機(jī)器人爬升時主要依靠夾爪與桿件之間的摩擦力承受。由于是錐度桿，所以在V型夾塊表面貼一層橡膠材料，橡膠與桿接觸可以增加接觸面積和摩擦系數(shù)，從而增加摩擦力。身體不動時，行走缸5活塞桿伸出或縮回會帶動鉸鏈機(jī)構(gòu) 4伸縮運(yùn)動，同時驅(qū)動兩只上夾爪安裝梁9和下夾爪安裝梁2在縱向滑桿8上移動，安裝在上夾爪安裝梁9和下夾爪安裝梁2上的上V形夾爪19和下V形夾爪30也隨之上下移動。 按照此工作原理，如圖3所示本機(jī)器人采用復(fù)合蠕動方式實現(xiàn)上升的動作過程(a)下夾緊氣缸夾緊，上夾緊氣缸松開；(b)行走缸活塞桿伸出，身體上升；(c)上夾緊氣缸夾緊，下夾緊氣缸松開；(d)行走缸活塞桿縮回，身體上升。如此重復(fù)，實現(xiàn)連續(xù)上升。機(jī)器人下降時的動作過程相反。導(dǎo)向壓緊裝置主要包括壓緊缸觀、壓緊輪沈及上導(dǎo)向輪18和下導(dǎo)向輪31，兩支撐桿25分別穿過前后身板兩端水平伸出，壓緊缸觀的缸體就固定在連接支撐桿25伸出端的安裝板27上，其活塞桿沿錐度桿徑向驅(qū)動壓緊輪沈，與布置在上梁11內(nèi)側(cè)的導(dǎo)向輪18 和下梁1內(nèi)側(cè)的導(dǎo)向輪31與桿壁接觸，起到支撐和導(dǎo)向的作用，三點構(gòu)成的接觸面位于錐度桿軸剖面上，使機(jī)器人爬行平穩(wěn)，通過上導(dǎo)向輪18下導(dǎo)向輪31保持機(jī)器人身體與桿壁平行等距，壓緊輪沈防止機(jī)器人在爬行過程中傾覆。功能裝置由噴洗頭導(dǎo)向缸24、噴洗頭導(dǎo)向輪22、由兩個固定安裝塊12和兩個移動安裝塊20及四根滑桿21構(gòu)成的正方形機(jī)構(gòu)組成，上梁11兩端水平伸出兩連接桿，噴洗頭導(dǎo)向缸M的缸體就固定兩連接桿伸出端的安裝板22上，其活塞桿沿錐度桿徑向驅(qū)動噴洗頭導(dǎo)向輪22與桿壁接觸。兩個固定安裝塊12分別沿錐度桿的徑向固定于上梁11和其對面的噴洗頭導(dǎo)向輪22上，并與桿壁保持等距，兩固定安裝塊12上各自伸出呈正交方向的兩根滑桿21，其交點處則安裝可以在桿上滑動的移動安裝塊20，組成水平放置的正方形機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)使移動安裝塊20對心和等距，兩個固定安裝塊12和兩個移動安裝塊20上分別安裝有噴頭16，四塊連接板15上分各裝有一個螺牙缸14，每個螺牙缸的活塞桿上連接擦頭 17，機(jī)器人向上或向下爬行時，噴頭16沿錐度桿徑向移動，噴頭16到桿件表面的距離始終不變，周向均布的四個噴頭16同時工作，從機(jī)器人所帶的水箱四中抽取液體，噴射到桿壁， 對桿面清洗，同時，四個螺牙缸14驅(qū)動擦頭17對桿面進(jìn)行擦洗，保證了噴洗的效果。如果更換專用噴涂噴頭，可以保證桿面噴涂的均勻性。在噴頭下方沿錐度桿徑向設(shè)置四塊有機(jī)玻璃擋板13，防止液體濺落造成電磁閥短路和對機(jī)器人的污染。機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用氣控和單片機(jī)線控，電磁閥組7的進(jìn)氣口通過氣管與地面氣源連接，在單片機(jī)安裝盒6內(nèi)裝入單片機(jī)，其主要作用是現(xiàn)場控制電磁閥組7中各相關(guān)電磁閥的得失電，在地面控制盒內(nèi)裝入另一單片機(jī)，通過導(dǎo)線與安裝盒內(nèi)單片機(jī)相連實現(xiàn)通訊?？刂坪猩显O(shè)有按鈕和液晶顯示屏，可以直接控制和顯示機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)。 如圖4所示本機(jī)器人的氣動系統(tǒng)由氣源、控制閥、氣缸等組成。其中氣源參數(shù)主要由氣缸耗氣量及空氣壓力沿程損失確定，控制閥則根據(jù)系統(tǒng)所需的壓力和流量進(jìn)行選擇。 行走缸5內(nèi)置磁環(huán)，可以在其缸體兩端位置安裝磁電開關(guān)，實現(xiàn)活塞桿伸縮到位的控制。在行走缸5的接氣口上安裝單向節(jié)流閥，調(diào)節(jié)爬行速度。根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)布局，采用兩個二位三通電磁閥代替一個三位五通電磁閥分別控制行走缸5、下夾緊缸3和下夾緊缸10動作， 壓緊缸28和噴洗頭導(dǎo)向缸M直接與氣源相連，保證通氣后壓緊輪沈和噴洗頭導(dǎo)向輪22 與錐度桿壁接觸，使機(jī)器人貼緊錐度桿，特別設(shè)計高低壓氣源，行走缸5和下夾緊缸3、下夾緊缸10使用高壓，當(dāng)機(jī)器人爬行時，使電磁閥8YA通電，壓緊缸28和噴洗頭導(dǎo)向缸M處于低壓狀態(tài)，保持合適的壓緊力和導(dǎo)向力，當(dāng)遇到緊急情況急?；蛲ｋ姇r，電磁閥8YA失電， 壓緊缸觀和噴洗頭導(dǎo)向缸M切換到高壓，增加壓緊輪沈和噴洗頭導(dǎo)向輪22對桿面的正壓力，即使下夾緊缸3和下夾緊缸10松開，機(jī)器人仍能貼緊錐度桿而不致快速下落，保證了安全性。另外用一個電磁閥7YA控制四個噴頭16的動作。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合蠕動式錐度桿維護(hù)機(jī)器人，其特征是由行走裝置、夾緊裝置、導(dǎo)向壓緊裝置、功能裝置及控制系統(tǒng)組成；所述行走裝置包括上梁(11)、下梁(1)、兩根縱向滑桿(8)、身板(32)、上夾爪安裝梁 (9)、下夾爪安裝梁(2)及鉸鏈機(jī)構(gòu)(4);上梁(11)、下梁(1)、兩根縱向滑桿(8)、身板(32)組成機(jī)器人的身體；行走缸(5)的缸體安裝在身板(32)上；所述行走缸(5)的活塞桿直接與下夾爪安裝梁(2)連接；所述鉸鏈機(jī)構(gòu)(4)是由兩根長桿、四根短桿和七個鉸支點組成的8 字形全對稱結(jié)構(gòu)；所述鉸鏈機(jī)構(gòu)(4)的中間鉸支點固定在身板(32)的中心處，所述鉸鏈機(jī)構(gòu)(4)的上鉸支點連接上夾爪安裝梁(9)，所述鉸鏈機(jī)構(gòu)(4)的下鉸支點連接下夾爪安裝梁 (2)；所述夾緊裝置由上夾緊氣缸(10)、下夾緊氣缸(3)、上V形夾爪(19)和下V形夾爪(30) 組成；上夾緊氣缸(10)安裝在上夾爪安裝梁(9)上，下夾緊氣缸(3)安裝在下夾爪安裝梁 (2)上；所述上夾緊氣缸(10)控制所述上V形夾爪(19)的擴(kuò)張角度，所述下夾緊氣缸(3) 控制所述下V形夾爪(30)的擴(kuò)張角度；所述導(dǎo)向壓緊裝置包括壓緊缸(28)、壓緊輪(26)及上導(dǎo)向輪(18)和下導(dǎo)向輪(31);兩支撐桿(25)分別穿過前后身板兩端水平伸出，壓緊缸(28)的缸體固定在連接支撐桿(25) 伸出端的安裝板(27)上，所述壓緊缸(28)的活塞桿沿錐度桿徑向驅(qū)動壓緊輪(26)，和布置在上梁(11)內(nèi)側(cè)的上導(dǎo)向輪(18)、下梁(1)內(nèi)側(cè)的下導(dǎo)向輪(31)同時與桿壁接觸，三點構(gòu)成的接觸面位于錐度桿軸向剖面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合蠕動式錐度桿維護(hù)機(jī)器人，其特征在于所述功能裝置包括噴洗頭導(dǎo)向缸(24)、噴洗頭導(dǎo)向輪(22)、由四個安裝塊及四根滑桿(21)構(gòu)成的正方形機(jī)構(gòu)；所述上梁(11)兩端水平伸出兩連接桿，噴洗頭導(dǎo)向缸(24)的缸體固定在兩連接桿伸出端的安裝板(22)上，所述噴洗頭導(dǎo)向缸(24)的活塞桿沿錐度桿徑向驅(qū)動噴洗頭導(dǎo)向輪(22)與桿壁接觸；兩個固定安裝塊(12)分別沿錐度桿的徑向固定于上梁(11)和所述噴洗頭導(dǎo)向輪(22)上，并與桿壁保持等距；兩固定安裝塊(12)上各自伸出呈正交方向的兩根滑桿(21)，其交點處安裝可以在桿上滑動的移動安裝塊(20)，組成水平放置的正方形機(jī)構(gòu)；所述四個安裝塊上分別安裝噴頭(16)，四塊連接板(15)上各裝有一個螺牙缸(14)，所述每個螺牙缸(14)的活塞桿上連接擦頭(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種復(fù)合蠕動式錐度桿維護(hù)機(jī)器人，其特征在于在所述噴頭(16 )下方沿錐度桿徑向設(shè)置四塊有機(jī)玻璃擋板(13)。
專利摘要本實用新型涉及錐度桿維護(hù)機(jī)械領(lǐng)域，特指一種復(fù)合蠕動式錐度桿維護(hù)機(jī)器人。由行走裝置、導(dǎo)向裝置部分、功能裝置及控制部分組成。在上梁、下梁、縱向滑桿和前后身板構(gòu)成的機(jī)器人身體上安裝夾緊氣缸及夾爪組成的夾緊裝置，通過行走缸、多鉸鏈機(jī)構(gòu)及導(dǎo)向壓緊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)復(fù)合蠕動爬行。安裝在身體上的功能機(jī)構(gòu)，保持多個噴頭沿徑向與桿件表面距離恒定，保證了噴洗的效果和噴涂的均勻性?？刂撇糠植捎脝纹瑱C(jī)線控的方式，實現(xiàn)對錐度桿表面噴洗、噴漆、噴塑等維護(hù)工作。裝卸方便、安全性高，適用于小錐度范圍和任意形狀的錐度桿，亦可用于普通直桿和纜索的維護(hù)。
文檔編號B05B13/04GK202175127SQ201120147740
公開日2012年3月28日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者毛衛(wèi)平, 董宏圖, 郭健虎, 馬麗, 龍良橋 申請人:江蘇大學(xué)