一种爬杆检测机器人

1.本发明涉及一种爬杆检测机器人，属于特种机器人技术领域。


背景技术：

2.随着科技的发展，各种家用以及工用设备的电气化程度越来越高，由此产生的电力需求对我国的电力的生产、传输等配套产业产生了严峻的挑战，电线杆为电力输送的关键设施，是电力输送的最后一公里，它承载着万千居民及大小企业的电力需求。而对于电力输送最后环节的检修，往往是通过人工攀爬电线杆进行，这种方式不仅极为费时费力，且对基层电力维修人员而言爬高也并存着一定的风险。因此对电线杆上电力设施的检测与维护是一个亟需解决的问题。
3.常规的人工爬杆检测，通常是通过手持红外探测仪配合人眼观察对电线杆周围电线的老化或破损状况进行检测，再依据现场检测情况判断是否以及如何进行维修。这种人工检测的精确程度以及对破损老化程度的判断完全依赖于维修人员的从业经验及相关专业素养，这也导致了不同区域、不同人员检测结果大相径庭。而现有的爬杆机器人，往往单次安装复杂，不易于大量电线杆的爬行检测，且部分爬杆机器人爬行速度缓慢，结构复杂且机器人本体自重大，具有一定的局限性。


技术实现要素：

4.为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种爬杆检测机器人，解决了现有技术中爬杆机器人重量大、安装不易、结构复杂的缺点。
5.为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种爬杆检测机器人，包括躯干组件和爬行组件，爬行组件连接在躯干组件上，为躯干组件提供动力；躯干组件包括锁紧机构、右框架、销轴和左框架；左框架为半圆形，左框架一端通过销轴与右框架铰接，左框架另一端固定有带孔凸台；右框架侧面为竖直平面，右框架一端通过销轴与左框架铰接，右框架另一端固定有带槽凸台；锁紧机构固定在带孔凸台上，用于锁紧右框架和左框架。
6.进一步地，前述锁紧机构包括锁紧杆、销和锁紧环；锁紧杆通过销铰接在带孔凸台上，锁紧环一端铰接在锁紧杆上，锁紧环另一端用于锁紧带槽凸台。
7.进一步地，前述爬行组件包括从动机构，从动机构对称布置于躯干组件上下两端，每端的从动机构间隔角度周向固接于躯干组件端部外侧，从动机构包括从动轮阶梯轴、从动轮、从动轮轮架、直线轴承、限位螺母、第一线性弹簧、垫片及弹簧座；直线轴承安装在弹簧座下端，弹簧座的上端和下端之间依次设有第一线性弹簧和
垫片，第一线性弹簧一端紧贴垫片，另一端紧贴弹簧座上端内表面；从动轮固定在从动轮轮架上，从动轮轮架上端还固定连接有从动轮阶梯轴，从动轮阶梯轴设置在直线轴承中，第一线性弹簧、垫片与从动轮阶梯轴同轴设置，从动轮阶梯轴末端连接有限位螺母。
8.进一步地，前述爬行组件还包括连接在躯干组件侧面的主动机构，主动机构包括主动轮固定支架、轮毂电机、主动轮、第二线性弹簧、限位销和主动轮轮架；主动轮固定在主动轮轮架上，主动轮固定支架内设有直线轴承，主动轮轮架上端轴部设置在直线轴承中，第二线性弹簧与主动轮轮架上端轴部同轴设置，第二线性弹簧一端与主动轮轮架内侧面接触，另一端紧贴于主动轮固定支架，限位销设置在主动轮轮架上端轴部的末端，轮毂电机设置在主动轮内。
9.进一步地，前述还包括刹车组件，刹车组件、主动机构连接在躯干组件同一侧面，刹车组件位于主动机构上方；刹车组件包括卷筒、第一制动块、滑轨、螺栓、牵引绳、电机和电机座；电机固定在电机座上，电机输出端连接卷筒，牵引绳盘绕在卷筒上，牵引绳的一端连接第一制动块，第一制动块滑动连接在滑轨上，滑轨通过螺栓固定在主动轮轮架内侧面，电机座连接在躯干组件侧面。
10.进一步地，前述电机座上还安装有控制器、单片机和电池模组，控制器与轮毂电机、电机连接，单片机与控制器连接，电池模组分别与单片机、控制器、轮毂电机和电机连接。
11.进一步地，前述左框架、右框架、主动轮轮架、从动轮轮架、弹簧座、主动轮固定支架、锁紧杆、锁紧环、第一制动块、电机座、卷筒和垫片材质为7075高强度铝合金非标加工所制。
12.本发明所达到的有益效果：1.本发明使用左右可开合式框架，并且借助由锁止杆、锁止环组成的连杆机构并配合框架上带孔凸台、带槽凸台实现左右框架的张开以及锁止。因此本发明基本结构简单，使用中安装拆卸方便，有效的减少了单次爬杆检测的时间，显著提高了检测效率。
13.2.本发明的机器人在主从动轮固定支架的轴线上安装线性弹簧以及弹簧座，使得主、从动轮能与所爬杆表面形成一定的正压力，并在一定范围内随着杆径变化在所爬杆径向方向上进行浮动，自动适应杆径。这种方式提高了机器人的适应性，且结构简单紧凑。
14.3.本发明的主动轮采用轮毂电机驱动，使得轮与电机集成在一起，使得动力装置极为紧凑，降低了机器人整体质量并提高了机器人整体的能量利用效率。
15.4.本发明的刹车部分采用了制动块式制动，当机器人爬行过程中准备悬停时，由于轮与制动块的摩擦使得制动块沿导轨向下滑动，直至卡死主动轮，完成刹车悬停，此种方式虽然对机器人悬停高度的控制不太精确，但完全满足爬杆使用需求，极大精简了传统刹车机构，降低了结构复杂程度与控制难度。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的一种爬杆检测机器人的结构示意图；图2是本发明躯干组件的结构示意图；
图3是本发明锁紧机构结构示意图；图4是本发明从动机构结构示意图；图5是本发明主动机构结构示意图；图6是本发明刹车组件示意图；图7是本发明爬杆检测机器人实施例工作流程图。
17.图中附图标记的含义：1-刹车组件；2-躯干组件；3-爬行组件；4-锁紧机构；5-右框架；6-转动副；7-左框架；8-锁紧杆；9-带槽凸台；10-销；11-锁紧环；12-从动轮阶梯轴；13-从动轮；14-从动轮轮架；15-直线轴承；16-限位螺母；17-第一线性弹簧；18-垫片；19-弹簧座；20-主动轮固定支架；21-轮毂电机；22-主动轮；23-第二线性弹簧；24-限位销；25-主动轮轮架；26-第一制动块；27-卷筒；29-滑轨；30-螺栓；31-牵引绳；32-电机；33-电机座；34-带孔凸台。
实施方式
18.下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
19.本实施例公开了一种爬杆检测机器人，如图1所示，包括刹车组件1、躯干组件2、以及爬行组件3；所述刹车组件1设有1个，刹车组件1的两端分别与躯干组件2通过螺栓固定连接，爬行组件3包括主动机构和从动机构，从动机构有两组对称布置于躯干组件2上下端，每组从动机构通过螺栓螺母以间隔角度周向固接于躯干组件2的外侧。
20.如图2所示，躯干组件2包括左框架7、右框架5、转动副6以及锁紧机构4。左框架7的一端设有开孔并与右框架5的开孔端通过销连接形成转动副6，左框架7另一端焊接有带孔凸台34并与锁紧机构4中的锁紧杆8通过销10连接形成转动副，使锁紧杆8可在带孔凸台34上转动。右框架5的一端开孔与上述左框架7形成转动副，另一端上焊接有带槽凸台9；通过锁紧机构4与左框架带槽凸台9的配合实现整个躯干的张开和闭合锁紧，使得爬杆机器人可以简便地完成在电线杆上安装和卸载，上述锁紧机构4、带孔凸台34以及带槽凸台9分布于躯干的上下端，且每端各有一个。
21.如图3所示，锁紧机构4包括锁紧杆8，锁紧环11以及销10，锁紧杆8侧面开有两通孔，其一通孔通过销10与左框架7一端焊接的带孔凸台34形成转动副，另一孔由锁紧环11通过并形成一转动副，使锁紧环11可在锁紧杆8上转动。锁紧机构4的具体工作流程为转动锁紧杆8使锁紧杆8与左框架7上焊接的带孔凸台34台面夹角为0-180度之间，具体视情况而定，但要使锁紧环11一端与右框架5上焊接的带槽凸台9的槽面相接触，再转动锁紧杆8使锁紧杆8紧贴带孔凸台34台面，即为完成锁紧动作。其打开动作与上述锁紧动作相反。
22.如图4所示，躯干组件2上下端的从动机构包括从动轮阶梯轴12、从动轮13、从动轮轮架14、直线轴承15、限位螺母16、第一线性弹簧17、垫片18及弹簧座19。从动轮13通过绞制孔螺栓及滚动轴承连接在从动轮轮架14上，与从动轮轮架14形成一转动副。直线轴承15通过过盈配合安装于弹簧座19下端的圆形开孔中，弹簧座19的上端和下端之间依次设有第一线性弹簧17、垫片18，第一线性弹簧17一端紧贴垫片18，另一端紧贴弹簧座19上端内表面。从动轮轮架14上端固定连接有从动轮阶梯轴12，从动轮阶梯轴12从弹簧座19的下端依次穿
过直线轴承15、垫片18、第一线性弹簧17，从弹簧座19上端穿出，在从动轮阶梯轴12末端安装限位螺母16部分限制从动轮轮架位移。上下端从动结构通过采用此种机构，可以实现在所爬杆径向方向上一定范围内的浮动，确保从动轮与所爬杆之间具有一定的正压力。
23.如图5所示，主动机构包括主动轮固定支架20、轮毂电机21、主动轮22、第二线性弹簧23、限位销24、主动轮轮架25、第一制动块26。所述主动轮固定支架20具有一竖直平面，沿平面边线布置有孔洞，通过螺栓连接方式将其固定于左框架5上对应位置上，主动轮20通过铰制孔螺栓与滚动轴承与主动轮轮架25相连接形成转动配合，轮毂电机21与轮毂上轮胎组成主动轮22，在主动轮固定支架20的通孔内过盈配合有直线轴承，所述主动轮轮架25其轴依次通过第二线性弹簧23、直线轴承并在其末端安装有限位销24以限制其在径向上的活动范围，所述第二线性弹簧23一端紧贴在主动轮轮架25一侧面，另一端紧贴于主动轮固定支架20。当所爬杆杆径发生变化时，通过第二线性弹簧23驱动主动轮在径向上的自适应。
24.如图6所示，刹车组件包括卷筒27、第一制动块26、滑轨29、螺栓30、牵引绳31、电机32、电机座33，所述卷筒27通过平键过盈配合在电机32的输出轴上，牵引绳31一端固连在卷筒27上，另一端连接第一制动块26上拉环，通过电机32的正反转带动卷筒27旋转收放绳子进而拉动第一制动块26在滑轨29上的上下移动，实现第一制动块26与主动轮22的接触、分离。所述滑轨29通过螺栓30固连与主动轮轮架25上，所述电机32通过螺栓固连于电机座33上，所述电机座33通过螺栓固连于左框架5上端。刹车组件主要通过控制第一制动块26的上下移动来控制刹车功能。
25.所述左框架7，右框架5，主动轮轮架25，从动轮轮架14，弹簧座19，主动轮固定支架20，锁紧杆8，锁紧环11，第一制动块26，电机座33，卷筒27，垫片18均采用7075高强度铝合金非标加工所制。
26.电机座33上还安装有控制器，控制器分别与主动轮轮毂电机21，刹车组件中电机32电连接，以能够控制轮毂电机21，电机32的驱动。
27.电机座33上还安装有单片机及电池模组，单片机分别与控制器和电池模组电连接，以能够使单片机工作并控制器的通断，电池模组为单片机、控制器、主动轮轮毂电机以及刹车组件步进电机提供动力源。
28.在躯干组件左框架7，右框架5的外侧还可设有安装轨道，轨道上布置一平台，并在平台上安装多自由度机械臂，并在机械臂末端安装指定工作所需工具（红外成像仪、工业视觉相机等），使机械臂可沿着轨道绕着躯干外侧旋转，完成设定的检查检测工作。
29.工作流程：1.如图7中a所示，为此机器人即将安装上电线杆时所处状态，此时锁紧机构上锁紧杆8与左框架5上带孔凸台台面处于一定夹角状态，锁紧环11一端与右框架7带槽凸台9槽面处于分离状态，此时左右框架仅通过转动副6连接，处于可自由开合状态。
30.2.如图7中b图所示，将机器人移动至电线杆底端，并手动将左框架7右框架5以他们之间的转动副6为为中心进行合拢，将电线杆包围在本发明左右框架内，再手动将锁紧机构锁紧环11置于右框架7上带槽凸台9槽面上，然后转动锁紧杆8，进行锁紧，至此完成爬杆机器人的爬杆安装步骤。
31.3.如图7中c图所示，通过控制轮毂电机21正反转来控制爬杆机器人在杆上的爬行速度和爬行高度，在需要悬停时，由电机32驱动卷筒27转动，释放牵引绳31使第一制动块26
沿着滑轨29下移，此时受重力影响，机器人具有向下运动趋势亦即主动轮22具有顺时针转动趋势，因此主动轮22的顺时针转动将使第一制动块26嵌在主动轮22和主动轮固定支架20内壁之间，达到制动的作用。另外可通过电机逆时针转动配合电机32驱动卷筒27收紧牵引绳31提高第一制动块26来结束刹车状态。
32.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种爬杆检测机器人，其特征在于，包括躯干组件（2）和爬行组件（3），所述爬行组件（3）连接在躯干组件（2）上，为躯干组件（2）提供动力；所述躯干组件（2）包括锁紧机构（4）、右框架（5）、销轴和左框架（7）；所述左框架（7）为半圆形，所述左框架（7）一端通过销轴与右框架（5）铰接，所述左框架（7）另一端固定有带孔凸台（34）；所述右框架（5）侧面为竖直平面，所述右框架（5）一端通过销轴与左框架（7）铰接，所述右框架（5）另一端固定有带槽凸台（9）；所述锁紧机构（4）固定在带孔凸台（34）上，用于锁紧右框架（5）和左框架（7）。2.根据权利要求1所述的一种爬杆检测机器人，其特征在于，所述锁紧机构（4）包括锁紧杆（8）、销（10）和锁紧环（11）；所述锁紧杆（8）通过销（10）铰接在带孔凸台（34）上，所述锁紧环（11）一端铰接在锁紧杆（8）上，所述锁紧环（11）另一端用于锁紧带槽凸台（9）。3.根据权利要求2所述的一种爬杆检测机器人，其特征在于，所述爬行组件（3）包括从动机构，所述从动机构对称布置于躯干组件（2）上下两端，所述每端的从动机构间隔角度周向固接于躯干组件（2）端部外侧，所述从动机构包括从动轮阶梯轴（12）、从动轮（13）、从动轮轮架（14）、直线轴承（15）、限位螺母（16）、第一线性弹簧（17）、垫片（18）及弹簧座（19）；所述直线轴承（15）安装在弹簧座（19）下端，所述弹簧座（19）的上端和下端之间依次设有第一线性弹簧（17）和垫片（18），所述第一线性弹簧（17）一端紧贴垫片（18），另一端紧贴弹簧座（19）上端内表面；所述从动轮（13）固定在从动轮轮架（14）上，所述从动轮轮架（14）上端还固定连接有从动轮阶梯轴（12），所述从动轮阶梯轴（12）设置在直线轴承（15）中，所述第一线性弹簧（17）、垫片（18）与从动轮阶梯轴（12）同轴设置，所述从动轮阶梯轴（12）末端连接有限位螺母（16）。4.根据权利要求3所述的一种爬杆检测机器人，其特征在于，所述爬行组件（3）还包括连接在躯干组件（2）侧面的主动机构，所述主动机构包括主动轮固定支架（20）、轮毂电机（21）、主动轮（22）、第二线性弹簧（23）、限位销（24）和主动轮轮架（25）；所述主动轮（22）固定在主动轮轮架（25）上，所述主动轮固定支架（20）内设有直线轴承，所述主动轮轮架（25）上端轴部设置在直线轴承中，所述第二线性弹簧（23）与主动轮轮架（25）上端轴部同轴设置，所述第二线性弹簧（23）一端与主动轮轮架（25）内侧面接触，另一端紧贴于主动轮固定支架（20），所述限位销（24）设置在主动轮轮架（25）上端轴部的末端，所述轮毂电机（21）设置在主动轮（22）内。5.根据权利要求4所述的一种爬杆检测机器人，其特征在于，还包括刹车组件（1），所述刹车组件（1）、主动机构连接在躯干组件（2）同一侧面，所述刹车组件（1）位于主动机构上方；所述刹车组件包括卷筒（27）、第一制动块（26）、滑轨（29）、螺栓（30）、牵引绳（31）、电机（32）和电机座（33）；所述电机（32）固定在电机座（33）上，所述电机（32）输出端连接卷筒（27），所述牵引绳（31）盘绕在卷筒（27）上，所述牵引绳（31）的一端连接第一制动块（26），所述第一制动块（26）滑动连接在滑轨（29）上，所述滑轨（29）通过螺栓（30）固定在主动轮轮架（25）内侧面，
所述电机座（33）连接在躯干组件（2）侧面。6.根据权利要求5所述的一种爬杆检测机器人，其特征在于，所述电机座（33）上还安装有控制器、单片机和电池模组，所述控制器与轮毂电机（21）、电机（32）连接，所述单片机与控制器连接，所述电池模组分别与单片机、控制器、轮毂电机（21）和电机（32）连接。7.根据权利要求6所述的一种爬杆检测机器人，其特征在于，所述左框架（7）、右框架（5）、主动轮轮架（25）、从动轮轮架（14）、弹簧座（19）、主动轮固定支架（20）、锁紧杆（8）、锁紧环（11）、第一制动块（26）、电机座（33）、卷筒（27）和垫片（18）材质为7075高强度铝合金非标加工所制。

技术总结
本发明公开了一种爬杆检测机器人，包括爬行组件、躯干组件、以及刹车组件，爬行组件包括主动轮，从动轮、上下端从动机构，主动轮固定机构，上下端从动机构的一端与从动轮转动连接，以使其能够在所爬杆径向方向上浮动，另一端与躯干组件固定连接，主动轮固定机构的一端与主动轮连接，另一端与躯干组件固定连接，刹车组件通过螺栓固定连接于躯干组件以及主动轮固定机构的上，通过电机控制其刹车动作。本发明提供了一种爬杆检测机器人，解决了现有技术中基层输电线路检测人力成本高、风险大且具有一定局限性的技术问题。定局限性的技术问题。定局限性的技术问题。


技术研发人员：王延杰 潘一帆 赵鑫 季禹君 赵春 梅栋 唐刚强
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/18