一种攀爬机器人及攀爬方法与流程

1.本发明属于自动化技术领域，特别涉及一种攀爬机器人及攀爬方法。


背景技术：

2.在对高空中的电缆或者其他较长的物体，需要进行检查或者维修时，由于其本身承重能力较小，超出工作人员自身的体重及所携带的各种工具，且高空作业不大方便，安全性交底，为此需要一种攀爬机器人来负载作业装置，将作业装置运送到指定位置进行检查或者维修，常见的攀爬机器人多为直线运动型机器人，在机器人爬行至弯折处需要人工干预。


技术实现要素：

3.本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种攀爬机器人及攀爬方法。
4.本发明采用以下技术方案：一种攀爬机器人，包括，换向机构，用于对机器人的行进方向进行换向；所述换向机构包括第一滑轨组件、第二滑轨组件和第三滑轨组件；所述第一滑轨组件与第二滑轨组件之间通过第一换向组件连接；所述第二滑轨组件与第三滑轨组件之前通过第二换向组件连接；多个夹持机构，连接于所述换向机构；所述夹持机构用于夹持物件并进行攀爬作业。
5.通过上述技术方案，机器人的工作方式为，第一滑轨组件上的夹持机构夹紧物体的外侧，第二滑轨组件进行辅助定位夹紧，第二换向组件控制第三滑轨组件相对处于静止状态的第一滑轨组件进行偏转，接着第三滑轨组件的夹持机构夹紧物体弯折后的地方，或者另一个物体的外侧表面，从而完成转向或者跨越。
6.在进一步的实施例中，所述第一滑轨组件包括：第一轨道，用于安装所述夹持机构；所述第一轨道的两端分别设有一个第一安装座；丝杆，两端转动连接于所述第一安装座；滑杆，两端转动连接于所述第一安装座；所述滑杆平行于丝杆；第一滑动座，螺纹连接于所述丝杆；所述第一滑动座设有通孔；所述滑杆穿过通孔，且滑动连接于第一滑动座。
7.通过上述技术方案，第一滑轨组件设有丝杆运动组件，在夹持机构夹紧物体表面时，伺服电机控制丝杆转动，实现第一轨道相对物体发生位移，完成第一滑轨组件在物体上的运动。
8.在进一步的实施例中，所述夹持机构包括：第二安装座，连接于所述第一滑动座；所述第二安装座内设有第一夹持组件；两个气缸，分别设于所述第一夹持组件的两个夹持端；
第三安装座，连接于所述气缸的移动端；所述第三安装座上转动设有两个第二转轴；第二电机组，设于所述第二安装座上；两个所述第二转轴设于第二电机组输出轴的两侧；所述第二电机组驱动通过齿轮传动驱动两个第二转轴相对转动；橡胶块，设于所述第三安装座上；所述橡胶块用于增大其与物体接触面的摩擦力；第二夹爪，连接于所述第二转轴；两组所述第二夹爪设于橡胶块的两侧；所述第二夹爪表面设有橡胶层。
9.通过上述技术方案，第二夹爪的表面设有橡胶层，在第三安装座上还设有橡胶块，第二电机组驱动通过齿轮传动驱动两个第二转轴转动，使得橡胶层抵制物体表面，从而增大其与物体接触面的摩擦力，使得装置进一步夹紧在物体的表面，进一步使得该机器人的攀爬物体的范围扩大。
10.在进一步的实施例中，所述第一夹持组件包括：第一电机组，设于所述第二安装座内；两个第一转轴，转动安装于第二安装座内；两个所述第一转轴分布于第一电机组输出端的两侧；两个第一夹爪，一端安装于所述第一转轴上；所述第一夹爪的末端设置齿轮结构；所述第一电机组通过齿轮传动驱动两个第一夹爪相对运动，使得两个所述第一夹爪夹紧物件。
11.通过上述技术方案，第一夹爪优选弧形且夹爪长度较长，第一夹爪的末端设置齿轮状的结构设计，第一电机组通过齿轮传动驱动第一夹爪运动，使得两个第一夹爪相对运动来夹紧物体。
12.在进一步的实施例中，所述第一换向组件包括：弧形滑轨，固定连接于所述第一安装座；第二滑动座，设于所述弧形滑轨上滑动。
13.通过上述技术方案，第一换向组件增加设置在第二轨道的上方的作业装置的一个自由度，便于作业装置更好进行作业。
14.在进一步的实施例中，所述第二滑轨组件包括：第二轨道，一端连接于所述第二滑动座；升降组件，设于所述第二轨道的底部；所述升降组件的移动端安装转动盘；双向气缸，设于所述转动盘上；定位轴，设于所述双向气缸的移动端。
15.通过上述技术方案，在机器人爬行至指定位置需要进行作业时，第一滑轨组件上的夹持机构夹紧在物体上，升降组件的移动端移动，使得定位轴运动至指定的位置，双向气缸控制定位轴相向运动，夹紧物体，转动盘用于减小两个定位轴夹紧物体时产生沿物体中心线的径向力。
16.在进一步的实施例中，所述第二换向组件包括：第一连接座，连接于所述第一滑轨组件的一端；所述第一连接座上安装第一齿轮；所述第一连接座上设有第三电机组；所述第三电机组驱动第一齿轮转动；第二连接座，连接于所述第三滑轨组件的一端； 所述第二连接座通过螺钉固定安
装第二齿轮；所述第二齿轮于第一齿轮啮合。
17.通过上述技术方案，第三电机组驱动第一齿轮转动，控制第二齿轮转动，带动第二连接座转动，最终带动第三滑轨组件转向。
18.在进一步的实施例中，所述第三滑轨组件的滑动座上设有旋转台；所述旋转台固定连接一个夹持机构。
19.通过上述技术方案，旋转台与第二换向组件形成一个可自由转动结构，在机器人转向后爬行时，防止卡死。
20.在进一步的实施例中，包括以下步骤：步骤一：机器人快速行进时，夹持机构夹紧物体的外侧，利用丝杆组件使得第一滑轨组件和第三滑动组件相对物体进行移动；步骤二：机器人发生偏转时，第一滑轨组件保持静止，第二换向组件控制第三滑轨组件偏转，第三滑轨组件偏转后，安装于第三滑轨组件上的夹持机构夹紧物体表面，机器人继续运动，其中第二换向组件和第三滑轨组件上的旋转台防止机器人出现转向后，第一滑轨组件与第三滑轨组件产生卡死状态；步骤三：机器人静止作业时，第一滑轨组件和第三滑轨组件保持静止，第一滑轨组件卡紧在物体上，等待作业装置进行工作。
21.本发明的有益效果：本发明至少负载一种作业装置，可实现多项作业同步进行，同时第一换向组件设置为弧形轨道，可增加安装在第二滑轨组件上的作业装置的一个自由度；夹持机构的夹紧范围较大，且进一步增设了第二夹爪及橡胶块，进一步增大夹持机构与物体表面的摩擦力，防止机器人滑落；设置第二换向组件来控制第三滑轨组件的偏转，从而带动机器人转向。
附图说明
22.图1是本发明的整体结构示意图。
23.图2是本发明的换向机构结构示意图。
24.图3是本发明的第一滑轨组件结构示意图。
25.图4是本发明的第二滑轨组件结构示意图。
26.图5是本发明的第二换向组件结构示意图。
27.图6是本发明的夹持机构结构示意图。
28.图7是本发明的第一夹持组件结构示意图。
29.图1至图7中的各标注为：换向机构1、夹持机构2、第一滑轨组件11、第一轨道111、第一安装座112、丝杆113、滑杆114、第一滑动座115、第一换向组件12、弧形滑轨121、第二滑动座122、第二滑轨组件13、第二轨道131、升降组件132、双向气缸133、定位轴134、第二换向组件14、第一连接座141、第一齿轮142、第二连接座143、第二齿轮144、第三滑轨组件15、旋转台16、第二安装座21、第一夹持组件22、第一电机组221、第一转轴222、第一夹爪223、气缸23、第三安装座24、第二转轴25、第二电机组26、橡胶块27、第二夹爪28。
具体实施方式
30.基于上述背景技术，本发明为一种攀爬机器人，负载至少一种作业装置进行作业，
同时不同于常见的爬行机器人，本发明利用轨道上的滑动座与物体进行临时固定，控制轨道进行运动，其行进更加快捷，可以忽略物体本身局部的大小不同等情况，同时设置转向组件，使得该攀爬机器人能够实现转向，甚至实现物体与物体间的跨越运动。
31.本实施例中的攀爬机器人可以用于在物体外表面的爬行作业，如通信电缆的外表面爬行，沿着管道的外侧爬行等，本发明的攀爬机器人可以搭载摄像装备或者其他修复装备，用于人工难以作业的环境下，该攀爬为一种节段式行进且具有转向功能，其中主要包括换向机构1和夹持机构2，其中换向机构1包括第一滑轨组件11、第二滑轨组件13和第三滑轨组件15，第一滑轨组件11、第三滑轨组件15分别连接第二滑轨组件13的两端，第一滑轨组件11沿着第二滑轨组件13一端所在的竖直面，沿着预设的弧形滑轨121进行滑动，并对物体进行夹紧，第三滑轨组件15沿着第二滑轨组件13另一端所在的平面进行转向，用于实现本发明的攀爬机器人在弯折的物体表面攀爬作业，或者实现从物体到另一个物体的跨越作业，第一滑轨组件11与第二滑轨组件13之间通过第一换向组件12连接，第二滑轨组件13与第三滑轨组件15之前通过第二换向组件14连接，其爬行方式为，第一滑轨组件11上的夹持机构2夹紧物体的外侧，第二滑轨组件13进行辅助定位夹紧，第三滑轨组件15转向，控制第三滑轨组件15的夹持机构2夹紧物体弯折后的地方，或者另一个物体的外侧表面。
32.通过上述技术方案，常见的攀爬机器人适用于直线型的管道类物体外表面的行走，而实际管道常有弯折的部分，同时一个管道与另一个管道之间仍有可能存在间断，或者大的安装件进行了区域隔离，在进一步的实施例中，利用换向机构1对机器人进行节段式的变向以及固定，即第一滑轨组件11的两端分别连接第二滑轨组件13、第三滑轨组件15，其中第三滑轨组件15的滑动座上设有旋转台16，旋转台16固定连接一个夹持机构2，第三滑轨组件15用于转向及夹紧物体的外表面，第一滑轨组件11的第一滑动座115上安装一个夹持机构2，夹持机构2用于夹紧物体的外表面，第二滑轨组件13作为辅助件，进一步定位机器人的位置，使得第一滑轨组件11与第二滑轨组件13处于稳定状态，便于其负载的作业装置进行作业。
33.通过上述技术方案，在物体表面爬行时，由于装置自身的重量，以及其所负载的作业装置，在进一步的实施例中，为了使机器人能够在物体表面进行移动，利用第一滑轨组件11在物体上进行行走作业，其中第一滑轨组件11包括第一轨道111、第一安装座112、丝杆113、滑杆114和第一滑动座115，夹持机构2安装在第一轨道111上上，第一轨道111为双平行轨道设计，中间设有运动区域，且第一轨道111的轨道厚度较厚，在第一轨道111的两端分别设有一个第一安装座112进行固定安装，两个第一安装座112用于安装丝杆113，丝杆113位于第一轨道111内侧，在第一安装座112内的设置空间内安装伺服电机，伺服电机传动连接丝杆113的一端，伺电机带动丝杆113转动，使得与丝杆113螺纹连接的第一滑动座115沿着丝杆113的中心线进行移动，同时设置与丝杆113平行的滑杆114，滑杆114穿过第一滑动座115上的通孔，使得第一滑动座115移动时不发生偏转，第一滑动座115上设置夹持机构2，夹持机构2夹紧在物体的表面，电机控制丝杆113转动，使得第一滑动座115移动，从而使第一轨道111相对物体进行移动。
34.通过上述技术方案，由于物体的外侧形状有圆形、椭圆、柱体以及长时间工作时产生的局部各种形变等，在进一步的实施例中，利用第一夹持组件22进行大小的调整，使得机
器人的攀爬范围扩大，以适应于不同物体的大小和形状，其中第一夹持组件22包括第一电机组221、第一转轴222和第一夹爪223，其中第一夹持组件22通过第二安装座21进行安装，第二安装座21与第一滑动座115通过螺钉进行固定连接，在第二安装座21内设置第一电机组221，第二安装座21利用轴承安装两个第一转轴222，两个第一转轴222分布于第一电机组221输出轴的两侧，第一转轴222上上固定安装第一夹爪223，第一夹爪223优选弧形且夹爪长度较长，第一夹爪223的末端设置齿轮状的结构设计，第一电机组221通过齿轮传动驱动第一夹爪223运动，使得两个第一夹爪223相向运动来夹紧物体。
35.通过上述技术方案，由于第一夹爪223的夹紧范围较大，对于第一电机组221的控制要求较高，且夹紧在外圈长度较小的物体上时，易发生滑动，为了进一步对物体进行夹紧，增加其稳定性，需要增设一个增大摩擦力的组件，在进一步的实施例中，在第一夹爪223的另一端安装气缸23，气缸23的移动端安装第三安装座24，第二安装座21上利用轴承安装两个第二转轴25，两个第二转轴25分布在第二电机组26输出轴的两侧，第二电机组26驱动通过齿轮传动驱动两个第二转轴25相对转动，第二转轴25通过螺钉固定安装第二夹爪28，两组第二夹爪28分布在橡胶块27的两侧，第二夹爪28的表面设有橡胶层，在第三安装座24上还设有橡胶块27，第二电机组26驱动通过齿轮传动驱动两个第二转轴25转动，使得橡胶层抵制物体表面，从而增大其与物体接触面的摩擦力，使得装置进一步夹紧在物体的表面。
36.通过上述技术方案，机器人行进时，第一滑动组件作为主体部分，其只安装了一个夹持机构2，由于第一夹爪223和第二夹爪28相对于机器人，更接近一个面结构，不具有对整个机器人的固定，在进一步的实施例中，利用第一换向组件12连接第一滑轨组件11和第二滑轨组件13，使得第一滑轨组件11和第二滑轨组件13上的两个夹持机构2，组合成对机器人的稳定定位，其中第二滑轨组件13包括第二轨道131、升降组件132、双向气缸133和定位轴134，第二轨道131连接第一换向组件12，在第二轨道131的底部设置升降组件132，升降组件132上安装升降组件132的移动端安装转动盘，转动盘为自由转动状态，转动盘上安装双向气缸133，双向气缸133的两个移动端安装定位轴134，定位轴134优选圆柱状的轴类物体，即在机器人爬行至指定位置进行作业时，第一滑轨组件11上的夹持机构2夹紧在物体上，升降组件132的移动端移动，使得定位轴134运动至指定的位置，双向气缸133控制定位轴134相向运动，夹紧物体，转动盘用于减小两个定位轴134夹紧物体时产生沿物体中心线的径向力。
37.通过上述技术方案，本发明机器人作为一种攀爬机器人，其作为一种承载工具，其承载作业装置的位置可设置在第一轨道111的上方或者第二轨道131的上方，作业装置设置在第二轨道131的上方时，为了增加其作业范围，对第一换向组件12进行设置，即在第一滑动轨道的一端，设置弧形滑轨121固定连接于第一安装座112，第二滑动座122设置在弧形滑轨121上滑动，第二滑动座122连接用于安装第二滑轨组件13，即通过第一换向组件12增加设置在第二轨道131的上方的作业装置的一个自由度，便于作业装置更好进行作业。
38.通过上述技术方案，为了实现机器人的转向，在进一步的实施例中，设置第二换向组件14进行第三滑轨组件15相对于第一滑轨组件11的转向，其中第二换向组件14包括第一连接座141和第二连接座143，第一安装座112上通过螺钉固定安装第一滑轨组件11上的第一连接座141，第一连接座141上安装可转动的第一齿轮142和第三电机组，第三电机组驱动第一齿轮142转动，第
二连接座143固定第三滑轨组件15的一端，第二连接座143通过螺钉固定安装第二齿轮144，第二齿轮144于第一齿轮142啮合，即第三电机组驱动第一齿轮142转动，控制第二齿轮144转动，带动第二连接座143转动，最终带动第三滑轨组件15转向。
39.工作原理：机器人快速行进时，第三滑轨组件15和第一滑轨组件11上的夹持机构2夹紧物体的外侧，即第一滑动座115上设置夹持机构2，夹持机构2夹紧在物体的表面，第一电机组221控制丝杆113转动，使得第一滑动座115移动，此时第一滑轨组件11上的夹持机构2夹紧物体的外侧，从而使第一轨道111相对物体进行移动，同时第三滑轨组件15相对物体进行移动，而在发生偏转时，由于第三滑轨组件15与第一滑轨组件11之间设有第二换向组件14，以及第三滑轨组件15上还设有旋转台16，可以防止机构卡死；在机器人静止需要作业时，第二滑轨组件13上的夹持机构2夹紧物体的外侧，第一滑轨组件11进行辅助定位夹紧，即升降组件132的移动端移动，使得定位轴134运动至指定的位置，双向气缸133控制定位轴134相向运动，夹紧物体，转动盘用于减小两个定位轴134夹紧物体时产生沿物体中心线的径向力，同时设置弧形滑轨121固定连接于第一滑动轨道的第一安装座112，第二滑动座122设置在弧形滑轨121上滑动，第二滑动座122连接用于安装第二滑轨组件13，通过第一换向组件12增加设置在第二轨道131的上方的作业装置的一个自由度；在机器人行进需要转向时，利用第二换向组件14控制第三滑轨组件15转向，即第三电机组驱动第一齿轮142转动，控制第二齿轮144转动，带动第二连接座143转动，最终带动第三滑轨组件15转向。
40.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种攀爬机器人，其特征在于，包括，换向机构，用于对机器人的行进方向进行换向；所述换向机构包括第一滑轨组件、第二滑轨组件和第三滑轨组件；所述第一滑轨组件与第二滑轨组件之间通过第一换向组件连接；所述第二滑轨组件与第三滑轨组件之前通过第二换向组件连接；多个夹持机构，连接于所述换向机构；所述夹持机构用于夹持物件并进行攀爬作业。2.根据权利要求1所述的一种攀爬机器人，其特征在于，所述第一滑轨组件包括：第一轨道，用于安装所述夹持机构；丝杆，两端转动连接于所述第一安装座；滑杆，两端转动连接于所述第一安装座；所述滑杆平行于丝杆；第一滑动座，螺纹连接于所述丝杆；所述第一滑动座设有通孔；所述滑杆穿过通孔，且滑动连接于第一滑动座。3.根据权利要求2所述的一种攀爬机器人，其特征在于，所述夹持机构包括：第二安装座，连接于所述第一滑动座；所述第二安装座内设有第一夹持组件；两个气缸，分别设于所述第一夹持组件的两个夹持端；第三安装座，连接于所述气缸的移动端；所述第三安装座上转动设有两个第二转轴；第二电机组，设于所述第二安装座上；两个所述第二转轴设于第二电机组输出轴的两侧；所述第二电机组驱动通过齿轮传动驱动两个第二转轴相对转动；橡胶块，设于所述第三安装座上；所述橡胶块用于增大其与物体接触面的摩擦力；第二夹爪，连接于所述第二转轴；两组所述第二夹爪设于橡胶块的两侧；所述第二夹爪表面设有橡胶层。4.根据权利要求3所述的一种攀爬机器人，其特征在于，所述第一夹持组件包括：第一电机组，设于所述第二安装座内；两个第一转轴，转动安装于第二安装座内；两个所述第一转轴分布于第一电机组输出端的两侧；两个第一夹爪，一端安装于所述第一转轴上；所述第一夹爪的末端设置齿轮结构；所述第一电机组通过齿轮传动驱动两个第一夹爪相对运动，使得两个所述第一夹爪夹紧物件。5.根据权利要求2所述的一种攀爬机器人，其特征在于，所述第一换向组件包括：弧形滑轨，固定连接于所述第一安装座；第二滑动座，设于所述弧形滑轨上滑动。6.根据权利要求1所述的一种攀爬机器人，其特征在于，所述第二滑轨组件包括：第二轨道，一端连接于所述第二滑动座；升降组件，设于所述第二轨道的底部；所述升降组件的移动端安装转动盘；双向气缸，设于所述转动盘上；定位轴，设于所述双向气缸的移动端。7.根据权利要求1所述的一种攀爬机器人，其特征在于，所述第二换向组件包括：第一连接座，连接于所述第一滑轨组件的一端；所述第一连接座上安装第一齿轮；所述第一连接座上设有第三电机组；所述第三电机组驱动第一齿轮转动；第二连接座，连接于所述第三滑轨组件的一端； 所述第二连接座通过螺钉固定安装第二齿轮；所述第二齿轮于第一齿轮啮合。
8.根据权利要求1所述的一种攀爬机器人，其特征在于，所述第三滑轨组件的滑动座上设有旋转台；所述旋转台固定连接一个夹持机构。9.基于权利要求1至8任一项所述一种攀爬机器人的攀爬方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：机器人快速行进时，夹持机构夹紧物体的外侧，利用丝杆组件使得第一滑轨组件和第三滑动组件相对物体进行移动；步骤二：机器人发生偏转时，第一滑轨组件保持静止，第二换向组件控制第三滑轨组件偏转，第三滑轨组件偏转后，安装于第三滑轨组件上的夹持机构夹紧物体表面，机器人继续运动，其中第二换向组件和第三滑轨组件上的旋转台防止机器人出现转向后，第一滑轨组件与第三滑轨组件产生卡死状态；步骤三：机器人静止作业时，第一滑轨组件和第三滑轨组件保持静止，第一滑轨组件卡紧在物体上，等待作业装置进行工作。

技术总结
本发明公开了一种攀爬机器人及攀爬方法，属于自动化技术领域。包括换向机构和多个夹持机构，其中换向机构用于对机器人的行进方向进行换向，换向机构包括第一滑轨组件、第二滑轨组件和第三滑轨组件，第一滑轨组件与第二滑轨组件之间通过第一换向组件连接，第二滑轨组件与第三滑轨组件之前通过第二换向组件连接，多个夹持机构连接于换向机构，用于夹持物件并进行攀爬作业。本发明的攀爬机器人至少负载一种作业装置，多项作业可同步进行；第一换向组件可增加作业装置的一个自由度；夹持机构增设了第二夹爪及橡胶块，增大夹持机构与物体表面的摩擦力，防止机器人滑落，设置第二换向组件来控制第三滑轨组件的偏转，从而带动机器人转向。向。向。


技术研发人员：朱桂华 范雅君 赵宝琴
受保护的技术使用者：南京欣三人行网络科技有限公司
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/3/7