一种螺栓复紧装置及应用该装置的攀爬机器人的制作方法

1.本实用新型属于电力作业攀爬机器人技术领域，具体涉及一种螺栓复紧装置及应用该装置的攀爬机器人。


背景技术：

2.电力的稳定、安全是促进各行各业发展的基本保障。在我国，如图16所示的电力角钢塔数量多、分布广，且长期显露于野外环境甚至多尘强风高湿的恶劣环境下；这使得在后续检修维护过程中，维护人员需要登高作业，并对电力角钢塔处连接螺栓进行复紧稳定，不仅危险系数高，劳动强度高，且滞空时间长，极易造成工作人员体力透支，从而进一步危害工作人员的身体健康，同时维护方式显然效率极其低下。是否能够研发出一种用于电力角钢塔或其他高空作业所用的攀爬机器人，从而能实现高空环境下的螺栓复紧作业需求，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种螺栓复紧装置，其可安装于目前传统型号的攀爬机器人的主机上，从而替代人工，实现高精准和高效率的高空作业需求。本实用新型的另一个目的在于提供一种优选的攀爬机器人，从而搭载上述螺栓复紧装置，以在确保安全施工的前提下，更好的实现高空作业时的套筒在线更换功能，最终大大节省人力巡检成本，提高检修效率，并保障输电系统安全可靠运行。
4.为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
5.一种螺栓复紧装置，包括延伸臂以及固定于延伸臂上的工作头，其特征在于：所述延伸臂包括固定在主机上的底部框架，底部框架上安装用于驱动工作头产生旋转动作的旋转组件以及用于驱动工作头产生定点操作的平面位移组件，其中：
6.旋转组件：包括可在底部框架上产生回转动作的旋转座，旋转座的回转轴线垂直角钢主材的长度方向，且该回转轴线位于角钢主材棱边所在的对称面上；旋转座由旋转动力源驱动其产生指定动作；
7.平面位移组件：包括位移方向彼此垂直的x轴位移机构和y轴位移机构；所述x轴位移机构包括x轴机架以及可沿x轴机架长度方向产生往复直线动作的x轴动块，x轴动块的动作方向与旋转座的回转轴线形成四十五度夹角且该夹角开口指向角钢主材所在方向；所述y轴位移机构包括y轴机架以及可沿y轴机架长度方向产生往复直线动作的y轴动块，y轴机架与x轴动块间彼此固接；
8.工作头：包括打击座以及安装于打击座首端的用于定位和转动套筒的打击锚杆，所述打击锚杆的首端外形轮廓与套筒处预设的拆装孔的外形轮廓相匹配，且打击锚杆的首端与拆装孔间形成可拆装的弹性卡接或螺纹配合关系；所述打击座固定在y轴动块上，且打击座内布置打击电机从而带动打击锚杆产生绕套筒轴线的回转动作。
9.优选的，所述打击锚杆的首端为匹配拆装孔外形的四方棱柱状，在该首端的侧壁
处凹设有定位销孔，定位销孔内布置可沿打击锚杆径向产生弹性伸缩动作的弹性销，从而与拆装孔孔壁处的槽口间形成弹性卡接配合。
10.优选的，x轴机架上回转配合有x轴丝杆，x轴丝杆上螺纹配合有x轴动块；y轴机架上回转配合有y轴丝杆，y轴丝杆上螺纹配合有y轴动块；x轴丝杆和y轴丝杆均分别通过一组同步电机驱动从而产生相应回转动作。
11.优选的，所述旋转动力源为旋转电机，旋转座回转配合在底部框架处的定位支架上，并通过蜗轮与旋转电机输出轴处的蜗杆间形成动力传递配合。
12.优选的，一种应用所述的螺栓复紧装置的攀爬机器人，包括主机以及用于驱动主机产生沿角钢主材的升降动作的行走部，其特征在于：所述主机上还布置便于与工作头间实现高空套筒更换操作的套筒辅助更换匣，且套筒辅助更换匣与螺栓复紧装置均固定于主机的首端处；所述套筒辅助更换匣包括匣体，匣体上设置可供单个套筒放入的容纳孔，容纳孔为两组以上且沿既定方向依序布置；该辅助更换匣还包括杆长方向平行容纳孔径向的解锁拉杆，匣体在容纳孔旁侧处设置有连通容纳孔的导向腔或导向轨，解锁拉杆位于导向腔内或导向轨上从而可产生沿容纳孔布置方向的往复行进动作，该辅助更换匣还包括用于驱动解锁拉杆产生上述动作的动力源；解锁拉杆的朝向容纳孔孔腔的一侧凸设有限位凸起；限位凸起伸入容纳孔孔腔内，并与套筒处预设的定位凹口间形成限制套筒产生上行动作的止口配合；当解锁拉杆产生往复行进动作时，同一时刻有且仅有一组限位凸起和相应定位凹口能彼此脱开，从而解锁该定位凹口所对应的套筒。
13.优选的，所述匣体为长方块状，容纳孔沿匣体长度方向依序均布；所述解锁拉杆为长方杆体状，且解锁拉杆杆身与容纳孔孔腔间存有交集，解锁拉杆上对应各套筒而布置用于避让套筒上行路径的避让弧槽；沿解锁拉杆的杆长方向，各相邻避让弧槽之间区域形成所述限位凸起，且各限位凸起的宽度依序增大或依序减小，以确保同一时刻有且仅有一组限位凸起和相应定位凹口能彼此脱开。
14.优选的，所述匣体包括长方盒体状的外壳体以及布置于外壳体内的安装基板，所述安装基板水平布置从而将外壳体的盒腔分隔为上盒腔和下盒腔；外壳体的盒盖处贯穿布置安装孔，该安装孔的孔壁构成容纳孔孔壁，安装基板的上板面构成容纳孔孔底，最终形成沉孔状的容纳孔；解锁拉杆沿上盒腔延伸并与各容纳孔内的相应套筒间形成止口配合。
15.优选的，所述动力源为电动推杆，动力源固定于安装基板下板面处，动力源的伸缩轴与解锁拉杆的动力端通过连接块彼此固接。
16.优选的，所述匣体为圆柱状，容纳孔沿匣体周向依序均布；所述解锁拉杆为c形杆状或圆环杆状，且解锁拉杆杆身与容纳孔孔腔间存有交集，解锁拉杆的内杆面处对应各套筒而布置用于避让套筒上行路径的避让弧槽；沿解锁拉杆的周向，各相邻避让弧槽之间区域形成所述限位凸起，且各限位凸起的宽度依序增大或依序减小，以确保同一时刻有且仅有一组限位凸起和相应定位凹口能彼此脱开。
17.优选的，所述解锁拉杆上布置有感应点，所述感应点数目与套筒数目相对应，且感应点之间距离等于相邻套筒间距；用于监控感应点所在位置的光电开关布置在匣体处，且光电开关的感应面位于感应点的动作路径上。
18.本实用新型的有益效果在于：
19.1)、基于电力角钢塔上螺栓数目的繁多性和型号不一的现状，显然如何实现在线
的套筒更换操作成为难题。如每次使用带有不同型号的套筒的攀爬机器人，性价比显然无法满足日常需求。
20.有鉴于此，本实用新型提供了一种可安装于目前传统型号的攀爬机器人的主机上的螺栓复紧设备，从而能通过旋转组件与平面位移组件的配合来定位工作头位置，再通过位于工作头上的打击电机来实现任意点位的螺栓复紧功能；而每当螺栓型号产生改变时，也能很轻松的通过对工作头处的打击锚杆处套筒的在线更换，从而实现便捷化和高效化的作业目的。值得注意的是，旋转组件的回转轴线需要位于角钢主材棱边所在的对称面上；这样，45
°
夹角的x轴位移机构能保证始终沿角钢主材的其中一外壁的壁面水平移动，而y轴位移机构又确保了工作头相对待复紧螺栓作相近及相离动作，其可操控性及工作精准性均可达到有效保证。
21.显然的，由上述，本实用新型一方面可一机多用，从而适于各类电力角钢塔的螺栓复紧场合所使用；另一方面，依靠延伸臂的驱动，工作头的定点动作极为精准可靠，因此可替代人工，并实现高精准和高效率的高空作业需求。
22.2)、本实用新型的另一个目的在于提供一种优选的攀爬机器人，从而搭载上述螺栓复紧装置，以在确保安全施工的前提下，更好的实现高空作业时的套筒在线更换功能，最终大大节省人力巡检成本，提高检修效率，并保障输电系统安全可靠运行。
23.具体而言，基于电力角钢塔的特殊的高空遥控使用环境，高空意外坠物极其危险，因此作业的安全性首当其冲。当采用工作头的上述可拆装结构，并在地面进行装配时，安全性固然得以保障，但是工作效率无法达到最大化。本实用新型抛弃了地面装配方式，转而采用独特的高空装配构造，利用解锁拉杆对容纳孔内套筒的锁止特性，来保证同一时刻有且仅能有一组套筒被解锁，且该组套筒刚好就是工作头所需使用的套筒型号。这样，在实际工作时，本实用新型就可以完全适用于现有的攀爬机器人，搭配可拆装工作头，从而在确保安全施工的前提下，又同步的实现高空作业时的套筒在线更换功能，工作效率也能达到最大化。
24.3)、实际装配时，解锁拉杆可以看成是锁舌，从而通过锁舌与套筒处定位凹口间的锁合及解锁动作，来实现指定容纳孔内套筒的存取目的。在上述理念的基础上，本实用新型提供了以下两种具体的实施例：
25.其一，匣体为长方形，搭配长方杆体状的解锁拉杆；工作时，依靠解锁拉杆沿杆长方向的直线拉动动作，从而实现解锁拉杆处限位凸起及避让弧槽相对定位凹口的锁合及解锁动作。当采用直线运动的解锁拉杆时，动力源可采用直线电机或电动推杆等直行程动力部件，以实现对解锁拉杆的在线驱动功能。
26.其二，匣体为圆柱状，搭配c形杆状或圆环杆状的解锁拉杆；工作时，依靠解锁拉杆沿匣体周向的回转动作，从而实现解锁拉杆处限位凸起及避让弧槽相对定位凹口的锁合及解锁动作。当解锁拉杆为回转动作时，可采用与解锁拉杆同轴的回转电机来直接带动解锁拉杆动作；也可在解锁拉杆的杆侧布置齿条，从而与回转电机处的主动齿轮间形成啮合配合。当采用摆臂电机时，如舵机等，则可直接采用铰接形式来完成动力传输目的，此处就不再赘述。
27.4)、实际工作时，由于是高空遥控作业，因此需要在本实用新型上增设感应部件，从而实现对解锁拉杆所在位置的在线感应效果，以明确当前哪一个套筒处于解锁状态。本
实用新型采用感应点配合光电开关的方式，其构造简洁明了，结构也更为紧凑合理，利于高空作业环境所使用。
附图说明
28.图1为螺栓复紧装置的装配示意图；
29.图2为螺栓复紧装置的结构示意图；
30.图3为旋转组件的立体结构示意图；
31.图4为图3所示结构的装配爆炸图；
32.图5为x轴位移组件的立体结构示意图；
33.图6为图5所示结构的装配爆炸图；
34.图7为y轴位移组件和工作头的立体装配示意图；
35.图8为图7所示结构的装配爆炸图；
36.图9为工作头的装配爆炸图；
37.图10为套筒辅助更换匣的工作状态图；
38.图11为图10所示结构去除外壳体后的正视图；
39.图12为图11的俯视图；
40.图13为图11的右视图；
41.图14和图15为解锁拉杆的动作流程图；
42.图16为电力角钢塔的结构示意图。
43.本实用新型各标号与部件名称的实际对应关系如下：
44.a-角钢主材 b-套筒 b1-定位凹口 b2-拆装孔
45.11-延伸臂
46.111-底部框架 112-旋转组件
47.112a-旋转座 112b-旋转电机 113-x轴位移机构
48.113a-x轴机架 113b-x轴动块 113c-x轴丝杆
49.114-y轴位移机构 114a-y轴机架 114b-y轴动块
50.114c-y轴丝杆 115-同步电机
51.12-工作头 12a-打击座
52.12b-打击锚杆 12c-弹性销 12d-打击电机
53.21-匣体 211-容纳孔 21a-外壳体 21b-安装基板
54.22-解锁拉杆 22a-避让弧 槽22b-感应点
55.23-动力源 24-连接块 25-光电开关
56.30-主机 40-行走部
具体实施方式
57.为便于理解，此处结合图1-16，对本实用新型的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
58.本实用新型的具体结构如图2所示，其主要结构包括带有行走部40的主机30以及位于主机30上的工作套件。主机作为工作套件的承载主体，用于实现相对如图16所示的电
力角钢塔的向上爬升和向下行走功能。工作套件包含套筒辅助更换匣和螺栓复紧装置。螺栓复紧装置依靠延伸臂11和工作头12搭配形成，从而实现工作套件对位于电力角钢塔四角处的角钢主材a处螺栓及周边区域处螺栓的在线复紧功能。套筒辅助更换匣是基于螺栓复紧装置的辅助设备，因为在电力角钢塔上进行固定用的螺栓和螺母型号不止一种，所以在对其进行螺栓复紧的时候，在不同时刻可能需要进行套筒的随时更换，因此方才设计了套筒辅助更换匣。其中：
59.一、主机
60.图1为主机30、行走部及工作套件的装配状态示意图。从图1中可看出，主机30及行走部40其实完全可以采用现有市面上常见的尺蠖式机器人或轮式机器人等，只需在工作时安装上工作套件，即可实现其工作目的。当然，在需要时，也可以只安装螺栓复紧装置而不搭配套筒辅助更换匣，此时每次需更换套筒时，需在地面进行拆装，效率上显然不如搭配套筒辅助更换匣共同使用。
61.二、螺栓复紧装置
62.图2-9为螺栓复紧装置的结构示意图，从各图中可看出，螺栓复紧装置包括了依序装配的底部框架111、旋转组件112、平面位移组件以及工作头12。
63.底部框架111如图2所示，为常见的固定架构造，目的是衔接旋转组件112与主机30的首端，此处就不再赘述。旋转组件112则参照图2-3，采用蜗轮蜗杆传动副来实现旋转电机112b至旋转座112a的动力传递需求，从而实现在当前根角钢主材棱边所在的对称面上的旋转座112a回转需求；换言之，当仅旋转组件112开始动作时，此时工作头12的在角钢主材左侧的摆动量和在角钢主材右侧的摆动量是一致的，以便于实现基准定位需求，为后续工作头的定点螺栓复紧提供基础保障。
64.在上述结构的基础上，本实用新型又如图5-8所示的布置有由x轴位移机构113和y轴位移机构114配合组成的平面位移组件。x轴位移机构113和y轴位移机构114均分别依靠相应的同步电机115驱动。
65.装配时，x轴位移机构113包括x轴机架113a以及回转配合在x轴机架113a上的x轴丝杆113c，x轴丝杆113c上再布置x轴动块113b，从而使得x轴动块113b可产生沿旋转座112a的回转轴线的45
°
角方向的直线伸缩动作。由于角钢主材为90
°
角钢，而旋转座112a的回转轴线又位于角钢主材棱边所在的对称面上，因此，x轴动块113b的轴线动作方向实际上是平行角钢主材的其中一侧壁的，因此既保证了工作头12相对螺栓的精准定位效果，又保证了工作头12不会与角钢主材产生动作干涉，一举多得。而对于y轴位移机构114，其与x轴位移机构113相同，也包含了相应的y轴机架114a、y轴丝杆114c及y轴动块114b，y轴机架114a固定在x轴动块113b上，以确保与y轴动块114b相固定的打击座12a的直线行进动作。
66.对于工作头12而言，参照图8-9所示的，其实际上是通过同轴布置的打击电机12d和位于打击电机12d输出轴处的打击锚杆12b，来实现固定在打击锚杆12b上的套筒的在线回转动作。套筒b的回转动作，可类似套筒扳手，从而带动位于套筒筒腔内的螺栓产生复紧动作。而每次相对螺栓插拔套筒时，可通过y轴位移机构114来完成；每次在精准定位套筒与螺栓的相对位置时，可依靠旋转组件112和x轴位移机构113共同协同完成。
67.三、套筒辅助更换匣
68.图10-15为套筒辅助更换匣的其中一种具体实施例的结构示意图，也即匣体21为
长方体时的具体实施构造。在图10-15中，匣体21包括具备中空盒腔的外壳体21a，外壳体21a的盒腔内布置水平板状的安装基板21b，从而将外壳体21a的盒腔划分为上盒腔和下盒腔两部分。图10中，外壳体21a的盒盖处贯穿布置有三组容纳孔211，三组容纳孔211分别对应m16套筒、m18套筒、m20套筒。各套筒均在外壁处同轴凹设定位凹口b1。在外壳体21a内部有长条形的导向腔，导向腔与上盒腔处容纳孔211连通。解锁拉杆22在导向腔里活动，解锁拉杆22的伸入容纳孔211的部分呈现如图12及图14-15所示的单侧凸出的直角锯齿状，也即形成限位凸起。换句话说，解锁拉杆22的伸入容纳孔211的部分呈现如图12及图14-15所示的单侧凹进的等腰梯形状的避让弧槽22a，相邻避让弧槽22a之间形成上述限位凸起。解锁拉杆22伸出部分的末端也即动力端与动力源23的伸缩轴通过连接块24固定，动力源23即电动推杆。电动推杆固定在安装基板21b的背面，随着电动推杆的输出，伸缩轴的水平移动带动解锁拉杆22产生水平移动。
69.如图12所示，解锁拉杆22的外侧还布置有等间距布置的三个凸出的直角锯齿，从而形成感应点22b；三个凸出的感应点22b分别与光电开关25接触。当电动推杆停止输出，解锁拉杆22即停止，通过光电开关25与感应点22b的匹配即可知道当前解锁拉杆22所处位置。
70.当电动推杆推杆收缩最小的位置时，解锁拉杆22侧边全部卡住套筒的定位凹口b1里，限制所有套筒运动；
71.如图11-13所示；解锁拉杆22第一次停止时，m20套筒对应解锁拉杆22的最右侧的避让弧槽22a，解锁拉杆22对m20套筒不起限制作用，m20套筒可以取出，其余两个套筒与解锁拉杆22对应的为直边，或者说是限位凸起。同理，如图14-15所示，依次可以对m16套筒、m18套筒进行解锁，保证了同一时刻只有一个套筒可以解锁取出。
72.需要对螺栓进行复紧时，先按使用情况，解锁需要的套筒b，然后将延伸臂11的工作头12对准套筒b后面的拆装孔b2，边缓慢旋转，边向拆装孔b2里推进。工作头12侧面有弹性销12c，拆装孔b2的孔腔内凹设有槽口，弹性销12c与槽口配合后，停止工作头12的旋转运动，延伸臂11带动工作头12携带当前的套筒b脱离匣体21处容纳孔211，进行作业。
73.用完套筒放回时，延伸臂带动工作头使其上的套筒对准匣体21上相应的容纳孔211。解锁拉杆22运动，直到相应的避让弧槽22a所在位置解锁，空出存放路径。将套筒沿存放路径塞入相应容纳孔211后，解锁拉杆22运动，直到相应的容纳孔211重新被锁定。
74.当然，对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
75.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
76.本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。