一种套筒辅助更换匣以及应用该辅助更换匣的检修机器人的制作方法

1.本实用新型属于电力作业攀爬机器人技术领域，具体涉及一种套筒辅助更换匣以及应用该辅助更换匣的检修机器人。


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，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。传统方式下，需由检修人员背负检修设备沿脚钉侧攀爬角钢塔，逐步挂接安全绳防坠，导致巡检周期长，攀爬危险性大，工作效率低。因此，适用于角钢塔的攀爬机器人应运而生，并逐渐衍生出各种形态结构的攀爬种类，如蛇形机器人、轮式机器人及尺蠖式机器人等。如图7所示，由于电力角钢塔是将角钢通过螺栓或焊接而成的桁架结构，主要由四根主角钢主材和一些用于斜拉支撑的辅材构造而成；角钢主材与地基呈一定倾斜角度布置，角钢主材间采用外包角钢并加螺栓固定连接，斜材与角钢主材间采用螺栓直连或外加节点板，同时还会沿角钢塔高度方向布置大量水平外延的脚钉从而供人工检查所用。由此可见，电力角钢塔具备阻碍物众多的特点，包括但不仅限于脚钉、包覆螺栓、节点板等；无论是何种机器人，如何在避障的同时保证攀爬效率是一大难点。同时，在攀爬过程中，机器人的主机必须始终与角钢主材平行，这样才能保证机器人的稳固夹持与平稳攀爬；然而，由于现有机器人自的巨大质量，机器人的主机往往出现角度倾斜状况，使得可靠性存疑。此外的，传统机器人在进行电力角钢塔检修时，螺栓复紧是常备工序；考虑到使用安全性，往常都需事先在机器人的检修机械臂上安装好指定规格的套筒，再将机器人送至复紧高度进行复紧。由于电力角钢塔上螺栓数目众多且型号不一，显然在地面更换套筒再高空作业的往返操作方式极为费时费力，亟待解决。


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，提供一种套筒辅助更换匣，其能安装于现有的攀爬机器人上，从而在确保安全施工的前提下，实现高空作业时的套筒在线更换功能。本实用新型的另一个目的在于提供一种应用该辅助更换匣的检修机器人，其在结构轻巧可靠和作业安全可靠的同时，亦可同步保证攀爬作业的动作稳定性，从而能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：
5.一种套筒辅助更换匣，其特征在于：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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.优选的，所述动力源为回转电机或摆臂电机；或解锁拉杆上布置齿条从而与回转电机处主动齿轮间形成啮合配合，或回转电机的输出轴一体式的同轴固定在解锁拉杆上，或摆臂电机的摆杆与解锁拉杆的动力端间形成铰接配合关系。
11.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。
12.优选的，一种应用所述套筒辅助更换匣的检修机器人，包括主机以及布置于主机上的螺栓复紧装置，所述螺栓复紧装置包括固定主机上的带有工作头的机械臂、以及便于机械臂处工作头实现套筒更换操作的套筒辅助更换匣；工作头包括固定在机械臂上的打击座以及安装于打击座首端的用于插接和固定套筒的打击锚杆，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，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；主机还包括可沿角钢主材的长度方向作行进动作的行走部，行走部为两套且分别配合在相邻的两根角钢主材上；两套行走部上均设置水平滑台，机械臂安装在位于两组行走部之间的基座的正面处，基座处向两侧处的水平滑台处延伸出水平导杆，水平导杆与水平滑台间形成导向方向为水平向的滑移导向配合；该检修机器人还包括用于定中基座位置的定中组件，所述定中组件包括布置在基座背面的铅垂导轨，铅垂导轨上滑轨配合有铅垂滑块；定中连杆的两端分别铰接在铅垂滑块和行走部上，且铰接处轴线垂直铅垂滑块的行进方向；位于基座两侧的两组定中连杆之间存有夹角且该夹角的角端指向铅垂滑块的行进方向。
13.优选的，每根角钢主材上的一套行走部均由沿角钢主材长度方向依序布置的两组
行走模块组成；两套行走部上的位于上层的行走模块等高设置，两套行走部上的位于下层的行走模块等高设置；所述水平导杆为两根且分别配合在两组上层行走模块上的水平滑台处和两组下层行走模块上的水平滑台处；基座固定在水平导杆的中段杆身处且桥接两根水平导杆；所述铅垂导轨的布置位置与水平导杆的布置位置彼此空间避让；两组定中连杆呈面对称的布置在铅垂导轨的两侧处。
14.优选的，角钢主材上沿其长度方向布置有工字轨，所述行走模块包括行走板以及回转配合在行走板上的行走轮，行走轮与工字轨间形成滚动配合；所述行走轮为主动轮或行走模块通过外部驱动源驱动，从而产生沿工字轨的行走动作。
15.本实用新型的有益效果在于：
16.1)、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。本实用新型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，搭配磁吸式或卡销式的工作头，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。
17.2)、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：
18.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。
19.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。
20.3)、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。
21.4)、前述说过，套筒辅助更换匣可直接使用在现有的攀登机器人上，并搭配磁吸式或卡销式工作头，以达成高空状态下的套筒在线更换功能，从而极大的提升了实际作业效率。与此同时，通过上述方案，一方面，依靠布置行走部，如行走轮、行走辊乃至气轨或者行走夹爪等，从而实现主机沿电力角钢塔的上下行动作；再配合机械臂，即能实现预定的对电力角钢塔上螺栓等部件的在线检修功能。另一方面，行走部在逐渐上行时，受相邻角钢主材距离渐近的影响，行走部之间距离会逐渐变短，因此，本实用新型依靠水平导杆与水平滑台来形成水平导向单元，从而保证不影响行走部的正常功能。此外的，对于检修机器人而言，
在满足上述结构稳定性的同时，工作可靠性也是关键，也即如何兼顾“行走部和水平导轨动作”和“基座不动作”之间形成完美平衡。本实用新型通过采用铅垂滑块、铅垂导轨及定中连杆的配合构造，实现了基座在水平导向单元的位移动作下，仍能始终确保基座始终位于恒定位置如两根角钢主材的正中区域处，从而保证位于基座上的机械臂的工作基准的恒定性，为最终机械臂的定点检修提供了基础保障。
22.5)、作为上述方案的进一步优选方案，每套行走部均包括两组行走模块，而处于同一高度处的行走模块共同负担一根水平导杆，从而实现了对基座的稳定托撑功能。此时，定中连杆的外端可以分别布置在等高的两组行走模块上，而内端则同时铰接在基座上，且存有夹角，从而既实现定中功能，又能避免两组定中连杆处于同一直线上时产生死点效果，进而提升其工作可靠性。
23.6)、对于本实用新型而言，行走模块优选采用行走轮，从而配合预先焊接在角钢主材上的工字轨，以实现其避障和定向检修功能。当然，实际操作时，也可以使用如行走夹爪等。行走轮在沿工字轨行进时，可以自带动力源如动力电机来驱动行走轮转动，也可以通过外部驱动源如牵引系统等来带动本实用新型产生沿电力角钢塔的上行及下行动作，此处就不再赘述。
附图说明
24.图1为套筒辅助更换匣的工作状态图；
25.图2为图1所示结构去除外壳体后的正视图；
26.图3为图2的俯视图；
27.图4为图2的右视图；
28.图5和图6为解锁拉杆的动作流程图；
29.图7为电力角钢塔的结构示意图；
30.图8为检修机器人的其中一种工作状态图；
31.图9为图8的俯视示意图；
32.图10为检修机器人的立体结构示意图；
33.图11为检修机器人的仰视图；
34.图12为检修机器人的正视图；
35.图13为工作头的结构示意图；
36.图14为图13所示结构的装配爆炸图。
37.本实用新型各标号与部件名称的实际对应关系如下：
38.a-角钢主材
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b-套筒
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b1-定位凹口
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b2-拆装孔
39.c-打击座
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d-打击电机
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e-打击锚杆
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f-弹性销
40.11-机械臂
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11a-工作头
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12-行走部
41.12a-水平滑台
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12b-行走轮
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12c-垫板
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12d-檐口
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12e-行走板
42.13-水平导杆
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14-基座
43.15a-铅垂导轨
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15b-铅垂滑块
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15c-定中连杆
44.16-工字轨
45.21-匣体
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211-容纳孔
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21a-外壳体
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21b-安装基板
46.22-解锁拉杆
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22a-避让弧槽
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22b-感应点
47.23-动力源
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24-连接块
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25-光电开关
具体实施方式
48.为便于理解，此处结合图1-14，对本实用新型的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
49.本实用新型的具体结构如图1-6及图8-12所示，其主要结构包括主机以及位于主机上的螺栓复紧装置。主机作为承载主体用于实现相对如图7所示的电力角钢塔的爬升和下降功能。螺栓复紧装置包含固定在主机上的套筒辅助更换匣和带有工作头的机械臂11。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更换，才可以继续作业，因此方才设计了套筒辅助更换匣。工作头为类似换头螺丝刀构造，其为常规设计；当然，实际操作时，可以相应设计成磁力式或卡销式等。机械臂11的设置目的是便于工作头11a以合适角度进行螺栓复紧以及套筒更换。其中：
50.一、套筒辅助更换匣
51.图1-6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1-6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1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有凹槽，从而形成定位凹口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3及图5-6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3及图5-6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。
52.如图3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。
53.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；
54.如图2-4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5-6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。
55.需要对螺栓进行复紧时，先按使用情况，解锁需要的套筒b，然后将机械臂11的工作头11a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11a侧面有弹性销，拆装孔b2内部侧面有槽口，弹性销与槽口配合后，停止工作头11a的旋转运动，机械
臂11带动工作头11a携带当前的套筒b脱离匣体21处容纳孔211，进行作业。
56.用完套筒放回时，机械臂11带动工作头使其上的套筒a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。
57.当然，实际装配时，机械臂11可采用市场上可以直接购置的动力臂，之后在首端安装打击座c即可。如图13-14所示的，通过机械臂11来定位工作头位置，再通过工作头处的打击电机d来实现套筒b的旋转拧紧动作，依靠工作头首端处打击锚杆e处弹性销f与槽口的配合来实现相对套筒b的高空拆装作业，即可最终保证高空螺栓复紧目的。
58.二、主机
59.主机外形参照图8-11所示，其类似四足小车，也即通过两根水平导杆13搭配一块四方板状的基座14来形成车身，以四组行走模块来形成四组车轮。工作时，四组行走模块均包括行走轮12b、行走板12e、带有檐口12d的垫板12c以及水平滑台12a。行走轮12b与预先焊固在角钢主材a上的工字轨16形成滚动配合，其配合方式及装配方式较为常见，此处就不再赘述。垫板12c一方面起到过渡衔接行走板12e和水平滑台12a的功能，另一方面依靠檐口12d，来避免行进路径上的障碍物如脚钉甚至是鸟巢等刮蹭水平滑台12a从而引发的一系列不利状况。
60.在上述结构的基础上，本实用新型还设置了作为核心构造的定中组件。定中组件的设计目的，在于当两套行走部12沿工字轨16产生上行动作或下行动作时，行走部12会因如图7所示的角钢主材a的“八”字结构而产生同步的行进或相离动作；显然，如果完全采用刚性构件，则行走部12只会直接卡死的如图8所示的工字轨16上。因此，本实用新型一方面设计了正常的水平滑台12a和水平导杆13，从而保证了行走部12既能实现相近及相离动作，又能实现上行及下行动作。另一方面，则布置定中组件，从而在行走部12产生上述xy轴同步动作的同时，又能始终保证位于水平导杆13上的基座14的定中性，也即始终位于如图7所示的两根角钢主材a的对称轴处。
61.实际设计时，参照图10-12所示的，定中组件包括“八”字布置的两根定中连杆15c，定中连杆15c的外端铰接在上层处的两组行走模块上，定中连杆15c的内端铰接在基座14处的铅垂滑块15b上；同时，铅垂滑块15b再导轨配合在基座14背面处的铅垂导轨15a处。至此，每当行走部12产生上述的xy轴动作时，会挤压或拉伸定中连杆15c，定中连杆15c再搭配铅垂滑块15b相对铅垂导轨15a的滑移动作，最终始终确保与铅垂导轨15a一体的基座14位于水平导杆13的正中位置处。由于基座14的位置被恒定了，因此位于基座14上的机械臂11的工作基准也就明确了，机械臂11的工作可靠性及稳定性能得到显著保障。
62.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，而且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本实用新型；如定中连杆15c的外端也可以同时铰接在下层的两组行走模块上，或机械臂11可以使用检修机械臂11也可以使用具备其他功能的机械臂11等。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。
63.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。
64.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。