輪式爬桿機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及輪式爬桿機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人將逐漸代替人類完成一些高強(qiáng)度、高重復(fù)性、高危險(xiǎn)甚至人類不可能完成的作業(yè)。高空作業(yè)作為高危作業(yè)的一種，也慢慢被機(jī)器人所取代。在電氣和通訊行業(yè)，高空作業(yè)主要包括一些電氣設(shè)備或通訊基站的安裝和拆卸、電線巡檢和維修等。而對(duì)于在電線桿上電氣設(shè)備或通訊基站的安裝和拆卸，需要爬桿機(jī)器人。國(guó)內(nèi)外對(duì)爬桿機(jī)器人做過很多研究，也研發(fā)出了不少樣機(jī)，大體可以分為抓夾式、纏繞式和輪夾式三類。其中管貽生等人開發(fā)的Climbot，葡萄牙Tavakoli等人開發(fā)的3DCUMBER是典型的雙手爪抓夾式攀爬機(jī)器人，通過兩端交替抓夾桿件實(shí)現(xiàn)桿上攀爬動(dòng)作Xl imbot采用模塊化方法設(shè)計(jì)，由兩種關(guān)節(jié)模塊構(gòu)成類似于操作臂的本體，在兩端分別連接夾持器模塊，能夠抓夾圓形和方形等不同形狀和大小的桿件，具有多種攀爬步態(tài)，很強(qiáng)的桿間過渡和越障功能。3DCUMBER機(jī)器人本體由一個(gè)平面三自由度串聯(lián)連桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)基座端的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，攀爬能力較弱，機(jī)構(gòu)笨重。西班牙的CRP本體采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，兩端動(dòng)平臺(tái)作成環(huán)狀，用于環(huán)抱攀爬對(duì)象，但由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間較小，這類攀爬機(jī)器人缺乏足夠的靈活性，攀爬功能較弱。相關(guān)的攀爬機(jī)器人還包括日本開發(fā)的WOODY系列爬樹機(jī)器人和以及香港徐楊生等人開發(fā)的Treebot爬樹機(jī)器人。WOODY-1雙端是兩個(gè)大的圓環(huán)裝夾緊機(jī)構(gòu)，二者通過絲桿和導(dǎo)軌連接，通過伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在樹干上攀爬。WOODY-1I構(gòu)型與Cl imbot的類似，但自由度較少。Treebot中間是柔性連續(xù)體，兩端為鉤爪，只適合于爬粗糙表面的樹。Hirose和Lipkin等人開發(fā)的蛇形機(jī)器人由多個(gè)相同的模塊串聯(lián)構(gòu)成，通過全身象蛇一樣對(duì)桿件緊緊纏繞并翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)攀爬。伊朗的UT-PCR通過上下兩組共六個(gè)輪子通過彈簧力夾緊桿件，輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)使機(jī)器人沿桿件上下移動(dòng)。
[0003]雖然目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了多種攀爬機(jī)器人樣機(jī)，各有優(yōu)點(diǎn)，但也有較強(qiáng)的目的性和局限性。一般而言，雙手爪攀爬機(jī)器人具有較強(qiáng)的攀爬功能，但由于兩端需要交替抓夾桿件，攀爬速度較低。蛇形機(jī)器人需要較多的關(guān)節(jié)模塊，纏繞攀爬的可靠性有待提高，負(fù)載較小，難以擴(kuò)展操作功能。輪夾式機(jī)器人通過輪子連續(xù)滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)攀爬，速度較快，非常適合在桿上攀爬。但現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案只能沿一個(gè)方向攀爬，不能繞著桿件改變本體方向，因而限制了作業(yè)方位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、安裝和使用方便的輪式爬桿機(jī)器人。本實(shí)用新型能夠適應(yīng)不同直徑的攀爬桿件，并能在攀爬桿件和樹干上快速上下移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)以及螺旋運(yùn)動(dòng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，采用如下技術(shù)方案:本實(shí)用新型的輪式爬桿機(jī)器人，采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，包括有呈半圓環(huán)狀的第一主支撐架、第二主支撐架、支撐架扣合關(guān)節(jié)、四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成、電源箱和控制箱，其中第一主支撐架與第二主支撐架通過支撐架扣合關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)連接；四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成固定在第一主支撐架的上端，另兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成固定在第二主支撐架的下端，第二主支撐架的外側(cè)上方固定控制箱，第二主支撐架的下方固定電源箱。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0007]I)本實(shí)用新型由于與攀爬桿件相接觸的兩組瑞典輪處于不同的高度，利用機(jī)器人重心偏置產(chǎn)生瑞典輪對(duì)攀爬桿件的壓力而實(shí)現(xiàn)夾緊，瑞典輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)或者斷電后能防止機(jī)器人沿攀爬桿件下滑，保證機(jī)器人安全以及工作的可靠性;且這種夾緊方式簡(jiǎn)單可靠；
[0008]2)本實(shí)用新型采用蝸桿機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)四個(gè)瑞典輪的開合程度即夾持點(diǎn)組成四邊形的大小以適應(yīng)各種不同直徑的攀爬桿件，并利用其自鎖功能固定四個(gè)瑞典輪的角度，可防止出現(xiàn)瑞典輪松離攀爬桿件使機(jī)器人掉落的危險(xiǎn)；
[0009]3)本實(shí)用新型使用左旋和右旋兩組不同的瑞典輪，并通過控制其轉(zhuǎn)動(dòng)方向可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人繞攀爬桿件上下移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)以及螺旋運(yùn)動(dòng)；
[0010]4)本實(shí)用新型機(jī)器人的第一主支撐架與第二主支撐架兩大部分的兩端通過支撐架扣合關(guān)節(jié)進(jìn)行連接和扣合，方便進(jìn)行拆卸和安裝；
[0011]5)本實(shí)用新型能夠同步通過盤式電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿以調(diào)節(jié)蝸輪的角度進(jìn)而同時(shí)調(diào)節(jié)四個(gè)瑞典輪的開合程度來適應(yīng)不同桿件或圓柱形樹干的大小，故本實(shí)用新型輪式爬桿機(jī)器人能夠在不同直徑的豎直圓桿、棕櫚樹或椰子樹上攀爬;另外，由于蝸輪蝸桿的自鎖功能，盤式電機(jī)停止工作時(shí)，瑞典輪不會(huì)由于外力改變開合大??；
[0012]6)本實(shí)用新型右旋和左旋兩種瑞典輪所在的驅(qū)動(dòng)輪總成分別安裝在第一主支撐架及第二主支撐架的上下方，通過直流電機(jī)改變?nèi)鸬漭喌霓D(zhuǎn)動(dòng)方向(順時(shí)針轉(zhuǎn)、逆時(shí)針轉(zhuǎn)或者不動(dòng))，使得四個(gè)瑞典輪組合形成復(fù)合運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人不同的運(yùn)動(dòng)方式，使機(jī)器人能夠在攀爬對(duì)象上實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、上下移動(dòng)以及螺旋運(yùn)動(dòng)。
[0013]本實(shí)用新型是一種具有多種運(yùn)動(dòng)模式的輪式爬桿機(jī)器人，本實(shí)用新型克服現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外攀爬機(jī)器人的不足，且為電線桿上等諸如配電箱和通訊基站的拆裝以及樹枝修剪、椰果采摘等高空作業(yè)提供移動(dòng)平臺(tái)。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型機(jī)器人總體裝配圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型機(jī)器人的主視圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型機(jī)器人的俯視圖；
[0017]圖4是本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)輪總成的爆炸圖；
[0018]圖5是本實(shí)用新型支撐架的安裝示意圖；
[0019]圖6是本實(shí)用新型瑞典輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向及其對(duì)應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式第一種情況的示意圖；
[0020]圖7是本實(shí)用新型瑞典輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向及其對(duì)應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式第二種情況的示意圖；
[0021]圖8是本實(shí)用新型瑞典輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向及其對(duì)應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式第三種情況的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖對(duì)其作進(jìn)一步地描述。
[0023]如圖1所示為機(jī)器人的總體裝配圖。本實(shí)用新型的輪式爬桿機(jī)器人，采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，包括有呈半圓環(huán)狀的第一主支撐架1、第二主支撐架6、支撐架扣合關(guān)節(jié)8、四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成、電源箱10和控制箱7，其中第一主支撐架I與第二主支撐架6通過支撐架扣合關(guān)節(jié)8實(shí)現(xiàn)連接和扣合；四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成固定在第一主支撐架I的上端，另兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成固定在第二主支撐架6的下端，第二主支撐架6的外側(cè)上方固定控制箱7，第二主支撐架6的下方固定電源箱10，四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成形成沿環(huán)狀的均勻分布。
[0024]本實(shí)施例中，上述四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成都是瑞典輪，其中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成包括有右旋瑞典輪5，另外兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成包括有左旋瑞典輪9，包括有右旋瑞典輪5的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成固定在第一主支撐架I的上端，兩個(gè)包括有左旋瑞典輪9的驅(qū)動(dòng)輪總成則固定在第二主支撐架6的下端。上述四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成通過螺釘固定在第一主支撐架I及第二主支撐架6上。本實(shí)用新型所用的瑞典輪可以是現(xiàn)有通用的瑞典輪，也可以是能卡住攀爬桿件的輪子。
[0025]如圖4所示，上述每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪總成包括直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、盤式電機(jī)12、蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、瑞典輪和瑞典輪支撐架U，蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括蝸輪13、蝸桿1、蝸輪蝸桿基座4、端蓋3和兩對(duì)軸承，盤式電機(jī)12固定在蝸