一种用于铁塔自动检修攀爬机器人的末端夹持装置的制作方法

[0001]
本发明涉及机器人末端夹持技术领域，具体为一种用于铁塔自动检修攀爬机器人的末端夹持装置。


背景技术：

[0002]
现代社会，不仅工业对电力的需求十分巨大，而且人们的生产生活也与电力密切相关，这就导致了对输电电网的稳定运行提出了非常高的要求。
[0003]
而高压输电线路则是电力系统运行的主动脉，是输电线路的主要组成部分。由于高压输电线路多经过高山、大河、森林等复杂环境，这就造成铁塔不仅要承受固有的机械载荷和电力负荷的内部压力，而且还要经受自然环境的各种侵害，以及鸟害的威胁。随着时间的不断推移，必然会造成线路上铁塔出现各种故障。如不及时的进行合理维护，原本微小的破损和缺陷就可能会被扩大，最终导致严重事故，造成大面积的停电和巨大的经济损失。为了保证电网的稳定运行，定期对高压输电线路进行巡检就成为一项必要的工作。
[0004]
目前对高压输电线路的检修、维护基本上采用人工登塔作业的方式，完成相应的任务，同时，为了保证电网的运行，所有工作都是带电作业。带电作业不仅十分危险，而且对工人的体力消耗非常大，容易造成工人疲劳，从而导致意外事故的发生。
[0005]
电力部门迫切需要能取代人力进行铁塔检修、维护的自动化设备——铁塔攀爬机器人，利用铁塔攀爬机器人完成对铁塔等塔架的检修和维护，机器人需要具备在铁塔上自由攀爬移动的能力，需要能够从不同方向对不同规格角钢进行可靠夹持的能力。因此，开发出夹持力大、结构紧凑、适应性强的机械手装置来装备机器人，是所述领域的科技工作者共同面临的重要课题。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于提供一种用于铁塔自动检修攀爬机器人的末端夹持装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0007]
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于铁塔自动检修攀爬机器人的末端夹持装置，该末端加持装置包括连接板、缓冲机构、夹持机构，所述缓冲机构设置在连接板上，缓冲机构上设置有夹持机构，缓冲机构对机器人攀爬时与铁塔之间的作用力进行缓冲，缓冲机构使夹持机构弯曲夹持并吸附角钢，所述夹持机构通过夹持及吸附角钢使机器人固定在铁塔上。缓冲机构在起到缓冲的同时向机器人控制器中传输信号，使缓冲机构中的一组气泵在控制器的控制下向夹持机构中灌输空气，使得夹持机构弯曲并对角钢进行夹持，同时，另一组气泵抽取夹持机构与角钢之间的空气，使夹持机构吸附在角钢上，本发明具有夹持并快速固定位置的效果。
[0008]
作为优选技术方案，所述缓冲机构包括缓冲轴，缓冲轴对连接板与夹持机构之间的作用力进行缓冲；所述夹持机构包括骨架、夹持气囊，所述夹持气囊设置在骨架上，夹持气囊与骨架管道连接；所述缓冲轴一端设置在连接板上，缓冲轴的另一端与骨架固定，缓冲
轴与骨架管道连接。作用力指的是夹持机构与角钢接触后，机器手臂继续向角钢运动而产生的冲击力，以及机器人在攀爬时，铁塔因风力而产生的震动力。连接板使整体装置安装在机器人手臂的末端，缓冲轴对连接板与夹持机构之间的作用力进行缓冲，骨架为夹持气囊的安装提供支撑，同时，骨架通过弯曲对角钢进行夹持，骨架为夹持气囊的膨胀提供气体传输管路，夹持气囊在骨架夹持住角钢后进行膨胀，通过膨胀增加骨架对角钢的夹紧度，同时，通过膨胀缩小骨架的夹持范围，使得骨架可以对小规格的角钢进行夹持，而且通过夹持气囊的膨胀挤压出骨架与角钢之间的空气，方便夹持机构后续对角钢的负压吸附。
[0009]
作为优选技术方案，所述缓冲轴包括承接板、套壳，所述套壳套设在承接板上，套壳一端设置在连接板上，所述承接板上设置有压缩板，承接板上位于压缩板与套壳之间设置有监测气囊，所述监测气囊与骨架管道连接，所述套壳上设置有监测器，所述监测器对监测气囊中的气压进行监测。承接板与套壳相互配合连接连接板与骨架，承接板在套壳内滑动，压缩板通过作用力压缩监测气囊，监测气囊通过空气阻尼对作用力进行缓冲，同时在被压缩时将空气缓慢的传输到骨架中，监测器对监测气囊中的空气压力进行数据监测，并将之传输到机器人的控制系统中。
[0010]
作为优选技术方案，所述骨架包括若干组骨节，若干组所述骨节之间转动连接，若干组骨节之间管道连接，所述骨节与监测气囊管道连接。若干组骨节转动连接在一起组成骨架，使得骨架如同手指一样，可以自由控制弯曲度，使得骨架在夹持气囊的配合下可以对任意大小的角钢进行夹持，监测气囊向骨节中传输空气，使各个骨节之间相对转动。
[0011]
作为优选技术方案，若干组所述骨节两两之间均设置有弯曲气囊，所述弯曲气囊与骨节管道连接，弯曲气囊位于骨节的下方端面上，所述夹持气囊设置在若干组骨节的上方端面，夹持气囊与若干组骨节管道连接；所述承接板与骨节下方端面固定。弯曲气囊在监测气囊灌输的空气的支撑下膨胀，使得两组骨节在弯曲气囊的膨胀下进行转动，夹持气囊与各个骨节固定，当骨节之间相互转动时，夹持气囊被弯曲并与角钢表面接触。
[0012]
作为优选技术方案，所述夹持气囊上设置有若干组吸附盘，若干组所述吸附盘上均设置有传输管，所述传输管另一端贯穿夹持气囊，传输管另一端与骨节管道连接。吸附盘在夹持气囊与角钢表面接触时与角钢表面接触，传输管在外力的作用下通过吸附盘抽取夹持气囊与角钢之间的空气，吸附盘与传输管之间通过波纹管进行管道连接，使得吸附盘摆脱传输管的束缚，并随着夹持气囊更好的角钢表面接触。
[0013]
作为优选技术方案，所述夹持气囊上在位于吸附盘的外侧均设置有柔性罩。柔性罩对吸附盘的吸附范围进行扩大，当夹持气囊膨胀时，柔性罩首先与角钢表面接触，并通过夹持气囊的不断膨胀而对空气进行不断的挤压，使得空气通过吸附盘或夹持气囊与角钢之间的缝隙排放到其他位置，柔性罩范围内的空气量不断减少，当吸附盘抽取柔性罩内部的空气并与角钢接触时，可以在最短时间内在负压的作用下贴合在角钢上。通过吸附盘的设置，使得机器人像章鱼一样吸附在角钢上，从而增大了夹持装置与铁塔之间的连接强度。夹持气囊通过不断的膨胀对柔性罩进行挤压，使得柔性罩贴合在角钢上，吸附盘通过抽取柔性罩内的空气，使得柔性罩与角钢直接的贴合更加紧密，使得即使吸附盘因吸附不稳定而与角钢脱离，也可以再次快速的吸附在角钢上。
[0014]
作为优选技术方案，若干组所述骨节中均设置有弯曲管道、膨胀管道及吸附管道，若干组所述弯曲管道与若干组弯曲气囊连通，其中一组弯曲管道与监测气囊管道连接，若
干组所述膨胀管道一端与夹持气囊连接，若干组膨胀管道另一端连通并与监测气囊管道连接，所述弯曲管道及膨胀管道中均设置有总电磁阀，若干组所述吸附管道一端均与传输管管道连接，若干组所述吸附管道的另一端连通在一起。
[0015]
作为优选技术方案，所述缓冲机构还包括扩张气泵、吸附气泵，所述扩张气泵与监测气囊管道连接，所述吸附气泵上设置有管路组件，吸附气泵进气口及出气口均与管路组件连接，所述管道组件一端与吸附管道管道连接，管道组件另一端与监测气囊管道连接。机器人控制系统接收到监测器传递的信号后，控制系统将弯曲管道中的电磁阀打开，同时控制系统控制扩张气泵向监测气囊中灌输空气，当监测器的监测数据达到最大且稳定时，控制系统将弯曲管道中电磁阀关闭同时将膨胀管道中的电磁阀打开，使监测气囊中的空气进入到夹持气囊中，当监测器监测的数据再次快速上升时，控制系统控制吸附气泵抽取吸附管道中的空气，使吸附盘对角钢表面的空气进行抽取，从而使吸附盘吸附在角钢上。
[0016]
作为优选技术方案，若干组所述骨节组成的骨架呈平板状或弧形板状。骨架呈现平板状或弧形板状，有利于骨架快速的对角钢进行夹持。
[0017]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
[0018]
1、本发明中，骨架由若干组骨节转动连接而组成，使得骨架如同手指一样，可以自由控制弯曲度，并且，骨架在对角钢夹持后，夹持气囊快速膨胀，增大骨架对角钢的夹持力，同时，通过膨胀缩小骨架与角钢的夹持范围，使得骨架可以对小规格的角钢进行夹持，使得骨架在夹持气囊的配合下可以对任意大小的角钢进行夹持。
[0019]
2、本发明中，当夹持气囊膨胀时，柔性罩先与角钢表面接触，并通过夹持气囊的不断膨胀而对空气进行不断的挤压，使得空气通过吸附盘或夹持气囊与角钢之间的缝隙排放到其他位置，柔性罩范围内的空气量不断减少，使得吸附盘抽取柔性罩内部的空气并与角钢接触时，可以在最短时间内在负压的作用下贴合在角钢上。
[0020]
3、本发明中，夹持气囊通过不断的膨胀对柔性罩进行挤压，使得柔性罩贴合在角钢上，吸附盘通过抽取柔性罩内的空气，使得柔性罩与角钢直接的贴合更加紧密，使得即使吸附盘因吸附不稳定而与角钢脱离，也可以再次快速的吸附在角钢上。
附图说明
[0021]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0022]
图1是本发明的整体结构示意图；
[0023]
图2是本发明的缓冲机构与夹持机构的连接关系示意图；
[0024]
图3是本发明的图2中a区域的结构示意图；
[0025]
图4是本发明的图3中b区域的结构示意图；
[0026]
图5是本发明的骨架的结构示意图。
[0027]
图中：1、连接板；2、缓冲机构；3、夹持机构；2-1、缓冲轴；2-2、承接板；2-3、套壳；2-4、监测气囊；2-5、扩张气泵；2-6、吸附气泵；3-1、骨架；3-2、夹持气囊；3-3、骨节；3-4、弯曲气囊；3-5、吸附盘；3-6、柔性罩。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
请参阅图1-5，本发明提供技术方案：一种用于铁塔自动检修攀爬机器人的末端夹持装置，该末端加持装置包括连接板1、缓冲机构2、夹持机构3，连接板1安装在机器人手臂的末端，缓冲机构2安装在连接板1上，且缓冲机构2上固定安装有夹持机构3，缓冲机构2对机器人攀爬时产生的震动进行缓冲，缓冲机构2使夹持机构3弯曲夹持并吸附角钢，夹持机构3通过夹持及吸附角钢使机器人固定在铁塔上。
[0030]
缓冲机构2包括缓冲轴2-1，缓冲轴2-1对连接板1与夹持机构3之间的震动进行缓冲；缓冲轴2-1包括承接板2-2、套壳2-3；
[0031]
套壳2-3套设在承接板2-2的下端，套壳2-3下端固定在连接板1上，承接板2-2上端与夹持机构3固定，承接板2-2在套壳2-3的上方固定有压缩板，承接板2-2上位于压缩板与套壳2-3之间套设有监测气囊2-4，监测气囊2-4上端与压缩板下端面固定，下端与套壳2-3的上端面固定，监测气囊2-4内部设置有弹簧，弹簧对监测气囊2-4的形状进行保持，保持监测气囊2-4在被充气空气后外外侧膨胀而不往两端伸长，同时，弹簧为监测气囊2-4的复位提供动力，监测气囊2-4与夹持机构3管道连接，套壳2-3上端面固定有监测器(图中未画出)，本实施例中，监测器为气压传感器，监测器上端位于监测气囊2-4的内部，监测器对监测气囊2-4中的气压进行监测。
[0032]
缓冲机构2还包括扩张气泵2-5、吸附气泵2-6，扩张气泵2-5的出口处通过三通管b与监测气囊2-4进行管道连接且扩张气泵2-5的进气口处也安装有三通管a，三通管a的剩余两个管道接口中均安装有电磁阀，一个三通管的剩余管道接口a直接和夹持机构3中的弯曲气囊3-4管道连接，初始时，扩张气泵2-5通过三通管a抽取外界控制，并通过三通管b向监测气囊2-4中灌输空气，三通管b中剩余的一个管道接口b连通外界大气，管道接口b中安装有电磁阀，当扩张气泵2-5抽取夹持机构3中弯曲气囊3-4的空气时，三通管b不与监测气囊2-4接通，并向外界大气中排放空气。
[0033]
吸附气泵2-6上连接有管路组件，吸附气泵2-6进气口及出气口均与管路组件连接，管道组件一端与监测气囊3-2管道连接，管路组件对吸附气泵2-6的抽气管路和出气管路进行控制，在机器人控制系统的控制下，吸附气泵2-6由原先抽取夹持机构3中吸附管道中的空气转变为抽取监测气囊2-4中的空气，由原先往监测气囊2-4中灌输空气转变为向夹持机构3中吸附管道内灌输空气。
[0034]
夹持机构3包括骨架3-1、夹持气囊3-2，夹持气囊3-2设置在骨架3-1上，夹持气囊3-2与骨架3-1管道连接，骨架3-1下端面与承接板2-2上端固定，骨架3-1与监测气囊2-4管道连接。
[0035]
骨架3-1包括若干组骨节3-3，若干组骨节3-3组成的骨架1呈平板状或弧形板状，若干组骨节3-3之间转动连接，且若干组骨节3-3之间管道连接，骨节3-3与监测气囊2-4管道连接，承接板2-2与中间一组骨节3-3的下端面固定。
[0036]
若干组骨节3-3中均加工有弯曲管道、膨胀管道及吸附管道；若干组骨节3-3两两
之间均固定安装有弯曲气囊3-4，弯曲气囊3-4位于骨节3-3的下端面上，若干组弯曲气囊3-4与若干组弯曲管道进行连通，且其中一组弯曲管道与监测气囊2-4管道连接且连接用的管道中安装有电磁阀。进一步的，另一组弯曲管道与管道接口a连通。
[0037]
夹持气囊3-2固定在若干组骨节3-3的上端面，夹持气囊3-2与若干组骨节3-3中的膨胀管道进行管道连接，若干组膨胀管道另一端连通在一起并与监测气囊3-2管道连接，且此管道中安装有电磁阀。
[0038]
夹持气囊3-2上端面内部安装有若干组吸附盘3-5，夹持气囊3-2上在位于吸附盘3-5的外侧均固定安装有柔性罩3-6，若干组吸附盘3-5的下端均通过波纹管连接有传输管，吸附盘3-5通过波纹管与夹持气囊3-2密封连接，传输管的另一端从夹持气囊3-2内部贯穿夹持气囊3-2下端面并与骨节3-3中的吸附管道进行管道连接，若干组吸附管道的另一端连通在一起，吸附管道连通在一起的一端与管道组件的另一端管道连接。
[0039]
在机器人攀爬铁塔时，监测器通过监测监测气囊2-4中的气压，总共向机器人控制系统中传递二次信号。第一次信号传递，在夹持气囊3-2与角钢接触后，机器手臂继续向角钢运动而导致的监测气囊2-4的压缩，这时，监测器向控制系统中传递信号，使控制系统控制扩张气泵2-5向监测气囊2-4中灌输空气；第二次信号传递，在若干组弯曲气囊3-4全部都展开后，由于监测气囊2-4的压力再次升高而向控制系统中发送信号，使控制系统对电磁阀进行控制，使监测气囊2-4的空气进入到夹持气囊3-2中，同时，控制系统控制吸附气泵2-6通过吸附盘3-5抽取空气，并向监测气囊2-4中进行灌输，从而加快夹持气囊3-2的膨胀。
[0040]
当夹持装置需要松开角钢并向上爬行时，控制系统通过管路组件切换吸附气泵2-6的抽取对象，使吸附气囊2-6通过监测气囊2-4抽取夹持气囊3-2中的空气，同时通过吸附管道向吸附盘3-5中灌输空气，使吸附盘3-5与角钢分离，同时，控制系统控制扩张气泵2-5及三通管中的电磁阀，使扩张气泵2-5抽取弯曲气囊3-4中的空气，并把空气排放到外界大气中，使得骨架3-1快速松开角钢。
[0041]
本发明的工作原理：
[0042]
当机器人需要对铁塔进行检修时，通过对机器手进行调整，使夹持气囊3-2面向铁塔上的角钢，当夹持气囊3-2在机器手臂的带动下与角钢接触后，扩张气泵2-5监测气囊2-4中灌输空气，使得骨架3-1在弯曲气囊3-4的支撑下弯曲并与角钢进行夹持。
[0043]
当骨架3-1弯曲好后即弯曲气囊3-4中无法在灌输空气时，监测气囊2-4中的空气进入到夹持气囊3-2中，同时，吸附气泵2-6通过吸附盘3-5抽取空气并灌输到监测气囊2-4中，使得进入到夹持气囊3-2中的空气量增大，使得夹持气囊3-2快速膨胀，并对骨架3-1与角钢之间的空隙进行填补。
[0044]
在夹持气囊3-2膨胀的过程中，吸附盘3-5随着夹持气囊3-2的膨胀不断的进行移动，当夹持气囊3-2与角钢接触后，柔性罩3-6先与角钢接触，并在夹持气囊3-2的不断挤压下将与角钢之间的空气排空，在柔性罩3-6与角钢接触且排放空气的过程中，吸附盘3-5对柔性罩3-6与角钢之间的空气进行抽取，使柔性罩3-6与角钢之间形成负压空间，在吸附盘3-5在与角钢接触后，由于空气量少，使得吸附盘3-5与角钢接触后，快速的吸附在角钢上。
[0045]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0046]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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