适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置及越障方法

1.本发明涉及爬杆机器人技术领域，尤其涉及一种适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置及越障方法。

背景技术：

2.杆状的公共设施越来越多，而且这些杆件的长度一般在3-20米，有的甚至更高。对于这些设施的清洁、巡检和维护通常采用爬杆机器人来实现，具有较高的安全性和效率。
3.现有的爬杆机器人，如申请号为2017100966763.4公开的具有多自由度的爬行机器人，装置的结构整体以及爬杆越障的方式来源于对尺蠖的仿生设计，能够通过相互铰接的第一转动连杆和第二转动连杆在杆件上进行跨步行走，实现杆件的攀爬以及越障。
4.但是该种爬行机械人需要提前对障碍的位置进行检测，避免出现障碍将第一转动连杆的位置顶住，造成第一转动连杆需要翻转越障时吸附足组件被障碍挡住，无法实现越障，只能通过爬行机器人倒退后，再进行爬杆和越障；而且在跨越障碍的过程中，对于每次跨越的距离存在要求，需要爬行机器人的第一转动连杆与第二转动连杆之间的夹角不小于一定的角度，否则易出现爬行机器人整体垂直于杆件，而爬行机器人上通常会装载有清洗或检测的部件，这样便会导致爬行机器人的运行不稳定。

技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置及越障方法，其解决了现有技术中存在的在爬行机器人抵触或过于靠近障碍时无法越障以及爬行机器人沿杆件移动不稳定的问题。
6.根据本发明的实施例，适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置，包括端部相互铰接的杆状第一升降组件和第二升降组件，且第一升降组件和第二升降组件的结构沿铰接轴镜像对称设置，第一升降组件和第二升降组件上均设置有可沿其主体直线移动的升降平台，升降平台通过直线驱动件驱动移动，升降平台上可转动的连接有可自动松开和夹持杆件的爬杆机器人，第一升降组件和第二升降组件之间还设置有可驱动第一升降组件和第二升降组件进行相对转动的翻转组件。
7.优选的，所述第一升降组件和第二升降组件均包括杆体、与杆体平行并设置于杆体的侧壁上的齿条以及设置于杆体端部的限位块，所述直线驱动件包括设置于所述升降平台上的升降电机，升降电机的输出轴上设置有升降齿轮，升降齿轮与齿条相啮合。
8.优选的，所述杆体的侧壁上还设置有作为所述升降平台的滑行轨道的滑轨。
9.优选的，所述升降平台上设置有连接组件和调节组件；连接组件包括设置于所述升降平台上的铰接座和转动连接于铰接座的活动端的连接座，所述爬杆机器人直接连接于连接座上；调节组件包括端部铰接于所述升降平台上的电动推杆，电动推杆的活动端上转动连接有连接块，连接块固定连接于所述爬杆机器人的一端；电动推杆与所述升降平台的铰接端位于连接座和所述第一升降组件之间。
10.优选的，在所述电动推杆完全伸出时，连接于所述连接组件上的所述爬杆机器人处于竖直状态。
11.优选的，所述翻转组件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮分别设置于所述第一升降组件和第二升降组件上，主动齿轮和从动齿轮中任意一个安装于所述第一升降组件和第二升降组件的铰接轴上，主动齿轮和从动齿轮中任意一个固定安装，且另一个可转动的安装，且可转动安装的齿轮通过翻转电机驱动转动。
12.适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置的越障方法，包括如下步骤： a、通过连接在越障装置上的两个爬杆机器人带动装置整体沿杆件移动； b、安装于越障装置顶部的爬杆机器人的顶面抵触到障碍； c、控制顶部的爬杆机器人松开杆件，通过第二升降组件上的升降电机驱动升降齿轮转动，升降齿轮与齿条配合带动升降平台向下移动； d、控制电动推杆收缩，带动顶部的爬杆机器人绕铰接座和连接座之间的铰接轴转动，并使得顶部的爬杆机器人远离杆件； e、控制翻转电机带动主动齿轮转动，使得主动齿轮绕从动齿轮转动，并带动第二升降组件绕其与第一升降组件的铰接轴转动，使得顶部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的一侧； f、控制底部的爬杆机器人继续爬杆，使得顶部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的上方； g、控制翻转电机反转，带动第二升降组件转动至竖直状态，并控制电动推杆伸出，使得顶部的爬杆机器人处于竖直状态，并控制顶部的爬杆机器人夹持杆件； h、控制底部的爬杆机器人松开杆件，控制底部的电动推杆收缩，控制翻转电机转动，通过被固定的第二升降组件上的主动齿轮驱动第一升降组件上的从动齿轮绕第一升降组件和第二升降组件之间的铰接轴转动，即从动齿轮带动第一升降组件绕从动齿轮的安装轴转动，使得底部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的一侧； i、控制顶部的爬杆机器人向上移动，使得底部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的上方，再控制底部的电动推杆伸长和翻转电机反转，使得底部的爬杆机器人再次夹持杆件，完成越障。
13.优选的，在所述步骤e和步骤h中，根据杆件上的障碍的大小，控制所述第一升降组件和第二升降组件上的所述升降平台沿杆体移动。
14.优选的，在进行大尺寸的障碍的越障时，在进行所述步骤e后，执行步骤x；步骤x，控制连接底部的爬杆机器人的所述电动推杆收缩，使得所述第一升降组件相对杆件倾斜，再进行所述步骤f，并在所述步骤f完成后执行步骤y；步骤y，根据步骤x中所述电动推杆的收缩的长度，控制第二升降组件所连接的所述电动推杆收缩相同的长度，再控制所述翻转组件反向翻转，使得顶部的爬杆机器人能够夹持杆件，并在顶部的爬杆机器人夹持住杆件后执行步骤z；步骤z，控制底部的爬杆机器人松开杆件，控制翻转组件驱动第一升降组件翻转，使得底部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的一侧，再通过顶部的爬杆机器人带动装置整体移动，在完全越过障碍后，控制两个所述电动推杆完全伸出，再控制翻转组件反转，使得越障装置整体与杆件平行。
15.相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：1、通过连接在越障装置两端的两个爬杆机器人带动越障装置沿杆件移动，移动更稳定。
16.2、可在爬行机器人与障碍接触时实现装置整体的越障，省去人工或其它设备对杆件上的障碍的定位过程，使得越障装置更便于使用。
17.3、可对连接于越障装置上的爬杆机器人的角度进行调节，通过电动推杆预先将爬
杆机器人从杆件上分离，而后再使用翻转组件进行整体式的旋转；其好处在于，电动推杆能够确定爬杆机器人是否已松开杆件，避免在未松开杆件的情况下直接进行越障装置的翻转，防止越障装置的部件被损坏。
18.4、通过连接组件和调节组件进行爬行机器人的连接，构成稳定的三角形结构与升降平台连接，使得连接在爬行机器人上的第一升降组件和第二升降组件更稳定，有利于增加越障装置的承载性能，可根据爬杆要求配备其它的自动化工具。
19.5、翻转组件可进行大角度的转动，且设置的连接组件作为第一升降组件和第二升降组件与杆件的间距的延长段，配合使用使得越障组件能够跨越更大尺寸的障碍，提升了爬杆机器人的越障能力。
附图说明
20.图1为本发明实施例的结构示意图。
21.图2为本发明实施例的主视图。
22.图3为本发明实施例的后视图。
23.图4为本发明实施例越障过程的运动示意图。
24.图5为本发明实施例进行大尺寸障碍越障过程的运动示意图。
25.上述附图中：1、第一升降组件；11、杆体；12、升降平台；13、滑轨；14、齿条；15、升降齿轮；16、升降电机；17、限位块；18、从动齿轮；2、第二升降组件；21、主动齿轮；22、翻转电机；3、第一连接组件；31、铰接座；32、连接座；4、第一调节组件；41、电动推杆；42、连接块；5、第二连接组件；6、第二调节组件；7、第一爬杆机器人；8、第二爬杆机器人。
具体实施方式
26.下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
27.如图1-3所示，为提高爬杆机器人的越障能力以及保持爬杆过程中爬杆机器人运动的稳定性。本发明提出适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置，包括端部相互铰接的杆状第一升降组件1和第二升降组件2，且第一升降组件1和第二升降组件2的结构沿铰接轴镜像对称设置，第一升降组件1和第二升降组件2上均设置有可沿其主体直线移动的升降平台12，升降平台12通过直线驱动件驱动移动，升降平台12上可转动的连接有可自动松开和夹持杆件的爬杆机器人，第一升降组件1和第二升降组件2之间还设置有可驱动第一升降组件1和第二升降组件2进行相对转动的翻转组件。
28.爬杆机器人为公开号为cn109178132a的一种载人式爬杆机器人，但对于其用于载人的部分可以消除，改为远程控制减速电机的开关，以此实现爬杆机器人的松杆和夹持杆件的功能。
29.越障装置整体的移动包括爬杆和越障两种，爬杆过程通过两个爬杆机器人实现，爬杆机器人带动越障装置沿杆件移动，越障过程通过越障装置配合两个爬杆机器人实现，单个爬杆机器人能够带动装置整体沿杆件移；例如，在第二爬杆机器人8的顶部接触到杆件上的障碍物后，通过控制第二爬杆机器人8松开杆件，启动翻转组件带动第二升降组件2绕其与第一升降组件1的铰接轴转动，装置整体的顶部向远离杆件的方向翘起，通过第一爬杆机器人7带动装置整体移动，在顶部越过障碍后，控制翻转组件进行第二爬杆机器人8的复
位并夹持杆件，再控制装置整体的底部向远离杆件的方向翘起，通过第二爬杆机器人8带动装置整体移动，在底部越过障碍后，进行装置的底部的复位。
30.如图1-3所示。所述第一升降组件1和第二升降组件2均包括杆体11、与杆体11平行并设置于杆体11的侧壁上的齿条14以及设置于杆体11端部的限位块17，所述直线驱动件包括设置于所述升降平台12上的升降电机16，升降电机16的输出轴上设置有升降齿轮15，升降齿轮15与齿条14相啮合。
31.对于直线驱动件的旋转，本实施例中旋转齿轮和齿条的配合形式，驱动升降平台12沿杆体11的轴向移动，还可以采用丝杠和螺纹配合在丝杠上的移动块的形式；升降平台12的横截面成c字形，内侧设置有与杆体11的齿条14安装壁贴合的凸起；升降平台12的内壁与杆体11的外壁贴合，在保证升降平台12顺畅的移动的情况下，保持升降平台12垂直于杆体11。在杆体11的两端通过螺栓固定有限位块17，避免升降平台12从杆体11上脱出。
32.如图1-3所示，为控制越障装置的制造成本。所述杆体11的侧壁上还设置有作为所述升降平台12的滑行轨道的滑轨13。要保证升降平台12的内壁与杆体11的外壁贴合需要保证杆体11外壁和升降平台12内壁的平整度，对于尺寸的要求也较高，同时还需要杆体11和升降平台12具有较好的强度，高精度的制造会使得越障装置的成本过高；因此采用滑轨13和升降平台12的一个内侧壁贴合，升降平台12的其它内壁与杆体11的外壁之间设置间隙，这样有效地控制了越障装置的成本。
33.如图1-3所示，为实现对爬杆机器人的角度的调节。所述升降平台12上设置有连接组件和调节组件；连接组件包括设置于所述升降平台12上的铰接座31和转动连接于铰接座31的活动端的连接座32，所述爬杆机器人直接连接于连接座32上；调节组件包括端部铰接于所述升降平台12上的电动推杆41，电动推杆41的活动端上转动连接有连接块42，连接块42固定连接于所述爬杆机器人的一端；电动推杆41与所述升降平台12的铰接端位于连接座32和所述第一升降组件1之间。
34.在第一升降组件1的升降平台12上连接第一连接组件3和第一调节组件4，在第二升降组件2的升降平台12上连接第二连接组件5和第二调节组件6；铰接座31和连接座32的内部均进行镂空设计，在保证结构强度的情况下，降低自重。
35.第一调节组件4中的连接块42连接在第一爬杆机器人7的底端，第二调节组件6中的连接块42连接在第二爬杆机器人8的顶端。
36.作为本发明优选的实施方式，为便于在运行的过程中控制爬杆机器人对杆件进行有效地夹持。在所述电动推杆41完全伸出时，连接于所述连接组件上的所述爬杆机器人处于竖直状态。
37.在通过翻转组件将第一升降组件1和第二升降组件2均调节至竖直状态时，通过控制电动推杆41完全伸出，即能够实现爬杆机器人对杆件的有效夹持，为后续稳定的爬杆运动提供了保障。
38.如图1-3所示。所述翻转组件包括相互啮合的主动齿轮21和从动齿轮18，主动齿轮21和从动齿轮18分别设置于所述第一升降组件1和第二升降组件2上，主动齿轮21和从动齿轮18中任意一个安装于所述第一升降组件1和第二升降组件2的铰接轴上，主动齿轮21和从动齿轮18中任意一个固定安装，且另一个可转动的安装，且可转动安装的齿轮通过翻转电机22驱动转动。
39.从动齿轮18通过螺栓进行固定，使得从动齿轮18无法自转；在进行第二升降组件2的翻转时，翻转电机22驱动主动齿轮21转动，主动齿轮21绕从动齿轮18转动，在进行第一升降组件1的翻转时，翻转电机22驱动主动齿轮21转动，从动齿轮18带动第一升降组件1绕从动齿轮18的轴线转动，且从动齿轮18的安装轴（即第一升降组件1和第二升降组件2之间的铰接轴）自转。
40.关于越障装置整体的爬杆和越障中电气元件的供电通过装置上安装的蓄电池进行直流供电，越障装置中涉及到的电机均采用刹车电机，在断电后能够保证越障装置的安全性。
41.如图4所示。适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置的越障方法，包括如下步骤： a、通过连接在越障装置上的两个爬杆机器人带动装置整体沿杆件移动； b、安装于越障装置顶部的爬杆机器人的顶面抵触到障碍； c、控制顶部的爬杆机器人松开杆件，通过第二升降组件2上的升降电机16驱动升降齿轮15转动，升降齿轮15与齿条14配合带动升降平台12向下移动； d、控制电动推杆41收缩，带动顶部的爬杆机器人绕铰接座31和连接座32之间的铰接轴转动，并使得顶部的爬杆机器人远离杆件； e、控制翻转电机22带动主动齿轮21转动，使得主动齿轮21绕从动齿轮18转动，并带动第二升降组件2绕其与第一升降组件1的铰接轴转动，使得顶部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的一侧； f、控制底部的爬杆机器人继续爬杆，使得顶部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的上方； g、控制翻转电机22反转，带动第二升降组件2转动至竖直状态，并控制电动推杆41伸出，使得顶部的爬杆机器人处于竖直状态，并控制顶部的爬杆机器人夹持杆件； h、控制底部的爬杆机器人松开杆件，控制底部的电动推杆41收缩，控制翻转电机22转动，通过被固定的第二升降组件2上的主动齿轮21驱动第一升降组件1上的从动齿轮18绕第一升降组件1和第二升降组件2之间的铰接轴转动，即从动齿轮18带动第一升降组件1绕从动齿轮18的安装轴转动，使得底部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的一侧； i、控制顶部的爬杆机器人向上移动，使得底部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的上方，再控制底部的电动推杆41伸长和翻转电机22反转，使得底部的爬杆机器人再次夹持杆件，完成越障。
42.作为本发明优选的实施方式。在所述步骤e和步骤h中，根据杆件上的障碍的大小，控制所述第一升降组件1和第二升降组件2上的所述升降平台12沿杆体11移动。
43.根据杆件上障碍的尺寸，将升降平台12移动至杆体11的活动端以跨越尺寸较大的障碍，将升降平台12移动至杆体11的中部，以跨越尺寸较小的障碍。
44.如图4和图5所示，作为本发明优选的实施方式。在进行大尺寸的障碍的越障时，在进行所述步骤e后，进行步骤x；步骤x，控制连接底部的爬杆机器人的所述电动推杆41收缩，使得所述第一升降组件1相对杆件倾斜，再进行所述步骤f，并在所述步骤f完成后执行步骤y；步骤y，根据步骤x中所述电动推杆41的收缩的长度，控制第二升降组件2所连接的所述电动推杆41收缩相同的长度，再控制所述翻转组件反向翻转，使得顶部的爬杆机器人能够夹持杆件，并在顶部的爬杆机器人夹持住杆件后执行步骤z；步骤z，控制底部的爬杆机器人松开杆件，控制翻转组件驱动第一升降组件1翻转，使得底部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的一侧，再通过顶部的爬杆机器人带动装置整体移动，在完全越过障碍后，控制两个所述电动推杆41完全伸出，再控制翻转组件反转，使得越障装置整体与杆件平行。

技术特征：

1.适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置，其特征在于：包括端部相互铰接的杆状第一升降组件（1）和第二升降组件（2），且第一升降组件（1）和第二升降组件（2）的结构沿铰接轴镜像对称设置，第一升降组件（1）和第二升降组件（2）上均设置有可沿其主体直线移动的升降平台（12），升降平台（12）通过直线驱动件驱动移动，升降平台（12）上可转动的连接有可自动松开和夹持杆件的爬杆机器人，第一升降组件（1）和第二升降组件（2）之间还设置有可驱动第一升降组件（1）和第二升降组件（2）进行相对转动的翻转组件。2.如权利要求1所述的适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置，其特征在于：所述第一升降组件（1）和第二升降组件（2）均包括杆体（11）、与杆体（11）平行并设置于杆体（11）的侧壁上的齿条（14）以及设置于杆体（11）端部的限位块（17），所述直线驱动件包括设置于所述升降平台（12）上的升降电机（16），升降电机（16）的输出轴上设置有升降齿轮（15），升降齿轮（15）与齿条（14）相啮合。3.如权利要求2所述的适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置，其特征在于：所述杆体（11）的侧壁上还设置有作为所述升降平台（12）的滑行轨道的滑轨（13）。4.如权利要求1所述的适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置，其特征在于：所述升降平台（12）上设置有连接组件和调节组件；连接组件包括设置于所述升降平台（12）上的铰接座（31）和转动连接于铰接座（31）的活动端的连接座（32），所述爬杆机器人直接连接于连接座（32）上；调节组件包括端部铰接于所述升降平台（12）上的电动推杆（41），电动推杆（41）的活动端上转动连接有连接块（42），连接块（42）固定连接于所述爬杆机器人的一端；电动推杆（41）与所述升降平台（12）的铰接端位于连接座（32）和所述第一升降组件（1）之间。5.如权利要求4所述的适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置，其特征在于：在所述电动推杆（41）完全伸出时，连接于所述连接组件上的所述爬杆机器人处于竖直状态。6.如权利要求1所述的适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置，其特征在于：所述翻转组件包括相互啮合的主动齿轮（21）和从动齿轮（18），主动齿轮（21）和从动齿轮（18）分别设置于所述第一升降组件（1）和第二升降组件（2）上，主动齿轮（21）和从动齿轮（18）中任意一个安装于所述第一升降组件（1）和第二升降组件（2）的铰接轴上，主动齿轮（21）和从动齿轮（18）中任意一个固定安装，且另一个可转动的安装，且可转动安装的齿轮通过翻转电机（22）驱动转动。7.适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置的越障方法，其特征在于，包括如下步骤： a、通过连接在越障装置上的两个爬杆机器人带动装置整体沿杆件移动； b、安装于越障装置顶部的爬杆机器人的顶面抵触到障碍； c、控制顶部的爬杆机器人松开杆件，通过第二升降组件（2）上的升降电机（16）驱动升降齿轮（15）转动，升降齿轮（15）与齿条（14）配合带动升降平台（12）向下移动； d、控制电动推杆（41）收缩，带动顶部的爬杆机器人绕铰接座（31）和连接座（32）之间的铰接轴转动，并使得顶部的爬杆机器人远离杆件； e、控制翻转电机（22）带动主动齿轮（21）转动，使得主动齿轮（21）绕从动齿轮（18）转动，并带动第二升降组件（2）绕其与第一升降组件（1）的铰接轴转动，使得顶部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的一侧； f、控制底部的爬杆机器人继续爬杆，使得顶部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的上方； g、控制翻转电机（22）反转，带动第二升降组件（2）转动至竖直状态，并控制电动推杆（41）伸出，使得顶部的爬杆机器人处于竖直状态，并控制顶部的爬杆机器人夹持杆件； h、
控制底部的爬杆机器人松开杆件，控制底部的电动推杆（41）收缩，控制翻转电机（22）转动，通过被固定的第二升降组件（2）上的主动齿轮（21）驱动第一升降组件（1）上的从动齿轮（18）绕第一升降组件（1）和第二升降组件（2）之间的铰接轴转动，即从动齿轮（18）带动第一升降组件（1）绕从动齿轮（18）的安装轴转动，使得底部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的一侧； i、控制顶部的爬杆机器人向上移动，使得底部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的上方，再控制底部的电动推杆（41）伸长和翻转电机（22）反转，使得底部的爬杆机器人再次夹持杆件，完成越障。8.如权利要求7所述的适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置的越障方法，其特征在于：在所述步骤e和步骤h中，根据杆件上的障碍的大小，控制所述第一升降组件（1）和第二升降组件（2）上的所述升降平台（12）沿杆体（11）移动。9.如权利要求7所述的适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置的越障方法，其特征在于：在进行大尺寸的障碍的越障时，在进行所述步骤e后，执行步骤x；步骤x，控制连接底部的爬杆机器人的所述电动推杆（41）收缩，使得所述第一升降组件（1）相对杆件倾斜，再进行所述步骤f，并在所述步骤f完成后执行步骤y；步骤y，根据步骤x中所述电动推杆（41）的收缩的长度，控制第二升降组件（2）所连接的所述电动推杆（41）收缩相同的长度，再控制所述翻转组件反向翻转，使得顶部的爬杆机器人能够夹持杆件，并在顶部的爬杆机器人夹持住杆件后执行步骤z；步骤z，控制底部的爬杆机器人松开杆件，控制翻转组件驱动第一升降组件（1）翻转，使得底部的爬杆机器人移动至杆件上障碍的一侧，再通过顶部的爬杆机器人带动装置整体移动，在完全越过障碍后，控制两个所述电动推杆（41）完全伸出，再控制翻转组件反转，使得越障装置整体与杆件平行。

技术总结

本发明提供了适用于可自动松杆的爬杆机器人的越障装置及越障方法，包括端部相互铰接的杆状第一升降组件和第二升降组件，且第一升降组件和第二升降组件的结构沿铰接轴镜像对称设置，第一升降组件和第二升降组件上均设置有可沿其主体直线移动的升降平台，升降平台通过直线驱动件驱动移动，升降平台上可转动的连接有可自动松开和夹持杆件的爬杆机器人，第一升降组件和第二升降组件之间还设置有可驱动第一升降组件和第二升降组件进行相对转动的翻转组件。本发明解决了现有技术中存在的在爬行机器人抵触或过于靠近障碍时无法越障以及爬行机器人沿杆件移动不稳定的问题，产生了增强爬杆机器人的越障性能的效果。强爬杆机器人的越障性能的效果。强爬杆机器人的越障性能的效果。