一種變直徑爬杆機器人的製作方法

2023-11-06 19:08:02

本發明涉及一種機器人，具體涉及一種爬杆機器人。

背景技術：

國內外提出的一些依附於杆體表面的自動爬行機器人主要有電動機械式爬杆機器人、電動液壓式爬杆機器人和氣動蠕行式爬杆機器人等，但這些機器人大多採用凸輪機構夾緊，由於凸輪機構具有不可伸縮性，每款爬行機器人只能爬特定直徑的等直杆，對於不同杆爬行的適用性很差。

技術實現要素：

發明目的：本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供了一種變直徑爬杆機器人，使得該機器人可以爬行在不同直徑的杆上。

技術方案：本發明的變直徑爬杆機器人，包括底盤，底盤設置有容納待爬杆的缺口，對稱設置在底盤缺口外周的導軌和滑動連接於導軌的夾緊爬杆單元，所述夾緊爬杆單元包括與導軌滑動連接的第一電機、第一電機驅動的摩擦輪以及用於驅動第一電機沿導軌移動的移位機構，所述移位機構工作時夾緊爬杆單元沿導軌向底盤缺口中心處移動，摩擦輪夾緊穿於底盤缺口處的待爬杆並沿其表面滾動。

所述移位機構包括第二電機和絲槓螺母組件，所述第二電機、絲槓螺母組件的螺母分別固定於同側兩相鄰的第一電機。

所述第二電機、絲槓螺母組件的螺母分別通過l型角鐵固定於第一電機。

所述第二電機的輸出軸通過聯軸器與絲槓螺母組件的絲槓端部連接，使得機構工作運轉的更加流暢平穩。

所述摩擦輪垂直於底盤表面固定在第一電機的輸出軸上，摩擦輪相對於待爬杆表面滾動的阻力最小。

所述第一電機為蝸輪蝸杆電機，第二電機為直流電機，蝸輪蝸杆電機的自鎖功能可實現定位懸停，減少耗電量，直流電機運轉角度精確，有利於準確調節夾緊爬杆單元的移動距離。

所述底盤設有用於驅動其轉移的滾動輪，機器人可通過滾動輪在地面上移動到待爬杆。

所述相鄰導軌之間的夾角大於0°且小於180°，防止第一電機和導軌發生卡殼。

所述導軌設有兩組，每組設有兩個導軌，這樣的設置機器人爬杆平穩且用材最少。

變直徑爬杆機器人還包括陀螺儀、單片機和紅外測距感應器，所述陀螺儀獲取底盤的水平角度，控制第一電機調節摩擦輪轉速調節爬杆姿態，待爬杆直徑變化時，所述紅外測距感應器測量待爬杆直徑的變化，所述紅外測距感應器將數據信號傳輸至單片機驅動第二電機轉動改變夾緊爬杆單元位置，調節摩擦輪與待爬杆之間的間隙。

工作原理：變直徑爬杆機器人運動過程中遇到杆直徑變化時，紅外測距感應器將直徑變化數據信號傳輸至單片機，單片機驅動第二電機帶動絲槓正反方向旋轉，改變螺母相對於絲槓的位置，進而推拉絲槓螺母組件上連接的兩個第一電機，第一電機沿絲槓軸向方向受力的分力沿導軌方向，第一電機受該分力作用使其沿導軌運動，實現夾緊爬杆單元沿導軌相對於底盤缺口靠近或遠離，調節摩擦輪與待爬杆之間的間隙，使其表面摩擦力能夠有效克服機器人重力，同時保證摩擦輪與待爬杆表面滾動摩擦。

有益效果：通過夾緊爬杆單元相對於底盤缺口的靠近或遠離，適應不同待爬杆的直徑變化，保證其爬行過程流暢穩定不打滑，爬杆到指定位置時，通過蝸輪蝸杆電機的自鎖功能穩定懸停，使爬杆機器人具有一定的載重能力且耗能量小，爬杆機器人通過滾動輪自由的在地面移動主動尋找待爬杆，不需要手動放置。

附圖說明

圖1為本發明的立體圖；

圖2為本發明的俯視圖；

圖3為本發明的正視圖；

圖4為本發明的左視圖。

具體實施方式

下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於所述實施例。

如圖1至圖4所示，本發明的變直徑爬杆機器人，包括底盤1，底盤1設置有容納待爬杆的缺口，對稱設置在底盤1缺口外周的導軌2和滑動連接於導軌2的夾緊爬杆單元3，夾緊爬杆單元3包括與導軌2滑動連接的第一電機4、第一電機4驅動的摩擦輪5以及用於驅動第一電機4沿導軌2移動的移位機構6，移位機構6工作時夾緊爬杆單元3沿導軌2向底盤1缺口中心處移動，摩擦輪5夾緊穿於底盤1缺口處的待爬杆並沿其表面滾動，移位機構6包括第二電機7和絲槓螺母組件，第二電機7、絲槓螺母組件的螺母8分別固定於同側兩相鄰的第一電機4，第二電機7、絲槓螺母組件的螺母8分別通過l型角鐵9固定於第一電機4，當絲槓螺母組件兩端連接的第一電機4出現輕微不同步時，絲槓11會發生輕微偏移，為防止第二電機7的輸出軸與絲槓11連接處出現受力不均，產生震動或斷裂，第二電機7的輸出軸通過聯軸器10與絲槓螺母組件的絲槓11端部連接，摩擦輪5垂直於底盤1表面固定在第一電機4的輸出軸上，摩擦輪5相對於待爬杆表面滾動的阻力最小，第一電機4為蝸輪蝸杆電機，第二電機7為直流電機，蝸輪蝸杆電機的自鎖功能可實現定位懸停，減少耗電量，直流電機運轉角度精確，有利於準確調節夾緊爬杆單元的位移大小，底盤1設有用於驅動其轉移的滾動輪12，爬杆機器人通過滾動輪12自由尋找待爬杆，不需要人工放置，相鄰導軌2之間的夾角大於0°且小於180°，使得絲槓螺母組件和與其相連的第一電機4沿導軌2方向不會處於自由度為零的位置，為防止第一電機4相對於導軌2卡殼無法移動，最為優選的，導軌2設有兩組，每組設有兩個導軌2，同側導軌2夾角為45°，與導軌2滑動連接的兩組夾緊爬杆單元3帶動四個摩擦輪5夾緊在待爬杆上，這樣的設計使得爬杆機器人運行的既穩定又順暢，且用材最少耗電量底，本發明的爬杆機器人，還包括陀螺儀、單片機和紅外測距感應器，陀螺儀獲取底盤1的水平角度，控制第一電機4調節摩擦輪5轉速調節爬杆姿態，待爬杆直徑變化時，紅外測距感應器測量待爬杆直徑的變化，紅外測距感應器將數據信號傳輸至單片機驅動第二電機7轉動改變夾緊爬杆單元3位置，調節摩擦輪5與待爬杆之間的間隙，使用時，變直徑爬杆機器人通過滾動輪12運動至待爬杆位置進行爬行，爬杆過程中遇到杆直徑變化時，紅外測距感應器將直徑變化數據信號傳輸至單片機，單片機驅動第二電機7帶動絲槓11正反方向旋轉，改變螺母8相對於絲槓11的位置，進而推拉絲槓螺母組件上連接的兩個第一電機4，第一電機4沿絲槓11軸向方向受力的分力沿導軌2方向，第一電機4受分力作用使其沿導軌2運動，實現夾緊爬杆單元3沿導軌2相對於底盤1缺口靠近或遠離，調節摩擦輪5與待爬杆之間的間隙，保證摩擦輪5與待爬杆表面滾動摩擦，當爬行到預定位置時，啟動第一電機4的自鎖功能進而定位懸停。

如上所述，儘管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和範圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。