技术领域
[0001] 本
发明属于机器人设备技术领域，尤其涉及一种缆索攀爬机器人。
背景技术
[0002]
桥梁缆索攀爬机器人在国外发展比较早，早在20世纪80年代末期，美国、欧洲一些研究机构相继开发了桥梁缆索攀爬机器人，对于我国的桥梁缆索攀爬机器人的研究现状，桥梁缆索攀爬机器人的发展还相对年轻。在桥梁缆索攀爬机器人中，机械结构是机器人系统的主体，是决定机器人后续相关设计的关键。目前，大部分桥梁缆索攀爬机器人受到机构关节多、体积大、笨重、负载能
力差等条件约束：机构关节多，则运动学解耦控制难度高，控制
精度无法达标；机器人体积大、笨重，则无法符合缆索作业要求，工业实用
水平低；负载能力差，则无法携带足够的检测设备执行巡检任务。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种缆索攀爬机器人，旨在解决
现有技术的桥梁缆索攀爬机器人受到机构关节多、体积大、笨重、负载能力差等条件约束而无法达到工业有效实用的问题。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种缆索攀爬机器人，包括：第一攀爬结构和第二攀爬结构，第一攀爬结构与第二攀爬结构相对设置，第一攀爬结构和第二攀爬结构均包括抱紧机构，抱紧机构用于抱紧缆索，且第一攀爬结构上的抱紧机构与第二攀爬结构上的抱紧机构交替抱紧缆索；驱动结构，驱动结构安装在第一攀爬结构与第二攀爬结构之间，其中，驱动结构包括连接组件、动力
电机、动力
齿轮、传动
齿条，连接组件与第一攀爬结构之间相对固定地连接，动力电机与动力齿轮均连接于连接组件，动力电机的
动力端与动力齿轮驱动连接以带动动力齿轮正转或反转，传动齿条固定连接在第二攀爬结构上，动力齿轮与传动齿条相
啮合。
[0005] 进一步地，抱紧机构包括上抱紧机构、下抱紧机构和
连接杆，连接组件固定连接在第一攀爬结构的连接杆上，传动齿条固定连接在第二攀爬结构的连接杆上，上抱紧机构和下抱紧机构均包括
支撑半环、驱动装置、传动装置、至少两个摆动臂和与摆动臂一一对应连接的夹紧足掌；上抱紧机构的支撑半环连接在连接杆的第一端，下抱紧机构的支撑半环连接在连接杆的第二端；驱动装置和传动装置均安装在支撑半环上，驱动装置与传动装置驱动连接，摆动臂与传动装置连接以带动夹紧足掌夹紧缆索。
[0006] 进一步地，连接结构包括滑轨、滑
块和连接板框，滑轨安装在第二攀爬结构的连接杆上，滑块安装在连接板框上，滑块设有滑槽，该滑槽与滑轨相嵌合，动力电机与动力齿轮均连接于连接板框上，连接板框与第一攀爬结构之间相对固定地连接。
[0007] 进一步地，滑轨包括第一导向滑轨、第二导向滑轨，滑块包括第一导向滑块、第二导向滑块，第一导向滑轨与第二导向滑轨安装在第二攀爬机构的同一个连接杆的相对两侧，第一导向滑块与第一导向滑轨相配合，第二导向滑块与第二导向滑轨相配合。
[0008] 进一步地，缆索攀爬机器人还包括
控制器，且驱动结构的数量为两个，两个驱动结构相对设置，控制器安装在其中一个驱动结构的连接组件上，控制器与两个驱动结构的动力电机均电连接以控制两个动力电机同步转动，驱动装置与控制器电连接。
[0009] 进一步地，驱动结构还包括第一
位置传感器和第二
位置传感器，第一位置传感器设置于第二攀爬结构的连接杆的第一端，第二位置传感器设置于同一连接杆的第二端，第一位置传感器和第二位置传感器均与控制器电连接，且第一位置传感器和第二位置传感器与滑块相配合。
[0010] 进一步地，第一攀爬结构和第二攀爬结构均包括支撑轮结构，每个支撑半环上设置有至少一个支撑轮结构，第一攀爬结构的支撑轮结构与第二攀爬结构的支撑轮结构关于缆索的中
心轴线对称设置。
[0011] 进一步地，支撑轮结构包括第一连接座体、第二连接座体、
曲拐支撑臂、弹性体和支撑轮组件，第一连接座体与第二连接座体均连接于支撑半环，曲拐支撑臂的曲拐部连接于第一连接座体，弹性体的第一端连接于第二连接座体，弹性体的第二端连接于曲拐支撑臂的第一端部，支撑轮组件安装于曲拐支撑臂的第二端部。
[0012] 进一步地，支撑轮组件包括曲拐轮座、第一支撑轮和第二支撑轮，曲拐轮座的曲拐部可转动地连接于曲拐支撑臂的第二端部，第一支撑轮连接于曲拐轮座的第一端，第二支撑轮连接于曲拐轮座的第二端。
[0013] 进一步地，缆索攀爬机器人还包括检测装置，至少一个上抱紧机构的支撑半环上安装有检测装置，检测装置与控制器电连接。
[0014] 本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明采用模仿树懒爬行方式进行仿
生物设计，只需通过相应的抱紧机构对缆索进行交替抱紧即可确保整个缆索攀爬机器人稳固在缆索上进行爬行，相对于现有的缆索攀爬机器人减少了众多关节结构的设计组成，实现了缆索攀爬机器人的小型化设计，并且在缆索攀爬机器人沿缆索爬行的过程中，通过相应的抱紧机构对缆索进行交替抱紧缆索而提升了机器人在攀爬过程中的负载能力。
附图说明
[0015] 图1是本发明
实施例的缆索攀爬机器人的装配结构的第一视
角的结构示意图；
[0016] 图2是本发明实施例的缆索攀爬机器人的装配结构的第二视角的结构示意图；
[0017] 图3是本发明实施例的缆索攀爬机器人中驱动结构与连接杆的第一视角的分解结构示意图；
[0018] 图4是本发明实施例的缆索攀爬机器人中驱动结构与连接杆的第二视角的分解结构示意图；
[0019] 图5是本发明实施例的缆索攀爬机器人的上抱紧机构或者下抱紧机构的装配结构的第一视角的示意图；
[0020] 图6是本发明实施例的缆索攀爬机器人的上抱紧机构或者下抱紧机构的装配结构的第二视角的示意图；
[0021] 图7是本发明实施例的缆索攀爬机器人中的支撑轮结构的装配结构示意图。
[0022] 在附图中，各附图标记表示：
[0023] 101、第一攀爬结构；102、第二攀爬结构；10、抱紧机构；20、驱动结构；21、连接组件；22、动力电机；23、动力齿轮；24、传动齿条；26、减速器；11、上抱紧机构；12、下抱紧机构；13、连接杆；111、支撑半环；112、驱动装置；113、传动装置；114、摆动臂；115、夹紧足掌；211、滑轨；212、滑块；213、连接板框；2111、第一导向滑轨；2112、第二导向滑轨；2121、第一导向滑块；2122、第二导向滑块；2131、第一框板；2132、第二框板；2133、第三框板；2134、固定连接架；30、支撑轮结构；31、第一连接座体；32、第二连接座体；33、曲拐支撑臂；34、弹性体；
35、支撑轮组件；351、曲拐轮座；352、第一支撑轮；353、第二支撑轮；40、检测装置；1131、传动
蜗杆；1132、传动蜗轮。
具体实施方式
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025] 如图1至图4所示，本实施例的缆索攀爬机器人包括第一攀爬结构101、第二攀爬结构102和驱动结构20，第一攀爬结构101与第二攀爬结构102相对设置，第一攀爬结构101和第二攀爬结构102均包括抱紧机构10，抱紧机构10用于抱紧缆索，且第一攀爬结构101上的抱紧机构10与第二攀爬结构102上的抱紧机构10交替抱紧缆索，驱动结构20安装在第一攀爬结构101与第二攀爬结构102之间，其中，驱动结构20包括连接组件21、动力电机22、动力齿轮23、传动齿条24，连接组件21与第一攀爬结构101之间相对固定地连接，动力电机22与动力齿轮23均连接于连接组件21，动力电机22的动力端与动力齿轮23驱动连接以带动动力齿轮23正转或反转，传动齿条24固定连接在第二攀爬结构102上，动力齿轮23与传动齿条24相啮合。
[0026] 应用该缆索攀爬机器人在缆索上进行爬行，特别针对大型桥梁的斜拉缆索，利用第一攀爬结构101或第二攀爬结构102的抱紧机构10轮流交替地抱紧缆索，当第一攀爬结构101的抱紧机构10抱紧缆索时，第二攀爬结构102的抱紧机构10放开缆索，并且动力电机22输出动力带动动力齿轮23正转，则第二攀爬结构102在传动齿条24的带动下沿缆索向上爬行，当传动齿条24相对于动力齿轮23运动至下端部时，则第二攀爬结构102的抱紧机构10抱紧缆索而第一攀爬结构101的抱紧机构10放开缆索，并且动力电机22带动动力齿轮23反转，此时动力齿轮23带动第一攀爬结构101沿缆索向上爬行至传动齿条24的上端部，如此交替运动地沿缆索向上爬行，采用模仿树懒爬行方式进行仿生物设计，只需通过相应的抱紧机构对缆索进行交替抱紧即可确保整个缆索攀爬机器人稳固在缆索上进行爬行，相对于现有的缆索攀爬机器人减少了众多关节结构的设计组成，实现了缆索攀爬机器人的小型化设计，并且在缆索攀爬机器人沿缆索爬行的过程中，通过相应的抱紧机构对缆索进行交替抱紧缆索而提升了机器人在攀爬过程中的负载能力，有利于携带更多的所需物品，进一步提升缆索攀爬机器人的
工业实用性能。
[0027] 如图5和图6所示，在本实施例中，抱紧机构10包括上抱紧机构11、下抱紧机构12和连接杆13，连接组件21固定连接在第一攀爬结构101的连接杆13上，传动齿条24固定连接在第二攀爬结构102的连接杆13上。在第一攀爬结构101或第二攀爬结构102对缆索进行抱紧时，例如第一攀爬结构101对缆索进行抱紧，此时，第一攀爬结构101上的上抱紧机构11和下抱紧机构12同时抱紧缆索，从而保证足够的挂载能力。具体地，上抱紧机构11和下抱紧机构12均包括支撑半环111、驱动装置112、传动装置113、至少两个摆动臂114和与摆动臂114一一对应连接的夹紧足掌115，在本实施例中，每个抱紧机构均由两个摆动臂114组成以对缆索形成抱紧。上抱紧机构11的支撑半环111连接在连接杆13的第一端，下抱紧机构12的支撑半环111连接在连接杆13的第二端。在本实施例中，一个抱紧机构10中装配有两个连接杆
13，两个连接杆13分别设置在支撑半环111的两端部。驱动装置112和传动装置113均安装在支撑半环111上。
[0028] 在本实施例中，支撑半环111的环形空间开设得足够宽阔，从而适应更大直径的缆索进行抱紧操作，同时也能够在针对不同直径的缆索进行抱紧过程中避免支撑半环111与缆索之间产生干涉而划伤缆索表面而造成对缆索的伤害，保证缆索攀爬机器人在攀爬过程中实现对缆索的全面保护。
[0029] 优选地，在该缆索攀爬机器人中，在支撑半环111还一一对应设置有辅助
弹簧(未图示)，辅助弹簧的第一端连接在支撑半环111上，辅助弹簧的第二端连接于夹紧足掌115的背面，并且夹紧足掌115与摆动臂114之间通过
轴承装配。这样，当夹紧足掌115在对缆索进行夹紧的过程中，在夹紧足掌115为适应缆索的柱面弧度时，辅助弹簧能够辅助夹紧足掌115始终保持加持稳定。即使在对不同半径的缆索时，此时在辅助弹簧辅助调节下进行迅速适应配合。
[0030] 具体地，为了使机器人在沿缆索攀爬的过程中更加稳定、顺畅，因此，本实施例的缆索攀爬机器人的连接组件21包括滑轨211、滑块212和连接板框213。滑轨211安装在第二攀爬结构102的连接杆13上，滑块212安装在连接板框213上，滑块212设有滑槽，该滑槽与滑轨211相嵌合，动力电机22与动力齿轮23均连接于连接板框213上，连接板框213与第一攀爬结构101之间相对固定地连接。其中，连接板框213由第一框板2131、第二框板2132、第三框板2133和固定连接架2134组成，固定连接架2134固定连接在第三框板2133的第一侧。滑轨211包括第一导向滑轨2111、第二导向滑轨2112，滑块212包括第一导向滑块2121、第二导向滑块2122，第一导向滑轨2111与第二导向滑轨2112安装在第二攀爬结构102的同一个连接杆13的相对两侧，第一导向滑块2121与第一导向滑轨2111相配合，第二导向滑块2122与第二导向滑轨2112相配合，并且第一导向滑块2121固定连接在第一框板2131上，第二导向滑块2122固定连接在第三框板2133的第二侧。
[0031] 如图3和图4所示，在本实施例的驱动结构20进行动力输出的过程中，为了提供更大的爬行力矩，因此，在动力电机22的动力输出端连接有减速器26，动力齿轮23通过减速器26进行减速增矩后输出动力以与传动齿条24之间啮合传动。
[0032] 在将缆索攀爬机器人安装在缆索上的过程中，首先使得第一攀爬结构101的抱紧机构10或第二攀爬结构102的抱紧机构10将缆索抱紧，然后将驱动结构20进行连接，当第一攀爬结构101的抱紧机构10抱紧缆索时，将第一导向滑块2121装配至第一导向滑轨2111上以及将第二导向滑块2122装配至第二导向滑轨2112上，此时，第一框板2131、第二框板2132、第三框板2133、固定连接架2134、动力电机22、动力齿轮23、减速器26等装配形成的模块化装配模块则整体地装配在第一攀爬结构101上，并使得动力齿轮23与传动齿条24之间相互啮合，然后将固定连接架2134固定连接在第二攀爬结构102的连接杆13上，此时则缆索攀爬机器人在缆索上安装完毕，启动动力电机22则可进行攀爬前进。
[0033] 在本实施例中，缆索攀爬机器人还包括控制器(未图示)，通过控制器对机器人的整个攀爬过程进行自动控制。并且，驱动结构20的数量为两个，两个驱动结构20相对设置。控制器安装在其中一个驱动结构20的连接组件21上，控制器与两个驱动结构20的动力电机
22均电连接以控制两个动力电机22同步转动，两个驱动结构20同步地输出攀爬所需的动力，使得机器人的爬行负载能够得到进一步提升。
[0034] 具体地，驱动装置112为输出电机，该输出电机与控制器电连接，传动装置113包括传动蜗杆1131和传动蜗轮1132，输出电机的输出端的齿轮与传动蜗杆1131中部的齿轮之间通过
齿形带进行传动，驱动装置112与传动装置113驱动连接，摆动臂114与传动装置113连接以带动夹紧足掌115夹紧缆索。当抱紧机构对缆索进行抱紧操作的过程中，控制器控制输出电机转动以带动传动蜗杆1131转动，传动蜗杆1131的端部上的
螺纹齿与传动蜗轮1132的蜗
轮齿啮合，从而带动摆动臂114相对缆索进行张开或闭合抱紧(输出电机正转则带动摆动臂114张开，输出电机反转则带动摆动臂114闭合抱紧)
[0035] 为了实现利用控制器对机器人的整个攀爬过程进行自动控制，因此，驱动结构20还包括第一位置传感器和第二位置传感器，第一位置传感器设置于第二攀爬结构102的连接杆13的第一端，第二位置传感器设置于同一连接杆13的第二端，第一位置传感器和第二位置传感器均与控制器电连接，且第一位置传感器和第二位置传感器与滑块212相配合。在第一攀爬结构101和第二攀爬结构102进行交替攀爬运动的过程中，当第一攀爬结构101相对于第二攀爬结构102向上爬行的行程行尽时，此时第一攀爬结构101的下端止挡块会触碰第二攀爬结构102上的第一位置传感器，从而出发控制器以控制第二攀爬结构102的抱紧机构10松开并且控制第一攀爬结构101的抱紧机构10抱紧缆索，然后控
制动力电机22换向转动，从而交替变换成第二攀爬结构102相对于第一攀爬结构101沿缆索向上爬行；当第二攀爬结构102相对于第一攀爬结构101的攀爬行程行尽时，第一攀爬结构101的上端止挡块会触碰第二攀爬结构102上的第二位置传感器，则控制器进行控制第一攀爬结构101的抱紧机构10松开而第二抱紧缆索，然后控制动力电机22再次换向转动，以此交替互换进行爬行运动。
[0036] 在本实施例中，该缆索攀爬机器人的第一攀爬结构101和第二攀爬结构102均包括支撑轮结构30，且每个支撑半环111上设置有至少一个支撑轮结构30，第一攀爬结构101的支撑轮结构30与第二攀爬结构102的支撑轮结构30关于缆索的中心轴线对称设置。当缆索攀爬机器人在缆索上进行攀爬运动的过程中，在夹紧足掌115夹紧缆索的同时，通过支撑轮结构30在缆索上进行辅助支撑行走。如图7所示，支撑轮结构30包括第一连接座体31、第二连接座体32、曲拐支撑臂33、弹性体34和支撑轮组件35，第一连接座体31与第二连接座体32均连接于支撑半环111，曲拐支撑臂33的曲拐部连接于第一连接座体31，弹性体34的第一端连接于第二连接座体32，弹性体34的第二端连接于曲拐支撑臂33的第一端部，支撑轮组件35安装于曲拐支撑臂33的第二端部。并且，支撑轮组件35包括曲拐轮座351、第一支撑轮352和第二支撑轮353，曲拐轮座351的曲拐部可转动地连接于曲拐支撑臂33的第二端部，第一支撑轮352连接于曲拐轮座351的第一端，第二支撑轮353连接于曲拐轮座351的第二端。如此，在机器人在攀爬行走的过程中，当机器人行进的前方缆索上出现了障碍物凸起，并且该障碍物凸起正好位于支撑轮组件35通过的位置，当支撑轮组件35到达障碍物凸起时，第一支撑轮352会被障碍物凸起所抬起，此时曲拐轮座351会绕其曲拐部的
转轴而转动，并且曲拐支撑臂33也会绕其曲拐部的转轴而转动，弹性体34受到压缩，待第一支撑轮352越过障碍物凸起之后，在第二支撑轮353越过障碍物凸起的过程中，曲拐轮座351、曲拐支撑臂33也会经过类似转动过程，在第二支撑轮353越过障碍物凸起之后，在弹性体34的作用下，第一支撑轮352与第二支撑轮353有再次同时支撑柱缆索。这样，通过支撑轮结构30的辅助支撑作用，能够辅助机器人在缆索上行走的过程更加稳定。
[0037] 具体地，如图5和图6所示，上抱紧机构11的支撑半环111上安装有检测装置40，检测装置40与控制器电连接。由于本实施例的缆索攀爬机器人相对于现有的缆索攀爬机器人的装载运输能力有了大限度的提升，因此，本实施例的缆索攀爬机器人能够携带更大型、更精密的检测装置40，从而获得更加全面、细致的检测数据，同时也能够状更大块的电源以提供充足的
电能，从而满足机器人进行长时间的巡检工作。
[0038] 参见图5和图6所示，驱动装置112与控制器电连接，驱动装置112与传动装置113驱动连接，摆动臂114与传动装置113连接以带动夹紧足掌115夹紧缆索。在进行攀爬运动的过程中，控制器控制驱动装置112输出动力，然后通过传动装置113将动力传递至摆动臂114，使得摆动臂114带动夹紧足掌115将缆索抱紧，其中，传动装置113由传动蜗杆1131和传动蜗轮1132组成。具体地，本实施例的缆索攀爬机器人装配了两个摆动臂114和两个传动蜗轮1132，摆动臂114的第一端与其中一个传动蜗轮1132固定连接，夹紧足掌115固定在相应的摆动臂114的第二端上，并且，传动蜗杆1131的两端均设有啮合螺纹，两个传动蜗轮1132间隔设置且两个传动蜗轮1132与传动蜗杆1131的两端啮合螺纹一一对应装配。当驱动装置
112带动传动蜗杆1131进行正转时，传动蜗杆1131与传动蜗轮1132啮合传动从而使得传动蜗轮1132带动摆动臂114进行张开；当驱动装置112带动传动蜗杆1131进行反转时，则传动蜗杆1131与传动蜗轮1132啮合传动从而使得传动蜗轮1132带动摆动臂114。
[0039] 应用本实施例的缆索攀爬机器人时候，具体包括以下实施步骤：
[0040] 第一步：上线准备，将第一攀爬结构101、第二攀爬结构102、驱动结构20进行装配在缆索上，并且将第一攀爬结构101上夹紧足掌115抱紧缆索；
[0041] 第二步：通过驱动结构20带动第二攀爬结构102相对于第一攀爬结构101上升运动，此时第二攀爬结构102的夹紧足掌115张开脱离缆索；
[0042] 第三步：当驱动结构20的连接组件21位于第二攀爬结构102的下端且驱动结构20的连接组件21位于第一攀爬结构101的上端时，此时第二攀爬结构102的夹紧足掌115抱紧缆索，第一攀爬结构101的夹紧足掌115张开脱离缆索，然后通过驱动结构20带动第一攀爬结构101相对于第二攀爬结构102向上运动；
[0043] 第四步：当驱动结构20的连接组件21位于第一攀爬结构101的下端且驱动结构20的连接组件21位于第二攀爬结构102的上端时，然后循环重复第二步、第三步，直至行走任务结束。
[0044] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
