一种仿脚扣式爬杆机器人

1.本发明涉及机器人领域，具体涉及一种仿脚扣式爬杆机器人。


背景技术：

2.随着人们生活水平的不断提高，用电需求越来越大，电力线路的安全稳定运行以及电力用户的不间断可靠供电变得尤为重要，配电网检修与维护成为供电公司的一项重要工作。电工攀爬电线杆是电力检修中必不可少的工作步骤，然而电工在攀爬过程中存在跌落及触电等多重危险。目前常用爬杆机器人代替人工爬杆辅助作业，然而很少有爬杆机器人可以在兼顾爬杆效率的同时可以灵活越障，因此，需要一种可爬杆并且可以越障的机器人。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种仿脚扣式爬杆机器人，其可以爬杆，且可以翻越障碍，用于向电线杆顶部运送工具。
4.在本发明的一个方面，本发明提出了一种仿脚扣式爬杆机器人。根据本发明的实施例，包括主机架以及对称安装在主机架两侧的髋关节机架、大腿机架、膝关节机架、小腿机架、脚踝机架、脚板架、脚扣；
5.所述髋关节机架对称固定在主机架两侧，所述髋关节机架上固定有固定轴，所述固定轴上固定有固定齿轮，所述大腿机架与固定轴通过轴承连接，所述大腿机架上固定有电机一，所述电机一的输出轴与主动齿轮一固定，所述主动齿轮一与固定齿轮啮合连接；
6.所述大腿机架固定有电机二，所述电机二的输出轴与主动齿轮二固定，所述大腿机架远离髋关节机架的侧部与转轴通过轴承连接，所述转轴上固定有从动齿轮，所述主动齿轮二与从动齿轮啮合连接，所述转轴两端分别与膝关节机架固定；
7.所述膝关节机架下端固定有电机三，所述电机三的输出轴与小腿机架上端固定，所述脚踝机架固定在小腿机架下端，所述脚板架安装在脚踝机架上，所述脚扣固定在脚板架上。
8.另外，根据本发明上述实施例的一种仿脚扣式爬杆机器人，还可以具有如下附加的技术特征：
9.在本发明的一些实施例中，所述主机架包括箱体和壳盖，所述箱体内安装有电池、控制器、置物板，所述箱体内安装有空心轴，所述空心轴两端分别与安装髋关节机架的箱体侧壁固定。
10.在本发明的一些实施例中，所述髋关节机架包括两个对称设置的横梁、半圆固定卡板，所述横梁上端和下端分别固定有三角板，位于上方的两个所述三角板以及位于下方的两个所述三角板分别通过连接杆固定，靠近所述主机架的横梁通过两个斜杆与另外一个横梁的两个三角板分别固定，靠近所述主机架的两个三角板以及横梁上分别固定有凸台，所述主机架上设有与凸台相对应的凸台定位槽，所述横梁远离三角板的一端设有半圆弧
槽，所述半圆固定卡板与横梁固定，所述固定轴通过键连接固定在半圆弧槽与半圆固定卡板组成的圆孔内。
11.在本发明的一些实施例中，所述大腿机架包括两个对称设置的大腿板，两个所述大腿板之间通过两个加强板固定，所述大腿板上设置有多个安装孔。
12.在本发明的一些实施例中，所述膝关节机架由两组对称的半机架组成，所述半机架包括半安装筒，所述半安装筒上端和下端分别固定有上盖板和安装环，所述上盖板上端固定有l型板，所述l型板固定在转轴上，所述电机三安装在两个半安装筒内。
13.在本发明的一些实施例中，还包括小腿加强筒，所述小腿加强筒与安装环固定，所述小腿机架安转在小腿加强筒内。
14.在本发明的一些实施例中，所述小腿机架包括空心柱，所述电机三的输出轴与法兰固定，所述空心柱上端固定有与法兰相适配的凹凸板，所述凹凸板与法兰固定。
15.在本发明的一些实施例中，所述脚踝机架包括脚踝柱，所述脚踝柱下端对称固定有两个竖板，所述竖板上设置有脚踝孔，所述两个竖板之间安装有脚踝轴，所述脚踝轴两端分别伸入脚踝孔内与脚踝孔通过轴承连接。
16.在本发明的一些实施例中，所述脚踝轴两端分别穿过脚板架且通过锁紧螺母与脚板架固定，所述脚踝轴与脚板架通过键连接，所述脚踝轴上且位于竖板之间套设有扭簧。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1)模拟工人使用脚扣登杆的动作，将脚扣与机械臂结合设计了一种爬杆机器人。
19.2)本发明的机器人设计八自由度多关节机械臂，具备爬杆和越障两种功能，可根据障碍物大小、形状调整关节角度实现灵活越障。
20.3)本发明关节使用间接驱动方式，在膝关节和髋关节输出扭矩后使用单级齿轮传动减速扩大扭矩，提升爬杆机器人的承载能力。
附图说明
21.图1是本发明实施例中一种仿脚扣式爬杆机器人的结构示意图；
22.图2是图1中a处的放大图；
23.图3是图1中b处的放大图；
24.图4是本发明实施例中一种仿脚扣式爬杆机器人的俯视图；
25.图5是本发明实施例中一种仿脚扣式爬杆机器人的部分结构的剖视图；
26.图6是图5中c处的放大图；
27.图7是本发明实施例中一种仿脚扣式爬杆机器人的爬杆示意图一；
28.图8是本发明实施例中一种仿脚扣式爬杆机器人的爬杆示意图二；
29.图9是本发明实施例中脚扣的结构示意图；
30.图中，1、主机架，101、箱体，102、空心轴，103、凸台定位槽，2、髋关节机架，201、横梁，202、三角板，203、半圆固定卡板，204、凸台，205、半圆弧槽，206、连接杆，207、斜杆，3、大腿机架，301、大腿板，302、加强板，4、膝关节机架，401、半安装筒，402、上盖板，403、安装环，404、l型板，5、小腿机架，501、空心柱，502、凹凸板，6、脚踝机架，601、脚踝柱，602、竖板，603、脚踝轴，604、扭簧，605、锁紧螺母，7、脚板架，8、脚扣，9、小腿加强筒，10、固定轴，11、固定齿轮，12、电机一，13、主动齿轮一，14、电机二，15、主动齿轮二，16、转轴，17、从动齿轮，
18、电机三，19、法兰，20、电线杆。
具体实施方式
31.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的一部分实施例，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。
32.请参阅图1-9所示，一种仿脚扣式爬杆机器人，包括主机架1以及对称安装在主机架1两侧的髋关节机架2、大腿机架3、膝关节机架4、小腿机架5、脚踝机架6、脚板架7、脚扣8、小腿加强筒9。
33.如图4所示，主机架1包括箱体101和壳盖(图中未示出)，箱体101由钢制制成，箱体101内安装有空心轴102，空心轴102两端分别与安装髋关节机架2的箱体101侧壁固定，空心轴102相对于实心轴不仅可以减轻重量，而且可以承受较大的扭矩。箱体101内安装有电池、控制器、置物板，电池用于供电，电池与需要供电的设备电性连接，控制器用于控制机器人的各部件工作，置物板用于放置检修所需的设备。
34.如图2所示，髋关节机架2对称固定在主机架1两侧，髋关节机架2包括两个对称设置的横梁201、两个半圆固定卡板203。横梁201上端和下端分别固定有三角板202，位于横梁201上方的两个三角板202以及位于横梁201下方的两个三角板202分别通过连接杆206固定，靠近主机架1的横梁201通过两个斜杆207与另外一个横梁201的两个三角板202分别固定。靠近主机架1的两个三角板202以及横梁201上分别固定有凸台204，主机架1上设有与凸台204相对应的凸台定位槽103，主机架1与髋关节机架2通过凸台204与凸台定位槽103定位，再通过螺栓进行紧固。横梁201远离三角板202的一端设有半圆弧槽205，半圆固定卡板203与横梁201通过螺栓固定，半圆弧槽205与半圆固定卡板203组成完整的圆孔。
35.如图4所示，髋关节机架2上固定有固定轴10，固定轴10通过键连接固定在半圆弧槽205与半圆固定卡板203组成的圆孔内。固定轴10上固定有固定齿轮11，大腿机架3与固定轴10通过轴承连接。大腿机架3上固定有电机一12，电机一12的输出轴与主动齿轮一13固定，主动齿轮一13与固定齿轮11啮合连接。启动电机一12，电机一12可带动主动齿轮一13围绕固定齿轮11进行转动，主动齿轮一13带动大腿机架3围绕固定齿轮11的中心进行转动。
36.如图4所示，大腿机架3包括两个对称设置的大腿板301，大腿板301与固定轴10通过轴承连接。两个大腿板301之间通过两个加强板302固定，大腿板301上设置有多个安装孔，安装孔用于安装固定轴10、转轴16等。大腿板301侧壁上固定有电机二14，电机二14的输出轴与主动齿轮二15固定，主动齿轮二15设置在两个大腿板301之间。大腿机架3远离髋关节机架2的侧部与转轴16通过轴承连接，转轴16上固定有从动齿轮17，主动齿轮二15与从动齿轮17啮合连接，转轴16两端伸出大腿机架3分别与膝关节机架4固定。电机二14可带动主动齿轮二15转动，主动齿轮二15带动从动齿轮17转动，从动齿轮17带动转轴16以及膝关节机架4转动。
37.如图1、5、6、7所示，膝关节机架4由两组对称的半机架组成，半机架包括半安装筒401，两个半安装筒401通过螺栓固定。半安装筒401上端和下端分别固定有上盖板402和安装环403，上盖板402、安装环403、半安装筒401为一体成型结构。上盖板402上端固定有l型
板404，l型板404的竖板602固定在转轴16上。两个半安装筒401围成的空腔内固定有电机三18，电机三18的输出轴与法兰19固定。
38.如图6所示，小腿加强筒9与安装环403通过螺栓固定。小腿机架5安转在小腿加强筒9内，小腿机架5包括空心柱501，空心柱501上端固定有与法兰19相适配的凹凸板502，凹凸板502与法兰19固定，从而将电机三18的输出轴与小腿机架5上端固定。通过电机三18可带动小腿机架5进行转动。机器人腿部要承受很大的扭矩，如果直接将小腿机架5连接在膝关节机架4上，小腿机架5轴向扭转，必定会使电机三18的轴向和径向收到较大的力而造成电机三18的损坏。通过小腿加强筒9使机器人腿部的力主要分散在膝关节机架4与小腿机架5上，而电机三18不受轴向和径向的力。为了使小腿承受轴向力的同时，且可以相对于膝关节轴向转动，可在小腿加强筒9内安装推力轴承，使空心柱501与小腿加强筒9通过轴承连接。
39.如图3所示，脚踝机架6固定在小腿机架5下端，脚踝机架6包括固定在空心柱501下端的脚踝柱601，脚踝柱601下端对称固定有两个竖板602，竖板602上设置有脚踝孔，两个竖板602之间安装有脚踝轴603，脚踝轴603两端分别伸入脚踝孔内与脚踝孔通过轴承连接，在脚踝轴603与脚踝孔之间安装滑动轴承套筒减小磨损。脚踝轴603两端分别穿过脚板架7且通过锁紧螺母605与脚板架7固定，锁紧螺母605可实现脚踝轴603的轴向固定，脚踝轴603与脚板架7通过键连接，实现脚踝轴603的周向固定。脚踝轴603上且位于竖板602之间套设有扭簧604，可以使小腿机架5在提升时脚板架7能够稳定在水平状态而使小腿机架5顺利地提升脚扣8。在脚板架7上端且位于脚踝柱601前后侧固定有限位板，防止脚踝机架6向后转动。
40.如图9所示，脚扣8固定在脚板架7上。脚扣8为现有技术，脚扣8包括扣带、踏板、扣体，防滑橡皮，为了使脚板架7与脚扣8之间可靠连接，可使脚扣8的踏板焊接在脚板架7上。
41.工作原理：当爬杆机器人需要爬杆时，如图8所示，将两个脚扣8一高一低安装在电线杆20上，以较高的脚扣8与电线杆20的自锁点为承重点，然后利用电机三18带动小腿机架5进行转动，再通过小腿机架5带动脚板架7进行转动，使较低的脚扣8离开电线杆20，然后再通过电机一12带动大腿机架3抬高，利用电机二14将小腿机架5抬高到合适位置，然后再利用电机三18带动小腿机架转动将脚扣8重新卡在电线杆20上，即使较低的脚扣8先越过较高的脚扣8，然后再将初始的较低脚扣8抬高到较高脚扣8的上方合适位置，按照上述动作循环，即可使机器人完成爬杆动作。
42.当遇到障碍物时，由工作人员进行操控，先利用电机三18将脚扣8从电线杆20上移走，然后通过电机一12和电机二14配合，将与障碍物同侧的膝关节机架4后撤，防止膝关节机架4和小腿机架5等在后续的提升过程中与障碍物接触。利用电机一12和电机二14提升远离障碍物一侧的大腿机架3，使箱体101随着大腿机架3的转动一起升高，使障碍物一侧的各个关节机架一起升高，从而越过障碍物。
43.以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种仿脚扣式爬杆机器人，其特征在于：包括主机架以及对称安装在主机架两侧的髋关节机架、大腿机架、膝关节机架、小腿机架(小腿加强筒)、脚踝机架(脚踝架)、脚板架(脚)、脚扣；所述髋关节机架对称固定在主机架两侧，所述髋关节机架上固定有固定轴，所述固定轴上固定有固定齿轮，所述大腿机架与固定轴通过轴承连接，所述大腿机架上固定有电机一，所述电机一的输出轴与主动齿轮一固定，所述主动齿轮一与固定齿轮啮合连接；所述大腿机架固定有电机二，所述电机二的输出轴与主动齿轮二固定，所述大腿机架远离髋关节机架的侧部与转轴通过轴承连接，所述转轴上固定有从动齿轮，所述主动齿轮二与从动齿轮啮合连接，所述转轴两端分别与膝关节机架固定；所述膝关节机架下端固定有电机三，所述电机三的输出轴与小腿机架上端固定，所述脚踝机架固定在小腿机架下端，所述脚板架安装在脚踝机架上，所述脚扣固定在脚板架上。2.根据权利要求1所述的一种仿脚扣式爬杆机器人，其特征在于：所述主机架包括箱体和壳盖，所述箱体内安装有电池、控制器、置物板，所述箱体内安装有空心轴，所述空心轴两端分别与安装髋关节机架的箱体侧壁固定。3.根据权利要求1所述的一种仿脚扣式爬杆机器人，其特征在于：所述髋关节机架包括两个对称设置的横梁、半圆固定卡板，所述横梁上端和下端分别固定有三角板，位于上方的两个所述三角板以及位于下方的两个所述三角板分别通过连接杆固定，靠近所述主机架的横梁通过两个斜杆与另外一个横梁的两个三角板分别固定，靠近所述主机架的两个三角板以及横梁上分别固定有凸台，所述主机架上设有与凸台相对应的凸台定位槽，所述横梁远离三角板的一端设有半圆弧槽，所述半圆固定卡板与横梁固定，所述固定轴通过键连接固定在半圆弧槽与半圆固定卡板组成的圆孔内。4.根据权利要求1所述的一种仿脚扣式爬杆机器人，其特征在于：所述大腿机架包括两个对称设置的大腿板，两个所述大腿板之间通过两个加强板固定，所述大腿板上设置有多个安装孔。5.根据权利要求1所述的一种仿脚扣式爬杆机器人，其特征在于：所述膝关节机架由两组对称的半机架组成，所述半机架包括半安装筒，所述半安装筒上端和下端分别固定有上盖板和安装环，所述上盖板上端固定有l型板，所述l型板固定在转轴上，所述电机三安装在两个半安装筒内。6.根据权利要求5所述的一种仿脚扣式爬杆机器人，其特征在于：还包括小腿加强筒，所述小腿加强筒与安装环固定，所述小腿机架安转在小腿加强筒内。7.根据权利要求1所述的一种仿脚扣式爬杆机器人，其特征在于：所述小腿机架包括空心柱，所述电机三的输出轴与法兰固定，所述空心柱上端固定有与法兰相适配的凹凸板，所述凹凸板与法兰固定。8.根据权利要求1所述的一种仿脚扣式爬杆机器人，其特征在于：所述脚踝机架包括脚踝柱，所述脚踝柱下端对称固定有两个竖板，所述竖板上设置有脚踝孔，所述两个竖板之间安装有脚踝轴，所述脚踝轴两端分别伸入脚踝孔内与脚踝孔通过轴承连接。9.根据权利要求8所述的一种仿脚扣式爬杆机器人，其特征在于：所述脚踝轴两端分别穿过脚板架且通过锁紧螺母与脚板架固定，所述脚踝轴与脚板架通过键连接，所述脚踝轴上且位于竖板之间套设有扭簧。

技术总结
本发明公开了一种仿脚扣式爬杆机器人，包括主机架以及对称安装在主机架两侧的髋关节机架、大腿机架、膝关节机架、小腿机架、脚踝机架、脚板架、脚扣；髋关节机架对称固定在主机架两侧，髋关节机架上固定有固定轴，固定轴上固定有固定齿轮，大腿机架与固定轴通过轴承连接，大腿机架上固定有电机一，电机一的输出轴与主动齿轮一固定，主动齿轮一与固定齿轮啮合连接；大腿机架固定有电机二，电机二的输出轴与主动齿轮二固定，大腿机架远离髋关节机架的侧部与转轴通过轴承连接，转轴上固定有从动齿轮，主动齿轮二与从动齿轮啮合连接，转轴两端分别与膝关节机架固定。该仿脚扣式爬杆机器人可以爬杆，且可以翻越障碍，用于向电线杆顶部运送设备。运送设备。运送设备。


技术研发人员：冯玉 吴少雷 吴凯 骆晨 王明 戚振彪 黄道友 詹斌 李君 冯乔 葛明明 王智坚 李飞龙 李洪康 解美堂 王伟
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/9/6