本发明涉及外骨骼机器人，具体是一种电网用辅助攀登外骨骼机器人。
背景技术：
1、外骨骼机器人作为一种先进的可穿戴机械装置，其应用广泛且影响深远。在医疗康复领域，它帮助下肢运动障碍患者恢复行走能力，改善生活质量，加速康复进程。在军事与救援方面，外骨骼机器人增强了士兵的体能，提高了救援效率，使救援行动更加高效和安全。工业与物流领域则借助外骨骼机器人辅助搬运重物，减轻工人负担，提升工作效率。总之，外骨骼机器人在多个领域发挥着重要作用，推动了科技与社会的融合发展。
2、电网攀登是电力工人进行设备维护、检修和故障排查的重要手段。通过攀登电线杆，工人可以近距离检查线路、变压器等设备的运行状态，及时发现并处理潜在的安全隐患，确保电网的稳定运行。电线杆的攀爬过程极其消耗工人的体力，并且存在坠落的风险，为此，将外骨骼机器人用于辅助工人攀登电线杆成为很多科研团队研究的课题，然而，目前的外骨骼机器人难以同时满足攀登和防坠落的使用要求。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，以解决现有技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，包括背杆和助力电机，背杆两端对称并转动安装有肩杆，肩杆一端转动安装有大臂连杆，助力电机输出轴贯穿大臂连杆并安装有大臂板，大臂板上安装有大臂绑带，大臂板一端活动安装有传力连接板，传力连接板通过万向节活动安装有攀登机械臂，攀登机械臂上安装有对接器，背杆上安装有肩带。
3、攀登机械臂内安装有控制系统，控制系统用于控制整个外骨骼机器人，控制系统与外部遥控器连接，工作人员可通过遥控器控制外骨骼机器人的运行；助力电机可带动大臂板转动，为人体大臂提供动力；大臂绑带用于将大臂板牢固固定在工作人员的大臂外侧；背杆上的肩带便于将整个外骨骼机器人穿戴在工作人员身上；传力连接板与大臂滑动并转动连接。
4、攀登机械臂包括机械臂骨架，机械臂骨架与传力连接板通过万向节连接，机械臂骨架上滑动安装有锁紧机构，机械臂骨架上转动安装有动力检测轮组，动力检测轮组与锁紧机构转动连接；机械臂骨架包括扶手杆，扶手杆两端对称安装有侧曲杆，侧曲杆通过万向节与传力连接板连接，侧曲杆上安装有滑动连板，滑动连板与锁紧机构滑动连接，扶手杆上对称安装有连接块，连接块上安装有轮胎连接杆，轮胎连接杆两端对称安装有轮胎连接件，轮胎连接件上转动安装有动力检测轮组，侧曲杆上安装有齿轮杆。扶手杆用于给工作人员抓握。
5、锁紧机构包括锁紧齿条和锁紧齿轮，锁紧齿轮上分别设有第一轮齿和第二轮齿，锁紧齿轮通过第一轮齿与锁紧齿条啮合传动，锁紧齿轮通过第二轮齿与动力检测轮组啮合传动，锁紧齿条滑动安装在滑动连板底端，锁紧齿条一端安装有锁紧块，锁紧齿轮转动安装在齿轮杆上。锁紧块采用高摩擦系数材料制成，且表面设有防滑纹路。
6、当工作人员在攀登或作业中失足坠落时，人体大臂拉动大臂板，大臂板通过传力连接板给攀登机械臂向下的下坠力，下坠力带动攀登机械臂向下，下坠力带动外轮圈反向转动，此时，在下坠力顺时的作用下快速反向转动的外轮圈，及在输出电机作用下正向转动的内轮圈，使检测弹簧瞬间被完全压缩，检测杆带动传动头转动，直至传动头内的限位滑块与曲壳一端产生挤压，限位滑块受到挤压后克服限位弹簧弹力而滑动，限位滑块滑开，使连接头失去约束，在连接弹簧作用下，连接头快速收回至外轮圈内，外轮圈与内轮圈断开，使外轮圈在下坠力作用下绕内轮圈外边缘快速旋转，外轮圈通过第二棘爪组件带动锁紧齿轮旋转，锁紧齿轮带动锁紧齿条滑动，锁紧齿条带动锁紧块向中心快速收紧，锁紧块与电线杆快速锁紧，使攀登机械臂与电线杆锁定，从而阻止工作人员下坠，控制系统同步向地面控制中心发出急救信号。
7、动力检测轮组包括输出电机和第一棘爪组件，输出电机输出轴贯穿轮胎连接件并安装有内轮圈，内轮圈上转动安装有外轮圈，内轮圈上安装有检测器，检测器一端安装有传动头，外轮圈内滑动安装有连接组件，连接组件与传动头嵌合，第一棘爪组件安装在轮胎连接件上，外轮圈一侧安装有第二棘爪组件，外轮圈通过第二棘爪组件与第二轮齿单向啮合传动，内轮圈内滑动安装有感应器。
8、外轮圈外层采用高摩擦系数材料制成，并设有防滑纹路。第一棘爪组件使内轮圈只能朝单一方向旋转。外轮圈在沿电线杆旋转上行的过程中，由于第二棘爪组件的特性，不对第二轮齿传动。
9、工作人员通过遥控器按需开启驱动电机，驱动电机带动动力检测轮组旋转，内轮圈旋转并带动曲壳转动，曲壳通过检测弹簧带动压片及检测杆旋转，检测杆通过传动头带动连接组件旋转，连接组件带动外轮圈旋转，外轮圈在摩擦力和重力作用下产生一个与旋转方向相反的反向力，反向力传递至检测弹簧时，检测弹簧在反向力和旋转力矩的作用下被部分压缩，检测弹簧压缩同时检测杆与曲壳产生相对滑动，检测杆一侧的传动头跟随检测杆一起滑动；
10、检测器包括曲壳，曲壳安装在内轮圈上，曲壳内滑动安装有压片，压片中心安装有检测杆，压片与曲壳之间安装有检测弹簧，检测杆一端安装有传动头。
11、传动头包括传动壳，传动壳与检测杆一端连接，传动壳底端安装有传动触头，传动壳内滑动安装有限位滑块，限位滑块与传动壳之间安装有限位弹簧；连接组件包括连接头，连接头滑动安装有外轮圈内，连接头与外轮圈之间安装有连接弹簧，连接头通过连接件安装有第一拨杆，第一拨杆贯穿外轮圈，外轮圈上设有便于第一拨杆上下滑动的槽孔。
12、外轮圈和内轮圈外侧设有用于对齐的定位线，工作人员旋转外轮圈使外轮圈与内轮圈通过定位线对齐，此连接头刚好位于传动头位置处，工作人员拉动第一拨杆带动连接头下滑，使连接头进入传动壳内，连接头上的斜面挤压限位滑块，限位块受挤压并产生侧向位移，当连接头下滑到位后，限位滑块在限位弹簧作用下复位，使得连接头被限位滑块卡住，达到嵌合连接效果。
13、感应器包括感应触头和压电元件，感应触头滑动安装在内轮圈内，感应触头与内轮圈之间安装有感应弹簧，压电元件安装在内轮圈内，压电元件位于感应弹簧内。
14、将感应器安装在预设位置，传动头上的检测触头滑过感应触头时，会对感应触头产生挤压，感应触头受到挤压克服感应弹簧弹力而回缩，此时感应触头底端挤压压电元件，压电元件受到挤压后产生电流，并传送给控制系统，控制记录电信号，此时，表明外轮圈与电线杆表面的接触良好，具有足够的摩擦力支持外轮圈旋转。外轮圈旋转带动攀登机械臂向上，攀登机械臂通过传力连接板向大臂板提供向上的推力，大臂板将推力传递给工作人员的大臂，实现对工作人员的辅助攀登作用。当攀登至要求高度时，驱动电机关闭，内轮圈在第一棘爪组件的作用下，无法反向向下转动，进而外轮圈也无法转动，此时，攀登机械臂静止在电线杆上，工作人员抬臂作业时，攀登机械臂可以对上方工作人员大臂起到支撑作用。
15、对接器包括对接外壳、卡位块、对接齿条和锁紧电机，对接外壳安装在一侧侧曲杆上，对接齿条安装在另一侧侧曲杆上，锁紧电机输出轴贯穿对接外壳并安装有对接齿轮，对接齿轮与侧曲杆转动连接，卡位块滑动安装在侧曲杆上，卡位块与对接外壳之间安装有卡位弹簧，卡位块上安装有第二拨杆，第二拨杆贯穿对接外壳。
16、卡位块上的卡齿一侧为斜面，另一侧为竖直面，竖直面用于将对接齿条卡紧，卡位块和锁紧电机共同配合将对接齿条锁紧。
17、工作人员先将外骨骼机器人穿戴好，通过扶手杆将两侧攀登机械臂对接，使电线杆位于攀登机械臂中间，对接时，对接齿条穿过对接外壳，并与对接齿轮啮合传动，控制系统开启锁紧电机，锁紧电机输出轴带动对接齿轮旋转，对接齿轮带动对接齿条滑动，对接齿条滑动时，其上卡齿斜面挤压卡位块上的卡齿斜面，使卡位块克服卡位弹簧弹力下滑，让对接齿条滑行通过，对接齿条拉动侧曲杆，在对接齿轮和对接齿条的对拉作用下，两侧攀登机械臂被对拉锁紧，锁紧攀登机械臂使外轮圈与电线紧密接触，保证了外轮圈与电线杆的摩擦力充足，对接齿条就位后，被卡位块通过卡齿卡紧固定，工作人员通过调整手臂位置，使攀登机械臂位于大臂下方。工作人员可以通过向下拨动第二拨杆，使卡位块向下滑动，对接齿条失去约束，从而与对接齿轮分离，达到攀登机械臂分离的作用。
18、当工作人员攀登时，由于电线杆直径减小，会使拉紧的攀登机械臂松动，攀登机械臂松动从而使外轮圈与电线杆的摩擦力减小，外轮圈旋转时，由于摩擦力不足而产生打滑，打滑时，外轮圈断开与电线杆表面的接触，施加在检测弹簧上的方向力消失，在检测弹簧的弹力作用下，检测杆带动传动头回弹复位，回弹过程中传动触头再次挤压感应触头，使压电元件再次产生电信号，控制系统接收电信号后，自动开启锁紧电机，锁紧电机，锁紧电机带动对接齿轮旋转，从而使对接器进一步收紧，从而带动攀登机械臂再次锁紧，达到自动防止攀登机械臂松动的目的。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20、1、本发明利用人体的下坠力带动外轮圈快速反转，使检测弹簧瞬间被完全压缩，压缩时的挤压力使连接组件与传动头快速脱离，让外轮圈与内轮圈断开，外轮圈带动锁紧块伸长，使攀登机械臂与电线杆锁定，从而阻止工作人员下坠，控制系统同步向地面控制中心发出急救信号，达到防坠落的目的。
21、2、利用检测器配合感应器识别外轮圈是否打滑，当出现打滑时，自动开启锁紧电机对对接器进行拉紧，从而带动攀登机械臂再次锁紧，使攀登机械臂攀爬过程中，能根据电线杆的直径变化自动收紧，保证外轮圈的摩擦力充足，达到自动防止攀登机械臂松动的目的。
22、3、将外轮圈与电线杆的摩擦力转化为检测器内检测弹簧的形变，并感应触头位置为合格标准，当摩擦力充足而使检测弹簧压缩量足够时，检测触头会滑过感应触头，控制系统将压电元件产生的电信号记录，表明此时外轮圈与电线杆表面的接触良好，具有足够的摩擦力支持外轮圈旋转，达到外轮圈摩擦力检测的目的。
23、4、利用对接齿轮与对接齿条带动两侧攀登机械臂对拉，之后，利用卡位块将卡紧固定，再配合锁紧电机的输出扭矩，达到攀登机械臂自动锁紧的目的，锁紧攀登机械臂使外轮圈与电线紧密接触，保证了外轮圈与电线杆的摩擦力充足；工作人员可以通过向下拨动第二拨杆，使卡位块向下滑动，对接齿条失去约束，从而与对接齿轮分离，达到攀登机械臂分离的作用。
24、5、利用攀登机械臂为工作人员提供攀登助力，并为作业人员提供作业支撑。
1.一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，其特征在于：所述外骨骼机器人包括背杆（1）和助力电机（6），所述背杆（1）两端对称并转动安装有肩杆（2），所述肩杆（2）一端转动安装有大臂连杆（3），所述助力电机（6）输出轴贯穿大臂连杆（3）并安装有大臂板（5），所述大臂板（5）上安装有大臂绑带（4），所述大臂板（5）一端活动安装有传力连接板（7），所述传力连接板（7）通过万向节活动安装有攀登机械臂（8），所述攀登机械臂（8）上安装有对接器（9），所述背杆（1）上安装有肩带。
2.根据权利要求1所述的一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，其特征在于：所述攀登机械臂（8）包括机械臂骨架（81），所述机械臂骨架（81）与传力连接板（7）通过万向节连接，所述机械臂骨架（81）上滑动安装有锁紧机构（82），所述机械臂骨架（81）上转动安装有动力检测轮组（83），所述动力检测轮组（83）与锁紧机构（82）转动连接；所述机械臂骨架（81）包括扶手杆（812），所述扶手杆（812）两端对称安装有侧曲杆（811），所述侧曲杆（811）通过万向节与传力连接板（7）连接，所述侧曲杆（811）上安装有滑动连板（814），所述滑动连板（814）与锁紧机构（82）滑动连接，所述扶手杆（812）上对称安装有连接块（815），所述连接块（815）上安装有轮胎连接杆（816），所述轮胎连接杆（816）两端对称安装有轮胎连接件（817），所述轮胎连接件（817）上转动安装有动力检测轮组（83），所述侧曲杆（811）上安装有齿轮杆（813）。
3.根据权利要求2所述的一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，其特征在于：所述锁紧机构（82）包括锁紧齿条（821）和锁紧齿轮（823），所述锁紧齿轮（823）上分别设有第一轮齿（8231）和第二轮齿（8232），所述锁紧齿轮（823）通过第一轮齿（8231）与锁紧齿条（821）啮合传动，所述锁紧齿轮（823）通过第二轮齿（8232）与动力检测轮组（83）啮合传动，所述锁紧齿条（821）滑动安装在滑动连板（814）底端，所述锁紧齿条（821）一端安装有锁紧块（822），所述锁紧齿轮（823）转动安装在齿轮杆（813）上。
4.根据权利要求3所述的一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，其特征在于：所述动力检测轮组（83）包括输出电机（831）和第一棘爪组件（834），所述输出电机（831）输出轴贯穿轮胎连接件（817）并安装有内轮圈（833），所述内轮圈（833）上转动安装有外轮圈（832），所述内轮圈（833）上安装有检测器（835），所述检测器（835）一端安装有传动头（837），所述外轮圈（832）内滑动安装有连接组件（838），所述连接组件（838）与传动头（837）嵌合，所述第一棘爪组件（834）安装在轮胎连接件（817）上，所述外轮圈（832）一侧安装有第二棘爪组件（839），所述外轮圈（832）通过第二棘爪组件（839）与第二轮齿（8232）单向啮合传动，所述内轮圈（833）内滑动安装有感应器（836）。
5.根据权利要求4所述的一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，其特征在于：所述检测器（835）包括曲壳（8351），所述曲壳（8351）安装在内轮圈（833）上，所述曲壳（8351）内滑动安装有压片（8354），所述压片（8354）中心安装有检测杆（8352），所述压片（8354）与曲壳（8351）之间安装有检测弹簧（8353），所述检测杆（8352）一端安装有传动头（837）。
6.根据权利要求5所述的一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，其特征在于：所述传动头（837）包括传动壳（8371），所述传动壳（8371）与检测杆（8352）一端连接，所述传动壳（8371）底端安装有传动触头（8372），所述传动壳（8371）内滑动安装有限位滑块（8373），所述限位滑块（8373）与传动壳（8371）之间安装有限位弹簧（8374）；所述连接组件（838）包括连接头（8382），所述连接头（8382）滑动安装有外轮圈（832）内，所述连接头（8382）与外轮圈（832）之间安装有连接弹簧（8381），所述连接头（8382）通过连接件安装有第一拨杆（8383），所述第一拨杆（8383）贯穿外轮圈（832），所述外轮圈（832）上设有便于第一拨杆（8383）上下滑动的槽孔。
7.根据权利要求6所述的一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，其特征在于：所述感应器（836）包括感应触头（8361）和压电元件（8363），所述感应触头（8361）滑动安装在内轮圈（833）内，所述感应触头（8361）与内轮圈（833）之间安装有感应弹簧（8362），所述压电元件（8363）安装在内轮圈（833）内，所述压电元件（8363）位于感应弹簧（8362）内。
8.根据权利要求2所述的一种电网用辅助攀登外骨骼机器人，其特征在于：所述对接器（9）包括对接外壳、卡位块（96）、对接齿条（91）和锁紧电机（93），所述对接外壳安装在一侧侧曲杆（811）上，所述对接齿条（91）安装在另一侧侧曲杆（811）上，所述锁紧电机（93）输出轴贯穿对接外壳并安装有对接齿轮（94），所述对接齿轮（94）与侧曲杆（811）转动连接，所述卡位块（96）滑动安装在侧曲杆（811）上，所述卡位块（96）与对接外壳之间安装有卡位弹簧（92），所述卡位块（96）上安装有第二拨杆（95），所述第二拨杆（95）贯穿对接外壳。
