CN102774443A - 柔性表面爬行机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性表面爬行机器人，其包括：爪子，具有成对设置的夹紧轮，所述夹紧轮上分别连接有驱动所述夹紧轮转动的电机，所述成对设置的夹紧轮的转动的轮面相对设置；及左右摆动机构，一端与所述爪子连接，所述左右摆动机构在一第一平面内摆动并带动所述爪子跟随所述左右摆动机构进行运动；前后摆动机构，与所述左右摆动机构连接并在一第二平面内摆动，所述第二平面与所述第一平面彼此相交。上述柔性表面爬行机器人的爪子包含有成对设置的夹紧轮，通过夹紧轮可夹住柔性材料，能在垂直柔性表面爬行，由于设置了前后摆动机构，能在爬行过程中调整夹紧量。

Description

柔性表面爬行机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种能够在柔性材料的垂直表面爬行的柔性表面爬行机器人。
背景技术
传统的爬壁机器人大多能在坚硬表面爬行，很少的机器人能够在垂直的柔软材料表面爬行。在垂直硬质表面爬行的机器人可以分为两大类，一类是针对粗糙的垂直表面，机器人采用一定数量的爪子、负压原理、或者静电吸附等方式实现爬行；另一类是在纯平的表面爬行，机器人采用特殊的爪子结构如吸盘、采用分子力等方式实现爬行。目前已知的能在柔软材料上爬行的机器人只有加州伯克利大学研制的CLASH机器人，它有6个带很小的针的腿，6条腿通过联动机构由一个电机带动并按照一定规律运动，能够在柔软的垂直的布上爬行。其他没有机器人能够在垂直柔软表面爬行。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够在柔性材料的垂直表面爬行的柔性表面爬行机器人。
一种柔性表面爬行机器人，其包括：
爪子，具有成对设置的夹紧轮，所述夹紧轮上分别连接有驱动所述夹紧轮转动的电机，所述成对设置的夹紧轮的转动的轮面相对设置；及
左右摆动机构，与所述爪子连接，所述左右摆动机构在一第一平面内摆动并带动所述爪子跟随所述左右摆动机构进行运动；
前后摆动机构，与所述左右摆动机构连接并在一第二平面内摆动，所述第二平面与所述第一平面彼此相交。
在其中一个实施例中，所述成对设置的夹紧轮的轮面彼此相切。
在其中一个实施例中，所述成对设置的夹紧轮的轴线非平行设置，使得所述成对的夹紧轮的轮面彼此靠近或远离。
在其中一个实施例中，所述爪子还包括固定件，所述与夹紧轮连接的电机安装在所述固定件上。
在其中一个实施例中，所述左右摆动机构包括左右摆动电机及连接件；所述左右摆动电机安装在所述连接件上，所述左右摆动电机与所述固定件连接以带动所述爪子运动，所述前后摆动机构枢接在所述连接件上。
在其中一个实施例中，所述连接件包括与所述固定件连接的主体及自主体延伸而出的一对连接臂，所述一对连接臂之间形成有活动空间，所述前后摆动机构于所述活动空间中与一对连接臂枢接。
在其中一个实施例中，所述前后摆动机构包括枢接于所述一对连接臂的前后摆动电机。
在其中一个实施例中，所述前后摆动电机上连接有尾板，所述尾板上安装有机器人控制模块，所述机器人控制模块与所述左右摆动电机、前后摆动电机连接并控制所述左右摆动电机、前后摆动电机的运动。
在其中一个实施例中，所述爪子包括多对夹紧轮，所述多对夹紧轮之间系沿直线排列。
在其中一个实施例中，所述第一平面和第二平面彼此垂直。
上述柔性表面爬行机器人的爪子部分包含有成对设置的夹紧轮，夹紧轮通过电机驱动，通过一对夹紧轮可夹住柔性材料，从而能够在垂直柔性表面爬行，且不破坏柔性材料表面，同时由于设置了前后摆动机构，爬行过程中前后摆动机构远离或靠近柔性表面摆动，使夹紧轮能够远离或靠近柔性表面，从而实现在爬行过程中调整夹紧量。
附图说明
图1为柔性表面爬行机器人的组装图；
图2至图3为柔性表面爬行机器人爬行过程调整夹紧量的示意图；
图4为柔性表面爬行机器人改变运动方向的示意图。
具体实施方式
请参考图1，本实施方式的柔性表面爬行机器人100包括爪子110、左右摆动机构120及前后摆动机构130，其中左右摆动机构120的两端分别与爪子110和前后摆动机构130连接。左右摆动机构120和前后摆动机构130分别在一第一平面和第二平面内摆动，第二平面与所述第一平面彼此相交。
请参考图1至图3，爪子110包括至少一对相邻设置的夹紧轮112、与夹紧轮112连接的电机114及供电机114安装的固定件116。
每一个夹紧轮112上均连接有一个电机114。固定件116是一个平板。电机114安装在固定件116上，其转动轴穿过固定件116以供夹紧轮112安装。
本实施方式中，两个夹紧轮112的轴线方向平行，且两个夹紧轮112转动的轮面相切。利用一对夹紧轮112，可以将柔性材料200夹在中间。可以理解，两个夹紧轮112的轴线也可以是非平行的，如此使得两夹紧轮112的轮面有彼此靠近或远离的趋势，换言之，两个夹紧轮112朝向对方或远离对方倾斜设置，这种方式同样可以将柔性材料200夹在两个轮子中间。另外，可以理解，夹紧轮112也可以设置多对，多对夹紧轮112可沿直线排列，以增强在柔性材料200上爬行时的夹持效果。
左右摆动机构120包括左右摆动电机122及连接件124。左右摆动电机122安装在连接件124上，且其与固定件116连接以带动爪子110运动。连接件124包括主体1242、自主体1242延伸而出的一对连接臂1244。两个连接臂1244之间形成有活动空间。
前后摆动机构130于该活动空间枢接于两个连接臂1244上。具体而言，前后摆动机构130包括枢接于一对连接臂1244的前后摆动电机132、与前后摆动电机132连接的尾板134。尾板134上可安装机器人控制模块140。机器人控制模块140与左右摆动电机122、前后摆动电机132连接并用于控制所述左右摆动电机122、前后摆动电机132的运动。
本实施方式的柔性表面爬行机器人100的运动过程如下：手动将柔性材料200导入到成对的夹紧轮112之间，使得成对设置的夹紧轮112夹持柔性材料200表面并形成褶皱，通过电极114驱动夹紧轮112旋转，使得机器人沿褶皱方向前行或后退，从而实现在柔性材料200的垂直表面的爬行。具体而言，两个夹紧轮112中间处定义为内侧，当夹紧轮112同时向内侧旋转时，机器人前行，当夹紧轮112同时向外侧旋转时，机器人后退。上述机器人前行或后退的过程中，成对的夹紧轮112的旋转方向是相反的。
另外，本实施方式的柔性表面爬行机器人100在爬行过程中，还可以调整夹紧量，机器人通过前后摆动电机132来调节机器人夹紧量的多少。请参考图2，当夹住的柔性材料200过多时，前后摆动电机132朝向柔性材料200一侧摆动，进而带动尾板134翘起，如此，机器人继续前行时，夹紧量就会减少。请参考图3，当机器人夹紧轮112夹住的材料较少时，前后摆动电机132远离柔性材料200一侧摆动，使得尾板134弓起，机器人在继续前进时，柔性材料200的夹紧量就会增加。
另外，本实施方式的柔性表面爬行机器人100在爬行过程中，还可以调整爬行的方向。当需要调整机器人爬行方向时，可使得一对夹紧轮112转变为同向旋转，如图4中的同时按逆时针方向旋转，从而改变夹紧轮112的指向；同时，左右摆动电机122摆动，除了有带动夹紧轮112改变指向的作用外，也将带动前后摆动电机132及尾板134摆动，如图4中，前后摆动电机132及尾板134沿逆时针方向摆动。如此，夹紧轮112的指向改变，左右摆动机构120和前后摆动机构130也改变方向，进而实现了机器人运动方向的改变。
本实施方式中，左右摆动电机122在第一平面内摆动，前后摆动电机132在第二平面内摆动。第一平面内和第二平面可彼此垂直设置。如参考图2，左右摆动电机122在一个垂直于图面的平面内摆动，前后摆动电机132在一个平行于图面的平面内摆动。可以理解，这两个平面也可以不彼此垂直，只要左右摆动机构120和前后摆动机构130能够发挥各自的功能即可。
综上，本实施方式的柔性表面爬行机器人100不但能够实现在柔性材料（如布类、塑料）的垂直表面爬行的基本目标，还可以实现在爬行的过程中对爬行方向、夹紧量进行调整，功能丰富，且结构简单。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种柔性表面爬行机器人，其特征在于，包括：
爪子，具有成对设置的夹紧轮，所述夹紧轮上分别连接有驱动所述夹紧轮转动的电机，所述成对设置的夹紧轮的转动的轮面相对设置；及
左右摆动机构，与所述爪子连接，所述左右摆动机构在一第一平面内摆动并带动所述爪子跟随所述左右摆动机构进行运动；
前后摆动机构，与所述左右摆动机构连接并在一第二平面内摆动，所述第二平面与所述第一平面彼此相交。
2.根据权利要求1所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述成对设置的夹紧轮的轮面彼此相切。
3.根据权利要求1所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述成对设置的夹紧轮的轴线非平行设置，使得所述成对的夹紧轮的轮面彼此靠近或远离。
4.根据权利要求1所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述爪子还包括固定件，所述与夹紧轮连接的电机安装在所述固定件上。
5.根据权利要求4所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述左右摆动机构包括左右摆动电机及连接件；所述左右摆动电机安装在所述连接件上，所述左右摆动电机与所述固定件连接以带动所述爪子运动，所述前后摆动机构枢接在所述连接件上。
6.根据权利要求5所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述连接件包括与所述固定件连接的主体及自主体延伸而出的一对连接臂，所述一对连接臂之间形成有活动空间，所述前后摆动机构于所述活动空间中与一对连接臂枢接。
7.根据权利要求6所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述前后摆动机构包括枢接于所述一对连接臂的前后摆动电机。
8.根据权利要求7所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述前后摆动电机上连接有尾板，所述尾板上安装有机器人控制模块，所述机器人控制模块与所述左右摆动电机、前后摆动电机连接并控制所述左右摆动电机、前后摆动电机的运动。
9.根据权利要求1所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述爪子包括多对夹紧轮，所述多对夹紧轮之间系沿直线排列。
10.根据权利要求1所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述第一平面和第二平面彼此垂直。
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