CN102923206A - 攀爬机器人及其攀爬方式 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种攀爬机器人及其攀爬方式，其结构包括第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆，所述第一连接杆与所述第三连接杆平行设置，所述第二连接杆垂直于所述第一、第三连接杆之间，且两端分别与所述第一、第三连接杆的一端铰接，所述第一、第三连接杆的另一端分别设有第一夹持手和第二夹持手。本发明提供的攀爬机器人利用三个连接杆、连接三个连接杆的关节以及两端的夹持手，采用翻转式步态的攀爬方式，取代现有技术中环抱式的设计，使得该发明的机器人能够跨越一定的障碍并能够攀爬具有一定弧度的杆，更符合实际应用的工作环境。

Description

攀爬机器人及其攀爬方式

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种能够攀爬杆状物的机器人及其攀爬方式。

背景技术

目前，机器人已经应用于军事、医疗、航天、教育、娱乐、抢险救灾、家庭服务及社会服务各个方面，并不断向新的技术领域伸展。

市场上已拥有多种设计成型的攀爬机器人，这些机器人大多数采用尺蠖蠕动的形式来实现爬杆动作，如图1a至1c所示，首先，前爪110固定，第二关节140推动后爪120沿杆100向上滑动，同时滑竿150在第二关节140的带动下穿过第一关节130；然后，第一关节130推动前爪110沿杆100向上滑动，直至前爪110和后爪120之间的相对位置恢复初始状态，完成一步行走，以此类推，完成攀爬动作。受这种攀爬动作原理的限制，这种机器人只能够低速攀爬竖直的杆且无法攀爬有一定弧度的杆，此外，仿尺蠖蠕动式攀爬机器人只能在光滑的杆体上进行攀爬，无法跨越障碍物，在实际应用中存在不便。当然，在很多精密仪器领域中，也出现了仿人形的机器人，但其结构非常复杂，且造价过于昂贵。

因此，如何提供一种结构简单，能够攀爬各种弧度的杆体且能够翻越障碍物的攀爬机器人及其攀爬方式是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种攀爬机器人及其攀爬方式，以解决现有技术中的攀爬机器人无法攀爬有弧度的杆及无法跨越障碍物的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种攀爬机器人，包括第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆，所述第一连接杆与所述第三连接杆平行设置，所述第二连接杆垂直于所述第一、第三连接杆之间，且两端分别与所述第一、第三连接杆的一端铰接，所述第一、第三连接杆的另一端分别设有第一夹持手和第二夹持手。

较佳地，所述第一连接杆与第二连接杆、第二连接杆与第三连接杆之间分别通过第一关节和第二关节相连。

较佳地，所述第一关节包括第一电机、第二电机以及第一齿轮和第二齿轮，所述第一、第二电机分别与所述第一、第二齿轮同轴固定连接，所述第一连接杆和第二连接杆分别与所述第二、第一齿轮固定连接，所述第一、第二齿轮啮合，所述第一电机和第一齿轮设于所述第二连接杆一端的内部。

较佳地，所述第二关节包括第三电机、第四电机以及第三齿轮和第四齿轮，所述第三、第四电机分别与所述第三、第四齿轮同轴固定连接，所述第二连接杆和第三连接杆分别与所述第三、第四齿轮固定连接，所述第三、第四齿轮啮合，所述第三电机和第三齿轮设于所述第二连接杆另一端的内部。

较佳地，所述第一夹持手包括第一手指、第五电机以及第一蜗轮蜗杆机构，所述第五电机与所述第一蜗轮蜗杆机构的一端固定连接，所述第一蜗轮蜗杆机构的另一端分别与所述第一手指铰接。

较佳地，所述第一手指为两个，且两手指相对的内侧形状相匹配。

较佳地，所述第二夹持手包括第二手指、第六电机以及第二蜗轮蜗杆机构，所述第六电机与所述第二蜗轮蜗杆机构的一端固定连接，所述第二蜗轮蜗杆机构的另一端分别与所述第二手指铰接。

较佳地，所述第二手指为两个，且两手指相对的内侧形状相匹配。

较佳地，所述第一夹持手和第二夹持手还分别设有摄像头和红外传感器。

本发明还提供了一种机器人攀爬方式，适用于上述的攀爬机器人，其攀爬步骤如下：

第一步，第一夹持手松开杆；

第二步，第二连接杆及第一连接杆顺时针翻转180°；

第三步，第一连接杆顺时针翻转180°；

第四步，第一夹持手夹紧杆，完成一次行走；

第五步，第二夹持手松开杆；

第六步，第二连接杆及第三连接杆顺时针翻转180°；

第七步，第三连接杆顺时针翻转180°；

第八步，第三夹紧手夹紧杆，完成一个行走周期，此时状态与初始状态相同；

第九步，重复步骤一至八，直至机器人到达指定位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供的攀爬机器人及其攀爬方式，其结构包括第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆，所述第一连接杆与所述第三连接杆平行设置，所述第二连接杆垂直于所述第一、第三连接杆之间，且两端分别与所述第一、第三连接杆的一端铰接，所述第一、第三连接杆的另一端分别设有第一夹持手和第二夹持手。本发明提供的攀爬机器人利用三个连接杆、连接三个连接杆的关节以及两端的夹持手，采用翻转式步态的攀爬方式，取代现有技术中环抱式的设计，使得该发明的机器人能够跨越一定的障碍并能够攀爬具有一定弧度的杆，更符合实际应用的工作环境。

附图说明

图1a~1c为现有攀爬机器人的攀爬过程示意图；

图2为本发明一具体实施方式的攀爬机器人的结构示意图；

图3a~3c为本发明一具体实施方式的攀爬机器人的攀爬过程示意图。

图1a~1c中：100-杆、110-前爪、120-后爪、130-第一关节、140-第二关节、150-滑竿；

图2和图3a~3c中：200-杆、210-第一连接杆、220-第二连接杆、230-第三连接杆、240-第一夹持手、241-第一手指、242-第五电机、243-第一蜗轮蜗杆机构、250-第二夹持手、251-第二手指、252-第六电机、253-第二蜗轮蜗杆机构、260-第一关节、261-第一电机、262-第二电机、263-第一齿轮、264-第二齿轮、270-第二关节、271-第三电机、272-第四电机、273-第三齿轮、274-第四齿轮。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供的攀爬机器人，如图2所示，并参考图3a至3c，包括第一连接杆210、第二连接杆220以及第三连接杆230，所述第一连接杆210与所述第三连接杆230平行设置，所述第二连接杆220垂直于所述第一、第三连接杆210、230之间，且两端分别与所述第一、第三连接杆210、230的一端铰接，所述第一、第三连接杆210、230的另一端分别设有第一夹持手240和第二夹持手250。所述第一夹持手240和第二夹持手250用于夹紧杆200，所述第一、第二、第三连接杆210、220、230依次连接，且能够以各个连接端为圆心旋转，通过第一夹持手240和第二夹持手250对杆200的夹紧和松开，以及第一、第二、第三连接杆210、220、230之间的旋转达到位置的移动，代替现有技术中对杆进行环抱式的固定，以垂直并光滑的杆作为移动的轨道，当杆200上存在一定弧度并设有障碍物时，本发明采用的结构同样能够适用。

较佳地，请继续参考图2，所述第一连接杆210与第二连接杆220、第二连接杆220与第三连接杆230之间分别通过第一关节260和第二关节270相连。具体地，所述第一关节260包括第一电机261、第二电机262以及第一齿轮263和第二齿轮264，所述第一、第二电机261、262分别与所述第一、第二齿轮263、264同轴固定连接，所述第一连接杆210和第二连接杆220分别与所述第二、第一齿轮263、364固定连接，所述第一、第二齿轮263、264啮合，所述第一电机261和第一齿轮263设于所述第二连接杆220一端的内部；所述第二关节270与所述第一关节260的结构完全相同，且相对于所述第二连接杆220对称设置，即：所述第二关节270包括第三电机271、第四电机272以及第三齿轮273和第四齿轮274，所述第三、第四电机271、272分别与所述第三、第四齿轮273、274同轴固定连接，所述第二连接杆220和第三连接杆230分别与所述第三、第四齿轮273、274固定连接，所述第三、第四齿轮273、274啮合，所述第三电机271和第三齿轮273设于所述第二连接杆220另一端的内部。具体地，当第二电机262不工作，第一电机261旋转时，所述第一电机261带动所述第一齿轮263旋转，由于第一齿轮263与第二齿轮264的啮合关系，所述第二齿轮264旋转，同时带动第一连接杆210及第一夹紧手240旋转；当第一电机261不工作，第二电机262旋转时，所述第二电机262带动所述第二齿轮264旋转，由于第一齿轮263与第二齿轮264的啮合关系，所述第一齿轮263旋转，同时带动第二连接杆220、第三连接杆230及第二夹紧手250旋转；同理，所述第三电机271也能带动所述第三连接杆230、第二夹紧手250旋转；第四电机272也能够带动所述第一连接杆210、第二连接杆220以及第一夹紧手240翻转。

较佳地，请继续参考图2，所述第一夹持手240包括第一手指241、第五电机242以及第一蜗轮蜗杆机构243，所述第五电机242与所述第一蜗轮蜗杆机构243的一端固定连接，所述第一蜗轮蜗杆机构243的另一端分别与所述第一手指241铰接。较佳地，所述第一手指241为两个，且两手指相对的内侧形状相匹配。较佳地，所述第二夹紧手250与所述第一夹紧手240结构完全相同，也就是说，所述第二夹持手250也包括第二手指251、第六电机252以及第二蜗轮蜗杆机构253，所述第六电机252与所述第二蜗轮蜗杆机构253的一端固定连接，所述第二蜗轮蜗杆机构253的另一端分别与所述第二手指251铰接。较佳地，所述第二手指251为两个，且两手指相对的内侧形状相匹配。利用第五、第六电机242、252的旋转，分别带动第一、第二蜗轮蜗杆机构243、253，从而将电机的旋转运动传递至第一、第二手指241、251，最终转换为第一、第二手指241、251的张开及并拢动作，完成对杆200的抓取，即使杆200存在一定弧度，第一、第二手指241、251也能够达到夹紧杆200的目的。

较佳地，所述第一夹持手240和第二夹持手250还分别设有摄像头（图中未示出）和红外传感器（图中未示出），所述红外传感器用于探测杆200上的相关信息，所述摄像头可为操作者提供画面参考，进一步拓展本发明的攀爬机器人的应用范围。

本发明还提供了一种机器人攀爬方式，适用于上述的攀爬机器人，其攀爬步骤如下，请参考图3a至3c，图3a为初始状态：

第一步，第一夹持手240松开杆200；

第二步，第二连接杆220及第一连接杆210顺时针翻转180°，即第二连接杆220及第一连接杆210以第二关节270为圆心顺时针方向翻转180°，能够避免第一夹紧手240与杆200发生干涉，翻转后如图3b所示；

第三步，第一连接杆210顺时针翻转180°，即第一连接杆210以第一关节260为圆心沿顺时针方向旋转180°，同样能够避免第一夹紧手240与杆200发生干涉，翻转后如图3c所示；

第四步，第一夹持手240夹紧杆200，完成一次行走，即完成一次翻转；

第五步，第二夹持手250松开杆200；

第六步，第二连接杆220及第三连接杆230以第一关节260为圆心顺时针翻转180°；

第七步，第三连接杆230以第二关节270为圆心顺时针翻转180°；

第八步，第三夹紧手250夹紧杆200，完成一个行走周期，此时状态与初始状态相同；

第九步，重复步骤一至八，直至机器人到达指定位置。

综上所述，本发明提供的攀爬机器人及其攀爬方式，其结构包括第一连接杆210、第二连接杆220以及第三连接杆230，所述第一连接杆210与所述第三连接杆230平行设置，所述第二连接杆220垂直于所述第一、第三连接杆210、230之间，且两端分别与所述第一、第三连接杆210、230的一端铰接，所述第一、第三连接杆210、230的另一端分别设有第一夹持手240和第二夹持手250。本发明提供的攀爬机器人利用三个连接杆210、220、230、连接三个连接杆210、220、230的关节260、270以及两端的夹持手240、250，采用翻转式步态的攀爬方式，取代现有技术中环抱式的设计，使得该发明的机器人能够跨越一定的障碍并能够攀爬具有一定弧度的杆，更符合实际应用的工作环境。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种攀爬机器人，其特征在于，包括第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆，所述第一连接杆与所述第三连接杆平行设置，所述第二连接杆垂直于所述第一、第三连接杆之间，且两端分别与所述第一、第三连接杆的一端铰接，所述第一、第三连接杆的另一端分别设有第一夹持手和第二夹持手。

2.如权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，所述第一连接杆与第二连接杆、第二连接杆与第三连接杆之间分别通过第一关节和第二关节相连。

3.如权利要求2所述的攀爬机器人，其特征在于，所述第一关节包括第一电机、第二电机以及第一齿轮和第二齿轮，所述第一、第二电机分别与所述第一、第二齿轮同轴固定连接，所述第一连接杆和第二连接杆分别与所述第二、第一齿轮固定连接，所述第一、第二齿轮啮合，所述第一电机和第一齿轮设于所述第二连接杆一端的内部。

4.如权利要求3所述的攀爬机器人，其特征在于，所述第二关节包括第三电机、第四电机以及第三齿轮和第四齿轮，所述第三、第四电机分别与所述第三、第四齿轮同轴固定连接，所述第二连接杆和第三连接杆分别与所述第三、第四齿轮固定连接，所述第三、第四齿轮啮合，所述第三电机和第三齿轮设于所述第二连接杆另一端的内部。

5.如权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，所述第一夹持手包括第一手指、第五电机以及第一蜗轮蜗杆机构，所述第五电机与所述第一蜗轮蜗杆机构的一端固定连接，所述第一蜗轮蜗杆机构的另一端分别与所述第一手指铰接。

6.如权利要求5所述的攀爬机器人，其特征在于，所述第一手指为两个，且两手指相对的内侧形状相匹配。

7.如权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，所述第二夹持手包括第二手指、第六电机以及第二蜗轮蜗杆机构，所述第六电机与所述第二蜗轮蜗杆机构的一端固定连接，所述第二蜗轮蜗杆机构的另一端分别与所述第二手指铰接。

8.如权利要求7所述的攀爬机器人，其特征在于，所述第二手指为两个，且两手指相对的内侧形状相匹配。

9.如权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，所述第一夹持手和第二夹持手上分别设有摄像头和红外传感器。

10.一种机器人攀爬方式，其特征在于，适用于权利要求1~9中任意一项所述的攀爬机器人，攀爬步骤如下：

第一步，第一夹持手松开杆；

第二步，第二连接杆及第一连接杆顺时针翻转180°；

第三步，第一连接杆顺时针翻转180°；

第四步，第一夹持手夹紧杆，完成一次行走；

第五步，第二夹持手松开杆；

第六步，第二连接杆及第三连接杆顺时针翻转180°；

第七步，第三连接杆顺时针翻转180°；

第八步，第三夹紧手夹紧杆，完成一个行走周期，此时状态与初始状态相同；

第九步，重复步骤一至八，直至机器人到达指定位置。

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