CN103303384B - 柔性表面爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种柔性表面爬行机器人，其包括固定件、位于所述固定件一侧的一对第一夹紧轮、与所述第一夹紧轮相对且位于所述固定件另一侧的一对第二夹紧轮、驱动所述第一夹紧轮转动的第一电机及驱动所述第二夹紧轮转动的第二电机。通过两对夹紧轮夹持被爬行物工作，使柔性表面爬行机器人爬行方向与被夹紧处的柔性物的弯折处会形成的直线相垂直，大大克服了柔性表面爬行机器人脱离被爬行物的风险。

Description

柔性表面爬行机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种能够在柔性材料上爬行的柔性表面爬行机器人。

背景技术

当今国内外研究的爬行机器人大多只能在表面坚硬的物体上爬行，无论是吸附方式还是爬行方式都不适合在柔性表面上运动。这些机器人在垂直的表面爬行时，主要靠的是磁力，真空吸力或者一些粘性吸盘产生了的力，而这些方法放在无磁性、通透性的柔性表面是不可行的。其次，机器人在柔性表面上，由于自身重力和柔性表面的易变形性造成机器人不易保持平衡。

现有技术中，能够在柔性表面爬行的机器人目前主要有两种，一种是用针状的脚来吸附柔性表面，另一种是通过轮式结构夹住柔性表面，在用一个仿生学的尾巴来控制自身平衡。

例如中国专利申请号为CN201210253503.0的专利中，一种柔性表面爬行机器人，其采用一对夹紧轮式结构，在工作过程中，该对夹紧轮侧表面平行于被爬平面，机器人自身重力方向与被折的方向均竖直向下，容易脱落，需要控制者不断观察夹布量以防掉落。且该发明机器人是通过前后、左右摆动机构来控制所夹持柔性物的量和运行方向，结构复杂，而且在实际工作中，转向不灵活，而且摆动机构增加了自身重量也导致机器人不能翻过肩膀等一类物体。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种结构简单且具有良好爬行效果的柔性表面爬行机器人。

一种柔性表面爬行机器人，其包括固定件、位于所述固定件一侧的一对第一夹紧轮、与所述第一夹紧轮相对且位于所述固定件另一侧的一对第二夹紧轮、驱动所述第一夹紧轮转动的第一电机及驱动所述第二夹紧轮转动的第二电机。

在其中一个实施例中，所述固件件包括位于所述第一夹紧轮一侧的第一固定件，每一所述第一夹紧轮对应一个所述第一固定件，一对所述第一固定件通过第一连接件相连接。

在其中一个实施例中，所述第一连接件为弹性合页，所述弹性合页包括分别安装于第一固定件的页片及两端分别连接页片上的弹性件。

在其中一个实施例中，固件件还包括位于所述第二夹紧轮一侧的第二固定件，所述第一固定件与所述第二固定件通过一中间件相连接。

在其中一个实施例中，所述中间件为合页。

在其中一个实施例中，每一所述第二夹紧轮对应一个所述第二固定件，一对所述第二固定件通过第二连接件相连接，所述第二连接件为弹性合页。

在其中一个实施例中，所述第一固定件包括用于安装第一电机的第一安装部及与用于安装第一连接件的第二安装部。

在其中一个实施例中，所述第一夹紧轮位于所述第一安装部一侧，所述第一夹紧轮的轴心朝所述第二安装部偏向。

在其中一个实施例中，所述柔性表面爬行机器人还包括安装于所述固定件上且用于检测被爬行物的被夹量的检测设备。

在其中一个实施例中，所述第一夹紧轮、第二夹紧轮表面为橡皮材质。

上述柔性表面爬行机器人，通过两对夹紧轮夹持被爬行物工作，使柔性表面爬行机器人爬行方向与被夹紧处的柔性物的弯折处会形成的直线相垂直，大大克服了柔性表面爬行机器人脱离被爬行物的风险。

夹紧轮的轴线角度与上述直线不平行，柔性表面爬行机器人与柔性物呈一定的角度，更加使柔性表面爬行机器人不容易脱离被爬行物。

另外，在被夹柔性物的厚度变化时，弹簧合页能自动微调，不影响机器人的正常运动。

附图说明

图1为本发明柔性表面爬行机器人的立体组装图；

图2为图1所示柔性表面爬行机器人另一角度立体组装图；

图3为图1所示柔性表面爬行机器人夹紧被爬行物的立体示意图；

图4为图1所示柔性表面爬行机器人的部分立体组装图；

图5为本发明柔性表面爬行机器人夹紧被爬行物的运动原理示意图。

具体实施方式

请参照图1，本实施方式的柔性表面爬行机器人100包括夹紧轮、连接夹紧轮的电机及安装电机的固定件。夹紧轮包括第一夹紧轮10与第二夹紧轮60，电机包括驱动第一夹紧轮10转动的第一电机20与驱动第二夹紧轮60转动的第二电机70。

具体的，本实施方式中，柔性表面爬行机器人100包括一对第一夹紧轮10、与第一夹紧轮10分别连接的第一电机20及分别供第二电机20安装的一对第一固定件30。该对第一固定件30之间通过第一连接件40相连接。柔性表面爬行机器人100还包括一对第二夹紧轮60、与第二夹紧轮60分别连接的第二电机70及分别供第二电机70安装的一对第二固定件80。该对第二固定件80之间通过第二连接件90相连接。第一固定件30与第二固定件80之间通过中间件50相连接。本发明柔性表面爬行机器人的夹紧轮不仅仅可以设置为两对，也可以超过两对。

如图1至图3所示，所述第一夹紧轮10、第二夹紧轮60上分别具有两个橡皮轮101，当然，只要第一夹紧轮10、第二夹紧轮60表面为橡皮材质均可适用。其橡皮材质很好的保护被爬行物不被刮伤。同样采用如同齿轮以及其它形状的轮子，但运动原理相同的结构的夹紧轮也在本发明保护的范围之内。被爬行物位于第一夹紧轮10之间与第二夹紧轮60之间，本实施方式中，被爬行物为如衣服、窗帘等柔性材质物。

结合附图4所示，本实施例中，第一固定件30与第二固定件80的结构大致相同，呈L型结构，其第一固定件30包括用于安装第一电机20的第一安装部31及与用于安装第一连接件40的第二安装部32。第二固定件80包括用于安装第二电机70的第一安装部81及与用于安装第二连接件90的第二安装部82。更具体的，第一安装部31与第二安装部32相互垂直，第一安装部81与第二安装部82相互垂直。第一夹紧轮10位于第一安装部31的外侧，第一电机20位于第一安装部31的内侧；第二夹紧轮60位于第一安装部81的外侧，第二电机70位于第一安装部81的内侧。在其它实施例中，分别连接第一夹紧轮10的两个第一固定件30可以作为一个整体结构，使得两个第一夹紧轮10同时固定于同一个第一固定件30上，两个第二夹紧轮60同时固定于同一个第一固定件80上。同样，第一固定件30与第二固定件80可以制作一个整体式结构。

第一连接件40为安装于并排在一起的一对第一固定件30上的弹性合页，其包括分别安装于第一固定件30的第二安装部32上的页片41及两端分别连接页片41上的弹性件42，弹性件42对页片41保持具有弹性作用力。这样，弹簧合页可以赋予第一夹紧轮10一定的夹紧力，而且在被夹柔性物的厚度变化时，弹簧合页能自动微调，不影响机器人的正常运动。同样，第二连接件90为安装于并排在一起的一对第二固定件80上的弹性合页，其包括分别安装于第二固定件80的第二安装部82上的页片91及两端分别连接页片91上的弹性件92，弹性件92对页片91保持具有弹性作用力。这样，弹簧合页可以赋予第二夹紧轮60一定的夹紧力。本实施方式，第一连接件40、第二连接件90通过螺钉或者螺栓等固定件（未指示）固定于第二安装部32、82上。

中间件50为一种合页，用于连接第一固定件30与第二固定件80，分别固定安装于第一固定件30的第二安装部32与第二固定件80的第二安装部82上。中间件50令位于其两侧的结构向内偏转形成一定角度，致使第一夹紧轮10、第二夹紧轮60轴线向中间件方向偏转，两者形成一个内八字形状。如此设计，爬行机器人100运动时，由于第一夹紧轮10、第二夹紧轮60第二安装部32方向偏向，在行走的过程中可避免机器人中间夹过多的布料而卡死。本发明通过合页连接第一固定件30与第二固定件80，还可以使柔性表面爬行机器人100方便折叠，方便收纳，节省收纳空间。

本实施方式中，柔性表面爬行机器人100还包括用于检测被爬行物被夹量的检测设备200，其安装于第一固定件30、第二固定件80的内侧，可以位于第一安装部31、81或者第二安装部32、82的任意一个位置。具体的，检测设备200为红外对射传感器，当对射红外传感器在被夹量的高度低于传感器对射的直线高度时，传感器的接收端会反馈一个开关量给CPU，通过程序达到自动控制被爬行物被夹量。通过结构上的布置并安装红外对射传感器，使被夹紧物量可以检测，柔性表面爬行机器人100能自动控制被夹紧物量。

如图5所示，柔性表面爬行机器人100工作时，如柔性表面爬行机器人100向上爬行，该对第一夹紧轮10与第二夹紧轮60分别夹紧柔性物的两处，被夹紧处的柔性物的弯折处会形成一条直线，而该直线为横向，与爬行机器人100运行的方向相垂直。爬行机器人100自身重力的作用下以及中间件50令第一夹紧轮10、第二夹紧轮60向内偏向的情况下，爬行机器人100与柔性物呈一定的角度，这个角度使两侧夹紧轮的轴线不平行，爬行机器人100在行走时有向外拉扯布料的倾向。这样，致使爬行机器人100不会轻易受自身的重力向下滑行而脱落被爬行物。所以，本发明通过两对夹紧轮结构方式夹紧在柔性物体表面，吸附方式可靠，不易掉落。

第一夹紧轮10与第二夹紧轮60的运动过程如下：当第一夹紧轮10与第二夹紧轮60的四个同向转动时，由于第一夹紧轮10与第二夹紧轮60与被夹紧物之间的摩擦力F1、F2大于被爬行物自身之间的摩擦力Fc，所以布料就会被夹紧轮搓动，从而实现第一夹紧轮10与第二夹紧轮60在被夹紧物上的直线运动。当两个第一夹紧轮10或者两个第二夹紧轮60的两轮反向转动时，被夹紧物会滚出或者滚入，通过这个方法调整被夹紧物量。

爬行机器人100的运动是通过两侧的两对第一夹紧轮10与第二夹紧轮60配合运动实现的。当第一夹紧轮10与第二夹紧轮60同向同速运动时，爬行机器人100的运动就表现为爬行机器人100沿爬行物上直线运动。而当第一夹紧轮10与第二夹紧轮60之间产生差速运动时，爬行机器人100的运动则表现为转向运动。本发明的爬行机器人100需要通过现有技术的摆动机构控制其转向运动。通过第一夹紧轮10与第二夹紧轮60夹紧轮之间转速差，可以实现爬行机器人100的360度全向转向。而且自身重量较轻，尺寸小，可以翻过人肩膀等一类物体，可以更好的服务于人类。

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 (9)

1.一种柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述柔性表面爬行机器人包括固定件、位于所述固定件一侧的一对第一夹紧轮、与所述第一夹紧轮相对且位于所述固定件另一侧的一对第二夹紧轮、驱动所述第一夹紧轮转动的第一电机及驱动所述第二夹紧轮转动的第二电机；所述固定件包括位于所述第一夹紧轮一侧的第一固定件，所述固定件还包括位于所述第二夹紧轮一侧的第二固定件，所述第一固定件与所述第二固定件通过一中间件相连接。

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，每一所述第一夹紧轮对应一个所述第一固定件，一对所述第一固定件通过第一连接件相连接。

3.根据权利要求2所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述第一连接件为弹性合页，所述弹性合页包括分别安装于第一固定件的页片及两端分别连接页片上的弹性件。

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，所述中间件为合页。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，每一所述第二夹紧轮对应一个所述第二固定件，一对所述第二固定件通过第二连接件相连接，所述第二连接件为弹性合页。

6.根据权利要求2所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述第一固定件包括用于安装第一电机的第一安装部及与用于安装第一连接件的第二安装部。

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，所述第一夹紧轮位于所述第一安装部一侧，所述第一夹紧轮的轴心朝所述第二安装部偏向。

8.根据权利要求1所述的柔性表面爬行机器人，其特征在于，所述柔性表面爬行机器人还包括安装于所述固定件上且用于检测被爬行物的被夹量的检测设备。

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，所述第一夹紧轮、第二夹紧轮表面为橡皮材质。