CN104527829B - 复合式爬梯机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供复合式爬梯机器人，由机架、电机、滑块、滑道、转动轴、同步带轮、带轮座、同步齿形带、大小移动块、爪子、爪子连接块、皮筋组成。机架是主要的支撑部分，电机是动力源，带轮固定在带轮座上，从而与机架连接固定，爪子安装到爪子的连接块上完成90度转动限位，构成爪子的整体结构，同时通过螺栓与滑块、移动块连接，整个装置就可以在滑道上完成平移运动，通过电机的正转和反转，表现为大小移动块的上下滑动，爪子与梯子圆管相接触，产生一个反作用力，从而带动整个爬梯机构完成梯子的攀爬。本发明采用了传动方式复合的方法，更高效的完成了机器人的爬梯动作。

Description

复合式爬梯机器人

技术领域

本发明涉及的是一种机器人，具体地说是爬梯机器人。

背景技术

机器人是集机械、电子、计算机、传感器、控制技术等多门学科为一体的综合技术，反映了一个国家的智能化和自动化的研究水平，同时也是一个国家高科技技术的综合表现。爬梯机器人是众多机器人中的一种，其爬行机构一般包括可上下运动的活动臂和能使机器人挂在梯子上的吊挂部分，以实现攀爬功能。爬梯机构根据工作原理一般可分为履带式、轮组式、步行式三种，爬梯机构的发展与进步大大提高了机器人的应用范围，可以在具有楼梯地形的条件下进行探险、勘察。

不同运动形式的爬梯机构优缺点各不相同，步行式爬梯机构的优点是运行平稳，场地适应性好；缺点是控制复杂，可操作性差。履带式爬梯机构的优点是传动效率高，场地适应性好；缺点是质量比较大，转向困难。轮组式爬梯机构的优点是移动的范围大，运动灵活；缺点是稳定性差，且重心起伏波动大。

发明内容

本发明的目的在于提供解决以往爬梯机构爬梯速度慢、稳定性差、传动效率不高等问题的复合式爬梯机器人。

本发明的目的是这样实现的：

本发明复合式爬梯机器人，其特征是：包括机架、电机、主动轴、从动轴、大移动块、小移动块，机架包括上层滑道、下层第一横梁、下层第二横梁，下层第一横梁和下层第二横梁的两端分别通过第一机架连接块和第二机架连接块相连，第一机架连接块上固定有第一支撑块和第二支撑块，第一支撑块和第二支撑块上固定第一滑道固定板，第二机架连接块上固定有第三支撑块和第四支撑块，第三支撑块和第四支撑块上固定第二滑道固定板，第一滑道固定板和第二滑道固定板之间固定有滑道，电机安装在第二机架连接块上，电机的输出轴为主动轴，主动轴上套有第一同步带轮，第一支撑块和第二支撑块之间安装从动轴，从动轴上套有第二同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮上缠绕同步带，同步带位于第一同步带轮上方的位置上固定安装有大移动块，大移动块上方固定滑块，滑块位于滑道下方并与滑道配合，同步带位于第一同步带下方的位置上固定安装小移动块，大移动块的两端分别固定第一爪子连接块和第二爪子连接块，小移动块的两端分别固定第三爪子连接块和第四爪子连接块，第一爪子通过第一旋转轴安装在第一爪子连接块上，第一爪子下端与第一爪子连接块上端之间安装实现第一爪子复位的第一皮筋，第二爪子连接块、第三爪子连接块、第四爪子连接块上分别安装第二爪子、第三爪子、第四爪子，第二爪子、第三爪子、第四爪子的安装方式与第一爪子相同。

本发明还可以包括：

1、第一爪子前端高出机架底部平面部分的长度为第一爪子整体长度的三分之二，第二爪子、第三爪子、第四爪子的结构与第一爪子相同。

2、第一爪子连接块上安装第一爪子的部分为实现90度转动限位的圆弧限位结构，该圆弧限位结构的形状为扣除四分之一的圆，第二爪子连接块、第三爪子连接块、第四爪子连接块的结构与第一爪子连接块相同。

本发明的优势在于：

1、本发明突破了传统爬梯的三种方式：履带式、轮组式、步行式，采用了传动方式复合的方法，更高效的完成了机器人的爬梯动作。

2、本发明在爬梯的速度上更加的快，能充分利用电机的转速，在实验当中用时6.5s完成了6个梁、间距为250mm的梯子的攀爬。

3、本发明运动更加的平稳。本机构利用了同步带轮和同步齿形带的传动方式，因为具有固定的传动比，从而提高了运动传递的平稳性，同时加入滑块、滑道作为移动导向，使机构整体的刚性得到了提高，从而大大提高了爬梯的平稳性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图a；

图2是本发明的结构示意图b；

图3是本发明的主视图；

图4是本发明爪子连接块的机构示意图；

图5是本发明爪子整体结构示意图；

图6是本发明的实验装置平台。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～6，整个爬梯机构的动力源是电机4，电机4与电机座6通过螺栓连接固定在机架1上，主动轴9和同步带轮5也用这种方式固定，同步带轮5与同步齿形带15啮合紧凑，同时带动从动轴10转动，从而将电机4的动力传递到了同步齿形带15上。大移动块11和小移动块12分布在同步齿形带15的两侧，同时与滑块8通过连接板连接到滑道7和同步齿形带15上，从而将同步齿形带15的运动转变为大小移动块11、12的直线运动。爪子的整体结构是由爪子2、爪子连接块14、皮筋3三部分组成，爪子2通过连接块14固定在移动块11、12上，跟随移动块11、12一起移动，而皮筋3的作用是提供一个弹性力，使爪子2与运动方向垂直，当爪子2遇到障碍物的时候，皮筋3拉伸，爪子2转动90度，越过障碍物；当越过障碍物的时候，皮筋3收缩，利用其存储的弹性力将爪子2拉回来。

本发明的爬梯工作过程如下：以攀爬圆管型的梯子为例。将小移动块12上的爪子2放在梯子的底端圆管上，启动电机4，电机轴转动带动主动轴9转动，通过同步带轮5、同步齿形带15、从动轴10的传动，将动力传递给大移动块11，从而带动大移动块11上的爪子2向上运动，运动到上一级的圆管后，爪子2就会转动90度，越过管子，之后通过皮筋3的弹性力将爪子2的状态恢复到初始位置即爪子2搭在圆管上。以后的动作和上述的工作过程一样了，通过调节电动机4的正反转，大、小移动块11、12上下往复的运动，表现为爪子2的上下运动，从而完成梯子的攀爬。

复合爬梯机器人由机架、电机、滑块、滑道、转动轴、同步带轮、带轮座、同步齿形带、大小移动块、爪子、爪子连接块、皮筋组成。机架是主要的支撑部分，电机是动力源，带轮固定在带轮座上，从而与机架连接固定，爪子安装到爪子的连接块上完成90度转动限位，构成爪子的整体结构，同时通过螺栓与滑块、移动块连接，整个装置就可以在滑道上完成平移运动，通过电机的正转和反转，表现为大小移动块的上下滑动，爪子与梯子圆管相接触，产生一个反作用力，从而带动整个爬梯机构完成梯子的攀爬。

爪子的整体结构是由爪子、爪子连接块、皮筋组成的。爪子连接块上设计有90度的限位，并且与皮筋相连，储存了一定的弹性力。

爪子前端高出机架底部平面部分的长度为爪子整体长度的三分之二。

爪子90度转动限位是通过设计的机构机械限位完成的，爪子连接块与爪子连接部分的圆弧扣除四分之一。

机架由两根横截面积为20mm×20mm的方形铝管组成，由机架连接片通过螺栓连接的方式固定。

同步带轮通过螺栓与带轮座刚性连接，并固定在机架上。

Claims (3)

1.复合式爬梯机器人，其特征是：包括机架、电机、主动轴、从动轴、大移动块、小移动块，机架包括上层滑道、下层第一横梁、下层第二横梁，下层第一横梁和下层第二横梁的两端分别通过第一机架连接块和第二机架连接块相连，第一机架连接块上固定有第一支撑块和第二支撑块，第一支撑块和第二支撑块上固定第一滑道固定板，第二机架连接块上固定有第三支撑块和第四支撑块，第三支撑块和第四支撑块上固定第二滑道固定板，第一滑道固定板和第二滑道固定板之间固定有滑道，电机安装在第二机架连接块上，电机的输出轴为主动轴，主动轴上套有第一同步带轮，第一支撑块和第二支撑块之间安装从动轴，从动轴上套有第二同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮上缠绕同步带，同步带位于第一同步带轮上方的位置上固定安装有大移动块，大移动块上方固定滑块，滑块位于滑道下方并与滑道配合，同步带位于第一同步带轮下方的位置上固定安装小移动块，大移动块的两端分别固定第一爪子连接块和第二爪子连接块，小移动块的两端分别固定第三爪子连接块和第四爪子连接块，第一爪子通过第一旋转轴安装在第一爪子连接块上，第一爪子下端与第一爪子连接块上端之间安装实现第一爪子复位的第一皮筋，第二爪子连接块、第三爪子连接块、第四爪子连接块上分别安装第二爪子、第三爪子、第四爪子，第二爪子、第三爪子、第四爪子的安装方式与第一爪子相同。

2.根据权利要求1所述的复合式爬梯机器人，其特征是：第一爪子前端高出机架底部平面部分的长度为第一爪子整体长度的三分之二，第二爪子、第三爪子、第四爪子的结构与第一爪子相同。

3.根据权利要求1或2所述的复合式爬梯机器人，其特征是：第一爪子连接块上安装第一爪子的部分为实现90度转动限位的圆弧限位结构，该圆弧限位结构的形状为扣除四分之一的圆，第二爪子连接块、第三爪子连接块、第四爪子连接块的结构与第一爪子连接块相同。