CN104942826A - 一种机器人升降装置及升降方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人升降装置，包括悬挂机构、机身滑臂系统、电机驱动机构、首拉绳和尾拉绳；机身滑臂系统包括若干级滑臂、第二导轨，第二导轨的下端安装有第二下滑轮，其上端安装在悬挂机构上；电机驱动机构安装在第二导轨或悬挂机构上；滑臂包括导轨、下滑轮、前导轨连接滑块和上滑轮，上滑轮、下滑轮分别安装在导轨的上端、下端，前导轨连接滑块安装在导轨上端的侧面；若干级滑臂中的下一级滑臂的前导轨连接滑块可滑动地安装在上一级滑臂的导轨上；若干级滑臂中的第一级滑臂的前导轨连接滑块可滑动地安装在第二导轨上。本发明利用滑轮工作原理，采用单电机驱动机构即可实现机器人全量程范围内联系升降，便于机器人整体小型化和减低总体能耗。

Description

一种机器人升降装置及升降方法

技术领域

本发明属于机器人升降设备技术领域，涉及一种机器人升降装置及升降方法。

背景技术

工程机械中升降机构被广泛应用，重型机械的升降机构一般体积庞大、高精度控制困难，难以在中小型机器人设计中广泛应用。

中国发明专利文献CN102235840A《一种举靶机器人升降系统》阐述了一种采用弹簧管制材料的升降系统，其定位方式为开关定位，推动杆和接力柱相互作用完成升降功能，此种装置适用与打靶过程中靶标要么升起，要么收起的应用场景，靶标质量较轻采用相互内嵌套的弹簧管制材可以满足相应需求。此种方案不适用于通过中央控制器控制连续升降的应用场景，同时在负载较重时难以保证升降机构的稳定性。

中国发明专利文献CN104218486A《一种变电站绝缘柱清洁装置》公开了一种3级驱动的升降机构，每级升降机构有螺杆和驱动装置组成，各级之间采用滑套连接，这种装置需要多个电机驱动，对依赖电池供电的移动机器人的降低能耗和缩小体积设计产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人升降装置，该升降装置可满足机器人检测设备在垂直方向上全量程范围内伸缩移动，单电机驱动即可实现全量程内连续升降控制，便于机器人整体小型化和减低总体能耗。

本发明提供的机器人升降装置，其特征在于：包括悬挂机构、机身滑臂系统、电机驱动机构、首拉绳和尾拉绳；

所述机身滑臂系统包括若干级滑臂以及第二导轨，该第二导轨的下端安装有第二下滑轮；所述第二导轨的上端安装在所述悬挂机构上；所述电机驱动机构安装在所述第二导轨或悬挂机构上；

所述滑臂包括导轨、下滑轮、前导轨连接滑块和上滑轮，所述上滑轮、下滑轮分别安装在所述导轨的上端、下端，所述前导轨连接滑块安装在所述导轨上端的侧面；所述若干级滑臂中的下一级滑臂的前导轨连接滑块可滑动地安装在上一级滑臂的导轨上；所述若干级滑臂中的第一级滑臂的前导轨连接滑块可滑动地安装在所述第二导轨上；

所述首拉绳的首端连接所述电机驱动机构，尾端依次穿过第二下滑轮、第一级滑臂的上滑轮、第一级滑臂的下滑轮、直至穿过最后一级滑臂的上滑轮并最终安装在最后一级滑臂的下滑轮上；所述尾拉绳的首端连接所述电机驱动机构，其尾端安装在最后一级滑臂上。

本发明巧用滑轮原理，通过将首拉绳依次穿过第二下滑轮以及各级滑臂上的滑轮组、尾拉绳与最后一级滑臂连接，使用单电机驱动机构即可实现分级升降。

为方便上滑轮、前导轨连接滑块的安装，本发明还包括上滑轮背板、前滑块背板，所述上滑轮背板的一端与所述导轨的上端连接，其另一端与所述前滑块背板连接；所述上滑轮安装在所述上滑轮背板上，通过上滑轮背板间接安装在导轨上；所述前导轨连接滑块安装在所述前滑块背板上，通过前滑块背板间接安装在导轨的侧面。

为实现升降装置紧凑化，使机器人收缩时整个装置结构紧凑，所述上滑轮背板与前滑块背板连接形成Z字形，各级滑臂收缩时，第一级滑臂的前导轨连接滑块移动至第二导轨的上端，第二级滑臂的前导轨连接滑块移动至第一级滑臂的导轨的上端，以此类推，最后一级滑臂的前导轨连接滑块移动至上一级滑臂的导轨的上端，最终围成一个圆圈或近似圆圈，使得结构紧凑，机器人系统小型化，圆圈内部还可以存放其他设备。

为使整个装置结构紧凑，各级滑臂上端的形状设计可以是多种多样的，为确保各级滑臂收缩后围成一个圆圈或近似圆圈，只要所述前导轨连接滑块与导轨上端之间呈圆弧状即可。所述圆弧状的弧度a与滑臂的级数n相关，其中a＝360/n。

本发明还包括机身外壳，该机身外壳分成独立的若干片，其片数与滑臂的级数相等，各片机身外壳安装在对应的滑臂的上滑轮背板和/或前滑块背板上，各片机身外壳随着对应的滑臂一起升降。

为防止前导轨连接滑块滑出第二导轨和/或导轨外，所述第二导轨、导轨的两端设置有定位块，该定位块用于对所述前导轨连接滑块的滑动进行限位。

为方便尾拉绳的安装，本发明还包括引导轮，所述尾拉绳的尾端经引导轮引导后安装在最后一级滑臂上，引导轮可以安装在悬挂机构上。

本发明还提供一种机器人升降方法，当机器人需要上升时，启动电机驱动机构，电机驱动机构带动首、尾拉绳的首端，同步收起首拉绳和尾拉绳；首、尾拉绳的尾端带动最后一级滑臂的前导轨连接滑块在上一级滑臂的导轨上向上滑动，直至最后一级滑臂的前导轨连接滑块到达上一级滑臂的导轨的顶端；电机驱动机构继续收起首、尾拉绳，最后一级滑臂与上一级滑臂作为整体一起上升，依此类推，直至第一级滑臂的前导轨滑块上升至第二导轨的顶端；

当机器人需要下降时，启动电机驱动机构，电机驱动机构释放首、尾拉绳，各级滑臂作为整体在重力作用下沿第二导轨向下滑动，直至各级滑臂作为整体沿第二导轨下降至第二导轨的底端；电机驱动机构继续释放首、尾拉绳，除第一级滑臂外的其余滑臂作为整体沿第一级滑臂的导轨下降至第一级滑臂的导轨的底端，依此类推，直至最后一级滑臂下降至前一级滑臂的导轨的底端。

将机器人检测设备安装在机身滑臂系统的底端，一般可安装在最后一级滑臂的导轨的底端，即可在垂直方向全量程范围伸缩移动，无死角巡检仪表墙。本发明利用单电机驱动即可实现全量程内连续升降控制，便于机器人整体小型化和减低总体能耗，结构简单、驱动控制便捷。机身外壳安装在滑臂上，机器人升降装置中部空间可容纳较多其他部件如电池、电机驱动机构；同时当机身收起时，机器人结构紧凑，体积合适。本发明通过多个滑轮组与负载连接，简化机身中部结构，增加了机体稳定性。采用单电机驱动+拉绳滑轮方案实现升降，电机驱动机构同时收/放首、尾拉绳带动滑臂系统升降，实现整个系统的分级升降。

附图说明

图1为机器人结构示意图；

图2为本发明整体结构示意图；

图3为本发明所述滑臂结构示意图；

图4为本发明所述各级滑臂伸展后结构示意图。

图中：101-机身；110-机身外壳；102-悬挂机构；103-导轨；104-测量设备；111-电机驱动机构；113-首尾拉绳对；120-前导轨连接滑块；121-前滑块背板；122-上滑轮；123-上滑轮背板；124-导轨连接滑块；125-导轨；126-第二下滑轮；128-下滑轮；127-下滑轮连接块；129-上顶丝；1220-下顶丝；130-引导轮；131-尾拉绳；132-首拉绳；133-第二导轨；134-滑臂一；135-滑臂二；136-滑臂三；137-滑臂四；138-首拉绳首端；139-尾拉绳首端；141-尾拉绳尾端；142-首拉绳尾端。

具体实施方式

如图1、2所示，机身101位于悬挂机构102和测量设备104之间，悬挂机构负载机身101与测量设备104沿导轨103行进。机身101包括机身滑臂系统、电机驱动机构111、机身外壳110、首尾拉绳对113。机身外壳110将机身滑臂系统包覆起来。

如图3所示，机身滑臂系统包括若干级滑臂(滑臂一134、滑臂二135、滑臂三136、滑臂四137)以及第二导轨133，第二导轨133的下端安装有第二下滑轮126，也可以在第二导轨133的下端安装下滑轮连接块，将第二下滑轮安装在下滑轮连接块上；第二导轨133的上端安装在悬挂机构102上。电机驱动机构111安装在第二导轨133的上端，也可以安装在悬挂机构102上。

滑臂(滑臂一134、滑臂二135、滑臂三136、滑臂四137)包括导轨125、上滑轮122、下滑轮128、前导轨连接滑块120，上滑轮122、下滑轮128分别安装在导轨125的上端、下端，前导轨连接滑块120安装在导轨125上端的侧面。为方便上滑轮、下滑轮、前导轨连接滑块的安装，以及使得本发明收缩时结构更加紧凑，在导轨125的下端安装有下滑轮连接块127，下滑轮128安装在下滑轮连接块127上，在导轨125的上端的一侧安装有上滑轮背板123，上滑轮122安装在上滑轮背板123上，上滑轮背板123与前滑块背板121连接，前导轨连接滑块120安装在前滑块背板121上。需要提出的是，由于利用滑轮工作原理，首拉绳需要在上滑轮、下滑轮上绕行，上滑轮与下滑轮不能设置在导轨的相对的两个面上，结合图3，下滑轮128设置在导轨125的内表面时，上滑轮122可以设置在导轨122的内表面，也可以设置在侧面，但不能设置在导轨122的外表面。如图2所示，为使得第二导轨、滑臂一至滑臂四收缩时能围成一个如图2所示的圆圈，前滑块背板121与上滑轮背板123连接形成Z字形，也可以将前导轨连接滑块与导轨上端之间设计成圆弧形，圆弧的度数与滑臂的级数相关，如采用5级滑臂，则各圆弧的度数为360°/5＝72°。基于最终围成圆圈的考虑，前导轨连接滑块120、上滑轮122、下滑轮128、第二下滑轮126都应当朝向圆心设置。

如图2、4所示，首尾拉绳对113包括首拉绳132和尾拉绳131。滑臂四134的前导轨连接滑块安装在滑臂三136的导轨上，滑臂三的前导轨连接滑块安装在滑臂二135的导轨上，滑臂二的前导轨连接滑块安装在第二导轨133上。首拉绳首端138与电机驱动机构111连接，首拉绳尾端142依次穿过第二下滑轮126、滑臂一134的上滑轮、滑臂一134的下滑轮、滑臂二135的上滑轮、滑臂二135的下滑轮、滑臂三136的上滑轮、滑臂三的下滑轮、滑臂四137的上滑轮后，最终安装在滑臂四137的下滑轮上。尾拉绳首端139与电机驱动机构111连接，尾拉绳尾端141绕过引导轮130后，与滑臂四134的导轨的上端连接，也可与滑臂四的上滑轮背板等连接。引导轮130可根据需要安装在悬挂机构上或其他适当部位。电机驱动机构正转或反转一定角度时，收或放相同长度的首、尾拉绳。为防止前导轨连接滑块滑出导轨或第二导轨，在导轨、第二导轨的上、下两端分别设置定位块(上顶丝129、下顶丝1220，第二导轨上的定位块参照导轨进行设置)，对前导轨连接滑块进行限位。

机身外壳110可分割独立的5片，每片机身外壳安装在滑臂的前滑块背板上以及上滑轮背板上，随着滑臂的升降而升降。

结合图2、4，本发明的升降过程如下：

附图4示意了机身滑臂系统完全伸展的状态，首、尾拉绳处于完全伸展状态，滑臂三、滑臂四(135～137)在重力的作用下依次悬挂于上一级滑臂(134～136)的导轨最低端，滑臂二134悬挂于第二导轨的最低端。

测量设备需要收起时，电机驱动机构130带动首、尾拉绳的首端(138、139)开始同步收起首、尾拉绳(132、131)，此时第二导轨133、滑臂一～滑臂三(134～136)在重力作用下保持不动，首、尾拉绳尾端(142、141)分别带动滑臂四137的上、下端上升，使得滑臂四137沿滑臂三136的导轨上升。

滑臂四137上升到滑臂三136的导轨125最高点后，首、尾拉绳(132、131)继续收起，滑臂三、四(136、137)作为一个整体沿滑臂二(135)的导轨上升；当滑臂三上升到滑臂二的导轨最高点后，首、尾拉绳继续收起，滑臂二、三、四作为整体沿滑臂一的导轨上升；以此类推，直至滑臂一、二、三、四作为整体上升到第二导轨的上端，机身滑臂系统将出现如图2所示状态。

测量设备需要下降时，电机驱动机构释放首、尾拉绳，滑臂一、二、三、四作为整体下降至第二导轨的底端；继续释放首、尾拉绳，滑臂二、三、四作为整体下降至滑臂一的导轨的底端，以此类推，直至滑臂四下降至滑臂三的导轨的底端。

Claims (9)

1.一种机器人升降装置，其特征在于：包括悬挂机构、机身滑臂系统、电机驱动机构、首拉绳和尾拉绳；

所述机身滑臂系统包括若干级滑臂以及第二导轨，该第二导轨的下端安装有第二下滑轮；所述第二导轨的上端安装在所述悬挂机构上；所述电机驱动机构安装在所述第二导轨或悬挂机构上；

所述滑臂包括导轨、下滑轮、前导轨连接滑块和上滑轮，所述上滑轮、下滑轮分别安装在所述导轨的上端、下端，所述前导轨连接滑块安装在所述导轨上端的侧面；所述若干级滑臂中的下一级滑臂的前导轨连接滑块可滑动地安装在上一级滑臂的导轨上；所述若干级滑臂中的第一级滑臂的前导轨连接滑块可滑动地安装在所述第二导轨上；

所述首拉绳的首端连接所述电机驱动机构，尾端依次穿过第二下滑轮、第一级滑臂的上滑轮、第一级滑臂的下滑轮、直至穿过最后一级滑臂的上滑轮并最终安装在最后一级滑臂的下滑轮上；所述尾拉绳的首端连接所述电机驱动机构，其尾端安装在最后一级滑臂上。

2.如权利要求1所述的机器人升降装置，其特征在于：还包括上滑轮背板、前滑块背板，所述上滑轮背板的一端与所述导轨的上端连接，其另一端与所述前滑块背板连接；所述上滑轮安装在所述上滑轮背板上，所述前导轨连接滑块安装在所述前滑块背板上。

3.如权利要求2所述的机器人升降装置，其特征在于：所述上滑轮背板与前滑块背板连接形成Z字形。

4.如权利要求1、2或3所述的机器人升降装置，其特征在于：所述前导轨连接滑块与导轨上端之间呈圆弧状。

5.如权利要求4所述的机器人升降装置，其特征在于：所述圆弧状的弧度a与滑臂的级数n相关，其中a＝360/n。

6.如权利要求2或3所述的机器人升降装置，其特征在于：还包括机身外壳，该机身外壳分成独立的若干片，其片数与滑臂的级数相等，各片机身外壳安装在对应的滑臂的上滑轮背板和/或前滑块背板上。

7.如权利要求1、2或3所述的机器人升降装置，其特征在于：所述第二导轨、导轨的两端设置有定位块，该定位块用于对所述前导轨连接滑块的滑动进行限位。

8.如权利要求1、2或3所述的机器人升降装置，其特征在于：还包括引导轮，所述尾拉绳的尾端经引导轮引导后安装在最后一级滑臂上。

9.一种机器人升降方法，其特征在于：

当机器人需要上升时，启动电机驱动机构，电机驱动机构带动首、尾拉绳的首端，同步收起首拉绳和尾拉绳；首、尾拉绳的尾端带动最后一级滑臂的前导轨连接滑块在上一级滑臂的导轨上向上滑动，直至最后一级滑臂的前导轨连接滑块到达上一级滑臂的导轨的顶端；电机驱动机构继续收起首、尾拉绳，最后一级滑臂与上一级滑臂作为整体一起上升，依此类推，直至第一级滑臂的前导轨滑块上升至第二导轨的顶端；

当机器人需要下降时，启动电机驱动机构，电机驱动机构释放首、尾拉绳，各级滑臂作为整体在重力作用下沿第二导轨向下滑动，直至各级滑臂作为整体沿第二导轨下降至第二导轨的底端；电机驱动机构继续释放首、尾拉绳，除第一级滑臂外的其余滑臂作为整体沿第一级滑臂的导轨下降至第一级滑臂的导轨的底端，依此类推，直至最后一级滑臂下降至前一级滑臂的导轨的底端。