CN105128972A - 一种具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，包括头部和与所述头部相连的机身，所述头部包括夹紧机构，所述夹紧机构具有两个夹紧臂，两个夹紧臂上均设有电机，各所述电机的输出端均设有第一滚轮，两个夹紧臂上的第一滚轮在夹紧机构的作用下可夹持在物体两侧并可沿物体滚动，两个夹紧臂的外侧对应第一滚轮设置第二滚轮，夹紧机构上设有可使同一夹紧臂上的第二滚轮与第一滚轮配合或脱离的滚轮支架，第二滚轮与第一滚轮配合时，第一滚轮的圆周面与第二滚轮的轴向端面偏心摩擦传动。本发明轻巧、方便，并且可以地面爬行和竖直攀爬两用，解决了传统爬行机器人的体积大、质量重、稳定性和安全性较差的问题。
Description
技术领域
本发明用于机器人技术领域，特别是涉及一种具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人。
背景技术
攀爬机器人通常用于代替人类进行高空作业，在消防，核工业，建筑等危险领域有着广泛的应用前景，能够给人类带来极大的工作效益和安全保障。开发具有攀爬功能的机器人代替人去从事危险工作将有重要意义，从而受到人们的高度重视。国外在爬楼梯装置方面的研究已经有一百多年的历史，并设计了多种结构的阶梯攀爬服务机器人，其攀爬的基本结构包括履带式、轮式、足式和复合式。国内的研究相对较晚，虽然也有很多专利，但由于受到体积、重量、稳定性及安全性的限制，还没有产品真正投入使用。
目前，在攀爬机器人领域大部分的注意力都放在了刚性物体表面上，对于柔性可变性物体表面的攀爬机器人研究很少。在爬衣服机器人方面，Birkmeyer研制了第一款可以在衣服上爬行的机器人。深圳先进技术研究院的爬衣服机器人clothbot引起了国际的关注。爬衣服机器人是一种小巧的能够在衣服上爬行的仿生机器人，它通过夹紧机构，可抓住衣服的皱纹进行爬行。该机器人具有体积小、运动灵活等特点，能够作为宠物机器人与人玩耍，还能够作为“移动手机”爬到人的肩膀上解放双手，具有较高的应用前景。
发明内容
本发明的目的是解决传统爬行机器人的体积大、质量重、稳定性和安全性较差的问题，从而提出一种轻巧、方便，并且可以地面爬行和竖直攀爬两用的具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，包括头部和与所述头部相连的机身，所述头部包括夹紧机构，所述夹紧机构具有两个夹紧臂，两个夹紧臂上均设有电机，各所述电机的输出端均设有第一滚轮，两个夹紧臂上的第一滚轮在夹紧机构的作用下可夹持在物体两侧并可沿物体滚动，两个夹紧臂的外侧对应第一滚轮设置第二滚轮，夹紧机构上设有可使同一夹紧臂上的第二滚轮与第一滚轮配合或脱离的滚轮支架，第二滚轮与第一滚轮配合时，第一滚轮的圆周面与第二滚轮的轴向端面偏心摩擦传动。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述夹紧机构为弹簧片，所述弹簧片的两端向上弯折形成两个夹紧臂，两个夹紧臂的顶端向内侧弯折形成安装所述电机的安装位。
进一步作为本发明技术方案的改进，两个夹紧臂分体设置，两个夹紧臂的底端通过转轴连接，所述转轴上装有使两个夹紧臂绕所述转轴向内侧收拢的扭转弹簧，两个夹紧臂的顶端设有向内侧弯折以安装所述电机的安装位。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述安装位上设有过孔，所述电机固定安装在安装位的下侧，电机的输出轴穿过所述过孔后连接第一滚轮。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述滚轮支架为U型架，所述U型架包括连接部和由所述连接部的两端向同侧伸出的转动部，所述第二滚轮均通过轮轴装在所述转动部的顶端，所述转动部上在第二滚轮和连接部间设有将U型架可转动的安装在夹紧臂外侧的销钉，U型架可绕销钉转动并使同一夹紧臂上的第二滚轮与第一滚轮配合或脱离。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述机身包括颈部摆动机构，颈部摆动机构包括头颈部连接件、颈尾部连接件以及通过颈部舵机支撑架装在头颈部连接件和颈尾部连接件间的颈部舵机。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述机身包括尾部摆动机构，尾部摆动机构包括尾部平衡件、通过尾部舵机支撑架装在所述颈尾部连接件和尾部平衡件间的尾部舵机。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述颈尾部连接件具有互成90°夹角的颈部舵机安装面和尾部舵机支撑架安装面，所述颈部舵机安装在所述颈部舵机安装面上，所述尾部舵机支撑架装在所述尾部舵机支撑架安装面上。
本发明的有益效果：本发明中，当移动机器人竖直攀爬时，夹紧机构通过夹紧臂负责将第一滚轮夹持在柔性物体表面两侧，启动电机，移动机器人便可沿柔性物体表面前行；当移动机器人需要在地面爬行时，通过滚轮支架使第二滚轮与第一滚轮配合，利用第一滚轮的圆周面和第二滚轮的端面之间的摩擦力使第二滚轮转动，从而实现在地面上爬行。本发明轻巧、方便，并且可以地面爬行和竖直攀爬两用，解决了传统爬行机器人的体积大、质量重、稳定性和安全性较差的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明夹紧机构第一实施例结构示意图；
图3是本发明夹紧机构第二实施例结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图3，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。以下将详细说明本发明各元件的结构特点，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，是以图1所示的结构为参考描述，但本发明的实际使用方向并不局限于此。
参照图1，本发明提供了一种具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，包括头部1和与所述头部1相连的机身2，所述头部1包括夹紧机构，所述夹紧机构具有两个夹紧臂11，两个夹紧臂11上均设有直流电机12，各所述直流电机12的输出端均设有第一滚轮13，两个夹紧臂11上的第一滚轮13在夹紧机构的作用下可夹持在柔性物体两侧并可沿柔性物体滚动，两个夹紧臂11的外侧对应第一滚轮13设置第二滚轮14，夹紧机构上设有可使同一夹紧臂11上的第二滚轮14与第一滚轮13配合或脱离的滚轮支架15，第二滚轮14与第一滚轮13配合时，第一滚轮13的圆周面与第二滚轮14的轴向端面偏心摩擦传动。
本发明中，当移动机器人竖直攀爬时，夹紧机构通过夹紧臂11负责将第一滚轮13夹持在柔性物体表面两侧，启动直流电机12，移动机器人便可沿柔性物体表面前行，第二滚轮14平时作为手臂垂放于机身；当移动机器人需要在地面爬行时，通过滚轮支架15使第二滚轮14与第一滚轮13配合，利用第一滚轮13的圆周面和第二滚轮14的端面之间的摩擦力使第二滚轮14转动，从而实现在地面上爬行。
参照图2，所述夹紧机构为弹簧片，所述弹簧片的两端向上弯折形成两个夹紧臂11，依靠弹簧片自身的张力提供第一滚轮13的夹持力。两个夹紧臂11的顶端向内侧弯折形成安装所述直流电机12的安装位16。所述安装位16上设有过孔，所述直流电机12固定安装在安装位16的下侧，直流电机12的输出轴穿过所述过孔后连接第一滚轮13，针对不同厚度的柔性物体，本发明可以通过调节直流电机12在安装位16上的位置对第一滚轮13间的距离进行控制。
参照图3，作为本发明夹紧机构另一种实施例，两个夹紧臂11分体、对称设置，夹紧臂11呈L形状，两个夹紧臂11的底端通过转轴17连接，所述转轴17上装有使两个夹紧臂11绕所述转轴17向内侧收拢的扭转弹簧18，两个夹紧臂11的顶端设有向内侧弯折以安装所述直流电机12的安装位16。
所述滚轮支架15为U型架，所述U型架包括连接部和由所述连接部的两端向同侧伸出的转动部，所述第二滚轮14均通过轮轴装在所述转动部的顶端，所述转动部上在第二滚轮和连接部间设有将U型架可转动的安装在夹紧臂11外侧的销钉，U型架可绕销钉转动并使同一夹紧臂11上的第二滚轮14与第一滚轮13配合或脱离。
所述机身2包括颈部摆动机构和尾部摆动机构，颈部摆动机构包括头颈部连接件21、颈尾部连接件22以及通过颈部舵机支撑架23装在头颈部连接件21和颈尾部连接件22间的颈部舵机24。尾部摆动机构包括尾部平衡件25、通过尾部舵机支撑架26装在所述颈尾部连接件22和尾部平衡件25间的尾部舵机27，尾部平衡件25一方面维持平衡，另一方面起到尾部舵机27安装的作用。所述颈尾部连接件22具有互成90°夹角的颈部舵机安装面221和尾部舵机支撑架安装面222，所述颈部舵机24安装在所述颈部舵机安装面221上，所述尾部舵机支撑架26装在所述尾部舵机支撑架安装面222上。颈部舵机24和尾部舵机27工作，实现机身2的摆动动作。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，其特征在于：包括头部和与所述头部相连的机身，所述头部包括夹紧机构，所述夹紧机构具有两个夹紧臂，两个夹紧臂上均设有电机，各所述电机的输出端均设有第一滚轮，两个夹紧臂上的第一滚轮在夹紧机构的作用下可夹持在物体两侧并可沿物体滚动，两个夹紧臂的外侧对应第一滚轮设置第二滚轮，夹紧机构上设有可使同一夹紧臂上的第二滚轮与第一滚轮配合或脱离的滚轮支架，第二滚轮与第一滚轮配合时，第一滚轮的圆周面与第二滚轮的轴向端面偏心摩擦传动。
2.根据权利要求1所述的具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，其特征在于：所述夹紧机构为弹簧片，所述弹簧片的两端向上弯折形成两个夹紧臂，两个夹紧臂的顶端向内侧弯折形成安装所述电机的安装位。
3.根据权利要求1所述的具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，其特征在于：两个夹紧臂分体设置，两个夹紧臂的底端通过转轴连接，所述转轴上装有使两个夹紧臂绕所述转轴向内侧收拢的扭转弹簧，两个夹紧臂的顶端设有向内侧弯折以安装所述电机的安装位。
4.根据权利要求2或3所述的具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，其特征在于：所述安装位上设有过孔，所述电机固定安装在安装位的下侧，电机的输出轴穿过所述过孔后连接第一滚轮。
5.根据权利要求1、2或3所述的具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，其特征在于：所述滚轮支架为U型架，所述U型架包括连接部和由所述连接部的两端向同侧伸出的转动部，所述第二滚轮均通过轮轴装在所述转动部的顶端，所述转动部上在第二滚轮和连接部间设有将U型架可转动的安装在夹紧臂外侧的销钉，U型架可绕销钉转动并使同一夹紧臂上的第二滚轮与第一滚轮配合或脱离。
6.根据权利要求1、2或3所述的具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，其特征在于：所述机身包括颈部摆动机构，颈部摆动机构包括头颈部连接件、颈尾部连接件以及通过颈部舵机支撑架装在头颈部连接件和颈尾部连接件间的颈部舵机。
7.根据权利要求6所述的具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，其特征在于：所述机身包括尾部摆动机构，尾部摆动机构包括尾部平衡件、通过尾部舵机支撑架装在所述颈尾部连接件和尾部平衡件间的尾部舵机。
8.根据权利要求7所述的具有地面行走及柔性表面爬行能力的移动机器人，其特征在于：所述颈尾部连接件具有互成90°夹角的颈部舵机安装面和尾部舵机支撑架安装面，所述颈部舵机安装在所述颈部舵机安装面上，所述尾部舵机支撑架装在所述尾部舵机支撑架安装面上。
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