CN106239546A - 一种攀爬机器人的吸盘机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种攀爬机器人的吸盘机械手，包括吸盘，还包括连接所述吸盘中心位置的第一齿条、通过弹簧连接所述吸盘边缘的第二齿条、电机、同轴地固定连接在所述电机输出轴上的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第一齿条相啮合，用于驱动第一齿条往复移动，所述第二齿轮与第二齿条相啮合，仅用于单向驱动第二齿条沿远离所述吸盘边缘的方向移动。本发明主要通过将吸盘中的空气排除，利用大气压使机械手稳固地吸附住墙面或地面来进行工作。释放气压时，通过机械手的反转，第二齿轮带动第二齿条向上抬起，从而让吸盘与物体分离。巧妙地利用两齿轮和齿条间的啮合情况不同实现了各自独立运动的特点，结构简单而且可行性较高。
Description
技术领域
本发明应用于攀爬机器人，是一种攀爬机器人的吸盘机械手，属于机器人技术领域。该机构能够使机器人能够更为顺利实现攀爬。
背景技术
在机器自动化技术如此发达的今天，通过机器人来完成一些人工较难完成的任务的情况越来越普遍。机器人已经被广泛地应用到军用及民用工业生产，建筑制造，探测维修，抢险救灾等各个领域。
攀爬机器人在许多领域都扮演着重要的角色。攀爬机器人多以应用机械爪抓取杆件或利用吸盘吸附壁面进行攀爬。而本次发明主要针对攀爬机器人的吸盘结构进行创新设计和优化，为壁面机器人攀爬提供更大的吸附力同时更好的实现吸盘在吸附与松开两种状态间的转换，使得机器人在壁面攀爬时具有更快的速度和更高的平稳性。
发明内容
为解决上述问题，本发明一方面提供了一种攀爬机器人的吸盘机械手， 本发明在传统的壁面吸附攀爬机器人安装新型的吸盘机构，利用齿轮齿条的啮合运动可精确地控制吸盘对壁面的吸附程度，提高对吸附力大小的调整，避免出现壁面吸附力过大或过小的情况。同时在吸盘边缘安装杆件使吸盘可以更加容易的从吸附的真空状态释放，结束吸附，从而实现攀爬过程中机器人吸附与释放状态的快速转换。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种攀爬机器人的吸盘机械手，包括吸盘，还包括连接所述吸盘中心位置的第一齿条、通过弹簧连接所述吸盘边缘的第二齿条、电机、同轴地固定连接在所述电机输出轴上的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第一齿条相啮合，用于驱动第一齿条往复移动，所述第二齿轮与第二齿条相啮合，仅用于单向驱动第二齿条沿远离所述吸盘边缘的方向移动。
进一步地，所述第二齿轮为单向齿轮，所述第二齿轮仅在电机轴顺时针转动时驱动第二齿条沿远离所述吸盘边缘的方向单向移动。
进一步地，所述第二齿轮与第二齿条啮合时的齿牙方向相反，第二齿条与第二齿轮的齿牙的一个齿面分别为垂直第二齿条移动轴线和指向第二齿轮中心的平面形齿面，另一个齿面均为弧形斜面形齿面，当电机轴顺时针转动时，第二齿条与第二齿轮相啮合的齿牙的平面形齿面相作用，推动第二齿条沿远离所述吸盘边缘的方向单向移动，当电机轴逆时针转动时，第二齿轮的齿牙从第二齿条的齿顶滑过，此时第二齿条保持不动。
进一步地，还包括与所述第二齿条相配合的止回爪，用于防止电机逆时针运动时第二齿条跟随第二齿轮运动。
在攀爬机器人上安装本发明提供的吸盘机械手，吸盘机械手齿轮齿条用于实现吸盘吸附过程的精确控制，吸盘用于攀爬各类墙面，缓冲弹簧既具有减震保证吸附平稳性同时在吸盘吸附状态释放时可提前掀起吸盘边缘，从而更为容易的结束吸附过程。
本发明在向下运动时，位于吸盘中心处杆件利用齿轮与齿条的啮合运动逐次向下运动，提供逐渐增大的吸附力，而位于边缘处的杆件采用类似棘轮造型的齿轮齿条啮合，使得边缘处齿条齿轮啮合滑脱，齿条不产生向下运动的趋势。
本发明在在向上运动时，位于吸盘中心处和边缘处杆件同时产生向上的力，但对吸盘吸附壁面时的吸力大小分布进行分析得知边缘处所受吸力远小于中心处，即在两杆件对吸盘施加大小相同的力时，边缘处先被掀开，此时吸盘的内部真空状态解除，吸盘脱离壁面。
相比现有技术，本发明的突出效果是：本发明可利用齿轮的啮合运动逐次增加吸盘的吸附力，避免出现吸附力过大或过小的情况。同时利用在吸盘边缘处设置杆件可以实现以较小的力解除吸盘的吸附状态，既可以减少能量的损耗，也可保证吸盘在吸附、分离两种状态转换时的平稳性。
附图说明
图1 为本发明实施例的攀爬机器人的吸盘机械手立体结构示意图。
图2 为本发明实施例的第一齿条与第二齿轮啮合放大示意图。
图3 为本发明实施例的第二齿条与第二齿轮啮合放大示意图。
图4 为本发明实施例的弹簧与吸盘连接三维示意图。
图中所示为：1-第一齿条；2-第二齿条；3-第一齿轮；4-第二齿轮；5-电机；6-弹簧；7-吸盘。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制。
实施例一
如图1所示，一种攀爬机器人的吸盘机械手，包括吸盘7，还包括连接所述吸盘7中心位置的第一齿条1、通过弹簧6连接所述吸盘7边缘的第二齿条2、电机5、同轴地固定连接在所述电机5输出轴上的第一齿轮3和第二齿轮4，所述第一齿轮3与第一齿条1相啮合，用于驱动第一齿条1往复移动，所述第二齿轮4与第二齿条2相啮合，所述第二齿轮4为单向齿轮，所述第二齿轮4仅在电机轴顺时针转动时驱动第二齿条2沿远离所述吸盘7边缘的方向单向移动，而电机轴逆时针转动时，第二齿轮4的齿牙并不转动。同时，还包括与所述第二齿条2相配合的止回爪，用于防止电机5逆时针运动时第二齿条2跟随第二齿轮4运动。
本实施例通过电机5的正反转动，带动齿条组的上下运动，从而达到吸盘7与被物体的吸附与分离。当电机5正向运转时第一齿条1在第一齿轮3的带动下向下运动，如图2所示，压缩吸,7使得内部空气排出，此时第二齿条2不向下运动，保证了吸盘7中间与边缘路程差的实现，从而使吸盘压紧。当电机5反向转动时，第二齿轮4带动第二齿条2向上抬起，从而让吸盘7与物体分离。
当电机5逆时针正向旋转时候，第二齿条2轻微向下运动，由于底下弹簧6的作用，又把第二齿条2弹起，使第二齿条2实现原地往返运动，此时，第一齿条1在电机5的作用下向下运动，从而用一个电机简单解决了第一齿条1和第二齿条2要求向下行程不一样的问题。
如图4所示，第二齿条2通过弹簧6与吸盘7的边缘连接，当电机5反向旋转时，把第二齿条2向上抬起，通过弹簧给予吸盘7边缘向上的拉力，吸盘7边缘点所受的吸附力比较小，很容易被抬起，从而把吸盘7从边缘掀开，使空气进入吸盘7中，从而使得吸盘7内外大气压相同，此时利用较小的力便可实现吸盘7与物体分离。
实施例二
如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：所述第二齿轮4与第二齿条2啮合时的齿牙方向相反，第二齿条2与第二齿轮4的齿牙的一个齿面分别为垂直第二齿条2移动轴线和指向第二齿轮4中心的平面形齿面，另一个齿面均为弧形斜面形齿面，当电机轴顺时针转动时，第二齿条2与第二齿轮4相啮合的齿牙的平面形齿面相作用，推动第二齿条2沿远离所述吸盘7边缘的方向单向移动，当电机轴逆时针转动时，第二齿轮4的齿牙从第二齿条2的齿顶滑过，此时第二齿条2保持不动。
本实施例中，所述的第二齿轮4和与第二齿条2的啮合采用的类似外啮合棘轮与棘爪的方式。第二齿条2相当于棘轮，电机5的中心轴装配的第二齿轮4相当于棘爪，其中棘爪为主动件，棘轮为从动件。电机5中心轴朝某一方向转动时（视棘爪于电机主轴的安装方式而定），本实施例中，当中心轴顺时针转动时，棘爪会带动棘轮运动；电机中心轴逆时针转动时，棘爪与棘轮采取异常的啮合方式，棘爪的齿牙从棘轮的齿顶滑过，棘爪不会带动棘轮运动。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种攀爬机器人的吸盘机械手，包括吸盘(7)，其特征在于，还包括连接所述吸盘(7)中心位置的第一齿条(1)、通过弹簧(6)连接所述吸盘(7)边缘的第二齿条(2)、电机(5)、同轴地固定连接在所述电机(5)输出轴上的第一齿轮(3)和第二齿轮(4)，所述第一齿轮(3)与第一齿条(1)相啮合，用于驱动第一齿条(1)往复移动，所述第二齿轮(4)与第二齿条(2)相啮合，仅用于单向驱动第二齿条(2)沿远离所述吸盘(7)边缘的方向移动。
2.根据权利要求1所述的攀爬机器人的吸盘机械手，其特征在于，所述第二齿轮(4)为单向齿轮，所述第二齿轮(4)仅在电机轴顺时针转动时驱动第二齿条(2)沿远离所述吸盘(7)边缘的方向单向移动。
3.根据权利要求1所述的攀爬机器人的吸盘机械手，其特征在于：所述第二齿轮(4)与第二齿条(2)啮合时的齿牙方向相反，第二齿条(2)与第二齿轮(4)的齿牙的一个齿面分别为垂直第二齿条(2)移动轴线和指向第二齿轮(4)中心的平面形齿面，另一个齿面均为弧形斜面形齿面，当电机轴顺时针转动时，第二齿条(2)与第二齿轮(4)相啮合的齿牙的平面形齿面相作用，推动第二齿条(2)沿远离所述吸盘(7)边缘的方向单向移动，当电机轴逆时针转动时，第二齿轮(4)的齿牙从第二齿条(2)的齿顶滑过，此时第二齿条(2)保持不动。
4.根据权利要求2或3所述的攀爬机器人的吸盘机械手，其特征在于：还包括与所述第二齿条(2)相配合的止回爪，用于防止电机(5)逆时针运动时第二齿条(2)跟随第二齿轮(4)运动。
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