CN107117218A - 弹射攀爬机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹射攀爬机器人，包括攀爬组件、弹射组件和位姿调整组件；所述攀爬组件包括飞爪、卷线筒、电磁离合器和攀爬电机，所述攀爬电机的输出端通过电磁离合器与卷线筒传动连接，所述飞爪与卷线筒之间卷扬连接；所述弹射组件包括弹射电机、超越离合器、弹簧以及曲柄滑块机构，所述弹射电机的输出端通过超越离合器与曲柄滑块机构的曲柄转动端传动连接，所述曲柄与拉伸的弹簧连接，所述曲柄滑块机构的滑块沿一滑槽滑动设置，所述飞爪通过卷线筒收卷设置在滑槽端部；所述位姿调整组件包括两组相互垂直的旋转自由度控制模块，并分别连接两组机座，两组机座上分别设置有攀爬组件和弹射组件。本发明攀爬方式新颖，适用性强。

Description

弹射攀爬机器人

技术领域

本发明涉及一种弹射攀爬机器人，特别是指可在大型钢铁结构厂房的复杂结构内任意移动的攀爬机器人。

背景技术

随着现代社会的发展，大型复杂钢铁结构的厂房越来越多，但是这种大型厂房一旦在自然灾害或者其他意外发生垮塌的情况下，由于其结构的不稳定因素，很难通过人力进入内部进行搜寻救援。

在这种情况下，可通过攀爬机器人可实现远程操作对厂房内的环境进行遥控移动，实现在垮塌的厂房救援，但是现有的攀爬机器人中，大部分都是只能在特定的环境中工作进行特定路径的攀爬动作，如沿垂直的墙壁竖直攀爬，然而在垮塌变形后的钢铁结构厂房中，各种各样的结构都有，有阶梯也有垂直金属壁，要想把各种攀爬形式的机器人综合在一起不仅成本高而且难免有考虑不周到的地方，限制了攀爬机器人在灾后救援的发展应用，因此要想解决此类问题必须设计出一种新型的攀爬机器人。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有攀爬机器人存在的攀爬形式单一的缺陷，提供一种新型的弹射攀爬机器人，实现在复杂厂房结构内部进行任意角度的攀爬动作。

本发明采用如下技术方案实现：

一种弹射攀爬机器人，包括攀爬组件、弹射组件和位姿调整组件；

所述攀爬组件包括飞爪、卷线筒、电磁离合器和攀爬电机，所述攀爬电机的输出端通过电磁离合器与卷线筒传动连接，所述飞爪与卷线筒之间卷扬连接；

所述弹射组件包括弹射电机、超越离合器、弹簧以及曲柄滑块机构，所述弹射电机的输出端通过超越离合器与曲柄滑块机构的曲柄转动端传动连接，所述曲柄与拉伸的弹簧连接，所述曲柄滑块机构的滑块沿一滑槽滑动设置，所述飞爪通过卷线筒收卷设置在滑槽端部；

所述位姿调整组件包括两组相互垂直的旋转自由度控制模块，并分别连接两组机座，两组机座上分别设置有攀爬组件和弹射组件。

进一步的，所述旋转自由度控制模块为固定在同一安装座上的舵机，两组旋转自由控制模块的舵机分别与摆动设置在安装座上的机座连接板传动连接，两组机座连接板的摆动轴线相互垂直。

进一步的，两组机座分别位于安装座的两侧，所述机座上设置的弹射组件飞爪弹射方向朝外侧设置。

进一步的，所述攀爬电机固定安装在机座上，其输出轴通过第二传动齿轮组与电磁离合器的主动传动端连接，所述电磁离合器的从动传动端与卷线筒同轴传动装配。

优选的，所述飞爪为电磁吸盘，所述飞爪通过连接电磁吸盘控制电源的电线与卷线筒卷扬连接。

进一步的，所述飞爪的尾端与滑槽之间通过飞爪防脱落结构进行装配，所述飞爪防脱落结构包括设置在滑槽内壁上的弹性钢球，在飞爪尾端设有与弹钢球定位嵌合的凹槽。

进一步的，所述弹射电机固定安装在机座上，其输出轴通过第一传动齿轮组与超越离合器的主动传动端连接，所述超越离合器的从动传动端与摆杆的铰轴同轴传动装配。

进一步的，所述弹簧一端固定在机座上，另一端与曲柄转动连接。

在本发明的弹射攀爬机器人中，在所述机座上还设置有摄像单元，所述摄像单元通过遥控通讯模块与显示模块连接。

本发明可应用于大型复杂钢铁结构的机器中，初始状态为一侧机座上的攀爬组件的飞爪电磁吸附在金属壁上，另一侧飞爪通过位姿调整组件对准需要攀爬的目标位置，启动另一侧机座上的弹射组件，将另一侧机座上的飞爪弹出，通过电磁离合器可控制电机和卷线筒之间的动力切断，使该飞爪弹射吸附在目标攀爬位置，两个飞爪均可靠吸附在金属壁后，通过两边攀爬组件的卷线筒对电线的收放，一边收卷电线一边放卷电线，使机器人整体向目标位置攀爬，机器人达到目标位置后，原位置飞爪断电从而不能吸附，迅速转动卷线筒进行收线，然后通过位姿调整组件调整位姿向下一个目标位置攀爬。

本发明具有如下有益效果：

(1)攀爬方式新颖，这种攀爬方式可以在多种环境下工作，通过多步连续攀爬实现目标位置的达到，对工作环境要求较低，适用性强；

(2)采用超越离合器实现飞爪的弹射，实现了全机械结构，使弹射组件简单轻便，可以进行远程控制，有利于在复杂结构中攀爬工作。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的攀爬机器人的整体结构示意图。

图2为实施例中的弹射组件示意图。

图3为实施例中的攀爬组件示意图。

图4为实施例中的位姿调整组件示意图。

图5为实施例中的飞爪和滑槽的防脱落连接示意图。

图中标号：

1-弹射组件，101-弹射电机，102-第一传动齿轮组，103-超越离合器，104-曲柄，105-弹簧，106-连杆，107-滑块，108-滑槽；

2-攀爬组件，201-攀爬电机，202-第二传动齿轮组，203-电磁离合器，204-卷线筒，205-电线，206-飞爪；

3-位姿调整组件，301-第一舵机，302-第一连接法兰，303-第一机座连接板，304-第二舵机，305-第二机座连接板，306-第二连接法兰，307-安装座；

4-机座，401-固定件，402-弹性件，403-钢球，404-凹槽。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的弹射攀爬机器人为本发明的优选方案，包括用于弹射飞爪的弹射组件1，用于攀爬的攀爬组件2和用于调整位姿的位姿调整组件3，一组弹射组件1和一组攀爬组件2设置在同一机座4上，两个机座4分别设置在位姿调整组件3上。

结合参加图2，弹射组件1包括弹射电机101、第一传动齿轮组102、超越离合器103、弹簧105以及由曲柄104、连杆106、滑块107和滑槽108组成的曲柄连杆机构，其中，弹射电机101固定安装在机座4上，电机输出轴与第一传动齿轮组102的主动齿轮装配，第一传动齿轮组102的从动齿轮与超越离合器103的内环同轴装配，超越离合器103的外环与曲柄104的铰轴同轴装配，即通过弹射电机101驱动，通过第一传动齿轮组102和超越离合器103能够带动曲柄104进行单向转动。

曲柄104通过连杆106与滑块107连接，滑块107滑动嵌装在机座上的滑槽108内，通过曲柄104的转动带动滑块107在滑槽108内来回滑动。同时，曲柄104还与拉伸的弹簧105连接，弹簧105一端固定在机座4上，另一端则与曲柄104的非转点位置转动连接，即通过弹簧105能够拉动曲柄快速转动。

超越离合器103的内环带动外环的传动过程对应滑块向远离飞爪的滑动方向，由于超越离合器103的存在，在弹射电机101驱动曲柄转动将滑块向远离飞爪的方向滑动过程中，带动弹簧105进一步拉伸而储蓄能量，而当曲柄和连杆重合时，弹簧105拉伸至最长状态，当弹射电机101继续转动曲柄，此时弹簧105开始释放能量，拉动曲柄104加速旋转，超越离合器103的外环转速超越内环，实现滑块107快速向滑槽108端部的飞爪滑动撞击，将飞爪弹出，通过弹簧和超越离合器的机械配合实现了飞爪的加速弹射。

结合参见图3，攀爬组件2包括攀爬电机201、第二传动齿轮组202、电磁离合器203、卷线筒204、电线205以及飞爪206，其中，攀爬电机201固定安装在机座4上，电机输出轴与第二齿轮传动组202的主动齿轮装配，第二齿轮传动组202的从动齿轮与电磁离合器203的内环同轴装配，电磁离合器203的外环与卷线筒204同轴装配，卷线筒204上绕装电线205，通过电线205与飞爪206形成卷扬机构，通过攀爬电机201驱动，通过第二齿轮传动组202和电磁离合器203能够带动卷线筒204对飞爪206进行收卷。

电磁离合器203通过电动控制攀爬电机201和卷线筒204之间的动力切断，当飞爪在被弹射组件1弹射时，控制电磁离合器203分离，此时卷线筒204可自由转动，飞爪206在弹射组件的弹射力作用下向外弹出，并且拉动电线对卷线筒204进行被动放卷。在攀爬过程中，卷线筒进行主动放卷或主动收卷的过程中，则控制电磁离合器203结合，通过攀爬电机201驱动卷线筒对飞爪进行主动收卷和放卷。

本实施例中的飞爪206采用电磁吸盘，飞爪206通过连接电磁吸盘控制电源的电线205与卷线筒连接，电线205同时作为飞爪的电性传输件和机械卷扬连接件，通过电磁吸盘控制电源可实现飞爪206对厂房内金属壁的电磁吸附和分离。

飞爪206通过卷线筒204收卷到滑槽108的端部定位，飞爪206的尾部采用插口结构，滑槽108采用对应的筒状结构，电线205从滑槽内穿过，滑块107上设有供电线205穿过的孔位，飞爪206在收回后，可嵌插在滑槽108的端部，并且通过相互嵌合的凸起和凹槽实现飞爪206的防转定位，并且在滑槽108内部设有防止收回的飞爪脱落的弹性钢球402，如图5所示，弹性钢球403通过压缩的弹性件402限位安装在滑槽108的内壁孔道内，弹性件402在该孔道内通过固定件401压紧弹性钢球403，使弹性钢球403的部分伸出滑槽内壁，飞爪206收卷回来嵌入滑槽108端部时，弹性钢球403与飞爪206尾部设置的凹槽404嵌合，实现飞爪206和滑槽108之间的防脱落定位，弹射机构1的滑块107在弹簧的拉动下快速撞击飞爪，弹性钢球的设置应当保证飞爪206在滑块的撞击作用下，克服弹性阻力向外弹射。

本实例还有一个位姿调整组件3，通过两自由度云台的调整，使两组机座上的飞爪可以弹向不同的目标位置。

结合参见图1和图4，本实施例中的两组机座4上分别设置有一组相同的弹射组件1和攀爬组件2，并且两组机座4的飞爪均设置在机座4的两侧朝外弹射，机座4分别与位姿调整组件3的两侧连接，位姿调整组件3包括有第一舵机301、第一连接法兰302、第一机座连接板303、第二舵机304、第二机座连接板305、第二连接法兰306以及安装座307，其中第一舵机301和第二舵机304均固定安装在安装座307上，并且将第一机座连接板303和第二机座连接板305安装在安装座307上，第一机座连接板303和第二机座连接板305均通过摆臂和转动轴承摆动安装在安装座307上，并且第一舵机301和第二舵机304的输出端分别驱动第一机座连接板303和第二机座连接板305的摆臂，带动第一机座连接板303和第二机座连接板305摆动，第一机座连接板303和第二机座连接板305上设有第一连接法兰302和第二连接法兰306，分别与两侧的机座连接。

第一机座连接板303和第二机座连接板305的摆动轴线垂直设置，使位姿调整组件3具备有两个相互垂直的旋转自由度，实现两个机座4之间的任意角度位姿的调整，通过两个自由度的调整，形成一定范围的弹射区域，进而实现机器人的飞爪通过不同的方向弹射实现不同位置之间的攀爬。

在攀爬机器人工作时，首先将机座一端的飞爪吸附在金属壁上，通过位姿调整组件调整另一侧机座的飞爪弹射角度，找到目标位置；然后启动弹射组件的弹射电机，通过弹射组件弹出另一侧机座上的飞爪，此时控制该飞爪攀爬组件中的电磁离合器分离，使飞爪射出后电磁吸附在目标位置的金属壁上；然后分别启动两组机座攀爬组件的攀爬电机，此时两组攀爬组件中的电磁离合器均为离合状态，一组主动收卷飞爪的电线，另一边则主动放卷飞爪的电线，使机器人整体攀爬到目标位置；然后，断开原位置飞爪的电，使其失去电磁吸附力，同时迅速控制该组飞爪的攀爬电机收卷电线，将飞爪收回，然后控制该飞爪继续向下一个目标位置弹射。在垮塌的厂房内部攀爬搜寻时，还可在机器人的机座上设置一个摄像头作为摄像单元，通过通讯单元将摄像单元与外部的显示模块连接，传回内部的视屏图像，并且可通过实时的视屏图像，操纵机器人的遥控系统可远程控制机器人的攀爬动作，确定更加精确的攀爬连接点。本实施例仅对弹射攀爬机器人的机械方案进行说明，具体关于遥控控制机器人的遥感控制技术为成熟现有技术，本实施例在此不做赘述。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.弹射攀爬机器人，其特征在于：包括攀爬组件、弹射组件和位姿调整组件；

所述攀爬组件包括飞爪、卷线筒、电磁离合器和攀爬电机，所述攀爬电机的输出端通过电磁离合器与卷线筒传动连接，所述飞爪与卷线筒之间卷扬连接；

所述弹射组件包括弹射电机、超越离合器、弹簧以及曲柄滑块机构，所述弹射电机的输出端通过超越离合器与曲柄滑块机构的曲柄转动端传动连接，所述曲柄与拉伸的弹簧连接，所述曲柄滑块机构的滑块沿一滑槽滑动设置，所述飞爪通过卷线筒收卷设置在滑槽端部；

所述位姿调整组件包括两组相互垂直的旋转自由度控制模块，并分别连接两组机座，两组机座上分别设置有攀爬组件和弹射组件。

2.根据权利要求1所述的弹射攀爬机器人，所述旋转自由度控制模块为固定在同一安装座上的舵机，两组旋转自由控制模块的舵机分别与摆动设置在安装座上的机座连接板传动连接，两组机座连接板的摆动轴线相互垂直。

3.根据权利要求2所述的弹射攀爬机器人，两组机座分别位于安装座的两侧，所述机座上设置的弹射组件飞爪弹射方向朝外侧设置。

4.根据权利要求3所述的弹射攀爬机器人，所述攀爬电机固定安装在机座上，其输出轴通过第二传动齿轮组与电磁离合器的主动传动端连接，所述电磁离合器的从动传动端与卷线筒同轴传动装配。

5.根据权利要求4所述的弹射攀爬机器人，所述飞爪为电磁吸盘，所述飞爪通过连接电磁吸盘控制电源的电线与卷线筒卷扬连接。

6.根据权利要求5所述的弹射攀爬机器人，所述飞爪的尾端与滑槽之间通过飞爪防脱落结构进行装配，所述飞爪防脱落结构包括设置在滑槽内壁上的弹性钢球，在飞爪尾端设有与弹钢球定位嵌合的凹槽。

7.根据权利要求3所述的弹射攀爬机器人，所述弹射电机固定安装在机座上，其输出轴通过第一传动齿轮组与超越离合器的主动传动端连接，所述超越离合器的从动传动端与摆杆的铰轴同轴传动装配。

8.根据权利要求7所述的弹射攀爬机器人，所述弹簧一端固定在机座上，另一端与曲柄转动连接。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的弹射攀爬机器人，所述机座上还设置有摄像单元，所述摄像单元通过遥控通讯模块与显示模块连接。