CN107618584A - 一种仿生柔性爬树机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生柔性爬树机器人，包括躯干系统、机械腿系统、显示及探测系统。躯干系统由上、下两躯干构成，中间通过连杆连接，模拟动物身体结构，两个躯干由电缸进行驱动，控制机器人进行转向及前进动作；机械腿系统通过电缸进行单独驱动，实现机械腿的前后摆动及上下抓取树干动作，完成抱树和爬树任务。机器人爬树过程中，改变机械腿电缸行程，可以改变抱紧角度，适应不同直径树木；多自由度显示及探测系统实时反馈机器人检测到的信息，检查树木状态，完成野外监控探测工作。

Description

一种仿生柔性爬树机器人

技术领域

本发明涉及机器人设计领域，特别是一种仿生柔性爬树机器人。

背景技术

机器人技术水平不断提高，仿生机器人应用渐为广泛，其中仿生爬树机器人在树木整枝、病虫防治、果实采摘和野外探测等领域起到很好的效果。

现有爬树机器人多采用一体式机身，通过刚性结构连接躯干，可以实现机器人前进动作，但无法实现转向功能，导致无法观察大范围场景。

现有爬树机器人多是通过一对或多对机械臂对所需攀爬树木进行抱紧，这种机器人只适应于树干尺寸固定的场景，对于不同直径的树木不具有很好的适应性。

目前，尚未见有驱动简单，可以实现自由转向，能够适应不同直径的树木，可以观察大范围场景的爬树机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生柔性爬树机器人，他能够克服现有爬树机器人不易转向，使用场景固定等不足；机器人躯干分为上身躯干和下身躯干，躯干之间通过连杆进行连接，通过改变躯干驱动电缸的伸缩距离，实现机器人转向动作；机械腿由腿部电缸驱动，完成机械腿前后运动及左右摆动，实现复杂抱树运动，驱动简单，机器人爬树过程中，改变机械腿电缸行程，可以改变抱紧角度，适应不同直径树木；多自由度显示及探测系统实时反馈机器人检测到的信息，检查树木状态，完成野外监控探测工作。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种仿生柔性爬树机器人，包括躯干系统、机械腿系统、显示及探测系统。

所述躯干系统包括上身躯干系统和下身躯干系统，所述上身躯干系统包括躯干支撑架、躯干第一驱动电缸、躯干第二驱动电缸、多个连杆、连杆固定支柱、滑槽、滑块和电缸固定支架；躯干第一驱动电缸和躯干第二驱动电缸固定在电缸固定支架上，电缸推杆上固定滑槽，与连杆头通过滑块连接，连杆第一个节点与连杆固定支柱铰接，机械腿支撑座与机械腿系统通过销轴连接，下身躯干系统与上身躯干系统机构及连接关系相同，整个躯干系统共四个躯干驱动电缸，其与连杆两端端头分别连接。

所述躯干系统的运动过程为：机器人上身躯干抓紧在树木上后，下身躯干机械腿松开树木，躯干电缸运动，带动连杆压缩，将下身躯干提升一定距离，然后下身躯干抓紧在树木上，上身躯干机械腿松开树木，再由躯干电缸运动，控制连杆伸长，将上身躯干上推一定距离，接着上身躯干抓紧在树木上，如此往复，实现爬树机器人爬树任务，通过控制每个躯干电缸的伸缩距离，实现机器人往不同方向运动功能。

所述机械腿系统包括上身机械腿系统和下身机械腿系统，所述上身机械腿系统包括第一机械腿系统、第二机械腿系统、第三机械腿系统和第四机械腿系统；所述第一机械腿系统包括左右驱动电缸、上下驱动电缸、机械腿、机械腿安装板、机械腿安装板滑槽、机械腿安装板滑块、从动连杆、从动连杆滑槽、从动连杆滑块，机械腿系统安装在躯干系统机械腿支撑座上，左右驱动电缸与从动连杆滑块铰接，从动连杆滑块安装在从动连杆滑槽内，上下驱动电缸与机械腿安装板滑块铰接，机械腿安装滑块安装在机械腿安装板滑槽内，机械腿与机械腿安装板固定连接，第二机械腿系统、第三机械腿系统、第四机械腿系统与第一机械腿系统结构及连接关系相同，下身机械腿系统与上身机械腿系统机构及连接关系相同。

所述显示及探测系统包括摄像头、摄像头安装底座，摄像头固定在摄像头安装底座上，摄像头安装底座与上身躯干系统通过螺钉连接。

本发明的突出优点在于：

1.仿生柔性爬树机器人在爬树过程中，躯干可以实现弯曲功能，通过控制躯干电缸的伸缩距离，可以控制躯干的弯曲角度，实现对不同角度场景的观察；上身躯干和下身躯干都具有躯干电缸，当躯干固定在树木上后，控制其躯干电缸，可以改变另外一个躯干的位置。

2.仿生柔性爬树机器人在爬树过程中，机械腿可以实现上下运动及左右摆动，根据现场具体情况对所抱位置进行调整。机械腿的上下运动和左右摆动运动分别由两个电缸单独驱动，驱动简单，利用驱动力的反作用力实现机械腿对树木的抱紧，爬树工作安全可靠。

3.监测系统与爬树机器人相结合，可以实现多方位转向，到达人不易去到的地方，实时反馈观察到的数据，近距离观察树木情况。

附图说明

图1为本发明所述的一种仿生柔性爬树机器人的整体结构示意图。

图2为本发明所述的机器人机械腿部结构示意图。

图3为本发明所述的机器人躯干部分机构示意图。

图4为本发明所述的机器人机械腿上下运动范围示意图。

图5为本发明所述的机器人机械腿左右运动范围示意图。

图6为本发明所述的机器人伸展状态示意图。

图7为本发明所述的机器人收缩状态示意图。

图8为本发明所述的机器人转弯状态示意图。

图中标记所代表的含义：

1：图像采集摄像头；2：上身躯干；3：上身第一机械腿系统；301：左右驱动电缸；302：从动连杆滑槽；303：从动连杆滑块；304：从动连杆；305：机械腿安装板；306：机械腿；307：机械腿安装板滑槽；308：机械腿安装板滑块；309：上下驱动电缸；4：上身第二机械腿系统；5：上身躯干第一驱动电缸；6：连杆滑块；7：连杆；8：连杆固定支柱；9：下身第一机械腿系统；10：下身第二机械腿系统；11：下身躯干；12：下身第三躯干系统；13：下身第四躯干系统；14：上身躯干第二驱动电缸；15：上身第三机械腿系统；16：上身第四机械腿系统；17：上身躯干电缸固定支架；18：下身躯干第一驱动电缸；19：下身躯干第二驱动电缸；20：下身躯干电缸固定支架；21：摄像头安装底板。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明的技术方案进行完整描述，附图仅是本发明的一部分实施方式，而非完整实施方式。基于本发明的实施方式，本领域技术人员在未做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，均属于本发明保护的范围。

对照图1、图2和图3，本发明所述的一种仿生柔性爬树机器人，包括躯干系统、机械腿系统、传感器、显示及探测系统，具体的结构和连接关系为：

所述躯干系统包括上身躯干系统和下身躯干系统，所述上身躯干系统包括躯干支撑架2、躯干第一驱动电缸5、躯干第二驱动电缸14、多个连杆7、连杆固定支柱8、连杆滑槽602和连杆滑块601；躯干第一驱动电缸5和躯干第二驱动电缸14固定在电缸固定支架17上，电缸推杆上固定滑槽602，与连杆头通过滑块601连接，连杆第一个节点与连杆固定支柱8铰接，机械腿支撑座与机械腿系统通过销轴连接，下身躯干系统11与上身躯干系统机构及连接关系相同，整个躯干系统共四个躯干驱动电缸，其与连杆两端端头分别连接。

所述躯干系统的运动过程为：机器人上身躯干2抓紧在树木上后，下身第一机械腿9、下身第二机械腿10、下身第三机械腿12和下身第四机械腿13松开树木，上身躯干电缸14和上身躯干电缸15运动，带动连杆7压缩，将下身躯干11提升一定距离，然后下身躯干11抓紧在树木上，上身第一机械腿3、上身第二机械腿4、上身第三机械腿15和上身第四机械腿16松开树木，再由下身躯干电缸18和下身躯干电缸19运动，控制连7杆伸长，将上身躯干2上推一定距离，接着上身躯干2抓紧在树木上，如此往复，实现爬树机器人爬树任务，通过控制每个躯干电缸的伸缩距离，实现机器人往不同方向运动功能。

所述机械腿系统包括上身机械腿系统和下身机械腿系统，所述上身机械腿系统包括第一机械腿系统3、第二机械腿系统4、第三机械腿系统15和第四机械腿系统16；所述第一机械腿3系统包括左右驱动电缸301、上下驱动电缸309、机械腿306、机械腿安装板305、机械腿安装板滑槽307、机械腿安装板滑块308、从动连杆304、从动连杆滑槽302、从动连杆滑块303，左右驱动电缸301与从动连杆滑块303铰接，从动连杆滑块303安装在从动连杆滑槽302内，上下驱动电缸309与机械腿安装板滑块308铰接，机械腿安装滑块308安装在机械腿安装板滑槽307内，机械腿306与机械腿安装板305固定连接，第二机械腿系统4、第三机械腿系统15、第四机械腿系统16与第一机械腿系统3结构及连接关系相同，下身机械腿系统与上身机械腿系统机构及连接关系相同。

所述显示及探测系统包括摄像头1、摄像头安装底座21，摄像头1固定在摄像头安装底座21上，摄像头安装底座与上身躯干系统2通过螺钉连接。

对照图5，当爬树机器人需要在树木上进行观测任务时，上身第一机械腿系统3、上身第二机械腿系统4、上身第三机械腿系统15和上身第四机械腿系统16可以单独运动，对上身躯干2进行位置微调。

Claims (4)

1.一种仿生柔性爬树机器人，其特征在于，包括躯干系统、机械腿系统、显示及探测系统，具体结构和连接关系为：

所述躯干系统包括上身躯干系统和下身躯干系统，所述上身躯干系统包括躯干支撑架、躯干第一驱动电缸、躯干第二驱动电缸、多个连杆、连杆固定支柱、连杆滑槽、连杆滑块和电缸固定支架；躯干第一驱动电缸和躯干第二驱动电缸固定在电缸固定支架上，电缸推杆上固定滑槽，与连杆头通过滑块连接，连杆第一个节点与连杆固定支柱铰接，机械腿支撑座与机械腿系统通过销轴连接，下身躯干系统与上身躯干系统机构及连接关系相同。

所述机械腿系统包括上身机械腿系统和下身机械腿系统，所述上身机械腿系统包括第一机械腿系统、第二机械腿系统、第三机械腿系统和第四机械腿系统；所述第一机械腿系统包括左右驱动电缸、上下驱动电缸、机械腿、机械腿安装板、机械腿安装板滑槽、机械腿安装板滑块、从动连杆、从动连杆滑槽、从动连杆滑块，机械腿系统安装在躯干系统机械腿支撑座上，左右驱动电缸与从动连杆滑块铰接，从动连杆滑块安装在从动连杆滑槽内，上下驱动电缸与机械腿安装板滑块铰接，机械腿安装滑块安装在机械腿安装板滑槽内，机械腿与机械腿安装板固定连接，第二机械腿系统、第三机械腿系统、第四机械腿系统与第一机械腿系统结构及连接关系相同，下身机械腿系统与上身机械腿系统机构及连接关系相同。

所述显示及探测系统包括摄像头、摄像头安装底座，摄像头固定在摄像头安装底座上，摄像头安装底座与上身躯干系统通过螺钉连接。

2.根据权利要求1所述的一种仿生柔性爬树机器人，其特征在于，所述机械腿系统末端具有两个驱动电缸，可以分别单独控制。

3.根据权利要求1所述的一种仿生柔性爬树机器人，其特征在于，上身躯干系统与下身躯干系统之间是通过连杆进行连接，连杆端头与电缸通过滑块连接，每个端头连接一个驱动电缸，总共四个躯干驱动电缸。

4.根据权利要求1所述的一种仿生柔性爬树机器人，其特征在于，摄像头安装在上身躯干前端，通过底座与上身躯干连接。