CN107685784A - 一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置 - Google Patents

一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107685784A
CN107685784A CN201710633072.3A CN201710633072A CN107685784A CN 107685784 A CN107685784 A CN 107685784A CN 201710633072 A CN201710633072 A CN 201710633072A CN 107685784 A CN107685784 A CN 107685784A
Authority
CN
China
Prior art keywords
robot
gear
wheel rim
servomotor
planetary gear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710633072.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107685784B (zh
Inventor
强俊
汪军
窦易文
章平
刘涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Xingrui Intelligent Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Anhui Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui Polytechnic University filed Critical Anhui Polytechnic University
Priority to CN201710633072.3A priority Critical patent/CN107685784B/zh
Publication of CN107685784A publication Critical patent/CN107685784A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107685784B publication Critical patent/CN107685784B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/024—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members specially adapted for moving on inclined or vertical surfaces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，包括机腹和脚轮，所述机腹内部安装有控制系统，所述机腹中心固定安装有重心调节装置，所述重心调节装置包括球壳，所述球壳内部两端安装水平圆环，所述水平圆环内安装有竖直圆环，所述竖直圆环内通过水平杆安装有圆饼，有所述脚轮通过竖直转杆安装在机腹四角，所述脚轮包括轮圈，所述轮圈通过内齿连接有行星轮，所述行星轮通过外齿连接有太阳轮，所述太阳轮通过轮轴连接有伺服电机，所述伺服电机通过导线连接控制系统，磁吸机器人的四个脚轮受力均匀，四个脚轮牢牢吸附导轨，因此让机器人更稳定地在三维空间内的轨道内爬行。

Description

一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置
技术领域
本发明涉及爬行机器人技术领域，具体为一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置。
背景技术
目前的能在竖直壁面上爬行的机器人都是靠吸附作用而爬壁行走，机器人吸附方式不外分为两大类：真空吸附机器人和磁吸附机器人，真空吸附机器人不受壁面材料限制，但壁面有凹凸或裂缝时，吸盘容易漏气，因此产生的吸附力较小，磁吸附机器人虽然只适用于导磁性壁面，但能产生很大的吸附力，不受壁面凹凸或裂缝的限制。
磁吸机器人又分为轮式磁吸机器人、吸盘式磁吸机器人和履带式磁吸机器人，轮式磁吸机器人因轮子与磁性导轨接触面太小，导致吸附力不够，当机器人悬挂或倾斜时容易从导轨上掉落下来，对机器人造成损伤；吸盘式磁吸机器人虽然吸力强，但吸盘接触焊缝时，车体重量会产生一个向下的力矩，使机器人的吸盘发生滑动而不能前行的现象；履带式磁吸机器人虽然容易跨越一些障碍和凸起，但是因其特殊的结构，造成履带式磁吸机器人转弯困难的问题，且上述机器人适合在平面或坡度不大的壁面上爬行，在需要悬吊爬行或锐角爬行时，因重心不在机器人的物理中心，很容易因为前后行走装置的受力不均匀而导致机器人滑行甚至掉下导轨，从而不能到达预定的位置。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置,通过软磁材料的轮圈设计，和控制系统控制伺服电机转速和转向，使机器人行走时更方便拐弯和倒退，而且方便机器人行走有倾斜角的导轨；通过重心调节装置使机器人可以更稳定地在三维空间内的轨道内爬行，解决了上述背景技术中的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，包括机腹和脚轮，所述机腹内部安装有控制系统，所述机腹中心固定安装有重心调节装置，所述重心调节装置包括球壳，所述球壳内部两端安装水平圆环，所述水平圆环内安装有竖直圆环，所述竖直圆环内通过水平杆安装有圆饼，有所述脚轮通过竖直转杆安装在机腹四角，所述脚轮包括轮圈，所述轮圈通过内齿连接有行星轮，所述行星轮通过外齿连接有太阳轮，所述太阳轮通过轮轴连接有伺服电机，所述伺服电机通过导线连接控制系统。
作为本发明一种优选的技术方案，所述水平杆穿过圆饼中心固定连接在竖直圆环水平直径的两端，所述圆饼可沿着水平杆自由滑动，所述竖直圆环通过竖直直径的两端连接在水平圆环上，所述水平圆环通过水平直径的两端连接在球壳上。
作为本发明一种优选的技术方案，所述轮圈为软磁轮圈，所述轮圈侧面包裹有橡胶皮，所述轮圈与行星轮为内啮合连接，所述行星轮与太阳轮为外啮合连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述行星轮数量为四个，所述行星轮之间通过行星架连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述太阳轮直径比行星轮直径大。
作为本发明一种优选的技术方案，所述伺服电机的数量为四个。
作为本发明一种优选的技术方案，所述控制系统包括89C51单片机和电机驱动电路，所述89C51单片机连接电机驱动电路，并通过电机驱动电路驱动伺服电机工作，所述89C51单片机通过其自带的时钟和定时器实现伺服电机的智能控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过软磁材料的轮圈设计，轮圈因压力变形，容易爬过凹凸不平的导轨面的同时，使轮圈与导轨接触面积更大，从而使轮式磁吸机器人吸附力更强，加上控制系统控制伺服电机转速和转向，使机器人行走时更方便拐弯和倒退，而且方便机器人行走有倾斜角的导轨；
(2)本发明通过重心调节装置使机器人在三维空间内行走时重心始终位于机器人的物理中心处，使磁吸机器人的四个脚轮受力均匀，四个脚轮牢牢吸附导轨，因此让机器人更稳定地在三维空间内的轨道内爬行。
附图说明
图1为本发明正面结构示意图；
图2为本发明仰视图；
图3为本发明脚轮示意图；
图4为本发明重心调节装置示意图。
图中：1-机腹；2-脚轮；3-控制系统；4-重心调节装置；5-球壳；6-水平圆环；7-竖直圆环；8-水平杆；9-圆饼；10-竖直转杆；11-轮圈；12-行星轮；13-太阳轮；14-伺服电机；15-行星架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施例：
如图1至图4所示，本发明提供的一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，包括机腹1和脚轮2，所述机腹1内部安装有控制系统3，所述机腹1中心固定安装有重心调节装置4，重心调节系统是磁吸机器人在三维空间内保持重心始终在机器人物理中心，使机器人的四个脚轮2受力均匀，吸附更稳定，所述重心调节4装置包括球壳5，所述球壳5内部两端安装水平圆环6，所述水平圆环6内安装有竖直圆环7，所述竖直圆环7内通过水平杆8安装有圆饼9，有所述脚轮2通过竖直转杆10安装在机腹2四角，所述脚轮2包括轮圈11，所述轮圈11通过内齿连接有行星轮12，所述行星轮12通过外齿连接有太阳轮13，星形布局的齿轮结构体积小，重量轻，与普通圆柱齿轮减速器相比，体积客人减少四分之一到二分之一，且星形布局的齿轮承载能力大，工作平稳，对磁吸机器人这种慢速爬行工作的机器人来说，再适合不过，所述太阳轮13通过轮轴连接有伺服电机14，所述伺服电机14通过导线连接控制系统3，伺服电机14可以精确计算其转速和转角，加上控制系统3对伺服电机14的控制，可完成对磁吸机器人的比较精确的定位。
优选的是，如图1所示，所述伺服电机14的数量为四个，伺服电机14控制太阳轮旋转，带动轮圈11旋转，即带动机器人爬行，且四个伺服电机14使机器人爬行速度和动力都得到保证，通过控制系统对四个伺服电机14的转速和转向的控制，可实现磁吸机器人的转弯或爬壁。
如图3所示，所述轮圈11为软磁轮圈，所述轮圈11侧面包裹有橡胶皮，保护轮圈11，橡胶皮厚度为1-3mm，保证轮圈11对导轨的磁吸力，所述轮圈11与行星轮12为内啮合连接，所述行星轮12与太阳轮13为外啮合连接，这样的啮合方式大大减少了太阳轮13所承受的扭矩力，使整个装置更稳定；所述行星轮12数量为四个，所述行星轮12之间通过行星架15连接，使行星轮12位置更加稳定；所述太阳轮13直径比行星轮12直径大，大齿轮带动小齿轮，可以达到增速减少扭矩力的效果；
如图4所示，所述水平杆8穿过圆饼9中心固定连接在竖直圆环7水平直径的两端，所述圆饼9可沿着水平杆8自由滑动，所述竖直圆环7通过竖直直径的两端连接在水平圆环6上，所述水平圆环6通过水平直径的两端连接在球壳5上，重心调节装置4的各个组成设计，在机器人爬行在不是水平的导轨时，重心调节装置4内的各种圆环旋转，加上圆饼9的自我调节，使机器人重心始终在其自身的物理中心上，使四个脚轮受力均匀，磁吸附力始终相等，机器人爬行更稳定。
所述控制系统包括89C51单片机和电机驱动电路，所述89C51单片机连接电机驱动电路，并通过电机驱动电路驱动伺服电机工作，所述89C51单片机通过其自带的时钟和定时器实现伺服电机的智能控制，可实现对四个伺服电机的转速和转向的不同控制，更精确。
本发明所提供的一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置使用过程如下：开始时，在控制系统3内预设程序，即磁吸爬行机器人所要到达的地方，然后磁吸机器人开始自动在导轨上爬行，经过需要弯曲的导轨时，控制系统3控制四个伺服电机14以不同转速运转，伺服电机14带动脚轮2以不同速度旋转，完成了机器人的转弯，因轮圈11采用软磁轮圈，在保证磁力不减少的情况下，因软磁铁的柔软可变形特性，使机器人转弯更方便，即使是爬过有锐角或缝隙的导轨也能平稳地运行；机器人爬倾斜的导轨和导轨面朝下的时候，机器人的重心调节装置4这时候会自我调节重心，使机器人的重心始终在其物理中心上，使机器人四个脚轮2受力均匀，更稳定地在三维空间内爬行；控制系统3控制伺服电机14转速，伺服电机14转速可计算，通过星形布局齿轮机构传动的原理，可以计算轮圈11运行的距离，即比较精确地对此时机器人进行定位。
本发明的主要特点在于：
(1)本发明通过软磁材料的轮圈设计，轮圈因压力变形，容易爬过凹凸不平的导轨面，同时使轮圈与导轨接触面积更大，从而使轮式磁吸机器人吸附力更强，加上控制系统控制伺服电机转速和转向，使机器人行走时更方便拐弯和倒退，而且方便机器人行走有倾斜角的导轨；
(2)本发明通过重心调节装置使机器人在三维空间内行走时重心始终位于机器人的物理中心处，使磁吸机器人的四个脚轮受力均匀，四个脚轮牢牢吸附导轨，因此让机器人更稳定地在三维空间内的轨道内爬行。
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。

Claims (7)

1.一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，包括机腹(1)和脚轮(2)，其特征在于：所述机腹(1)内部安装有控制系统(3)，所述机腹(1)中心固定安装有重心调节装置(4)，所述重心调节(4)装置包括球壳(5)，所述球壳(5)内部两端安装水平圆环(6)，所述水平圆环(6)内安装有竖直圆环(7)，所述竖直圆环(7)内通过水平杆(8)安装有圆饼(9)，有所述脚轮(2)通过竖直转杆(10)安装在机腹(2)四角，所述脚轮(2)包括轮圈(11)，所述轮圈(11)通过内齿连接有行星轮(12)，所述行星轮(12)通过外齿连接有太阳轮(13)，所述太阳轮(13)通过轮轴连接有伺服电机(14)，所述伺服电机(14)通过导线连接控制系统(3)。
2.根据权利要求1所述的一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，其特征在于：所述水平杆(8)穿过圆饼(9)中心固定连接在竖直圆环(7)水平直径的两端，所述圆饼(9)可沿着水平杆(8)自由滑动，所述竖直圆环(7)通过竖直直径的两端连接在水平圆环(6)上，所述水平圆环(6)通过水平直径的两端连接在球壳(5)上。
3.根据权利要求1所述的一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，其特征在于：所述轮圈(11)为软磁轮圈，所述轮圈(11)侧面包裹有橡胶皮，所述轮圈(11)与行星轮(12)为内啮合连接，所述行星轮(12)与太阳轮(13)为外啮合连接。
4.根据权利要求1所述的一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，其特征在于：所述行星轮(12)数量为四个，所述行星轮(12)之间通过行星架(15)连接。
5.根据权利要求1所述的一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，其特征在于：所述太阳轮(13)直径比行星轮(12)直径大。
6.根据权利要求1所述的一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，其特征在于：所述伺服电机(14)的数量为四个。
7.根据权利要求1所述的一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置，其特征在于：所述控制系统(3)包括89C51单片机和电机驱动电路，所述89C51单片机连接电机驱动电路，并通过电机驱动电路驱动伺服电机工作，所述89C51单片机通过其自带的时钟和定时器实现伺服电机的智能控制。
CN201710633072.3A 2017-07-28 2017-07-28 一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置 Active CN107685784B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710633072.3A CN107685784B (zh) 2017-07-28 2017-07-28 一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710633072.3A CN107685784B (zh) 2017-07-28 2017-07-28 一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107685784A true CN107685784A (zh) 2018-02-13
CN107685784B CN107685784B (zh) 2019-12-13

Family

ID=61153175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710633072.3A Active CN107685784B (zh) 2017-07-28 2017-07-28 一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107685784B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112660262A (zh) * 2021-01-12 2021-04-16 大连理工大学 一种平滑越障行走机构
CN112757270A (zh) * 2021-02-08 2021-05-07 深圳市壹通道科技有限公司 一种多媒体消息审核机器人
CN114291119A (zh) * 2022-03-09 2022-04-08 徐州徐工传动科技有限公司 一种自适应的重载齿轮传动行走装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2289205Y (zh) * 1996-12-11 1998-08-26 唐世明 二自由度姿态陀螺仪
US6527071B1 (en) * 1998-01-06 2003-03-04 Commissariat A L'energie Atomique Appliance stabilized by a gyroscope, in particular a two-wheeled robot
CN203651955U (zh) * 2014-01-10 2014-06-18 桂林电子科技大学 空中姿态可调单腿连续跳跃机器人
CN105416429A (zh) * 2015-12-10 2016-03-23 华南理工大学 一种爬壁机器人行走机构
CN105962858A (zh) * 2016-06-28 2016-09-28 佛山科学技术学院 一种用于清洁建筑外墙的越障式机器人
US9586636B1 (en) * 2014-10-28 2017-03-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Multi-segmented magnetic robot
CN106628014A (zh) * 2016-12-21 2017-05-10 计忠凯 一种船用床的维稳装置
CN106976491A (zh) * 2017-04-18 2017-07-25 成都圭目机器人有限公司 一种轻量化磁轮吸附式爬壁机器人

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2289205Y (zh) * 1996-12-11 1998-08-26 唐世明 二自由度姿态陀螺仪
US6527071B1 (en) * 1998-01-06 2003-03-04 Commissariat A L'energie Atomique Appliance stabilized by a gyroscope, in particular a two-wheeled robot
CN203651955U (zh) * 2014-01-10 2014-06-18 桂林电子科技大学 空中姿态可调单腿连续跳跃机器人
US9586636B1 (en) * 2014-10-28 2017-03-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Multi-segmented magnetic robot
CN105416429A (zh) * 2015-12-10 2016-03-23 华南理工大学 一种爬壁机器人行走机构
CN105962858A (zh) * 2016-06-28 2016-09-28 佛山科学技术学院 一种用于清洁建筑外墙的越障式机器人
CN106628014A (zh) * 2016-12-21 2017-05-10 计忠凯 一种船用床的维稳装置
CN106976491A (zh) * 2017-04-18 2017-07-25 成都圭目机器人有限公司 一种轻量化磁轮吸附式爬壁机器人

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112660262A (zh) * 2021-01-12 2021-04-16 大连理工大学 一种平滑越障行走机构
CN112757270A (zh) * 2021-02-08 2021-05-07 深圳市壹通道科技有限公司 一种多媒体消息审核机器人
CN114291119A (zh) * 2022-03-09 2022-04-08 徐州徐工传动科技有限公司 一种自适应的重载齿轮传动行走装置
CN114291119B (zh) * 2022-03-09 2022-05-13 徐州徐工传动科技有限公司 一种自适应的重载齿轮传动行走装置
US11674570B1 (en) 2022-03-09 2023-06-13 Xuzhou Xcmg Driveline Technology Co., Ltd. Self-adaptive heavy-duty gear transmission walking device

Also Published As

Publication number Publication date
CN107685784B (zh) 2019-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107685784A (zh) 一种磁吸定位的导轨式三维爬行机器人行走装置
CN105857423B (zh) 一种高机动高适应性地面无人平台
CN106945740B (zh) 一种多腔吸附的轮腿结合式爬壁机器人
CN206154284U (zh) 移动机器人底盘及移动机器人
CN103863424B (zh) 能适应复杂非结构化地形的巡检机器人
CN205930983U (zh) 一种可翻越法向面的四旋翼爬墙机器人
CN106275123B (zh) 一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮
CN104670355A (zh) 一种双偏心圆可变偏心距越障组件及轮足机器人
CN106240661A (zh) 一种三角履带轮机器人
CN202751321U (zh) 自移动机器人
CN106114662A (zh) 一种三角履带轮机器人
CN204548268U (zh) 一种双偏心圆可变偏心距越障组件及轮足机器人
CN207088875U (zh) 陆行机器人以及水陆两栖机器人
CN206141654U (zh) 机器人吸盘式履带
CN104382706B (zh) 爬楼梯轮椅的变形轮
CN203609365U (zh) 吸附机器人
CN106080815A (zh) 一种三角履带轮机器人
CN106314578A (zh) 一种三角履带轮机器人
CN207088876U (zh) 水陆两栖机器人以及水陆两栖侦查系统
CN205989766U (zh) 一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮
CN109383646A (zh) 一种动作灵活的爬楼梯机器人
CN106314138A (zh) 一种三角履带轮机器人
CN208001945U (zh) 一种喷雾机用行走车架
CN105564525B (zh) 爬梯机器人
CN109367641B (zh) 一种八足爬行机器人

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210907

Address after: 241000 room 1203, 12 / F, block C, Xinglong international, Jinghu District, Wuhu City, Anhui Province

Patentee after: Anhui Xingrui Intelligent Technology Co.,Ltd.

Address before: 241000 No. 8 Beijing Middle Road, Jiujiang District, Wuhu City, Anhui Province

Patentee before: ANHUI POLYTECHNIC University

TR01 Transfer of patent right