CN108555940B - 爬行机器人及其爬杆结构 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种爬行机器人及其爬杆结构，爬行机器人包括两节以上的机体及设置于机体上的爬杆结构，所述爬杆结构包括有一传动机构及分别设置于机体两侧并能通过该传动机构相对本体作动的一对以上的支撑臂，以及一个以上连接于所述支撑臂的收紧带，该收紧带与所述支撑臂之间为具有弹性的自适应连接，爬行机器人通过所述爬杆结构的支撑臂将收紧带相对杆体伸出或束紧，并可提供收紧带足够的支撑力量，且收紧带及机体能够自适应调整与柱体之间的包角并产生良好的包覆效果，而能够更佳地应用在各种直径不同的柱体爬行上。

Description

爬行机器人及其爬杆结构

技术领域

本发明是关于应用于杆状物品的爬行装置，尤其是一种爬行机器人及其爬杆结构。

背景技术

现有的机器人或机器设备广泛地应用在各种领域当中，发明人为了针对各种如旗杆、电线杆、缆线、树干等具有垂直高度的柱体作业上，研发出一种爬行装置，通过可抱紧装置创新设计采用柔性拉紧带的方式，以达成具有结构紧凑，适应各种柱面材料以及爬升运动迅速、准确等特点，但在实践当中，发明人发现前述的柔性拉紧带由于缺乏支撑，容易在缩放的过程当中向下垂摆、不易调整与不同直径大小柱体的包角，导致了固定效果不佳的问题，同时，现有的机体上亦有机体过重的问题，因此，为了针对现有技术进一步改良，发明人进而对现有的爬行机器人结构进行了优化。

发明内容

有鉴于现有爬行机器人采用柔性拉紧带的固定方式，在两端缺乏支撑且容易在伸缩的过程当中向下垂摆衍生、无法自适应调整与不同柱体间的包角所导致固定效果不佳，以及机体过重的问题，发明人提供了一种爬行机器人及其爬杆结构，主要用于增加整体的刚性及轻量化，及克服了前述的问题。

本发明提供了一种爬行机器人，包括：

两节以上的机体；

分别设置在所述的机体上的爬杆结构，各爬杆机构分别包括有一设置于机体的驱动装置、一连接该驱动装置并传递动力的传动装置、一对分别连接到该传动装置的支撑臂及一连接于该对支撑臂的收紧带，该收紧带与支撑臂之间为具有弹性的自适应连接；

一设置在任一机体之间的升降结构；以及

一设置在任一机体之间的旋转结构。

优选的是，所述的爬行机器人，其中，所述机体为两节设计，可以区分为第一机体及第二机体，该升降结构设置于所述的第一机体，该旋转结构设置于所述的第二机体。

优选的是，所述的爬行机器人，其中，所述的第一机体与第二机体的外侧形成凹陷状的贴合部，各贴合部上设置有一个以上的抵靠件。

所述的爬行机器人，其特征在于，所述各贴合部上设置有多个抵靠件，各贴合部具有多个贴合面，各抵靠件分别对应设置在各贴合面上。优选的是，所述的爬行机器人，其中，该升降结构包括有一动力装置、一伸缩杆组、一对导引组及一连接座，该动力装置连接于所述的机体内，该伸缩杆组连接于该动力装置，该对导引组设置于该伸缩杆组的两侧并穿设于机体，该连接座设置在该对导引组的底部。

优选的是，所述的爬行机器人，其中，该旋转结构包括有一旋转驱动装置、一旋转传动装置及一轨道，所述的旋转驱动装置及旋转传动装置分别设置在所述的机体内并互相连接，该轨道设置在所述的机体内并与该旋转传动装置构成运动副连接。

较佳的是，所述的爬行机器人，其中，各爬杆结构的所述支撑臂与收紧带之间以一连接件连接，该连接件分别弹性地连接在所述支撑臂的两端并远离所述的机体。

较佳的是，所述的爬行机器人，其中，所述的连接件以一枢接端枢设在对应的支撑臂端部，该枢接端与支撑臂之间设置有一弹性元件，该连接件的另一端则形成了一接合部用于连接该收紧带。

较佳的是，所述的爬行机器人，其中，所述的机体为缕空形架体。

本发明亦提供了一种爬杆结构，其设置于一机体，包括：

一设置于机体的驱动装置；

一连接该驱动装置并传递动力的传动装置；

一对分别连接到该传动装置的支撑臂及一连接于该对支撑臂的收紧带，该收紧带与支撑臂之间为具有弹性的自适应连接。

优选的是，所述的爬杆结构，其中，所述支撑臂与收紧带之间以一连接件连接，该连接件分别弹性地连接在所述支撑臂的两端。

优选的是，所述的爬杆结构，其中，所述的连接件以一枢接端枢设在对应的支撑臂端部，该枢接端与支撑臂之间设置有一弹性元件，该连接件的另一端则形成了一接合部用于连接该收紧带。

本发明的爬行机器人主要在机体上以轻量化的缕空架体设计，搭配了爬杆结构当中的支撑臂、连接件及收紧带组合，通过支撑臂的刚性支撑，让收紧带能够缩短长度且不会向下垂摆，并通过连接件弹性摆动而能增加活动时的裕度，能够产生自适应的调整效果，进而包覆住直径大小不同的柱体，同时，连接件与的收紧带的自适应连接能够增加与柱体之间的包角，增加摩擦力，并能够与柱面完整均匀地包覆，使爬行机器人与柱体之间有更为优越的固定效果，让爬行机器人在与柱体固定时更为贴合，并且有较佳的摩擦力及受到更少的重力影响，进而提升爬速。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的爬行机器人的俯视图。

图2为本发明第二较佳实施例的立体图。

图3为本发明第二较佳实施例的第一机体的前视图。

图4为本发明第二较佳实施例的第一机体的俯视图。

图5为本发明第二较佳实施例的第一机体的左侧视局部剖面图。

图6为本发明第二较佳实施例的第二机体的前视图。

图7为本发明第二较佳实施例的第二机体的左侧视局部剖面图。

图8、图9为本发明第三较佳实施例的第二机体搭配多个抵靠件的俯视图。

图10～图15为本发明较佳实施例爬行动作的使用状态图。

图16～图17为本发明较佳实施例旋转动作的使用状态图。

图18～图20为本发明较佳实施例适用于直径不同的柱体使用状态图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

请参阅图1至图7所示，本发明关于一种爬行机器人，其包括有两节以上的机体10、20及两分别设置在所述的机体上的爬杆结构30、一设置在任一机体之间的升降结构40，以及一设置在任一机体之间的旋转结构50，所述的升降结构40与旋转结构50两者的位置可依需求配置互相对调，或者依照不同的节数可能同时设置在单一机体上或多节机体上，本发明在此不于限制，本实施例为两节的机体设计。

所述的机体10、20均采用轻量化的铝镁合金材质所制成缕空矩形架体，亦可采用高强度的钛合金或各种以轻量化、高强度为诉求的金属或塑料材质，机体采用的外形亦可选择缕空圆筒架或缕空六角柱架等外形，机体采用的形状为可承载内部机械或电机构造的三维几何架形，搭配缕空设计能够大幅度地减轻所述机体的重量，兼具降低爬行时的重力作用及提高爬速等效果。

在本实施例中，所述机体依照功能可以区分为第一机体10及第二机体20，此处的第一机体10可视为是母机体，第二机体20可视为是公机体，公机体主要能作为安装摄像镜头、处理工具并为领头的机体，母机体则作为承载电池的机体，公、母机体上均能安装救援模组，使公机体在救援过程中对接至母机体主板提供电源，以进行救援，因此，所述第一机体10的架体长度大于所述第二机体20的架体长度，所述第一机体10与第二机体20在内部分别成有一装载空间11、21。

本发明的第一较佳实施例如图1所示，其公开了所述的第一机体10搭配了一爬杆结构30，以图1的第一机体10为例，其中，所述的爬杆结构30包括有一驱动装置31、一传动装置32、一对支撑臂33及一收紧带35，所述的驱动装置31及所述的传动装置32分别设置在所述的装载空间11内并互相连接，所述的驱动装置31为各种产生动力的马达，不限于机械或电动马达，所述传动装置32依照需求与马达连接可包括有变速箱、差速器及各种传动元件的组合如齿轮、链条、皮带、齿条等机构组合，在此的传动装置32主要传递由驱动装置31的动力至所述的支撑臂33，并驱动所述的支撑臂33相对机体伸缩作动，较佳的是，本实施例的传动装置32包括有变速箱及多个齿轮的组合，变速箱导出驱动装置31的动力进而驱动各齿轮旋动，所述的支撑臂33分别设置在该第一机体10的两相对侧且互相平行，所述的支撑臂33以凹凸啮合的方式与该传动装置32相连接，较佳的是，所述的支撑臂33于两内侧形成齿条状与传动装置32的齿轮组相啮合，所述的支撑臂33是直接连接至收紧带35，通过支撑臂33的刚性支撑，让收紧带35能够缩短长度且不会向下垂摆，亦可达到与柱体C固定及增加摩擦力的效果。

本发明的第二较佳实施例请参考图2至图5所示，并以第一机体10内的爬杆结构30A作以下说明，所述的爬杆结构30A进一步包括有一对连接件34，所述的连接件34分别弹性地连接在所述支撑臂33的两端并远离所述的机体，所述的连接件34以一枢接端341枢设在对应的支撑臂33端部，较佳的是，于该枢接端341设置有一弹性元件342可施加弹力，使所述的连接件34与支撑臂33间产生弹性，较佳的是，本实施例中的弹性元件342为扭簧，其连接在该支撑臂33与该连接件34上，在束紧动作时，能够产生较大的裕度及更佳的贴合柱面，在所述连接件34的另一端则形成了接合部343，用于连接该收紧带35，该收紧带35为柔性、具有弹性、可伸缩的纤维带体，可以采用具有高张力的布料或混塑料带体，主要的目的在于紧密地与柱面形成贴合，进而产生摩擦力以固定于柱体上，较佳的是，该收紧带35通过该连接件34与各支撑臂33的刚性支撑，使带体的长度缩短而不易向下垂摆，并配合连接件34的枢接端341及弹性元件342及收紧带35，能够产生自适应的调整效果。

请参看图2及图3该升降结构40部分设置于所述的第一机体10的装载空间11中并伸出该第一机体10的上方，该升降结构40包括有一动力装置41、一伸缩杆组42、一对导引组43及一连接座44，该动力装置41连接于该第一机体10内，该伸缩杆组42连接于该动力装置41，并通过该动力装置41输出纵向伸缩的动力，于本实施例中，该动力装置41与该伸缩杆组42为电力驱动的电动伸缩杆组，亦可能依需求选用气体或液体驱动的伸缩杆组合搭配不同的动力源，在此不加以限制，所述的该导引组43设置于该伸缩杆组42的两侧并穿设于该第一机体10，较佳的是，该对导引组43为导柱及导套组合，以防止第一机体10相对该伸缩杆组42相对旋转，该连接座44设置在该对导引组43的顶部、连接与该伸缩杆组42并位在该第一机体10的上方，该连接座44是用于连接在第二机体20的底部。

请参考图6、图7所示，以第二机体20作为说明，该旋转结构50设置于所述的第二机体20的装置空间21下方位置，该旋转结构50包括有一旋转驱动装置51、一旋转传动装置52及一轨道53，所述的旋转驱动装置51及旋转传动装置52分别设置在所述的装载空间21内并互相连接，所述的旋转驱动装置51为各种产生动力的马达，不限于机械或电动马达，所述旋转传动装置52依照需求与马达连接可包括有变速箱、差速器及各种传动元件的组合如齿轮、链条、皮带、齿条等机构组合，较佳的是，所述旋转传动装置52为变速箱及一个单齿轮的组合，该轨道53设置于该第二机体20底部并与该第一机体10构成运动副连接，该轨道53于内侧形成弧状的扇形齿条面与所述旋转传动装置52的齿轮相啮合，在此的旋转传动装置52通过该旋转驱动装置51输出旋转动力，并连接至该轨道53相对转动，由于该轨道53是连接着该连接座44，进而使该第二机体20能够相对该第一机体10沿着轴向转动，此处的旋转结构50亦可依配置需要而安装在第一机体10上，本发明在此不加以限制。

需要一提的是，如图3、图6中所述的第一机体10与第二机体20的外侧形成凹陷状的贴合部12、22，较佳的是，所述的贴合部12、22具有多个贴合面，各贴合面包括有一平面及分别设置在该平面两侧的斜面，并在各贴合部12、22的斜面上各角落分别设置有一个抵靠件13、23，各抵靠件13、23在中央具有凸起的圆球状滚珠结构，可用于抵靠柱面并减少与柱面之间的摩擦力，并达到导向功能。

本发明的第三较佳实施例如图8、图9所示，优选的是，以第二机体20为例，在各贴合部22的斜面角落设置有所述抵靠件23，并进一步在各贴合部22的平面设置有两并列的抵靠件23，因此，通过多个抵靠件13、23的设置，当柱体C、C1的直径因上、下不同时，使所述的第一机体10与第二机体20能够通过所述的抵靠件13、23适应于柱体上、下粗细不同的状况。

本发明的较佳使用方式请参考图10至图20，首先以爬行机器人的爬行动作进行说明，首先参看图10至图15所示，将爬行机器人放置在欲进行爬行的柱体C上，由该第一机体10、第二机体20同时驱动该爬杆结构30A，使各支撑臂33相对该第二机体20缩回，让该收紧带35搭配各抵靠件23而能够紧紧地包住该柱体C。

当该第一机体10、第二机体20均固定于该柱体C后，即可开始进行爬行动作，首先，再参看图11及图12所示，由第二机体20先驱动该爬杆结构30A，使该对支撑臂33相对该第二机体20伸出后，该收紧带35与该柱体C之间形成无抱紧的可活动状态，因此该第一机体10通过该升降结构40带动该第二机体20沿着该柱体C向上运行，直到该升降结构40的极限点后，该第一机体10停止升降动作。

如图13所示，接着该第二机体20通过该爬杆结构30A的支撑臂33、连接件34及收紧带35作用，而能够紧抱在该柱体C的上方位置，而形成另一个爬行的支点。

如图14及图15所示，当该第二机体20固定在该柱体C的上方位置时，此时该第一机体10通过伸出该爬杆结构30A与该柱体C形成可活动状态，再利用该升降结构40的带动，将该第一机体10由该柱体C的下方位置带到邻近该第二机体20的位置，本发明的爬行机器人通过该爬杆结构30A及该升降结构40的交替作用，使该第一机体10与该第二机体20能够在一静一动的交换动作下，完成爬行的动作，其中，此处的爬行动作并不限于纵向的爬行，横向或倾斜的柱体爬行均在前述的动作当中。

如图16及图17所示，当爬行机器人在爬行过程中遇到了障碍物时，该第一机体10与该第二机体20能够通过设置在该第二机体20的旋转机构50，使该第一机体10相对该第二机体20转动以避开障碍物，并且搭配各爬杆结构30A来继续爬行的动作。

如图18至图20所示，当爬行机器人在爬行过程中或者是在进行安装过程当中，通过该爬杆结构30A当中的支撑臂33相对柱体C、C1延长或缩短，并配合连接件34的枢接端341及弹性元件342及收紧带35，能够产生自适应的调整效果，进而包覆住直径大小不同的柱体C、C1，同时，枢接端341的自适应转动能够增加柔性伸缩收紧带35与柱体C、C1之间的包角θ，增加摩擦力，由图1、图18、19的比较可看出，具有连接件34的爬杆结构30A相较起没有连接件34的爬杆结构30具有更大的包角θ，因此与柱体C之间具有更大的摩擦力，而且，弹性元件342帮助枢接端341产生弹力而具有自动复位的效果，并搭配收紧带35的柔性特色能够与柱面完整均匀地包覆，使爬行机器人与柱体C、C1之间有更为优越的固定效果。

本发明的控制系统可为线控或远端摇控的方式操作爬行机器人作动，在此亦不加以限制。

本发明的爬行机器人主要在机体上以轻量化的缕空架体设计，搭配了爬杆结构当中的支撑臂、连接件及收紧带组合，让爬行机器人在与柱体固定时更为贴合，并且有较佳的摩擦力及受到更少的重力影响，进而提升爬速。

以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种爬行机器人，其特征在于，包括：

两节以上的机体；

分别设置在所述的机体上的爬杆结构，各爬杆结构分别包括有一设置于机体的驱动装置、一连接该驱动装置并传递动力的传动装置、一对分别连接到该传动装置的支撑臂及一连接于该对支撑臂的收紧带，该收紧带与支撑臂之间为具有弹性的自适应连接；

各爬杆结构的所述支撑臂与收紧带之间以一连接件连接，该连接件分别弹性地连接在所述支撑臂的一端并远离所述的机体；

所述的连接件的一端以一枢接端枢设在对应的支撑臂端部，该枢接端与支撑臂之间设置有一弹性元件，该连接件的另一端则形成了一接合部用于连接该收紧带；

一设置在任一机体上的升降结构；以及

一设置在任一机体上的旋转结构。

2.根据权利要求1所述的爬行机器人，其特征在于，所述机体为两节设计，区分为第一机体及第二机体，该升降结构设置于所述的第一机体，该旋转结构设置于所述的第二机体。

3.根据权利要求2所述的爬行机器人，其特征在于，所述的第一机体与第二机体的外侧形成凹陷状的贴合部，各贴合部上设置有一个以上的抵靠件。

4.根据权利要求3所述的爬行机器人，其特征在于，所述各贴合部上设置有多个抵靠件，各贴合部具有多个贴合面，各抵靠件分别对应设置在各贴合面上，以适应于柱体上、下粗细不同的状况。

5.根据权利要求1所述的爬行机器人，其特征在于，该升降结构包括有一动力装置、一伸缩杆组、一对导引组及一连接座，该动力装置连接于所述的机体内，该伸缩杆组连接于该动力装置，该对导引组设置于该伸缩杆组的两侧并穿设于机体，该连接座设置在该对导引组的底部。

6.根据权利要求1所述的爬行机器人，其特征在于，该旋转结构包括有一旋转驱动装置、一旋转传动装置及一轨道，所述的旋转驱动装置及旋转传动装置分别设置在所述的机体内并互相连接，该轨道设置在所述的机体内并与该旋转传动装置构成运动副连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的爬行机器人，其特征在于，所述的机体为缕空形架体。

8.一种爬杆结构，其设置于一机体，其特征在于，包括：

一设置于机体的驱动装置；

一连接该驱动装置并传递动力的传动装置；

一对分别连接到该传动装置的支撑臂及一连接于该对支撑臂的收紧带，该收紧带与支撑臂之间为具有弹性的自适应连接；

所述支撑臂与收紧带之间以一连接件连接，该连接件分别弹性地连接在所述支撑臂的一端；

所述的连接件的一端以一枢接端枢设在对应的支撑臂端部，该枢接端与支撑臂之间设置有一弹性元件，该连接件的另一端则形成了一接合部用于连接该收紧带。

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