CN108942964B - 一种柱状结构表面检测的仿生机器人 - Google Patents

一种柱状结构表面检测的仿生机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柱状结构表面检测的仿生机器人，包括第一躯干、第二躯干和检测装置，所述检测装置安装在所述第一躯干顶端，所述第一躯干设在所述第二躯干背部，所述第一躯干和所述第二躯干间设有驱动所述第二躯干和所述第一躯干作上下相对运动的滚珠丝杠机构，所述第一躯干两侧设有多对相对于第一躯干对称且用于夹紧柱状结构的第一机械爪，所述第二躯干两侧设有一对相对于第二躯干对称且用于夹紧柱状结构第二机械爪。本发明提供的一种柱状结构表面检测的仿生机器人，通过滚珠丝杠机构实现仿生机器人的上下攀爬，并可与检测装置结合，对柱状结构表面进行检测，代替人工检测和无人机检测，检测周期短，安全系数高。

Description

一种柱状结构表面检测的仿生机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，涉及一种仿生机器人，特别涉及一种柱状结构表面检测的仿生机器人。
背景技术
柱状结构随处可见，磁性材料例如大坝活塞杆，非磁性材料例如电线杆、大树等。当大坝活塞杆出现磨损，电线杆出现微小裂纹，类长圆柱大树表面的出现虫蛀时，需要对其进行检测，但人工检测往往需要很长的周期，严重影响工作效率，且人工检测易发生安全事故。目前，有采用无人机对柱状结构表明进行检测，但无人机对空间的要求高，且在小范围内旋转而不失稳的难度很大，另外其所拍摄的图像的焦距也不相同。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种柱状结构表面检测的仿生机器人，通过机械爪转动，及机械爪的环抱把柱状结构压紧在仿生机器人上，实现锁紧定位，通过丝杠导轨机构实现仿生机器人的上下攀爬，并与检测装置结合，对柱状结构表面进行检测，代替人工检测和无人机检测，检测周期短，安全系数高。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种柱状结构表面检测的仿生机器人，其特征在于：包括第一躯干、第二躯干和检测装置，所述检测装置安装在所述第一躯干顶端，所述第一躯干设在所述第二躯干背部，所述第一躯干和所述第二躯干间设有驱动所述第二躯干和所述第一躯干作上下相对运动的滚珠丝杠机构，所述第一躯干两侧设有多对相对于第一躯干对称且用于夹紧柱状结构的第一机械爪，所述第二躯干两侧设有一对相对于第二躯干对称且用于夹紧柱状结构第二机械爪，仿生机器人通过多对第一机械爪和一对第二机械爪交替夹紧柱状结构，滚珠丝杠机构调整第一躯干和第二躯干之间的上下距离驱动仿生机器人上升或下降。
进一步的，所述滚珠丝杠机构包括竖直方向的丝杠、驱动丝杠转动的电机、丝杠螺母和升降组件，所述丝杠螺母安装在所述升降组件上，所述丝杠和电机安装在第一躯干或第二躯干上，对应的升降组件安装在第二躯干或第一躯干上，所述丝杠穿设于丝杠螺母与所述升降组件连接。
进一步的，所述第一躯干前侧设有与所述丝杠平行的导轨，所述第二躯干后侧设有在所述导轨上滑动的滑块。
进一步的，所述第一机械爪包括固定在所述第一躯干侧面的第一臂部和与第一臂部铰接的第一弧形爪，所述第一电动推杆的推杆后端与所述第一臂部的中部铰接，前端与所述第一弧形爪的中部铰接，所述第二机械爪包括固定在所述第二躯干侧面的第二臂部和与第二臂部铰接的第一弧形爪，所述第二电动推杆的推杆后端与所述第二臂部的中部铰接，前端与所述第二弧形爪的中部铰接。
进一步的，所述导轨的上表面和所述滑块内侧面间嵌有多个钢珠，且所述滑块上下两端固定有挡板对所述钢珠进行定位。
进一步的，所述第一躯干的顶端设有支撑件，所述支撑件的下端与所述第一躯干连接，上端与检测装置连接。
进一步的，所述支撑件的上端固设有环形导轨，所述环形导轨内圈设有齿状结构，所述环形导轨上设有可在其上滑动的滑动件，所述检测装置固设在所述滑动件上，所述滑动件上设有与导轨内圈齿状结构相啮合的齿轮。所述齿轮通过设置在所述滑动件上的检测电机驱动转动，带动滑动件及与其连接的检测装置绕着环形导轨滑动。
进一步的，所述第二躯干与圆柱结构的接触面向内凹陷呈弧形面且设有防滑橡胶。
进一步的，所述第一躯干的底端连接有缓冲装置。
进一步的，所述第一弧形爪和第二弧形爪的前端设有防滑橡胶。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明公开的一种柱状结构表面检测的仿生机器人，通过丝杠导轨机构实现仿生机器人的上下攀爬，并与检测装置结合，对柱状结构表面进行检测，检测周期短，安全系数高。
2.本发明公开的一种柱状结构表面检测的仿生机器人，通过电动推杆带动机械爪转动，实现锁紧定位，方便控制，进一步提高了检测效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的仿生机器人的一个角度的结构示意图。
图3是本发明的仿生机器人的另一个角度的结构示意图。
图4是本发明仿生机器人第一躯干和两对第一机械爪的一个角度的装配示意图。
图5是本发明仿生机器人第一躯干和两对第一机械爪的俯视图。
图6是本发明第一躯干的结构示意图。
图7是本发明第二躯干和一对第二机械爪的一个角度的装配示意图。
图8是本发明第二躯干和一对第二机械爪的俯视图。
图9是本发明第二躯干的结构示意图。
图10是本发明第一躯干和第二躯干连接的俯视图。
图11是本发明检测装置、齿轮齿条机构和仿生机器人连接的结构示意图。
图12是本发明检测装置、齿轮齿条机构和支撑件连接的机构示意图。
其中，1、检测装置；2、齿轮齿条机构；21、环形导轨；211齿状结构；22、齿轮；23、滑动件；24、检测电机；3、支撑件；4、第一机械爪；41、第一弧形爪；42、第一臂部；5、第二机械爪；51、第二弧形爪；52、第二臂部；6、第一电动推杆；7、第二电动推杆；8、第一躯干；81、导轨；811、第一导轨；812、第二导轨；82、电机座；9、第二躯干；91、滑块；911、第一滑块；912、第二滑块；913、挡板；92、升降组件；921、螺纹孔；922、电机；923、丝杠；924、丝杠支撑座；925、丝杠螺母；93、钢珠；10、缓冲装置；101、弹簧；11、防滑橡胶；12、柱状结构；13、滚珠丝杠机构。
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。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1-图3所示，一种柱状结构表面检测的仿生机器人，包括第一躯干8和第二躯干9，第二躯干9相对与柱状结构12的内表面向内凹陷呈弧形面且设有防滑橡胶，与柱状结构12的圆弧形外壁相适应。第一躯干8设在第二躯干9背部，第一躯干8和第二躯干9间设有滚珠丝杠机构13。滚珠丝杠机构13可以驱动第一躯干8相对于第二躯干9上下运动，也可以驱动第二躯干9相对于第一躯干8上下运动。第一躯干8两侧设有两对相对于第一躯干8对称的用于夹紧柱状结构12的第一机械爪4。第二躯干9两侧设有一对相对于第二躯干9对称用于夹紧柱状结构12的第二机械爪5。上升时，当第一躯干8两侧的两对第一机械爪4夹紧柱状结构12后，滚珠丝杠机构13驱动第二躯干9上升，此时第二躯干9两侧的一对第二机械爪5夹紧柱状结构12，滚珠丝杠机构13驱动第一躯干8上升，完成上升动作。下降时，第一躯干8两侧的两对第一机械爪4夹紧柱状结构12后，滚珠丝杠机构13驱动第二躯干9下降，此时第二躯干9两侧的一对第二机械爪5夹紧柱状结构12，滚珠丝杠机构13驱动第一躯干8下降，完成下降动作。
如图4和图6所示，滚珠丝杠机构13包括竖直方向的丝杠923和驱动丝杠923转动的电机922。第一躯干8前侧安装有电机座82和丝杠支撑座924，电机922安装在电机座82上，丝杠923的下端与电机922的输出轴连接，丝杠923的上端通过轴承安装在丝杠支撑座924上，并通过止推环固定。第一躯干8前侧设有与丝杠923平行的导轨81。本发明中，导轨81包括第一导轨811和第二导轨812，第一导轨811和第二导轨812对称设置在丝杠923两侧。
如图7和图9所示，滚珠丝杠机构13还包括在丝杠923上滑动的升降组件92，升降组件92固设在第二躯干9后侧，滚珠丝杠机构13驱动升降组件92升降时，即驱动与升降组件92固定的第二躯干9升降。上升降组件92上设有上下贯通的槽孔921，槽孔921内安装有螺母支座，丝杠螺母925安装在螺母支座内，丝杠923穿设于槽孔921与丝杠螺母925连接。第二躯干9后侧设有在导轨81上滑动的滑块91，本发明中，滑块91包括在第一导轨811上滑动的第一滑块911和在第二导轨812上滑动的第一滑块912。
如图4和图5所示，第一躯干8的两侧设有两对相对于第一躯干8对称的第一机械爪4，两对第一机械爪4用于夹紧柱状结构，第一躯干8一侧的一个第一机械爪4包括向内弯曲的第一弧形爪41和第一臂部42，第一臂部42固定连接在第一躯干8的侧面，第一弧形爪41与第一臂部42铰接。第一弧形爪41与第一臂部42间设有第一电动推杆6，第一电动推杆6的推杆后端与第一臂部42的中部铰接，第一电动推杆6的推杆前端与第一弧形爪41的中部铰接，第一弧形爪41通过安装在第一弧形爪41和第一臂部42间的第一电动推杆6推动夹紧或放松。第一弧形爪41的前端设有防滑橡胶11，可增大与柱状结构12接触的摩擦力。
如图7和图8所示，第二躯干9的两侧设有一对相对于第二躯干9对称的第二机械爪5，一对第二机械爪5用于夹紧柱状结构12。第二躯干9一侧的一个第二机械爪5包括向内弯曲的第二弧形爪51和第二臂部52，第二臂部52固定连接在第二躯干9的侧面，第二弧形爪51与第二臂部52铰接。第二弧形爪51和第二臂部52间设有第二电动推杆7，第二电动推杆7的推杆后端与第二臂部52的中部铰接，第二电动推杆7的推杆前端与第二弧形爪51的中部铰接，第二弧形爪51通过安装在第二弧形爪51和第二臂部52间的第二电动推杆7推动夹紧或放松。第二弧形爪51的前端设有防滑橡胶11，可增大与柱状结构12接触的摩擦力。
如图4和图6所示，导轨81包括第一导轨811和第二导轨812，第一导轨811和第二导轨812的两侧面和上表面均设有凹槽。
如图7、图9和图10所示，滑块91包括第一滑块911和第二滑块912。本发明中，第一滑块911在第一导轨811上滑动，第二滑块912在第二导轨812上滑动。第一滑块911内部两侧面分别设有可嵌入第一导轨811两侧面凹槽的凸起。第二滑块912两内侧面分别设有可嵌入第二导轨812两侧面凹槽的凸起。第一滑块911和第一导轨811间嵌有多个钢珠93，钢珠93的外表面与第一滑块911内壁和第一导轨812上表面的凹槽相适应。第一滑块911上下两端固定有挡板913对钢珠93进行定位。第二滑块912和第一导轨811间嵌有多个钢珠93，钢珠93的外表面与第二滑块912内壁和第二导轨812上表面的凹槽相适应。第二滑块912上下两端固定有挡板913对钢珠93进行定位。设置多个钢珠93可以将滑块91在导轨81上运动产生的滑动摩擦转变为滚动摩擦，减小摩擦阻力，使整个装置更加方便的上升或下降。
如图1、图11和图12所示，第一躯干8的顶端与检测装置1连接。连接有弧形的支撑件3，支撑件3的横截面为L型。支撑件3的下端与第一躯干8连接，上端与检测装置1连接。支撑件3的上端固设有环形导轨21，环形导轨21上设有环形滑槽，环形导轨21内圈设有齿状结构211，检测装置1底端设有可在环形导轨21上滑动的滑动件23，滑动件23内设有与齿状结构导轨内圈齿状结构211相啮合的齿轮22。齿轮22可通过设置在检测装置1上的带有编码器的检测电机24驱动转动，从而带动检测装置1绕着环形导轨滑动，对柱状结构12的一周外壁进行检测。
如图1-图4所示，第一躯干8的底端连接有缓冲装置10。优选的，缓冲装置10可以为弹簧101或附着在第一躯干8底端的橡胶垫。
本发明的工作原理：上升时，第一电动推杆6电机反转，第一躯干8两侧的两对第一机械爪4将柱状结构12压紧在第二躯干9的内表面，随后，第二电动推杆7正转，也即是第二机械爪5处于松开状态，电机922正转，丝杠923转动从而带动升降组件92及与其连接的第二躯干9上升，上升一定距离后，第二电动推杆7的电机反转，第二躯干9两侧的一对第二机械爪5夹紧柱状结构12，并将其压紧在第二躯干9的弧形表面，第一电动推杆6电机正转，也即是第一机械爪4处于松开状态，电机922反转，丝杠923转动带动第一躯干8上升，上升同样的距离后，第一电动推杆6电机反转，第一躯干8两侧的两对第一机械爪4夹紧柱状结构12，并将其压紧在第二躯干9的内表面，完成一个上升动作。下降时，第一电动推杆6电机反转，第一躯干8两侧的两对第一机械爪4夹紧柱状结构12后，第二电动推杆7的电机正转，第二机械爪5处于松开状态，电机922反转，丝杠923转动带动升降组件92及其连接的第二躯干9下降，下降一定距离后，第二电动推杆7的电机反转，第二躯干9两侧的一对第二机械爪5夹紧柱状结构12，并将其压紧在第二躯干9的内表面，接着第一电动推杆6电机正转，也即是第一机械爪4处于松开状态。电机922正转，丝杠923转动带动第一躯干8下降，下降同样的距离后，第一电动推杆6电机反转，第一躯干8两侧的两对第一机械爪4夹紧柱状结构12，并将其压紧在第二躯干9的弧形表面，完成一个下降动作。上升或下降完成后，齿轮22通过设置在滑动件23上的检测电机24驱动绕着环形导轨21上的齿状结构211转动，带动滑动件23及与其连接的检测装置1沿着环形导轨21滑动。对柱状结构12的一周外壁进行检测。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种柱状结构表面检测的仿生机器人，其特征在于：包括第一躯干、第二躯干和检测装置，所述检测装置安装在所述第一躯干顶端，所述第一躯干设在所述第二躯干背部，所述第一躯干和所述第二躯干间设有驱动所述第二躯干和所述第一躯干作上下相对运动的滚珠丝杠机构，所述滚珠丝杠机构包括竖直方向的丝杠、驱动丝杠转动的电机、丝杠螺母和升降组件，所述丝杠螺母安装在所述升降组件上，所述丝杠和电机安装在第一躯干或第二躯干上，对应的升降组件安装在第二躯干或第一躯干上，所述丝杠穿设于丝杠螺母与所述升降组件连接，所述第一躯干前侧设有与所述丝杠平行的导轨，所述第二躯干后侧设有在所述导轨上滑动的滑块，所述第一躯干两侧设有多对相对于第一躯干对称且用于夹紧柱状结构的第一机械爪，所述第二躯干两侧设有一对相对于第二躯干对称且用于夹紧柱状结构第二机械爪，所述第一机械爪包括固定在所述第一躯干侧面的第一臂部和与第一臂部铰接的第一弧形爪，第一电动推杆的推杆后端与所述第一臂部的中部铰接，前端与所述第一弧形爪的中部铰接，所述第二机械爪包括固定在所述第二躯干侧面的第二臂部和与第二臂部铰接的第二弧形爪，第二电动推杆的推杆后端与所述第二臂部的中部铰接，前端与所述第二弧形爪的中部铰接，所述第一躯干的顶端设有支撑件，所述支撑件的下端与所述第一躯干连接，上端与检测装置连接，所述支撑件的上端固设有环形导轨，所述环形导轨内圈设有齿状结构，所述环形导轨上设有可在其上滑动的滑动件，所述检测装置固设在所述滑动件上，所述滑动件上设有与齿状结构导轨内圈齿状结构相啮合的齿轮，所述齿轮通过设置在所述滑动件上的检测电机驱动转动，带动滑动件及与其连接的检测装置绕着环形导轨滑动，仿生机器人通过多对第一机械爪和一对第二机械爪交替夹紧柱状结构，滚珠丝杠机构调整第一躯干和第二躯干之间的上下距离驱动仿生机器人上升或下降。
2.根据权利要求1所述的柱状结构表面检测的仿生机器人，其特征在于：所述导轨的上表面和所述滑块内侧面间嵌有多个钢珠，且所述滑块上下两端固定有挡板对所述钢珠进行定位。
3.根据权利要求1-2任一项所述的柱状结构表面检测的仿生机器人，其特征在于：所述第二躯干与圆柱结构的接触面向内凹陷呈弧形面且设有防滑橡胶。
4.根据权利要求1-2任一项所述的柱状结构表面检测的仿生机器人，其特征在于：所述第一躯干的底端连接有缓冲装置。
5.根据权利要求1-2任一项所述的柱状结构表面检测的仿生机器人，其特征在于：所述第一弧形爪和第二弧形爪的前端设有防滑橡胶。
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