CN110329384A - 一种可避障的爬网机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可避障的爬网机器人，包括上躯体、下躯体，所述上躯体的底面设置有滑套，所述滑套内穿插有滑板，所述滑板与所述下躯体之间设置有限位组件，所述限位组件包括导向直槽、限位板、导向杆，所述导向杆的顶端穿过所述导向直槽并连接于所述滑板上，所述上躯体上设置有前后移动组件与左右移动组件，所述下躯体的左侧设置有左前板，所述上躯体的左侧设置有左后板，所述左前板位于所述左后板的前方，所述上躯体的右侧设置有右前板，所述下躯体的右侧设置有右后板，所述右前板位于所述右后板的前方，所述左前板、左后板、右前板、右后板上均设置有升降支撑脚，本发明可在网格上攀爬，并且可灵活地避障，应用领域更广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种可避障的爬网机器人。
背景技术
近年来有很多关于仿生机器人的研究，攀爬机器人在国内也少数人在研究，而且研究的攀爬机器人的抓紧方式多数都是磁吸附，或者真空式吸附的方式。这两种方式大大限制了攀爬机器人往其他领域发展，比如对于网格的攀爬，磁吸附和真空式吸附的方式是行不通的。机器人在攀爬建筑物的防护网时，由于建筑物在施工时，建筑物外围一般都是竹竿构造的结构保证防护网的固定，但防护网的内表面是没有竹竿支架在上面的，可使得避障攀爬机器人能在内网上攀爬。建筑物在施工时可能因为材料、自然环境或者人为因素等影响，导致建筑物出现裂缝这种致命的安全隐患。又因为施工场所出现障碍物的情况也很常见，所以一个可以检查建筑物施工裂缝且具有智能避障的机器人是非常有意义的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：需要一种可避障的爬网机器人，可在网格上进行攀爬。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种可避障的爬网机器人，包括上躯体、设置于所述上躯体下方的下躯体，所述上躯体的底面设置有滑套，所述滑套内穿插有滑板，所述滑板在所述滑套内沿前后方向来回运动，所述滑板与所述下躯体之间设置有不少于一个的限位组件，所述限位组件包括设置于所述下躯体上的导向直槽、设置于所述下躯体下方的限位板、设置于所述限位板上的导向杆，所述导向直槽沿左右方向延伸设置，所述导向杆的顶端穿过所述导向直槽并连接于所述滑板上，所述上躯体上设置有前后移动组件与左右移动组件，所述下躯体的左侧设置有左前板，所述上躯体的左侧设置有左后板，所述左前板位于所述左后板的前方，所述上躯体的右侧设置有右前板，所述下躯体的右侧设置有右后板，所述右前板位于所述右后板的前方，所述左前板、左后板、右前板、右后板上均设置有升降支撑脚。
作为上述技术方案的进一步改进，所述左前板上的升降支撑脚包括第一舵机、主动轴、从动轴、传动框、脚架，所述第一舵机固定连接于所述左前板上，所述第一舵机驱动连接于所述主动轴，所述主动轴上设置有主动齿轮，所述从动轴通过轴承连接于所述左前板上，所述从动轴上设置有从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮相互啮合，所述传动框的前内侧壁设置有第一竖直齿条，所述传动框的后内侧壁设置有第二竖直齿条，所述从动齿轮与所述第一竖直齿条相互啮合，所述主动齿轮与所述第二竖直齿条相互啮合，所述脚架设置于所述传动框的底侧，所述传动框上设置有限位杆，所述左前板上正对于所述限位杆的位置设置有竖直限位槽，所述限位杆插入所述限位槽内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述左前板上的升降支撑脚还包括升降收线轮，所述升降收线轮传动连接于所述主动轴上，所述脚架包括脚掌、脚趾、第一传动线，所述脚掌固定连接于所述传动框的底侧，所述脚趾的中部通过转轴连接于所述脚掌上，所述转轴的旋转轴线沿水平方向延伸设置，所述脚趾的一端通过弹簧连接于所述脚掌上，所述第一传动线的一端连接于所述脚趾的另一端，所述第一传动线的另一端连接于所述升降收线轮的外周壁上，所述脚架设置有工若干个。
作为上述技术方案的进一步改进，所述前后移动组件包括第二舵机、第三舵机、第二收线轮、第三收线轮、第二传动线、第三传动线、第四传动线、第五传动线，所述第二舵机、第三舵机分别固定于所述上躯体上，所述第二舵机驱动连接于所述第二收线轮，所述第三舵机驱动连接于所述第三收线轮，所述第二收线轮与所述第三收线轮沿左右方向间隔设置于所述上躯体的底侧，所述第二传动线的一端连接于所述滑板的前侧，所述第二传动线的另一端连接于所述第二收线轮的外周壁，所述第三传动线的一端连接于所述滑板的前侧，所述第三传动线的另一端连接于所述第三收线轮的外周壁，所述第四传动线的一端连接于所述滑板的后侧，所述第四传动线的另一端连接于所述第二收线轮的外周壁，所述第五传动线的一端连接于所述滑板的后侧，所述第五传动线的另一端连接于所述第三收线轮的外周壁。
作为上述技术方案的进一步改进，所述左右移动组件包括第四舵机、第四收线轮、第六传动线、第七传动线，所述第四舵机固定于所述上躯体上，所述第四舵机传动连接于所述第四收线轮，所述第六传动线的一端连接于所述下躯体的左侧，所述第六传动线的另一端连接于所述第四收线轮的外周壁，所述第七传动线的一端连接于所述下躯体的右侧，所述第七传动线的另一端连接于所述第四收线轮的外周壁。
作为上述技术方案的进一步改进，所述下躯体上设置有超声波传感器、红外传感器，所述超声波传感器、红外传感器分别与所述第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机电连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述升降收线轮、第二收线轮、第三收线轮、第四收线轮的外周壁均设置有环形凹槽。
作为上述技术方案的进一步改进，所述限位组件沿前后方向间隔设置有不少于两个。
本发明的有益效果是：提供一种可避障的爬网机器人，包括上躯体、下躯体，上躯体与下躯体之间可产生相对运动，具体的，通过前后移动组件的带动，滑板可在滑套内相对前后运动，由于滑板连接有导向杆，而导向杆在导向直槽内相对前后固定，因此，当前后移动组件带动滑板在滑套内相对前后运动时，上躯体与下躯体之间可产生相对前后运动，当左右移动组件带动下导向杆在导向直槽内左右运动，而此时滑板与上躯体相对左右固定，因此，当左右移动组件带动导向杆在导向直槽内运动时，上躯体与下躯体之间可产生相对左右运动，在上躯体与下躯体上设置的左前板、左后板、右前板、右后板可形成稳定的支撑结构，通过升降支撑脚可使整体相对上下运动，在四个左升降支撑脚作上下运动的同时，结合前后移动组件与左右移动组件，可使得整体作纵向运动、横向运动、斜向运动，可攀爬在网格上，并进行灵活的避障动作，实用性更强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的整体立体图；
图2是本发明去除下躯体后的仰视图。
附图中：1-上躯体、2-下躯体、3-滑套、4-滑板、5-导向直槽、6-限位板、7-左前板、8-左后板、9-右前板、10-右后板、11-传动框、12-升降收线轮、13-脚掌、14-脚趾、15-第一传动线、16-第二收线轮、17-第三收线轮、18-第二传动线、19-第三传动线、20-第四传动线、21-第五传动线、22-第四收线轮、23-第六传动线、24-第七传动线、25-主动齿轮、26-从动齿轮、27-第一竖直齿条、28-第二竖直齿条、29-导向杆、30-限位杆。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1、图2，一种可避障的爬网机器人，包括上躯体1、设置于所述上躯体1下方的下躯体2，所述上躯体1的底面设置有滑套3，所述滑套3内穿插有滑板4，所述滑板4在所述滑套3内沿前后方向来回运动，所述滑板4与所述下躯体2之间设置有不少于一个的限位组件，所述限位组件包括设置于所述下躯体2上的导向直槽5、设置于所述下躯体2下方的限位板6、设置于所述限位板6上的导向杆29，所述导向直槽5沿左右方向延伸设置，所述导向杆29的顶端穿过所述导向直槽5并连接于所述滑板4上，所述上躯体1上设置有前后移动组件与左右移动组件，所述下躯体2的左侧设置有左前板7，所述上躯体1的左侧设置有左后板8，所述左前板7位于所述左后板8的前方，所述上躯体1的右侧设置有右前板9，所述下躯体2的右侧设置有右后板10，所述右前板9位于所述右后板10的前方，所述左前板7、左后板8、右前板9、右后板10上均设置有升降支撑脚。
由上述可知，本发明提供一种可避障的爬网机器人，包括上躯体1、下躯体2，上躯体1与下躯体2之间可产生相对运动，具体的，通过前后移动组件的带动，滑板4可在滑套3内相对前后运动，由于滑板4连接有导向杆29，而导向杆29在导向直槽5内相对前后固定，因此，当前后移动组件带动滑板4在滑套3内相对前后运动时，上躯体1与下躯体2之间可产生相对前后运动，当左右移动组件带动下导向杆29在导向直槽5内左右运动，而此时滑板4与上躯体1相对左右固定，因此，当左右移动组件带动导向杆29在导向直槽5内运动时，上躯体1与下躯体2之间可产生相对左右运动，在上躯体1与下躯体2上设置的左前板7、左后板8、右前板9、右后板10可形成稳定的支撑结构，通过升降支撑脚可使整体相对上下运动，在四个左升降支撑脚作上下运动的同时，结合前后移动组件与左右移动组件，可使得整体作纵向运动、横向运动、斜向运动，可攀爬在网格上，并进行灵活的避障动作，实用性更强。
进一步作为优选的实施方式，所述左前板7上的升降支撑脚包括第一舵机、主动轴、从动轴、传动框11、脚架，所述第一舵机固定连接于所述左前板7上，所述第一舵机驱动连接于所述主动轴，所述主动轴上设置有主动齿轮25，所述从动轴通过轴承连接于所述左前板7上，所述从动轴上设置有从动齿轮26，所述主动齿轮25与所述从动齿轮26相互啮合，所述传动框11的前内侧壁设置有第一竖直齿条27，所述传动框11的后内侧壁设置有第二竖直齿条28，所述从动齿轮26与所述第一竖直齿条27相互啮合，所述主动齿轮25与所述第二竖直齿条28相互啮合，所述脚架设置于所述传动框11的底侧，所述传动框11上设置有限位杆30，所述左前板7上正对于所述限位杆30的位置设置有竖直限位槽，所述限位杆30插入所述限位槽内。第一舵机正转，并通过主动轴带动主动齿轮25转动，与主动齿轮25相互啮合的从动齿轮26跟随转动，由于第一竖直齿条27与从动齿轮26相互啮合、第二竖直齿条28与主动齿轮25相互啮合，使得传动框11向上运动，传动框11带动其底侧的升降支撑脚同时向上运动，当第一舵机反转时，通过主动轴带动主动齿轮25、从动齿轮26反转，传动框11向下运动，并带动其底侧的升降支撑脚向下运动，如此升降支撑脚完成抬起、放下的运动，整体运动时，每次启动两个升降支撑脚运动，另外两个升降支撑脚不动，形成稳定的步态，如左前板7、右后板10上的升降支撑脚运动时，左后板8、右前板9上的升降支撑脚不动，反之则运动状态相反。
作为上述技术方案的进一步改进，所述左前板7上的升降支撑脚还包括升降收线轮12，所述升降收线轮12传动连接于所述主动轴上，所述脚架包括脚掌13、脚趾14、第一传动线15，所述脚掌13固定连接于所述传动框11的底侧，所述脚趾14的中部通过转轴连接于所述脚掌13上，所述转轴的旋转轴线沿水平方向延伸设置，所述脚趾14的一端通过弹簧连接于所述脚掌13上，所述第一传动线15的一端连接于所述脚趾14的另一端，所述第一传动线15的另一端连接于所述升降收线轮12的外周壁上，所述脚架设置有工若干个。当第一舵机正转时，主动轴上的升降收线轮12转动，并收紧第一传动线15，使得第一传动线15带动脚趾14绕转轴转动，此时弹簧呈拉伸状态，整个脚架呈收起状态，当第一舵机反转时，升降收线轮12放松第一传动线15，在弹簧的弹力作用下脚趾14向外转动，弹簧复原后，整个脚架呈撑开的状态。
作为上述技术方案的进一步改进，所述前后移动组件包括第二舵机、第三舵机、第二收线轮16、第三收线轮17、第二传动线18、第三传动线19、第四传动线20、第五传动线21，所述第二舵机、第三舵机分别固定于所述上躯体1上，所述第二舵机驱动连接于所述第二收线轮16，所述第三舵机驱动连接于所述第三收线轮17，所述第二收线轮16与所述第三收线轮17沿左右方向间隔设置于所述上躯体1的底侧，所述第二传动线18的一端连接于所述滑板4的前侧，所述第二传动线18的另一端连接于所述第二收线轮16的外周壁，所述第三传动线19的一端连接于所述滑板4的前侧，所述第三传动线19的另一端连接于所述第三收线轮17的外周壁，所述第四传动线20的一端连接于所述滑板4的后侧，所述第四传动线20的另一端连接于所述第二收线轮16的外周壁，所述第五传动线21的一端连接于所述滑板4的后侧，所述第五传动线21的另一端连接于所述第三收线轮17的外周壁。当第二舵机正转、第三舵机反转时，带动第二收线轮16、第三收线轮17转动，拉紧第二传动线18、第三传动线19，第四传动线20、第五传动线21为放松状态，使滑板4在滑套3内向后运动，即可使得上躯体1相对下躯体2向前运动，当第二舵机反转、第三舵机正转时，第二收线轮16、第三收线轮17拉紧第四传动线20、第五传动线21，并使第二传动线18、第三传动线19放松，使滑板4在滑套3内向前运动，即可使得上躯体1相对下躯体2向后运动，如此配合升降支撑脚同时动作，即可使得整体作前后运动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述左右移动组件包括第四舵机、第四收线轮22、第六传动线23、第七传动线24，所述第四舵机固定于所述上躯体1上，所述第四舵机传动连接于所述第四收线轮22，所述第六传动线23的一端连接于所述下躯体2的左侧，所述第六传动线23的另一端连接于所述第四收线轮22的外周壁，所述第七传动线24的一端连接于所述下躯体2的右侧，所述第七传动线24的另一端连接于所述第四收线轮22的外周壁。当第四舵机正转时，第四收线轮22转动，并拉紧第六传动线23，放松第七传动线24，此时导向杆29在导向直槽5内向左运动，即可使得上躯体1相对下躯体2向左运动，当第四舵机反转时，第四收线轮22放松第六传动线23，并拉紧第七传动线24，此时导向杆29在导向直槽5内向右运动，即可使得上躯体1相对下躯体2向右运动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述下躯体2上设置有超声波传感器、红外传感器，所述超声波传感器、红外传感器分别与所述第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机电连接。超声波传感器型号为HC-SR04和红外传感器为光电反射红外对管模块，两者都用于检测障碍物，当检测到障碍物时，可控制舵机启停配合，使得整体不会撞到障碍物上。
在一些实施例中，可利用单片机与超声波传感器、红外传感器相连，作为控制各运动程序执行的核心，单片机型号为STM32F103RCT超声波传感器设定的检测距离大于红外传感器的检测距离，配合控制不同的舵机启停，可得到多种运动方案，第一种是纵向驱动当超声波传感器和红外传感器检测到前方没有障碍物时，STM32单片机执行纵向驱动程序，此时单片机控制脚掌13处的四个第一舵机和纵向运动的第二舵机、第三舵机循环运动，其中脚掌13处的舵机主要负责抓紧和松开，纵向驱动舵机负责驱动躯体的前进或者后退；第二种是横纵联动驱动，当超声波传感器检测到前方有障碍物而红外传感器检测到前方没有障碍物时，此时STM32单片机执行横纵联动驱动程序，这是在纵向运动的基础上加入了一个第四舵机，STM32单片机控制第四舵机、第二舵机、第三舵机、第一舵机循环运动，这时避障爬网机器人以斜直线的方式前进；第三种是横向驱动，当超声波传感器和红外传感器都能检测到障碍物时，此时STM32单片机执行横向驱动程序，控制第四舵机与第一舵机循环运动，这时避障爬网机器人只做横向运动，直到红外传感器和超声波传感器都没检测到障碍物时，避障爬网机器人恢复直线运动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述升降收线轮12、第二收线轮16、第三收线轮17、第四收线轮22的外周壁均设置有环形凹槽。在各条传动线固定在环形凹槽内，可更好地绕线拉紧。
作为上述技术方案的进一步改进，所述限位组件沿前后方向间隔设置有不少于两个。优选的，第二传动线18、第三传动线19的前端可连接在前一个限位组件的导向杆29上，第四传动线20、第五传动线21的后端可连接在后一个限位组件的导向杆29。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种可避障的爬网机器人，其特征在于：包括上躯体(1)、设置于所述上躯体(1)下方的下躯体(2)，所述上躯体(1)的底面设置有滑套(3)，所述滑套(3)内穿插有滑板(4)，所述滑板(4)在所述滑套(3)内沿前后方向来回运动，所述滑板(4)与所述下躯体(2)之间设置有不少于一个的限位组件，所述限位组件包括设置于所述下躯体(2)上的导向直槽(5)、设置于所述下躯体(2)下方的限位板(6)、设置于所述限位板(6)上的导向杆(29)，所述导向直槽(5)沿左右方向延伸设置，所述导向杆(29)的顶端穿过所述导向直槽(5)并连接于所述滑板(4)上，所述上躯体(1)上设置有前后移动组件与左右移动组件，所述下躯体(2)的左侧设置有左前板(7)，所述上躯体(1)的左侧设置有左后板(8)，所述左前板(7)位于所述左后板(8)的前方，所述上躯体(1)的右侧设置有右前板(9)，所述下躯体(2)的右侧设置有右后板(10)，所述右前板(9)位于所述右后板(10)的前方，所述左前板(7)、左后板(8)、右前板(9)、右后板(10)上均设置有升降支撑脚。
2.根据权利要求1所述的一种可避障的爬网机器人，其特征在于：所述左前板(7)上的升降支撑脚包括第一舵机、主动轴、从动轴、传动框(11)、脚架，所述第一舵机固定连接于所述左前板(7)上，所述第一舵机驱动连接于所述主动轴，所述主动轴上设置有主动齿轮(25)，所述从动轴通过轴承连接于所述左前板(7)上，所述从动轴上设置有从动齿轮(26)，所述主动齿轮(25)与所述从动齿轮(26)相互啮合，所述传动框(11)的前内侧壁设置有第一竖直齿条(27)，所述传动框(11)的后内侧壁设置有第二竖直齿条(28)，所述从动齿轮(26)与所述第一竖直齿条(27)相互啮合，所述主动齿轮(25)与所述第二竖直齿条(28)相互啮合，所述脚架设置于所述传动框(11)的底侧，所述传动框(11)上设置有限位杆(30)，所述左前板(7)上正对于所述限位杆(30)的位置设置有竖直限位槽，所述限位杆(30)插入所述限位槽内。
3.根据权利要求2所述的一种可避障的爬网机器人，其特征在于：所述左前板(7)上的升降支撑脚还包括升降收线轮(12)，所述升降收线轮(12)传动连接于所述主动轴上，所述脚架包括脚掌(13)、脚趾(14)、第一传动线(15)，所述脚掌(13)固定连接于所述传动框(11)的底侧，所述脚趾(14)的中部通过转轴连接于所述脚掌(13)上，所述转轴的旋转轴线沿水平方向延伸设置，所述脚趾(14)的一端通过弹簧连接于所述脚掌(13)上，所述第一传动线(15)的一端连接于所述脚趾(14)的另一端，所述第一传动线(15)的另一端连接于所述升降收线轮(12)的外周壁上，所述脚架设置有工若干个。
4.根据权利要求3所述的一种可避障的爬网机器人，其特征在于：所述前后移动组件包括第二舵机、第三舵机、第二收线轮(16)、第三收线轮(17)、第二传动线(18)、第三传动线(19)、第四传动线(20)、第五传动线(21)，所述第二舵机、第三舵机分别固定于所述上躯体(1)上，所述第二舵机驱动连接于所述第二收线轮(16)，所述第三舵机驱动连接于所述第三收线轮(17)，所述第二收线轮(16)与所述第三收线轮(17)沿左右方向间隔设置于所述上躯体(1)的底侧，所述第二传动线(18)的一端连接于所述滑板(4)的前侧，所述第二传动线(18)的另一端连接于所述第二收线轮(16)的外周壁，所述第三传动线(19)的一端连接于所述滑板(4)的前侧，所述第三传动线(19)的另一端连接于所述第三收线轮(17)的外周壁，所述第四传动线(20)的一端连接于所述滑板(4)的后侧，所述第四传动线(20)的另一端连接于所述第二收线轮(16)的外周壁，所述第五传动线(21)的一端连接于所述滑板(4)的后侧，所述第五传动线(21)的另一端连接于所述第三收线轮(17)的外周壁。
5.根据权利要求4所述的一种可避障的爬网机器人，其特征在于：所述左右移动组件包括第四舵机、第四收线轮(22)、第六传动线(23)、第七传动线(24)，所述第四舵机固定于所述上躯体(1)上，所述第四舵机传动连接于所述第四收线轮(22)，所述第六传动线(23)的一端连接于所述下躯体(2)的左侧，所述第六传动线(23)的另一端连接于所述第四收线轮(22)的外周壁，所述第七传动线(24)的一端连接于所述下躯体(2)的右侧，所述第七传动线(24)的另一端连接于所述第四收线轮(22)的外周壁。
6.根据权利要求5所述的一种可避障的爬网机器人，其特征在于：所述下躯体(2)上设置有超声波传感器、红外传感器，所述超声波传感器、红外传感器分别与所述第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机电连接。
7.根据权利要求5所述的一种可避障的爬网机器人，其特征在于：所述升降收线轮(12)、第二收线轮(16)、第三收线轮(17)、第四收线轮(22)的外周壁均设置有环形凹槽。
8.根据权利要求1所述的一种可避障的爬网机器人，其特征在于：所述限位组件沿前后方向间隔设置有不少于两个。
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