CN110465930A - 一种机器人牵引装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人牵引装置，包括机器人本体、与机器人本体连接的安全组件，安全组件包括一端与机器人本体连接的牵引绳、用于固定牵引绳的磁力座，磁力座包括第一座体，第一座体上设有用于控制牵引绳张力的调节机构，牵引绳另一端设在调节机构上。本发明当机器人本体下坠时，调节机构通过控制牵引绳的张力，从而防止机器人本体下坠；正常情况下，机器人本体爬行时，通过调节牵引绳的张力，从而控制机器人本体爬行的距离与速度。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其是涉及一种机器人牵引装置。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，还可以人工进行远程操作，它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作，但是，目前这种爬行机器人存在如下缺点：
1、当该机器人在爬行过程中出现故障下滑后，无法及时的制止住机器人的下坠趋势，导致机器人坠毁；
2、在机器人下坠的过程中由于产生晃动发生磕碰，该碰撞冲击力易造成机器人内部零件的位移，从而造成机器人的损坏；
3、现有的用于牵引或防坠的装置复杂且安全系数较低，不利于机器人的携带或者提高机器人的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人牵引装置，以解决现有技术的当该机器人在爬行过程中出现故障下滑后，无法及时的制止住机器人的下坠趋势，导致机器人坠毁，在机器人下坠的过程中由于产生晃动发生磕碰，该碰撞冲击力易造成机器人内部零件的位移，从而造成机器人的损坏的缺陷。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种机器人牵引装置，包括机器人本体、与机器人本体连接的安全组件，安全组件包括一端与机器人本体连接的牵引绳、用于固定牵引绳的磁力座，磁力座包括第一座体，第一座体上设有用于控制牵引绳张力的调节机构，牵引绳另一端设在调节机构上。通过上述技术方案，当机器人本体下坠时，调节机构通过控制牵引绳的张力，从而防止机器人本体下坠；正常情况下，机器人本体爬行时，通过调节牵引绳的张力，从而控制机器人本体爬行的距离与速度。由于机器人的磁轮是具有吸附力的，当机器人下坠时，只要磁轮遇到壁面再结合牵引绳的拉力，即可使得机器人在下坠过程中重新吸附在壁面上。
作为优选，调节机构包括设在第一座体上的电机、与电机连接的传动组件、与传动组件连接的传动杆，牵引绳设在传动杆上。通过调节机构的设置，可以通过调节电机的转速从而调节牵引绳的张力。
作为优选，传动组件包括与电机连接的第一带轮、与传动杆连接的第二带轮、与第一带轮和第二带轮连接的传动带。
作为优选，磁力座还包括底座、设在底座上的第二座体，第一座体设在底座上，第二座体包括左座体、右座体、固定杆，牵引绳一端设在传动杆上，牵引绳经固定杆缠绕后与机器人本体连接，底座上设有用于固定左座体的左固定座、用于固定右座体的右固定座，左座体设在左固定座内，右座体设在右固定座内，固定杆设在左固定座和右固定座上。通过将牵引绳缠绕在固定杆上，可以将牵引绳与固定杆之间的摩擦力转换成牵引绳的张力，从而使得第一座体用较小的力就可以拉住机器人本体。
作为优选，牵引绳上设有用于感应牵引绳张力的传感器，传感器与电机连接。通过张力传感器的设置，可以感应牵引绳张力的变化，从而使得电机根据牵引绳张力变化调节电机转速。
作为优选，电机上设有用于检测电机电流的电流传感器。由于当牵引绳拉紧或宽松时，传动杆转动的速度不同，电机的电流也不同，通过电流传感器的设置，可以检测电机上的电流，通过调节电机的电流，从而控制电机的转速和力矩，进而控制牵引绳的张力。
作为优选，左固定座上设有用于卡设固定杆的第一卡扣件，右固定座上设有用于卡设固定杆的第二卡扣件，第一卡扣件、第二卡扣件均与固定杆连接。
作为优选，机器人本体上设有连接槽，连接槽上设有连接件，连接件与牵引绳连接。
作为优选，底座为导磁体。通过导磁体的设置，可以将底座可拆卸的设置在不同的地方，方便拆卸和安装。
作为优选，机器人本体上设有磁轮。通过磁轮的设置，可以方便使机器人本体在壁面上爬行。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明当机器人本体下坠时，调节机构通过控制牵引绳的张力，从而防止机器人本体下坠；正常情况下，机器人本体爬行时，通过调节牵引绳的张力，从而控制机器人本体爬行的距离与速度；
2、通过将牵引绳缠绕在固定杆上，可以将牵引绳与固定杆之间的摩擦力转换成牵引绳的张力，从而使得第一座体用较小的力就可以拉住机器人本体；
3、通过电流传感器的设置，可以检测电机上的电流，通过调节电机的电流，从而控制电机的转速和力矩，进而控制牵引绳的张力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是磁轮的结构示意图。
图3是磁轮中磁铁和衔铁的结构示意图。
图4是图2中第一轮块和第二轮块的一种结构示意图。
图5是图2中第一轮块和第二轮块越障时的剖视图。
图6是磁轮的另一种结构爆炸图。
图7是图6的整体结构示意图。
图8是图6的越障示意图。
图9是牵引绳张力与角度的关系示意图。
图10是力学分析图。
图中：1、磁铁模块，10、磁铁，11、衔铁，12、第二轮块，121、第二齿部，2、第一轮块，21、滚花直纹，22、第一齿部，3、限位块，4、中心孔，5、轮轴，51、挡圈，6、机器人本体，61、磁轮，7、牵引绳，8、第一座体，81、电机，82、传动杆，83、第一带轮，84、第二带轮，85、传动带，9、底座，91、左固定座，911、第一卡扣件，92、右固定座，921、第二卡扣件，10、第二座体，11、左座体，12、右座体，13、固定杆，14、传感器，15、连接槽，16、连接件
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1-10所示，本发明一种机器人牵引装置，包括机器人本体6、与机器人本体6连接的安全组件，安全组件包括一端与机器人本体6连接的牵引绳7、用于固定牵引绳7的磁力座，磁力座包括第一座体8，第一座体8上设有用于控制牵引绳7张力的调节机构，牵引绳7另一端设在调节机构上。
调节机构包括设在第一座体8上的电机81、与电机81连接的传动组件、与传动组件连接的传动杆82，牵引绳7设在传动杆82上。
传动组件包括与电机81连接的第一带轮83、与传动杆82连接的第二带轮84、与第一带轮83和第二带轮84连接的传动带85。
磁力座还包括底座9、设在底座9上的第二座体10，第一座体8设在底座9上，第二座体10包括左座体11、右座体12、固定杆13，牵引绳7一端设在传动杆82上，牵引绳7经固定杆13缠绕后与机器人本体6连接；底座9上还设有用于固定左座体11的左固定座91、用于固定右座体12的右固定座92，左座体11设在左固定座91内，右座体12设在右固定座92内，固定杆13设在左固定座91和右固定座92上。
左固定座91上设有用于卡设固定杆13的第一卡扣件911，右固定座92上设有用于卡设固定杆13的第二卡扣件921，第一卡扣件911、第二卡扣件921均与固定杆13连接。
牵引绳7上设有用于感应牵引绳7张力的传感器14，传感器14与电机81连接。
电机81上设有用于检测电机81电流的电流传感器15。
机器人本体6上设有连接槽15，连接槽15上设有连接件16，连接件16与牵引绳7连接。底座9为导磁体。机器人本体6上设有磁轮61。
将牵引绳7缠绕在传动杆82、固定杆13上，传动杆82、固定杆13与牵引绳7之间存在的摩擦力对牵引绳7内部的张力分部产生了影响，或者说传动杆82、固定杆13与牵引绳7之间的摩擦力转化成了绳子的张力，从而使得电机81借助摩擦力的作用就可用较小的力拉住了较重的物体。
本实施例通过下述公式进行对本发明采用较小的力拉住较重的物体进行论证：
如图9-10所示，假设固定杆13的半径为R，牵引绳7缠绕在固定杆13上，牵引绳7与固定杆之间的摩擦系数为μ，牵引绳7受到机器人本体的负荷为TA，传动杆82对牵引绳7的拉力为TB，牵引绳7缠绕固定杆13后，TA和TB的关系随着牵引绳7与固定杆13之间的摩擦力和牵引绳7与固定杆13之间的相互接触的长度的变化而变化，考虑θ角处所对应的圆心张角dθ的一段牵引绳7为dl，略去牵引绳7的质量，该微元绳段共收到四个力的作用，微元绳段两端的张力TA＝T(θ)，TB＝T(θ+dθ)，法线方向固定杆13的牵引绳的支持力为dN，牵引绳与柱子之间的摩擦力为μdN，在无加速的运动情况下，四个力处于平衡状态，合力为零，其法线和切线方向的分力分别为：
切线方向：T(θ+dθ)cos(dθ/2)-T(θ)cosdθ/2+μdN＝0
法线方向：-T(θ+dθ)sin(dθ/2)-T(θ)sincosdθ/2+dN＝0
因为dθ很小，我们可以做如下近似处理，sin(dθ/2)≈dθ/2，cos(dθ/2)≈1，T(θ+dθ)+T(θ)≈2T，并令T(θ+dθ)-T(θ)＝dT，上述两式可改成为，dT＝-μdN，Tdθ＝-μdθ，设牵引绳两端所对应的角度为θA和θB对上式积分可得：
lnTB/TA＝-μ(θA-θB)＝-μθ。
或TB＝TAe-μθ。此式表明，牵引绳7两端的张力关系呈指数关系。从公式可以得出结论，只要我们增大θ角，也就是说，我们只要往固定杆上多绕几圈，就可以满足我们对TB＜＜TA的要求，实现我们用较小的力，拉住较大负荷的目的，从而使得电机81用很小的力拉住悬挂的机器人本体6。
磁轮61包括两种实施例。
实施例1
如图2-5所示，磁轮61包括磁铁模块1、设在磁铁模块1外侧的越障机构、轮轴5，越障机构包括设在磁铁模块1外侧的第一轮块2，磁铁模块1与第一轮块2相切，磁铁模块1与轮轴5连接。
磁铁模块1包括与第一轮块2相切的第二轮块12，第二轮块12设在第一轮块2内，第二轮块12与轮轴5连接。
还包括设在第一轮块2外侧的限位块3，限位块3与轮轴5连接。
磁铁模块1还包括磁铁10、设在磁铁10外侧的衔铁11，磁铁10、衔铁11均与轮轴5连接。
磁铁10、衔铁11、第二轮块12、限位块3上均设有中心孔4，轮轴5穿过中心孔4分别与磁铁10、衔铁11、第二轮块12、限位块3连接。
第一轮块2内侧设有内凹的第一齿部22，第二轮块12外侧设有凸起的第二齿部121，第一齿部22与第二齿部121相啮合。第一齿部22与第二齿部121啮合是相切的一种方式。
第一轮块2外侧设有滚花直纹21。
限位块3外侧还设有挡圈51，挡圈51与轮轴5连接。
磁轮61通过磁铁10吸附在地面上，磁轮61运动时，磁轮61遇到障碍物时，第二轮块12上的第二齿部121与第一轮块2上的第一齿部22不断啮合，第二轮块12带动第一轮块2转动，使磁轮61翻越障碍物。第二轮块12上的第二齿部121与第一轮块2上的第一齿部22不断啮合的过程为第一轮块12由于接触障碍物，保持静止，此时第二轮块12由于轮轴5带动仍要做旋转运动，第二轮块12上的第二齿部121啮合带动第一齿部22转动，从而带动第一轮块2转动，使第一轮块2翻越障碍物。轮轴5外侧会连接有动力装置，如电机，动力装置给第二轮块12做旋转运动提供动力。
实施例2
如图6-8所示，本实施例与实施例1的区别在于，第一轮块2为圆环滚动件，第二轮块12为圆滚动件。磁轮61通过磁铁10吸附在壁面上，磁轮61运动时，磁轮61遇到壁面，第二轮块12相对第一轮块2做内切运动使磁轮61完成壁面过渡。第二轮块12能相对所述第一轮块2做内切运动过程为第一轮块12由于接触壁面，保持静止，此时第二轮块12仍要做旋转运动，第二轮块12与第一轮块2相切面产生较大的摩擦力，使第一轮块2沿相切面向上运动，同时，磁铁10受到壁面的吸引力作用给第一轮块12向上运动提供动力，使机器人本体完成壁面过渡。轮轴5外侧会连接有动力装置，如电机，动力装置给第二轮块12做旋转运动提供动力。
如图7所示，单个磁轮61在壁面运动时包括如下步骤：
步骤一，磁轮61在位置A，水平面运动时，磁轮61通过磁铁模块11吸附在壁面上，轮轴5开始转动时，与轮轴5连接的第二轮块12随之转动，第一轮块2在第二轮块12的作用力下向前运动。
步骤二，磁轮61在位置B碰到相交壁面，第一轮块2首先接触另一壁面，保持静止，此时第二轮块12仍要做旋转运动，所以在第二轮块12与第一轮块2相切面产生较大的摩擦力，使第一轮块2沿相切面向上运动，同时，磁铁模块11受到另一壁面的吸引力作用，该作用力也给第二轮块12向上运动提供动力，使磁轮61能够较轻松的完成壁面过渡。
步骤三，磁轮61完成壁面过渡后在竖直平面运动，此时磁铁模块1提供足够的吸附力使磁轮61与壁面之间产生较大的摩擦力，防止磁轮61掉落。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种机器人牵引装置，其特征在于：包括机器人本体(6)、与机器人本体(6)连接的安全组件，安全组件包括一端与机器人本体(6)连接的牵引绳(7)、用于固定牵引绳(7)的磁力座，磁力座包括第一座体(8)，第一座体(8)上设有用于控制牵引绳(7)张力的调节机构，牵引绳(7)另一端设在调节机构上。
2.根据权利要求1所述的机器人牵引装置，其特征在于：调节机构包括设在第一座体(8)上的电机(81)、与电机(81)连接的传动组件、与传动组件连接的传动杆(82)，牵引绳(7)设在传动杆(82)上。
3.根据权利要求2所述的机器人牵引装置，其特征在于：传动组件包括与电机(81)连接的第一带轮(83)、与传动杆(82)连接的第二带轮(84)、与第一带轮(83)和第二带轮(84)连接的传动带(85)。
4.根据权利要求2或3所述的机器人牵引装置，其特征在于：磁力座还包括底座(9)、设在底座(9)上的第二座体(10)，第一座体(8)设在底座(9)上，第二座体(10)包括左座体(11)、右座体(12)、固定杆(13)，牵引绳(7)一端设在传动杆(82)上，牵引绳(7)经固定杆(13)缠绕后与机器人本体(6)连接；底座(9)上还设有用于固定左座体(11)的左固定座(91)、用于固定右座体(12)的右固定座(92)，左座体(11)设在左固定座(91)内，右座体(12)设在右固定座(92)内，固定杆(13)设在左固定座(91)和右固定座(92)上。
5.根据权利要求4所述的机器人牵引装置，其特征在于：左固定座(91)上设有用于卡设固定杆(13)的第一卡扣件(911)，右固定座(92)上设有用于卡设固定杆(13)的第二卡扣件(921)，第一卡扣件(911)、第二卡扣件(921)均与固定杆(13)连接。
6.根据权利要求2或3或5所述的机器人牵引装置，其特征在于：牵引绳(7)上设有用于感应牵引绳(7)张力的传感器(14)，传感器(14)与电机(81)连接。
7.根据权利要求6所述的机器人牵引装置，其特征在于：电机(81)上设有用于检测电机(81)电流的电流传感器。
8.根据权利要求1或2或3或5或7所述的机器人牵引装置，其特征在于：机器人本体(6)上设有连接槽(15)，连接槽(15)上设有连接件(16)，连接件(16)与牵引绳(7)连接。
9.根据权利要求8所述的机器人牵引装置，其特征在于：底座(9)为导磁体。
10.根据权利要求1或2或3或5或7或9所述的机器人牵引装置，其特征在于：机器人本体(6)上设有磁轮(61)。
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