CN110588819B - 一种攀爬机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种攀爬机器人，包括上躯体、下躯体、电动上肢和下肢，上躯体和下躯体上下间隔设置，且二者之间通过连接件转动连接，上躯体的下端中部与连接件的上端连接固定，连接件的下端与下躯体的上端转动连接，下躯体上安装有第一驱动装置，第一驱动装置的驱动端与连接件传动连接，第一驱动装置用以驱动上躯体沿其与下躯体转动连接处前后摆转，电动上肢设有两个，且两个电动上肢分别设置在上躯体的两侧，下肢沿前后方向设置在下躯体的前侧，其后端与下躯体转动连接，且下躯体上安装有第二驱动装置，第二驱动装置的驱动端与下肢传动连接，第二驱动装置用以驱动下肢上下摆转。其结构简单。

Description

一种攀爬机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，尤其涉及一种攀爬机器人。

背景技术

随着现代社会的发展，越来越多的工作由人工作业方式向使用机器人工作方式发展。各类立杆或是立管或输电线路在维护时通常危险系数高，容易发生事故，目前，有关攀爬机器人的移动方式主要有蠕动式、螺旋式、滚动式、交替攀爬等，但是普遍存在一些缺点，如：越障能力差不能或者很难通过交叉管道和弯管，负载能力差，运动不稳定，适应能力差以及对管道直径的要求太高等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有良好的自适应性和越障能力，同时还具备一定负载能力的攀爬机器人。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种攀爬机器人，包括上躯体、下躯体、电动上肢和下肢，所述上躯体和下躯体上下间隔设置，且二者之间通过连接件转动连接，所述上躯体的下端中部与所述连接件的上端连接固定，所述连接件的下端与所述下躯体的上端转动连接，所述下躯体上安装有第一驱动装置，所述第一驱动装置的驱动端与所述连接件传动连接，所述第一驱动装置用以驱动所述上躯体沿其与所述下躯体转动连接处前后摆转，所述电动上肢设有两个，且两个所述电动上肢分别设置在所述上躯体的两侧，所述电动上肢用以抓紧物件，所述下肢沿前后方向设置在所述下躯体的前侧，其后端与所述下躯体转动连接，且所述下躯体上安装有第二驱动装置，所述第二驱动装置的驱动端与所述下肢传动连接，所述第二驱动装置用以驱动所述下肢上下摆转。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，通过将上躯体和下躯体利用连接件转动连接，且由第一驱动装置驱动二者相互转动以调节上躯体和下躯体之间的夹角，从而实现机器人在攀爬时上躯体和下躯体灵活调整，另外下肢设置一个，并由第二驱动装置驱动所述下肢上下摆转，使得机器人在攀爬时，其下肢与物件侧壁相抵，类似于于人攀爬时的情形，其中，两个电动上肢交替抓紧物件并为整个机器人提供向上移动的力，使得整个机器人攀爬灵活。

上述技术方案中所述下肢为“Y”形，其背离叉口的一端与所述下躯体转动连接。

上述技术方案的有益效果在于：使得机器人在攀爬时，其下肢的叉部始终抵住物件，并在第二驱动装置的驱动下上下摆转以配合两个电动上肢，实现整个机器人上爬。

上述技术方案中每个所述电动上肢包括一个第一转臂、一个第二转臂、一个第三驱动装置、一个第四驱动装置、一个第五驱动装置和一个电动夹爪，两个所述电动上肢对应的第一转臂分别设置在所述上躯体的左右两侧，且两个所述第一转臂靠近所述上躯体的一端分别延伸至与所述上躯体左右两侧同轴转动连接，两个所述第三驱动装置均安装在所述上躯体上，且两个所述第三驱动装置的驱动端分别与两个所述第一转臂传动连接，所述第三驱动装置用以驱动对应所述第一转臂转动，两个所述第二转臂的一端分别与对应所述第一转臂的另一端转动连接，两个所述第四驱动装置分别安装在所述第二转臂上，且其驱动端分别与对应所述第一转臂传动连接，所述第四驱动装置用以驱动对应所述第二转臂在其与对应所述第一转臂共同所在的平面内转动以调节其与对应所述第一转臂之间的夹角，两个所述电动夹爪分别垂直转动安装在对应所述第二转臂的另一端，每个所述第五驱动装置分别安装在对应所述第二转臂上，且其驱动端与对应所述电动夹爪传动连接，所述第五驱动装置用以驱动对应所述电动夹爪转动，所述电动夹爪用以抓紧物件。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，两个电动上肢类似于人的两个手臂，在机器人攀爬时，两个电子上肢交替的上下摆转，并由两个电动夹爪交替的抓紧物件。

上述技术方案中所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置和第五驱动装置均为减速电机。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且其具有锁止功能。

上述技术方案中其中一个所述第一转臂的水平高度高于另一个所述第一转臂的水平高度。

上述技术方案的有益效果在于：可避免机器人在攀爬时，两个电动上肢之间互相干扰。

上述技术方案中每个所述电动夹爪包括连接杆、安装板、电动伸缩机构和两个夹指，两个所述夹指间隔设置并分别通过一个连杆与所述安装板转动连接，且所述连杆的两端分别与所述夹指和安装板转动连接，所述电动伸缩机构安装在所述安装板上且位于两个所述夹指之间，其驱动端与两个所述夹指传动连接，所述连接杆的一端与所述安装板连接，其另一端与对应所述第二转臂转动连接，并与对应所述第五驱动装置传动连接，所述电动伸缩机构用以驱动对应两个所述夹指移动至张开以松开物件或靠近以夹紧物件。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，由电动伸缩机构伸长或收缩以驱动所述两个夹指转动是相互靠近或相互远离以实现抓紧或松开物件。

上述技术方案中每个所述夹指包括一个指头、两根第一支杆、一根第二支杆、两根第三支杆和一根第四支杆，两根所述第一支杆和两根所述第三支杆的一端分别与所述第二支杆的两端转动连接，且两根所述第一支杆位于所述第二支杆的同一侧，而两根所述第三支杆位于所述第二支杆的另一侧，且两根所述第一支杆、第二支杆和两根所述第三支杆共同呈“H”形分布，两个所述第一支杆的另一端均与所述指头转动连接，两个所述第三支杆的另一端分别与所述第四支杆的两端转动连接，两个所述连杆分别与两个所述第四支杆相互远离的一端转动连接，两个所述第四支杆相互靠近的一端分别与所述电动伸缩机构的驱动端传动连接。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，使得每个夹指也存在类似人的手指关节。

上述技术方案中所述电动伸缩机构为直线电机或伸缩电缸。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单。

附图说明

图1为本发明实施例所述的攀爬机器人的立视图；

图2为本发明实施例所述的攀爬机器人的侧视图；

图3为本发明实施例所述的攀爬机器人的局部图；

图4为本发明实施例所述的电动上肢的局部图；

图5为本发明实施例所述的电动夹爪的结构简图；

图6为本发明实施例所述的下肢的结构简图；

图7为本发明实施例所述的连接件与所述下躯体的连接示意图；

图8为本发明实施例所述的电动夹爪抓紧管件的动作示意图；

图9为本发明实施例所述机器人攀爬立管的动作示意图；

图10为本发明实施例所述机器人攀爬立管和横管进行过渡时的动作示意图。

图中：1上躯体、11连接件、2下躯体、3电动上肢、31第一转臂、32第二转臂、33第三驱动装置、 34第四驱动装置、35第五驱动装置、36电动夹爪、361夹指、3611指头、3612第一支杆、3613第二支杆、3614第三支杆、3615第四支杆、362连接杆、363安装板、364电动伸缩机构、365连杆、4下肢、5第一驱动装置、6第二驱动装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-2所示，本实施例提供了一种攀爬机器人，包括上躯体1、下躯体2、电动上肢3和下肢4，所述上躯体1和下躯体2上下间隔设置，且二者之间通过连接件11转动连接，所述上躯体1的下端中部与所述连接件11的上端连接固定，所述连接件11的下端与所述下躯体2的上端转动连接，所述下躯体2上安装有第一驱动装置5，所述第一驱动装置5的驱动端与所述连接件11传动连接，所述第一驱动装置5用以驱动所述上躯体1沿其与所述下躯体2转动连接处前后摆转，所述电动上肢3设有两个，且两个所述电动上肢3分别设置在所述上躯体1的两侧，所述电动上肢3用以抓紧物件，所述下肢4 沿前后方向设置在所述下躯体2的前侧，其后端与所述下躯体2转动连接，且所述下躯体2上安装有第二驱动装置6，所述第二驱动装置6的驱动端与所述下肢传动连接，所述第二驱动装置6用以驱动所述下肢上下摆转。其结构简单，通过将上躯体和下躯体利用连接件转动连接，且由第一驱动装置驱动二者相互转动以调节上躯体和下躯体之间的夹角，从而实现机器人在攀爬时上躯体和下躯体灵活调整，另外下肢设置一个，并由第二驱动装置驱动所述下肢上下摆转，使得机器人在攀爬时，其下肢与物件侧壁相抵，类似于于人攀爬时的情形，其中，两个电动上肢交替抓紧物件并为整个机器人提供向上移动的力，使得整个机器人攀爬灵活。

如图6所示，上述技术方案中所述下肢4为“Y”形，其背离叉口的一端与所述下躯体2转动连接，使得机器人在攀爬时，其下肢的叉部始终抵住物件，并在第二驱动装置的驱动下上下摆转以配合两个电动上肢，实现整个机器人上爬。

如图3-5所示，上述技术方案中每个所述电动上肢3包括一个第一转臂31、一个第二转臂32、一个第三驱动装置33、一个第四驱动装置34、一个第五驱动装置35和一个电动夹爪36，两个所述电动上肢3对应的第一转臂31分别沿左右方向水平设置在所述上躯体1的左右两侧，且两个所述第一转臂 31靠近所述上躯体1的一端分别延伸至与所述上躯体1左右两侧同轴转动连接，两个所述第三驱动装置33均安装在所述上躯体1上，且两个所述第三驱动装置33的驱动端分别与两个所述第一转臂31传动连接，所述第三驱动装置33用以驱动对应所述第一转臂31转动，两个所述第二转臂32的一端分别与对应所述第一转臂31的另一端转动连接，两个所述第四驱动装置34分别安装在所述第二转臂32上，且其驱动端分别与对应所述第一转臂31传动连接，所述第四驱动装置34用以驱动对应所述第二转臂 32在其与对应所述第一转臂31共同所在的平面内转动以调节其与对应所述第一转臂31之间的夹角，两个所述电动夹爪36分别垂直转动安装在对应所述第二转臂32的另一端，每个所述第五驱动装置35 分别安装在对应所述第二转臂32上，且其驱动端与对应所述电动夹爪36传动连接，所述第五驱动装置 35用以驱动对应所述电动夹爪36同轴转动，所述电动夹爪36用以抓紧物件，其结构简单，两个电动上肢类似于人的两个手臂，在机器人攀爬时，两个电子上肢交替的上下摆转，并由两个电动夹爪交替的抓紧物件。

上述技术方案中所述第一驱动装置5、第二驱动装置6、第三驱动装置33、第四驱动装置34和第五驱动装置35均为减速电机，其结构简单，且其具有锁止功能。

上述技术方案中其中一个所述第一转臂31的水平高度高于另一个所述第一转臂31的水平高度，可避免机器人在攀爬时，两个电动上肢之间互相干扰。

其中，上述技术方案中每个所述电动夹爪36包括连接杆362、安装板363、电动伸缩机构364和两个夹指361，两个所述夹指361间隔设置并分别通过一个连杆365与所述安装板363转动连接，且所述连杆365的两端分别与所述夹指361和安装板363转动连接，所述电动伸缩机构364安装在所述安装板 363上且位于两个所述夹指361之间，其驱动端与两个所述夹指361传动连接，所述连接杆362的一端与所述安装板363连接，其另一端与对应所述第二转臂32转动连接，并与对应所述第五驱动装置35 传动连接，所述电动伸缩机构364用以驱动对应两个所述夹指361移动至张开以松开物件或靠近以夹紧物件，其结构简单，由电动伸缩机构伸长或收缩以驱动所述两个夹指转动是相互靠近或相互远离以实现抓紧或松开物件。

其中，上述技术方案中每个所述夹指361包括一个指头3611、两根第一支杆3612、一根第二支杆 3613、两根第三支杆3614和一根第四支杆3615，两根所述第一支杆3612和两根所述第三支杆3614的一端分别与所述第二支杆3613的两端转动连接，且两根所述第一支杆3612位于所述第二支杆3613的同一侧，而两根所述第三支杆3614位于所述第二支杆3613的另一侧，且两根所述第一支杆3612、第二支杆3613和两根所述第三支杆3614共同呈“H”形分布，两个所述第一支杆3612的另一端均与所述指头3611转动连接，两个所述第三支杆3614的另一端分别与所述第四支杆3615的两端转动连接，两个所述连杆365分别与两个所述第四支杆3615相互远离的一端转动连接，两个所述第四支杆3615相互靠近的一端分别与所述电动伸缩机构364的驱动端传动连接，其结构简单，使得每个夹指也存在类似人的手指关节。

上述技术方案中所述电动伸缩机构364为直线电机或伸缩电缸。

其中，上躯体和下躯体均为竖直设置且槽口朝后的槽体。

其中，如图7所示，所述连接件11与下躯体通过一个绞座转动连接，所述连接件上固定有转轴，且该转轴与所述绞座转动连接，该转轴与第一驱动装置通过齿轮传动连接。(下肢与所述下躯体的转动连接方式以及所述第二驱动装置与所述下肢的传动连接方式同上，在此不作赘述)

其中，第一转臂直接与所述上躯体转动连接，且其靠近所述上躯体的一端伸入到所述上躯体槽内，所述第三驱动装置安装在上躯体的槽内，其驱动端与所述第一转臂位于所述上躯体内的一端通过齿轮传动连接。

其中，所述第四驱动装置和第五驱动装置分别安装在对应所述第二转臂上，且其驱动端均沿对应所述第二转臂长度方向，且同一个第二转臂上的第四驱动装置和第五驱动装置的驱动端相互背离，所述连接杆和第一转臂分别对应多数第二转臂转动连接并分别通过伞形齿轮与对应的第四驱动装置和第五驱动装置传动连接。

其中，具体看图4，所述连接杆在所述第五驱动装置的驱动下始终同轴转动，而所述第一转臂和第二转臂在所述第四驱动装置的驱动下二者之间夹角会变化。

其中，如图8所示，以攀爬管件为例，其中，图中8a-8d为电动夹爪逐渐抓紧管件的动作示意图，图9中9a-9f为该机器人攀爬立管时的动作示意图；其具体如下，初始时，两个电动上肢夹紧立管，下肢抵在立管上，此时机器人处于图9a状态；此时一个电动上肢的电动伸缩机构回缩，使电动夹爪松开管道，同时该电动上肢的第四驱动装置工作以使得使第二转臂伸展开，同时该电动上肢的第三驱动装置工作，带动第二转臂向上旋转到图9b指定位置；之后第四驱动装置开始反转，使得电动夹爪套在立管外，再由电动伸缩机构伸长，使得该电动夹爪抓紧立管，此时机器人为图9b所示状态，之后第一驱动装置开始运行，使下躯体向后上方抬起，此时机器人处于图9c状态，然后，第二驱动装置开始运行，带动下肢由下向上旋转，使爬管机器人处于图9d状态，然后第一驱动装置开始反转，带动下躯体向前转动，使下肢抵住立管，此时机器人处于图9e状态；然后另一个电动上肢的电动伸缩机构回缩，使电动夹爪松开管道，同时该电动上肢的第四驱动装置工作以使得使第二转臂伸展开，同时该电动上肢的第三驱动装置工作，带动第二转臂向上旋转到图9f指定位置；之后第四驱动装置开始反转，使得电动夹爪套在立管外，再由电动伸缩机构伸长，使得该电动夹爪抓紧立管，此时机器人为图9f所示状态，重复上述步骤即可实现机器人向上攀爬。

其中，图10是以该机器人攀爬两根垂直相交的管件为例，其中一根为竖直设置的立管，另一根为水平设置的横贯，10a-10i以演示该机器人从立管上爬到横管上的动作示意图。具体的，当需要机器人由竖管向横管爬行时，机器人行走到图10a位置，两侧电动上肢夹紧竖管，此时一个电动上肢的电动伸缩机构收缩，使电动夹爪松开管道，同侧电动上肢的第四驱动装置工作以使得使第二转臂伸展开，同时该电动手臂的第三驱动装置工作，带动第二转臂向上旋转到图10b指定位置；之后第四驱动装置开始反转，使得电动夹爪套在横管外，再由电动伸缩机构伸长，使得该电动夹爪抓紧横管，然后，另一电动上肢做上述同样动作至其电动夹爪抓紧横管至如图10c所示状态，之后，第一驱动装置和两个第三驱动装置运转，使上躯体向上移动至与横管平行，此时机器人处于图10d所示状态；保持两个电动上肢抓紧横管，再由第一驱动装置工作，使得下躯体向后抬起，再由第二驱动装置驱动，使得下肢向上翘起，然后第一驱动装置反转，使后肢抵在立管上，此时机器人处于图10e所示状态；然后两个电动上肢和下肢保持夹紧状态，第一驱动装置和两个第三驱动装置运行，使上躯体沿向横管方向向后移动，此时，机器人处于图10f所示状态；然后一个电动上肢的电动伸缩机构收缩，使电动夹爪松开管道，同侧电动上肢的第四驱动装置工作以使得使第二转臂伸展开，同时该电动手臂的第三驱动装置工作，带动第二转臂向后旋转，同时第四驱动装置开始反转，使得电动夹爪套在横管外，再由电动伸缩机构伸长，使得该电动夹爪抓紧横管，此时机器人处于图10g状态；此后，两侧电动上肢交替上述动作以在横管上向后爬行，同时第一驱动装置和第二驱动装置运行，使得机器人经过图10h状态并最终到达图10i所示状态，此为爬管机器人实现整体从竖管到横管的过度。当机器人需要倒退从横管过渡到竖管上时，爬管机器人的运动姿态正好与上述姿态相反。

本发明公开的一种仿灵长类的攀爬机器人，其能稳定在管道上攀爬，能实现前进、后退、变步长、能自适应变径管道及具有良好的越障能力，它工作稳性好，行走效率较高，能有效的攀爬多情况管道，整体结构较为简单，并且能携带一定的负载，可适用于一些人为工作危险系数高的地方，代替人工完成作业。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种攀爬机器人，其特征在于，包括上躯体(1)、下躯体(2)、电动上肢(3)和下肢(4)，所述上躯体(1)和下躯体(2)上下间隔设置，且二者之间通过连接件(11)转动连接，所述上躯体(1)的下端中部与所述连接件(11)的上端连接固定，所述连接件(11)的下端与所述下躯体(2)的上端转动连接，所述下躯体(2)上安装有第一驱动装置(5)，所述第一驱动装置(5)的驱动端与所述连接件(11)传动连接，所述第一驱动装置(5)用以驱动所述上躯体(1)沿其与所述下躯体(2)转动连接处前后摆转，所述电动上肢(3)设有两个，且两个所述电动上肢(3)分别设置在所述上躯体(1)的两侧，所述电动上肢(3)用以抓紧物件，所述下肢(4)沿前后方向设置在所述下躯体(2)的前侧，其后端与所述下躯体(2)转动连接，且所述下躯体(2)上安装有第二驱动装置(6)，所述第二驱动装置(6)的驱动端与所述下肢传动连接，所述第二驱动装置(6)用以驱动所述下肢上下摆转；每个所述电动上肢(3)均包括一个第一转臂(31)、一个第二转臂(32)、一个第三驱动装置(33)、一个第四驱动装置(34)、一个第五驱动装置(35)和一个电动夹爪(36)，两个所述电动上肢(3)对应的第一转臂(31)分别设置在所述上躯体(1)的左右两侧，且两个所述第一转臂(31)靠近所述上躯体(1)的一端分别延伸至与所述上躯体(1)左右两侧同轴转动连接，两个所述第三驱动装置(33)均安装在所述上躯体(1)上，且两个所述第三驱动装置(33)的驱动端分别与两个所述第一转臂(31)传动连接，所述第三驱动装置(33)用以驱动对应所述第一转臂(31)转动，两个所述第二转臂(32)的一端分别与对应所述第一转臂(31)的另一端转动连接，两个所述第四驱动装置(34)分别安装在所述第二转臂(32)上，且其驱动端分别与对应所述第一转臂(31)传动连接，所述第四驱动装置(34)用以驱动对应所述第二转臂(32)在其与对应所述第一转臂(31)共同所在的平面内转动以调节其与对应所述第一转臂(31)之间的夹角，两个所述电动夹爪(36)分别垂直转动安装在对应所述第二转臂(32)的另一端，每个所述第五驱动装置(35)分别安装在对应所述第二转臂(32)上，且其驱动端与对应所述电动夹爪(36)传动连接，所述第五驱动装置(35)用以驱动对应的所述电动夹爪(36)转动，所述电动夹爪(36)用以抓紧物件。

2.根据权利要求1所述攀爬机器人，其特征在于，所述下肢(4)为“Y”形，其背离叉口的一端与所述下躯体(2)转动连接。

3.根据权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，所述第一驱动装置(5)、第二驱动装置(6)、第三驱动装置(33)、第四驱动装置(34)和第五驱动装置(35)均为减速电机。

4.根据权利要求1所述的攀爬机器人，其特征在于，其中一个所述第一转臂(31)的水平高度高于另一个所述第一转臂(31)的水平高度。

5.根据权利要求1、3或4任一项所述的攀爬机器人，其特征在于，每个所述电动夹爪(36)包括连接杆(362)、安装板(363)、电动伸缩机构(364)和两个夹指(361)，两个所述夹指(361)间隔设置并分别通过一个连杆(365)与所述安装板(363)转动连接，且所述连杆(365)的两端分别与所述夹指(361)和安装板(363)转动连接，所述电动伸缩机构(364)安装在所述安装板(363)上且位于两个所述夹指(361)之间，其驱动端与两个所述夹指(361)传动连接，所述连接杆(362)的一端与所述安装板(363)连接，其另一端与对应所述第二转臂(32)转动连接，并与对应的所述第五驱动装置(35)传动连接，所述电动伸缩机构(364)用以驱动对应两个所述夹指(361)移动至张开以松开物件或靠近以夹紧物件。

6.根据权利要求5所述的攀爬机器人，其特征在于，每个所述夹指(361)包括一个指头(3611)、两根第一支杆(3612)、一根第二支杆(3613)、两根第三支杆(3614)和一根第四支杆(3615)，两根所述第一支杆(3612)和两根所述第三支杆(3614)的一端分别与所述第二支杆(3613)的两端转动连接，且两根所述第一支杆(3612)位于所述第二支杆(3613)的同一侧，两根所述第三支杆(3614)位于所述第二支杆(3613)的另一侧，两根所述第一支杆(3612)、第二支杆(3613)和两根所述第三支杆(3614)共同呈“H”形分布，两个所述第一支杆(3612)的另一端均与所述指头(3611)转动连接，两个所述第三支杆(3614)的另一端分别与所述第四支杆(3615)的两端转动连接，两个所述连杆(365)分别与两个所述第四支杆(3615)相互远离的一端转动连接，两个所述第四支杆(3615)相互靠近的一端分别与所述电动伸缩机构(364)的驱动端传动连接。

7.根据权利要求5所述的攀爬机器人，其特征在于，所述电动伸缩机构(364)为直线电机或伸缩电缸。

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