CN110588824A - 一种可分离磁吸式的爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可分离磁吸式的爬杆机器人及其操作方法，机器人包括：躯干；第一手抓，可旋转的设置于所述躯干的一端；第一舵机，驱动所述第一手抓转动；第二手抓，可旋转的设置于所述躯干的另一端；第二舵机，驱动所述第二手抓转动；所述第一手抓包括：所述第一电磁块和所述第二电磁块分别设置于所述第一手掌的两端，所述第一手掌与所述躯干转动相连；所述第二手抓与第一手抓结构相同；以及包括电路器件和动力电池。应用本发明实施例，旨在通过改进机器人的爬行方式能够跨障碍攀爬，且实现成本较低，易于实现。

Description

一种可分离磁吸式的爬杆机器人

技术领域

本发明涉及机器人改进技术领域，特别是涉及一种可分离磁吸式的爬杆机器人及其操作方法。

背景技术

目前，移动机器人已经应用于军事、医疗、航天、教育、娱乐、抢险救灾、家庭服务及社会服务各个方面，并且不断的向新的技术领域伸展。爬杆机器人作为其中的一个重要组成，其主要功能是参与对管道、路灯、电线杆、树木、斜拉桥柱等金属或非金属杆件的攀爬并运送相关清洗与检修设备进行相应作业。现有的爬杆机器人大致有以下四种大类型：滚动式爬杆机器人，夹持式爬杆机器人、仿生式爬杆机器人、吸附式爬杆机器人。现有的机器人的爬行方式运动都较为复杂，机器人结构繁琐，重量较重，且无法满足物体表面不规则障碍的避让。

因此，如何提供一种能够满足多种不规则形状的杆件、类杆件，且效率较高的爬行方式是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可分离磁吸式的爬杆机器人及其操作方法，旨在因此通过单独使用可组合使用的爬行方式能够覆盖更多生活中常见刚体的攀爬作业，较之常规的爬行方式，本发明通过改进机器人的爬行方式能够跨障碍攀爬，且实现成本较低，易于实现。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可分离磁吸式的爬杆机器人，包括：

躯干；

第一手抓，可旋转的设置于所述躯干的一端；

第一舵机，驱动所述第一手抓转动；

第二手抓，可旋转的设置于所述躯干的另一端；

第二舵机，驱动所述第二手抓转动；

所述第一手抓包括：第一手掌、第一电磁块、第二电磁块；所述第一电磁块和所述第二电磁块分别设置于所述第一手掌的两端，所述第一手掌与所述躯干转动相连；

所述第二手抓包括：第二手掌、第三电磁块、第四电磁块；所述第三电磁块和所述第四电磁块分别设置于所述第二手掌的两端，所述第二手掌与所述躯干转动相连；

电路器件，设置于所述躯干上，与所述第一舵机、所述第二舵机通信相连；

动力电池，设置于所述躯干上，为所述第一舵机、所述第二舵机、所述电路器件供电。

一种实现方式中，所述第一手抓和所述第二手抓的结构相同。

一种实现方式中，所述第一手掌和所述第二手掌软体的弧形结构。

一种实现方式中，所述第一手掌设置第一手掌背鳍，所述第一手掌背鳍与所述第一舵机相连，以使所述第一手掌接收所述第一舵机的驱动力；

第二手掌设置第二手掌背鳍，所述第二手掌背鳍与所述第二舵机相连，以使所述第二手掌接收所述第二舵机的驱动力。

一种实现方式中，所述第一电磁块通过铰链关节安装在第一手掌的一侧，所述第二电磁块通过铰链关节安装在第一手掌的另一侧；

所述铰链关节使用螺栓与螺母配合并且设置蝶形垫圈。

一种实现方式中，所述第一电磁块、第二电磁块、第三电磁块、第四电磁块上均设置电磁力装置，所述电磁力装置通过打开和关闭的状态控制所述电磁力装置产生的电磁力。

此外，本发明还公开了一种可分离磁吸式的爬杆机器人操作方法，所述方法包括步骤：

初始状态，第一机器人的第一手抓在下，第二手抓在上，所述第一手抓上的第一电磁块、第二电磁块与第二手抓上的第三电磁块、第四电磁块全部吸附在目标物体上，其中，所述第一机器人为任一项所述的可分离磁吸式的爬杆机器人；

S71，第一电磁块与第二电磁块释放，使第一手抓脱离目标物体；

S72，第二舵机带动躯干与第一手抓向上翻转180°，与此同时，第一舵机带动第一手抓旋转180°并再次靠近目标物体；

S73，打开第一电磁块与第二电磁块的电磁力，使第一手抓继续吸附目标物体，此时第一手抓交换至上方，第二手抓交换至下方，如此循环完成爬杆任务。

一种实现方式中，在所述目标杆件为非铁磁性杆件攀爬时，包括：至少包括第一机器人和第二机器人，且所述第二机器人为任一项所述的可分离磁吸式的爬杆机器人；

所述第一机器人和所述第二机器人相对设置于目标杆件的两侧；

初始状态为：针对第一机器人，其下方的第一手抓上的电磁块对应第二机器人下方的第三手抓上的电磁块，第一机器人上方的第二手抓上的电磁块对应第二机器人上方的第四手抓上的电磁块，控制所有电磁块的电磁力装置的状态为全部打开，第一机器人的第一手抓与第二机器人的第三手抓吸附，第一机器人的第二手抓与第二机器人的第四手抓吸附，且第一机器人的躯干与第二机器人的躯干全部与目标杆件的基线平行，所述第一机器人与所述第二机器人对目标杆件形成环抱状态；

S81：释放第一机器人与第二机器人底部的电磁力装置，使第一机器人的第一手抓与第二机器人的第三手抓分离；

S82：安装在第一机器人上的第二舵机带动躯干与第一手抓从目标杆件外侧向上旋转180°，且躯干的转动导致第一手抓的第一手掌内侧背离目标杆件，躯干转动的同时第一舵机带动第一手抓转动180°，使得躯干转动完毕后第一手抓的第一手掌内侧仍朝向目标杆件；同时进行的是另一侧安装在第二机器人上的第二舵机带动躯干与第一手抓以另一个方向从目标杆件外侧向上旋转180°，躯干转动的同时第一舵机带动第三手抓转动180°，使得躯干转动完毕后第一手抓的第一手掌内侧仍朝向目标杆件；

S83：打开第一机器人上第一手抓的电磁力装置，以及打开第二机器人上第三手抓的电磁力装置，使得第一机器人的第一手抓与第二机器人的第三手抓相互吸附，此时两侧的所述第一手抓和所述第三手抓在目标杆件上部第二手抓和第四手抓在目标杆件下部；

S84：第一机器人上的第二手抓与第二机器人的第四手抓重复S83第一手抓的动作，如此循环完成爬杆任务。

如上所述，本发明实施例提供的一种可分离磁吸式的爬杆机器人及其操作方法，对于铁磁性杆件和/或非铁磁性杆件，通过机器人或者机器人组合使用形成环保式爬杆形式，或者是，对于铁磁性材料的杆件亦或非杆件的铁磁交替吸附形成翻越爬行方式，因此通过单独使用可组合使用的爬行方式能够覆盖更多生活中常见刚体的攀爬作业，较之常规的爬行方式，本发明通过改进机器人的爬行方式能够跨障碍攀爬，且实现成本较低，易于实现。

附图说明

图1为本发明机器人的结构示意图；

图2是本发明手抓与电磁块结合的结构示意图；

图3是本发明对杆件攀爬时的初始状态示意图；

图4是本发明对杆件攀爬时的躯干旋转动作示意图；

图5是本发明对杆件攀爬时的手抓旋转动作示意图；

图6是本发明对杆件攀爬时一个循环完成机器人状态示意图；

图7是本发明机器人基体单独使用攀爬初始状态示意图；

图8是本发明机器人基体单独使用攀爬时的躯干旋转动作示意图；

图9是本发明机器人基体单独使用攀爬时的手抓旋转动作示意图；

图10是本发明机器人基体单独使用攀爬时一个循环完成机器人状态示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种可分离磁吸式的爬杆机器人，包括：

躯干11；

第一手抓12，可旋转的设置于所述躯干11的一端；

第一舵机121，驱动所述第一手抓12转动；

第二手抓13，可旋转的设置于所述躯干11的另一端；

第二舵机131，驱动所述第二手抓13转动；

所述第一手抓12包括：第一手掌122、第一电磁块123、第二电磁块124；所述第一电磁块123和所述第二电磁块124分别设置于所述第一手掌122的两端，所述第一手掌122与所述躯干11转动相连；

所述第二手抓13包括：第二手掌2、第三电磁块3、第四电磁块4；所述第三电磁块3和所述第四电磁块4分别设置于所述第二手掌2的两端，所述第二手掌2与所述躯干11转动相连；

电路器件16，设置于所述躯干11上，与所述第一舵机121、所述第二舵机 131通信相连；

动力电池15，设置于所述躯干11上，为所述第一舵机121、所述第二舵机 131、所述电路器件16供电。

本发明实施例中，躯干11为一定距离长度的装置，在其两端设置第一手抓和第二手抓13，可以是对称结构。第一舵机121为带动第一手抓12转动，初始状态位于躯干11上方的第二手抓13，第二舵机131为带动第二手抓13转动，第一手抓12上设置第一手掌122、第一电磁块123、第二电磁块124，第二手抓 13上设置第二手掌2、第三电磁块3、第四电磁块4。

需要说明的是，第一电磁块123、第二电磁块124、第三电磁块3、第四电磁块4上的电磁力可以通过电磁力装置的打开与关闭状态进行控制。

可以理解的是，当电磁块表面设置具有弹性软性材料，如图1所示的软贴 125和软贴126用于磁块吸附时的表面接触缓冲。

具体的，第一手掌122与第二手掌2为软体的弧形结构，并且具有一定的刚性，具体可以使用有弹性的金属片体。

在实际实用中，动力电池为各个需要供电的模块进行供电，在正常工作状态下，通过电路器件16向第一舵机121、第二舵机131发送信息，例入发送移动距离，从而通过使得第一舵机121带动第一手抓12、第二舵机131带动第二手抓13进行转动，具体的，转动的可以是360°旋转。

以实际实用过程为例进行观察，第一舵机121可以固定设置在躯干11的下侧，第二舵机131固定设置在躯干11的上侧(此时的上侧与下侧指的是机器人爬杆初始状态时的上下位置，为一种相对的上侧，反之亦可)。具体的，第一手抓12和第二手抓13的结构相同。

一种具体实现方式中，第一手掌122设置第一手掌背鳍1223，第二手掌2 设置第二手掌背鳍23，第一手掌背鳍1223用于连接第一舵机121，使第一手掌 122在第一舵机121的控制下转动；第二手掌背鳍23用于连接第二舵机131，使第二手掌2在第二舵机131的控制下转动。

另一种具体实现方式中，第一手掌122与第二手掌2内侧设置软垫1222，使得机器人环抱所爬杆件3时具有更好的摩擦力，攀爬更稳定。

本发明的一种实现中，第一电磁块123通过铰链关节1221安装在第一手掌 122的一侧，第二电磁块124通过铰链关节安装在第一手掌122的另一侧，铰链关节1221使用螺栓128与螺母129配合并且设置蝶形垫圈127，使得铰链关节 1221具有一定的阻尼效果，铰链关节1221可以使手抓间的吸附更贴合牢靠，在机器人基体单独使用时电磁块更适应的贴合目标物体，阻尼效果使得电磁块可以在手掌上转动，又不显得松垮。

应用本发明实施例提供的可分离磁吸式的爬杆机器人操作方法，在使用如图1-2所是的机器人时，在针对常规的非铁磁性杆件攀爬时：

参见图3至6，将第一机器人1设置在目标杆件3的一侧，第二机器人2设置在目标杆件3的另外一侧，初始状态，第一机器人1下方的第一手抓12上的第一电磁块123与第二电磁块124对应第二机器人2下方的第三手抓22上的两个电磁块(由于两个机器人结构相同，所以第三手抓22上的电磁快与第一手抓 12上的第一电磁块123与第二电磁块124相同，图中并未展示对应图标名称)，第一机器人1上方的第二手抓13上的第三电磁块3与第四电磁块4对应第二机器人2上方的第二手抓13上的两个电磁块，控制所有电磁块的电磁力全部打开，第一机器人的第一手抓12与第二机器人的第三手抓22吸附，第一机器人的第二手抓13与第二机器人的第二手抓1323吸附，此时第一机器人1的躯干11与第二机器人的躯干全部与目标杆件3的基线平行，此时第一机器人1与第二机器人2对目标杆件3形成“环抱”状态；

第一步：释放左侧第一机器人1与右侧第二机器人2下方的两个电磁块，使第一机器人1的第一手抓12与第二机器人2的第三手抓22分离；

第二步：安装在第一机器人1上的第二舵机131带动躯干11与第一手抓12 从目标杆件3外侧向上旋转180°，此时躯干11的转动导致第一手抓12的第一手掌122内侧背离目标杆件3，所以躯干11转动的同时第一舵机121带动第一手抓12转动180°，使得躯干11转动完毕后第一手抓12的第一手掌122内侧仍朝向目标杆件3；同时进行的是另一侧安装在第二机器人2上的第二舵机带动躯干与第一手22抓以另一个方向从目标杆件3外侧向上旋转180°，躯干转动的同时第一舵机带动第三手抓22转动180°，使得躯干转动完毕后第一手抓的第一手掌内侧仍朝向目标杆件3；

第三步：打开第一机器人1上第一手抓12的第一电磁块123与第二电磁块 124的电磁力，打开第二机器人2上第三手抓22的两个电磁块(例如是以第一手抓12对应的两个电磁块)的电磁力，使得第一机器人1的第一手抓12与第二机器人2的第一手抓相互吸附，此时两侧第一手抓12在目标杆件3上部第二手抓13在杆件下部；

第四步：第一机器人1上的第二手抓13与第二机器人2的第二手抓13重复第三步第一手抓的动作，如此循环完成爬杆任务。

针对铁磁性杆件或常规非杆件攀爬时可以将第一机器人1与第二机器人2 分离开单独使用：

参见图7至10，初始状态，第一手抓12在下，第二手抓13在上，第一手抓11上的第一电磁块123、第二电磁块124与第二手抓13上的第三电磁块3、第四电磁块4全部吸附在目标物体4上；

第一步，第一电磁块123与第二电磁块124释放，使第一手抓12脱离目标物体4；

第二步，第二舵机131带动躯干11与第一手抓12向上翻转180°，与此同时，第一舵机121带动第一手抓12旋转180°并再次靠近目标物体4；

第三步，打开第一电磁块123与第二电磁块124的电磁力，使第一手抓12 继续吸附目标物体4，此时第一手抓12交换至上方，第二手抓13交换至下方，

此时由于电磁块与手抓之间为铰链连接机构，使得电磁块靠近目标物体时会自主修复方向使其与目标物体更贴合的吸附。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种可分离磁吸式的爬杆机器人，其特征在于，包括：

躯干；

第一手抓，可旋转的设置于所述躯干的一端；

第一舵机，驱动所述第一手抓转动；

第二手抓，可旋转的设置于所述躯干的另一端；

第二舵机，驱动所述第二手抓转动；

所述第一手抓包括：第一手掌、第一电磁块、第二电磁块；所述第一电磁块和所述第二电磁块分别设置于所述第一手掌的两端，所述第一手掌与所述躯干转动相连；

所述第二手抓包括：第二手掌、第三电磁块、第四电磁块；所述第三电磁块和所述第四电磁块分别设置于所述第二手掌的两端，所述第二手掌与所述躯干转动相连；

电路器件，设置于所述躯干上，与所述第一舵机、所述第二舵机通信相连；

动力电池，设置于所述躯干上，为所述第一舵机、所述第二舵机、所述电路器件供电。

2.根据权利要求1所述的可分离磁吸式的爬杆机器人，其特征在于，所述第一手抓和所述第二手抓的结构相同。

3.根据权利要求1或2所述的可分离磁吸式的爬杆机器人，其特征在于，所述第一手掌和所述第二手掌软体的弧形结构。

4.根据权利要求3所述的可分离磁吸式的爬杆机器人，其特征在于，所述第一手掌设置第一手掌背鳍，所述第一手掌背鳍与所述第一舵机相连，以使所述第一手掌接收所述第一舵机的驱动力；

第二手掌设置第二手掌背鳍，所述第二手掌背鳍与所述第二舵机相连，以使所述第二手掌接收所述第二舵机的驱动力。

5.根据权利要求1-2、4任一项所述的可分离磁吸式的爬杆机器人，其特征在于，所述第一电磁块通过铰链关节安装在第一手掌的一侧，所述第二电磁块通过铰链关节安装在第一手掌的另一侧；

所述铰链关节使用螺栓与螺母配合并且设置蝶形垫圈。

6.根据权利要求5所述的可分离磁吸式的爬杆机器人，其特征在于，所述第一电磁块、第二电磁块、第三电磁块、第四电磁块上均设置电磁力装置，所述电磁力装置通过打开和关闭的状态控制所述电磁力装置产生的电磁力。

7.一种可分离磁吸式的爬杆机器人操作方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

初始状态，第一机器人的第一手抓在下，第二手抓在上，所述第一手抓上的第一电磁块、第二电磁块与第二手抓上的第三电磁块、第四电磁块全部吸附在目标物体上，其中，所述第一机器人为权利要求1-6任一项所述的可分离磁吸式的爬杆机器人；

S71，第一电磁块与第二电磁块释放，使第一手抓脱离目标物体；

S72，第二舵机带动躯干与第一手抓向上翻转180°，与此同时，第一舵机带动第一手抓旋转180°并再次靠近目标物体；

S73，打开第一电磁块与第二电磁块的电磁力，使第一手抓继续吸附目标物体，此时第一手抓交换至上方，第二手抓交换至下方，循环完成爬杆任务。

8.根据权利要求7所述的可分离磁吸式的爬杆机器人操作方法，其特征在于，在所述目标杆件为非铁磁性杆件攀爬时，包括：至少包括第一机器人和第二机器人，且所述第二机器人为权利要求1-6任一项所述的可分离磁吸式的爬杆机器人；

所述第一机器人和所述第二机器人相对设置于目标杆件的两侧；

初始状态为：针对第一机器人，其下方的第一手抓上的电磁块对应第二机器人下方的第三手抓上的电磁块，第一机器人上方的第二手抓上的电磁块对应第二机器人上方的第四手抓上的电磁块，控制所有电磁块的电磁力装置的状态为全部打开，第一机器人的第一手抓与第二机器人的第三手抓吸附，第一机器人的第二手抓与第二机器人的第四手抓吸附，且第一机器人的躯干与第二机器人的躯干全部与目标杆件的基线平行，所述第一机器人与所述第二机器人对目标杆件形成环抱状态；

S81：释放第一机器人与第二机器人底部的电磁力装置，使第一机器人的第一手抓与第二机器人的第三手抓分离；

S82：安装在第一机器人上的第二舵机带动躯干与第一手抓从目标杆件外侧向上旋转180°，且躯干的转动导致第一手抓的第一手掌内侧背离目标杆件，躯干转动的同时第一舵机带动第一手抓转动180°，使得躯干转动完毕后第一手抓的第一手掌内侧仍朝向目标杆件；同时进行的是另一侧安装在第二机器人上的第二舵机带动躯干与第一手抓以另一个方向从目标杆件外侧向上旋转180°，躯干转动的同时第一舵机带动第三手抓转动180°，使得躯干转动完毕后第一手抓的第一手掌内侧仍朝向目标杆件；

S83：打开第一机器人上第一手抓的电磁力装置，以及打开第二机器人上第三手抓的电磁力装置，使得第一机器人的第一手抓与第二机器人的第三手抓相互吸附，此时两侧的所述第一手抓和所述第三手抓在目标杆件上部第二手抓和第四手抓在目标杆件下部；

S84：第一机器人上的第二手抓与第二机器人的第四手抓重复S83第一手抓的动作，如此循环完成爬杆任务。