CN112026947B - 一种避障软体攀爬机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及攀爬机器人，具体地说是一种避障软体攀爬机器人，包括软体抱持手抓、推拉式电磁开关、双头电机、蜗轮蜗杆、联轴器、摩擦离合器、线组轴、转向拉杆、转向连杆、前轮、后轮等组件，其中推拉式电磁开关、伸缩轴、齿轮组、转向拉杆、直齿条等构成转向系统，软体抱持手抓、摩擦离合器、线组轴等构成抱持机构，双头电机、蜗轮蜗杆、后轮等构成驱动系统。本发明结构采用单电机驱动，较传统攀爬机器人而言，电机数量少，结构简单，且适用于多种树木以及杆类的攀爬。

Description

一种避障软体攀爬机器人

技术领域

本发明涉及攀爬机器人，具体地说是一种避障软体攀爬机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，各个领域将成为机器人应用的广阔天地。目前，攀爬机器人应用更为广泛，已在消防、核工业、石化行业、建筑行业、高空作业等危险领域得到了广泛应用；其目的是代替人类，给人类带来了极大的工作效益和安全保障，从而受到人们的高度重视。攀爬机器人不断地扩充着机器人的应用领域，攀爬机器人的研究与应用是机器人发展的主要趋势之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避障软体攀爬机器人。该避障软体攀爬机器人基于摩擦限制扭力机理，结构简单，总体结构轻盈紧凑，控制精巧，应用场所广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括转向蜗轮A、双头电机、软体抱持手抓、底板、转向杆组件、齿轮组A、伸缩轴、摩擦离合器、直齿条、推拉式电磁开关A、前轮、齿轮箱盖、线组轴、蜗杆轴、蜗轮、后轮、单蜗杆、转向蜗轮B、推拉式电磁开关B及传动机构，其中底板的一端安装有齿轮箱盖，该齿轮箱盖内分别转动安装有转向蜗轮A及转向蜗轮B，所述转向蜗轮A及转向蜗轮B内均插设有伸缩轴；所述推拉式电磁开关A及推拉式电磁开关B分别安装于齿轮箱盖上，输出端分别与转向蜗轮A及转向蜗轮B内的伸缩轴的一端相连，该转向蜗轮A及转向蜗轮B内的伸缩轴的另一端分别通过齿轮组A与直齿条相啮合，该直齿条的两侧分别通过转向杆组件连接有前轮；所述双头电机安装于底板上，一头输出端连接有单蜗杆，该单蜗杆分别与所述转向蜗轮A及转向蜗轮B相啮合，所述双头电机另一头输出端连接有蜗杆轴；所述蜗轮的蜗轮轴转动安装于底板的另一端，该蜗轮轴上连接有后轮，所述蜗轮与蜗杆轴上的蜗杆相啮合，该蜗杆轴通过所述传动机构与安装在底板上的摩擦离合器相连，所述线组轴转动安装于底板上，该线组轴与所述摩擦离合器接触；所述底板的两侧均安装有软体抱持手抓，该软体抱持手抓通过绕在所述线组轴上的线驱动实现抱持。

其中：所述齿轮组A包括分别转动安装于底板一端的齿轮A、齿轮B、齿轮C、齿轮D及齿轮E，所述转向蜗轮A及转向蜗轮B内伸缩轴相对伸缩的一段分别与所述推拉式电磁开关A和推拉式电磁开关B相连，所述转向蜗轮A及转向蜗轮B内伸缩轴相对伸缩的另一段分别与齿轮A及齿轮B相连接；所述齿轮E位于齿轮C及齿轮D之间，该齿轮E分别与直齿条、齿轮C及齿轮D相啮合，所述齿轮C与齿轮A相啮合，所述齿轮D与齿轮B相啮合。

所述转向杆组件包括转向连杆及转向拉杆，该转向拉杆铰接于底板上，所述转向拉杆的一端连接前轮，另一端与所述转向连杆的一端铰接，该转向连杆的另一端与所述直齿条铰接。

所述转向蜗轮A及转向蜗轮B结构相同，均为内部中空结构，该转向蜗轮A及转向蜗轮B的内壁沿圆周方向均匀开设有多个凹槽，且靠近所述单蜗杆一侧边缘设有与单蜗杆啮合的齿；所述伸缩轴相对伸缩的一段外表面沿圆周方向均匀设有与凹槽数量相同、一一对应的凸块，该伸缩轴通过所述推拉式电磁开关A或推拉式电磁开关B驱动伸缩，通过所述凸块插入对应的凹槽中实现所述转向蜗轮A或转向蜗轮B带动内部伸缩轴转动。

所述软体抱持手抓与底板倾斜设置；所述软体抱持手抓的倾斜角度为13°，成对对称设置于所述底板的两侧。

所述线组轴的末端为摩擦轴，该摩擦轴与所述摩擦离合器的内壁为面接触。

所述直齿条与底板之间为滑动连接，该底板上开设有滑槽，所述直齿条的上部容置于该滑槽内，下部与所述齿轮组A相啮合；或者，所述底板上安装有滑轨，所述直齿条的上部通过滑块与滑轨滑动连接。

所述线组轴通过支架安装于底板上，该线组轴与支架之间为转动连接，所述线组轴上开有孔，所述线的一端穿过孔后绕在线组轴上，另一端与所述软体抱持手抓连接。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明提供的机器人结构简单，总体结构轻盈紧凑，自适应强，运动灵活，可在不同形状物体上进行攀爬，可操作范围广，应用领域广泛。

2.本发明省去了爬杆前后对机器人进行拆装的过程，与传统攀爬机器人相比，具有单电机驱动，连续变形能力强和环境适应性好等诸多优点。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为图2中去掉齿轮箱盖后的立体结构示意图；

图4为图3中齿轮组处的局部放大图；

图5为本发明转向蜗轮的立体结构示意图；

图6为本发明转向连杆的立体结构示意图；

图7为本发明转向拉杆的立体结构示意图；

图8为本发明伸缩轴的立体结构示意图；

图9为本发明推拉式电磁开关的立体结构示意图

图10为本发明直齿条的立体结构示意图；

图11为本发明双头电机的立体结构示意图；

图12为本发明支架的立体结构示意图；

图13为本发明线组轴的立体结构示意图；

图14为本发明电机支架的立体结构示意图；

其中：1为转向蜗轮A，101为凹槽，102为齿，2为双头电机，3为联轴器，4为软体抱持手抓，5为底板，6为转向连杆，7为齿轮组A，701为齿轮A，702为齿轮B，703为齿轮C，704为齿轮D，705为齿轮E，8为伸缩轴，801为凸块，9为电机支架，10为摩擦离合器，11为直齿条，12为推拉式电磁开关A，13为前轮，14为齿轮箱盖，15为线组轴，16为支架，17为蜗杆轴，18为蜗轮，19为后轮，20为单蜗杆，21为转向蜗轮B，22为推拉式电磁开关B，23为转向拉杆，24为蜗轮轴，25为齿轮组B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～14所示，本发明包括转向蜗轮A1、双头电机2、软体抱持手抓4、底板5、转向杆组件、齿轮组A7、伸缩轴8、摩擦离合器10、直齿条11、推拉式电磁开关A12、前轮13、齿轮箱盖14、线组轴15、蜗杆轴17、蜗轮18、后轮19、单蜗杆20、转向蜗轮B21、推拉式电磁开关B22及传动机构，其中双头电机2通过螺丝固定在电机支架9上，电机支架9通过螺丝固定在底板5上，在底板5上固接有多个支架16，蜗杆轴17及线组轴15分别与各支架16转动连接，双头电机2的一头(前轴)输出端连接有单蜗杆20，另一头(后轴)输出端通过联轴器3连接有蜗杆轴17。

底板5的一端通过螺丝固接有齿轮箱盖14，该齿轮箱盖14内分别转动安装有转向蜗轮A1及转向蜗轮B21，转向蜗轮A1及转向蜗轮B21内均插设有伸缩轴8。单蜗杆20分别与转向蜗轮A1及转向蜗轮B21相啮合。推拉式电磁开关A12及推拉式电磁开关B22分别安装于齿轮箱盖14上，本实施例的推拉式电磁开关A12及推拉式电磁开关B22通过焊接或胶粘的方式固接在齿轮箱盖14上，推拉式电磁开关A2的输出端与转向蜗轮A1内的伸缩轴8的一端相连，推拉式电磁开关B22的输出端与转向蜗轮B21内的伸缩轴8的一端相连，转向蜗轮A1及转向蜗轮B21内的伸缩轴8的另一端分别通过齿轮组A7与直齿条11相啮合，该直齿条11的两侧分别通过转向杆组件连接有前轮13，进而形成本发明的转向机构I。

如图4、图5、图8及图10所示，本实施例的齿轮组A7包括分别转动安装于底板5一端的齿轮A701、齿轮B702、齿轮C703、齿轮D704及齿轮E705，转向蜗轮A1及转向蜗轮B21内伸缩轴8相对伸缩的一段分别与推拉式电磁开关A12和推拉式电磁开关B22相连，转向蜗轮A1及转向蜗轮B21内伸缩轴8相对伸缩的另一段分别与齿轮A701及齿轮B702相连接；齿轮E705位于齿轮C703及齿轮D704之间，直齿条11位于齿轮E705的上方，该齿轮E705分别与直齿条11、齿轮C703及齿轮D704相啮合，齿轮C703与齿轮A701相啮合，齿轮D704与齿轮B702相啮合。本实施例的转向蜗轮A1及转向蜗轮B21结构相同，均为内部中空结构，该转向蜗轮A1及转向蜗轮B21的内壁沿圆周方向均匀开设有多个凹槽101，且靠近单蜗杆20一侧边缘设有与单蜗杆20啮合的齿102；本实施例的伸缩轴8为市购产品，购置于盛达机械有限公司生产的M6伸缩轴，伸缩轴8相对伸缩的一段外表面沿圆周方向均匀设有与凹槽101数量相同、一一对应的凸块801，相对伸缩的另一段分别与齿轮A701、齿轮B702连动。伸缩轴8通过推拉式电磁开关A12或推拉式电磁开关B22驱动伸缩，通过凸块801插入对应的凹槽101中实现转向蜗轮A1或转向蜗轮B21带动内部伸缩轴8转动。本实施例的推拉式电磁开关A12及推拉式电磁开关B22为市购产品，购置于乐清市卡卡电气有限公司，型号为KK—0520B。

如图4、图6、图7及图9所示，本实施例的转向杆组件包括转向连杆6及转向拉杆23，该转向拉杆23铰接于底板5上，转向拉杆23的一端连接前轮13，另一端与转向连杆6的一端铰接，该转向连杆6的另一端与直齿条11铰接。本实施例的直齿条11与底板5之间为滑动连接，该底板5上开设有滑槽，直齿条11的上部容置于该滑槽内，下部与齿轮组A7中的齿轮E705相啮合；或者，底板5上安装有滑轨，直齿条11的上部通过滑块与滑轨滑动连接。

底板5的两侧均通过螺丝安装有软体抱持手抓4，该软体抱持手抓4通过绕在线组轴15上的线驱动实现抱持。本实施例的软体抱持手抓4与底板5倾斜设置，软体抱持手抓4的倾斜角度优选为13°，成对对称设置于底板5的两侧。本实施例的软体抱持手抓4为四个，底板5的每侧各设置两个，进而形成本发明的抱持机构Ⅱ。本实施例的软体抱持手抓4为市购产品，购置于景县立业橡胶制品有限公司生产的抱持手抓。

蜗轮18的蜗轮轴24转动安装于底板5的另一端，该蜗轮轴24的左右两侧均连接有后轮19，蜗轮18与蜗杆轴17上的蜗杆相啮合，该蜗杆轴17通过传动机构与安装在底板5上的摩擦离合器10相连，进而形成本发明的移动机构Ⅲ。本实施例的线组轴15的末端为摩擦轴，该摩擦轴与摩擦离合器10的内壁为面接触，产生摩擦限制扭矩。线组轴15上开有孔，线的一端穿过孔后绕在线组轴15上，另一端与软体抱持手抓4连接。本实施例的传动机构为齿轮组B25，即蜗杆轴17及摩擦离合器10上分别安装有相互啮合传动的齿轮。本实施例的摩擦离合器10为市购产品，购置于尚格机电广源店生产的M8摩擦轴离合器。

本发明的工作原理为：

双头电机2工作，通过联轴器3带动蜗杆轴17旋转，蜗杆轴17上的蜗杆与蜗轮18啮合传动，进而通过蜗轮轴24带动两侧的后轮19旋转，将双头电机2的动力传递到后轮19上，实现机器人的移动。底板5两侧的前轮13为从动轮。

双头电机2驱动机器人移动的同时，通过单蜗杆20分别与转向蜗轮A1及转向蜗轮B21啮合，带动转向蜗轮A1及转向蜗轮B21同步反向旋转；此时，转向蜗轮A1及转向蜗轮B21与内部的伸缩轴8之间并无连接。当置于机器人前端的摄像头观察到左前方(或右前方)存在障碍时，控制系统将给右侧的推拉式电磁开关B22(或左侧的推拉式电磁开关A12)通电，通电前转向蜗轮A1及转向蜗轮B21虽然旋转，但伸缩轴8并未将扭矩传递到齿轮A701及齿轮B702上，此时转向蜗轮A1及转向蜗轮B21为空转状态。通电后，固连在推拉式电磁开关B22(或推拉式电磁开关A12)的伸缩轴8向下运动，将来自转向蜗轮B21(或转向蜗轮A1)的力矩通过齿轮组A7传到直齿条11上，再通过转向连杆6及转向拉杆23带动前轮13转向，即可实现右转(或左转)。推拉式电磁开关未通电，伸缩轴与转动蜗轮分离；推拉式电磁开关通电，伸缩轴与转向蜗轮结合。本实施例的推拉式电磁开关可产生5N的力，足以推动伸缩轴。利用两个推拉式电磁开关分别控制与单蜗杆20传递扭矩的伸缩轴进行伸缩，可控制伸缩轴是否与单蜗杆20传递扭矩。

本实施例的双头电机2，前轴用于转向，后轴用于抱持及驱动。蜗杆轴17旋转的同时，通过齿轮组B25传递扭矩至摩擦离合器10，摩擦阻力由线组轴15末端的摩擦轴和摩擦离合器10内表面相互摩擦而产生，当扭矩超过设定值时，打滑的同时传递最大扭矩，也就是需要的工作状态，通过线组轴15的转动由缠绕在线组轴15上的线带动软体抱持手抓4进行抱持。当遇到摄像头无法识别的障碍时，可被动进行避障。

Claims (8)

1.一种避障软体攀爬机器人，其特征在于：包括转向蜗轮A(1)、双头电机(2)、软体抱持手抓(4)、底板(5)、转向杆组件、齿轮组A(7)、伸缩轴(8)、摩擦离合器(10)、直齿条(11)、推拉式电磁开关A(12)、前轮(13)、齿轮箱盖(14)、线组轴(15)、蜗杆轴(17)、蜗轮(18)、后轮(19)、单蜗杆(20)、转向蜗轮B(21)、推拉式电磁开关B(22)及传动机构，其中底板(5)的一端安装有齿轮箱盖(14)，该齿轮箱盖(14)内分别转动安装有转向蜗轮A(1)及转向蜗轮B(21)，所述转向蜗轮A(1)及转向蜗轮B(21)内均插设有伸缩轴(8)；所述推拉式电磁开关A(12)及推拉式电磁开关B(22)分别安装于齿轮箱盖(14)上，输出端分别与转向蜗轮A(1)及转向蜗轮B(21)内的伸缩轴(8)的一端相连，该转向蜗轮A(1)及转向蜗轮B(21)内的伸缩轴(8)的另一端分别通过齿轮组A(7)与直齿条(11)相啮合，该直齿条(11)的两侧分别通过转向杆组件连接有前轮(13)；所述双头电机(2)安装于底板(5)上，一头输出端连接有单蜗杆(20)，该单蜗杆(20)分别与所述转向蜗轮A(1)及转向蜗轮B(21)相啮合，所述双头电机(2)另一头输出端连接有蜗杆轴(17)；所述蜗轮(18)的蜗轮轴(24)转动安装于底板(5)的另一端，该蜗轮轴(24)上连接有后轮(19)，所述蜗轮(18)与蜗杆轴(17)上的蜗杆相啮合，该蜗杆轴(17)通过所述传动机构与安装在底板(5)上的摩擦离合器(10)相连，所述线组轴(15)转动安装于底板(5)上，该线组轴(15)与所述摩擦离合器(10)接触；所述底板(5)的两侧均安装有软体抱持手抓(4)，该软体抱持手抓(4)通过绕在所述线组轴(15)上的线驱动实现抱持；

所述转向蜗轮A(1)及转向蜗轮B(21)结构相同，均为内部中空结构，该转向蜗轮A(1)及转向蜗轮B(21)的内壁沿圆周方向均匀开设有多个凹槽(101)，且靠近所述单蜗杆(20)一侧边缘设有与单蜗杆(20)啮合的齿(102)；所述伸缩轴(8)相对伸缩的一段外表面沿圆周方向均匀设有与凹槽(101)数量相同、一一对应的凸块(801)，该伸缩轴(8)通过所述推拉式电磁开关A(12)或推拉式电磁开关B(22)驱动伸缩，通过所述凸块(801)插入对应的凹槽(101)中实现所述转向蜗轮A(1)或转向蜗轮B(21)带动内部伸缩轴(8)转动。

2.根据权利要求1所述的避障软体攀爬机器人，其特征在于：所述齿轮组A(7)包括分别转动安装于底板(5)一端的齿轮A(701)、齿轮B(702)、齿轮C(703)、齿轮D(704)及齿轮E(705)，所述转向蜗轮A(1)及转向蜗轮B(21)内伸缩轴(8)相对伸缩的一段分别与所述推拉式电磁开关A(12)和推拉式电磁开关B(22)相连，所述转向蜗轮A(1)及转向蜗轮B(21)内伸缩轴(8)相对伸缩的另一段分别与齿轮A(701)及齿轮B(702)相连接；所述齿轮E(705)位于齿轮C(703)及齿轮D(704)之间，该齿轮E(705)分别与直齿条(11)、齿轮C(703)及齿轮D(704)相啮合，所述齿轮C(703)与齿轮A(701)相啮合，所述齿轮D(704)与齿轮B(702)相啮合。

3.根据权利要求1所述的避障软体攀爬机器人，其特征在于：所述转向杆组件包括转向连杆(6)及转向拉杆(23)，该转向拉杆(23)铰接于底板(5)上，所述转向拉杆(23)的一端连接前轮(13)，另一端与所述转向连杆(6)的一端铰接，该转向连杆(6)的另一端与所述直齿条(11)铰接。

4.根据权利要求1所述的避障软体攀爬机器人，其特征在于：所述软体抱持手抓(4)与底板(5)倾斜设置。

5.根据权利要求4所述的避障软体攀爬机器人，其特征在于：所述软体抱持手抓(4)的倾斜角度为13°，成对对称设置于所述底板(5)的两侧。

6.根据权利要求1所述的避障软体攀爬机器人，其特征在于：所述线组轴(15)的末端为摩擦轴，该摩擦轴与所述摩擦离合器(10)的内壁为面接触。

7.根据权利要求1所述的避障软体攀爬机器人，其特征在于：所述直齿条(11)与底板(5)之间为滑动连接，该底板(5)上开设有滑槽，所述直齿条(11)的上部容置于该滑槽内，下部与所述齿轮组A(7)相啮合；或者，所述底板(5)上安装有滑轨，所述直齿条(11)的上部通过滑块与滑轨滑动连接。

8.根据权利要求1所述的避障软体攀爬机器人，其特征在于：所述线组轴(15)通过支架(16)安装于底板(5)上，该线组轴(15)与支架(16)之间为转动连接，所述线组轴(15)上开有孔，所述线的一端穿过孔后绕在线组轴(15)上，另一端与所述软体抱持手抓(4)连接。

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