CN113173215A - 一种用于越障攀爬机器人的储能机械臂及越障攀爬机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于越障攀爬机器人的储能机械臂，包括转臂结构、储能结构；公开了一种越障攀爬机器人，包括储能机械臂，还包括真空吸附运动装置。本发明结构巧妙、成本较低，通过储能模块配合机械臂的设计，可以省去单一大功率电机自重过大无法越障的不足，使得整个机械臂功率减小从而减轻自重，可以在平稳运行的同时，有效储存能量，并进一步可以将能量平稳释放，使机器人实现爬壁、越障；本发明越障攀爬机器人设置真空吸附运动装置，该真空吸附运动装置通过外置真空腔，整个移动机构置于真空腔之内，使得整个机构更加紧凑，吸附更加稳定；通过弹簧组件的设置使得攀爬机器人的移动组件能够更好的贴合壁面，并对于不同的壁面具有一定的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于越障攀爬机器人的储能机械臂及越障攀爬机器人，属于机械臂技术领域。
背景技术
随着机器人技术的飞速发展，攀爬机器人被广泛应用于核工业、建筑业、消防业中，机械臂是机器人与外界进行交互和操作的主要手段。攀爬机器人属于特种机器人，主要工作模式需攀附于壁面，因此壁面越障为攀爬机器人设计难点。机械臂为机器人越障主要功能部件，攀爬机器人越障时需克服自身重力。为满足机器人越障需求，机械臂需要进行轻量化设计，同时具备较大负载能力。且稳定吸附壁面，并且具备良好的越障性能为攀爬机器人的设计难点。
发明内容
本发明提供了一种用于越障攀爬机器人的储能机械臂，通过储能模块与机械臂模块的配合实现机械臂运动中储存能量；进一步地提供了一种越障攀爬机器人，搭建了机器人爬壁及越障的平台。
本发明的技术方案是：一种用于越障攀爬机器人的储能机械臂，包括转臂结构、储能结构；所述转臂结构包括两组转臂Ⅱ25和转臂Ⅲ26；其中储能模块一端安装于第一组转臂Ⅱ25与转臂Ⅲ26关节处，储能模块另一端安装于第二组转臂Ⅱ25与转臂Ⅲ26关节处；所述储能结构包括储能箱壳体31、储能箱盖32、行星增速器33、联轴器34、法兰轴承Ⅰ35、簧盒盖36、发条簧37、簧盒38、减震盒盖39、减震刷40、减震盒41、传动轴42；其中，储能箱壳体31一端与储能箱盖32连接，储能箱盖32内侧开有卡槽用于固定行星增速器33，行星增速器33输出轴通过联轴器34与传动轴42一端连接，法兰轴承Ⅰ35装配于传动轴42上并与簧盒盖36连接，由轴肩定位的发条簧37最内圈固定于传动轴42上，发条簧37最外圈固定于簧盒38中，簧盒盖36与簧盒38一侧连接，簧盒38另一侧安装减振盒盖39，减振刷40安装于传动轴42上，由轴肩定位的减振刷40通过减振盒盖39安装在减振盒41中，减振盒盖39与减振盒41连接固定。
所述减振刷40包括活塞环40-1、橡胶垫Ⅰ40-2、橡胶垫Ⅱ40-3、密封垫40-4；其中活塞环40-1一端套在传动轴42上，活塞环40-1另一端一侧固定橡胶垫Ⅰ40-2与减振盒盖39贴合，活塞环40-1另一端另一侧固定橡胶垫Ⅱ40-3与减震盒41贴合，活塞环40-1另一端顶面固定密封垫40-4与减振盒盖39、减震盒41贴合。
所述行星增速器33增速比设置为1：10，发条簧37选用材质为55SiMnVB，宽度3cm，减振刷阻尼系数为0.65。
所述储能模块一端通过法兰轴承Ⅲ46、短轴Ⅳ47、锁紧螺母Ⅱ48安装于第一组转臂Ⅱ25与转臂Ⅲ26关节处，储能模块另一端通过法兰轴承Ⅱ43、短轴Ⅲ44、锁紧螺母Ⅰ45安装于第二组转臂Ⅱ25与转臂Ⅲ26关节处；其中，法兰轴承Ⅱ43与第二组转臂Ⅱ25固定，短轴Ⅲ44嵌套于法兰轴承Ⅱ43内圈，电机Ⅱ30与第二组转臂Ⅱ25连接，电机Ⅱ30输出轴、行星增速器33输入端插入短轴Ⅲ44预留孔内并固定连接，锁紧螺母Ⅰ45与短轴Ⅲ44连接并配合轴肩定位固定第二组转臂Ⅲ26；减震盒41、法兰轴承Ⅲ46固定在第一组转臂Ⅱ25两侧，短轴Ⅳ47嵌套于法兰轴承Ⅲ46内圈并通过轴肩定位，传动轴42伸入短轴Ⅳ47预留孔中并固定，锁紧螺母Ⅱ48与短轴Ⅳ47连接并配合轴肩定位固定第一组转臂Ⅲ26。
一种越障攀爬机器人，包括储能机械臂，还包括真空吸附运动装置，真空吸附运动装置用于吸附壁面并于提供前后移动的驱动力。
所述真空吸附运动装置包括底盘6、移动组件、弹簧组件、真空腔组件1；所述底盘6上安装两组移动组件，弹簧组件分别与底盘6及真空腔组件1连接，弹簧组件位于两组移动部件之间，通过真空腔组件1的配合，进而实现真空吸附运动装置与壁面吸附或脱离。
所述移动组件包括大带轮7、大带轮连接件8、小带轮9、小带轮连接件10、滑块11、滑轨12、同步带13、电机Ⅲ14、输出轴套15、支撑轮16、支撑轮连接件；其中大带轮7轴向一侧与大带轮连接件8一端连接，输出轴套15固定于大带轮7轴向另一侧，通过销从大带轮7轴向一侧贯穿至另一侧经输出轴套15与插入输出轴套15中的电机Ⅲ14伸出轴连接，小带轮9与小带轮连接件10一侧连接，小带轮连接件10另一侧与滑块11连接，安装在滑轨12上的滑块11能沿滑轨12移动且能通过螺钉限位，大带轮连接件8另一端、滑轨12分别与底盘6连接，支撑轮16与支撑轮连接件连接，同步带13依次绕过大带轮7、小带轮9、多个支撑轮16，电机Ⅲ14伸出轴插入输出轴套15中驱动大带轮7。
所述弹簧组件由直线轴承18、弹簧19、导杆20组成；其中导杆20一端插于直线轴承18内孔中，导杆20另一端与直线轴承18底座之间安装弹簧19，导杆20另一端与真空腔组件1通过螺栓固定连接，直线轴承18底座与底盘6通过螺栓固定连接。
所述真空腔组件1包括真空腔Ⅰ1-1、真空腔Ⅱ1-2、真空腔Ⅲ1-3、真空腔Ⅳ1-4、真空泵2、气管3、吸附材料托板5、吸附材料21；所述真空腔Ⅰ1-1、真空腔Ⅱ1-2、真空腔Ⅲ1-3、真空腔Ⅳ1-4之间通过螺栓连接成顶面开口的箱体，真空腔组件1开口端设有吸附材料托板5，用于粘贴吸附材料21；气管3一端插入真空泵2进气口，气管3另一端插入真空腔组件1预留的气孔中。
所述吸附材料托板5采用环氧树脂，所述吸附材料21采用铁氟龙，二者之间采用纳米胶粘贴。
本发明的有益效果是：本发明结构巧妙、成本较低，通过储能模块配合机械臂的设计，可以省去单一大功率电机自重过大无法越障的不足，使得整个机械臂功率减小从而减轻自重，并且可以在平稳运行的同时，有效储存能量，并进一步可以将能量平稳释放，使机器人实现爬壁、越障；本发明越障攀爬机器人设置真空吸附运动装置，该真空吸附运动装置通过外置真空腔，整个移动机构置于真空腔之内，使得整个机构更加紧凑，吸附更加稳定；通过弹簧组件的设置使得攀爬机器人的移动组件能够更好的贴合壁面，并对于不同的壁面具有一定的适应性。
附图说明
图1是本发明储能机械臂外部结构示意图；
图2是本发明储能模块爆炸视图；
图3是本发明储能模块结构剖视图；
图4是本发明储能模块装配图；
图5是本发明机械臂关节剖视图；
图6是本发明减振刷结构示意图；
图7是本发明机器人的外部结构示意图；
图8是本发明真空腔组件结构示意图；
图9是本发明真空吸附运动装置内部结构图一；
图10是本发明真空吸附运动装置内部结构图二；
图11是本发明弹簧组件结构图；
图12是本发明真空吸附运动装置内部结构图三；
图13是本发明中输出轴套的结构图；
图中各标号为：1-真空腔组件，1-1-真空腔Ⅰ，1-2-真空腔Ⅱ,1-3-真空腔Ⅲ，1-4-真空腔Ⅳ，2-真空泵，3-气管，4-支撑轮连接件Ⅰ，5-吸附材料托板，6-底盘，7-大带轮，8-大带轮连接件，9-小带轮，10-小带轮连接件，11-滑块，12-滑轨，13-同步带，14-电机Ⅲ，15-输出轴套，16-支撑轮，17-支撑轮连接件Ⅱ，18-直线轴承，19-弹簧，20-导杆，21-吸附材料，24-转臂Ⅰ，25-转臂Ⅱ，26-转臂Ⅲ，27-转臂Ⅳ，28-电机Ⅰ，29-铝板，30-电机Ⅱ，31-储能箱，32-储能箱盖，33-行星增速器，34-联轴器，35-法兰轴承Ⅰ，36-簧盒盖，37-发条簧，38-簧盒，39-减振盒盖，40-减振刷，41-减振盒，42-传动轴，43-法兰轴承Ⅱ，44-短轴Ⅲ，45-锁紧螺母Ⅰ，46-法兰轴承Ⅲ，47-短轴Ⅳ，48-锁紧螺母Ⅱ，49-短轴Ⅰ，50-锁紧螺母Ⅲ，51-法兰轴承Ⅳ，52-短轴Ⅱ，53-锁紧螺母Ⅳ，54-法兰轴承Ⅴ。
具体实施方式
实施例1：如图1-6所示，一种用于越障攀爬机器人的储能机械臂，包括转臂结构、储能结构；所述转臂结构包括两组转臂Ⅱ25和转臂Ⅲ26；其中储能模块一端安装于第一组转臂Ⅱ25与转臂Ⅲ26关节处，储能模块另一端安装于第二组转臂Ⅱ25与转臂Ⅲ26关节处；所述储能结构包括储能箱壳体31、储能箱盖32、行星增速器33、联轴器34、法兰轴承Ⅰ35、簧盒盖36、发条簧37、簧盒38、减震盒盖39、减震刷40、减震盒41、传动轴42；其中，储能箱壳体31一端与储能箱盖32通过螺钉连接，储能箱盖32内侧开有卡槽用于固定行星增速器33，行星增速器33输出轴通过联轴器34与传动轴42一端连接，法兰轴承Ⅰ35装配于传动轴42上并通过螺钉与簧盒盖36连接，由轴肩定位的发条簧37最内圈焊接于传动轴42上，发条簧37最外圈焊接于簧盒38中，簧盒盖36通过螺钉与簧盒38一侧连接，簧盒38另一侧安装减振盒盖39，减振刷40安装于传动轴42上，由轴肩定位的减振刷40通过减振盒盖39安装在减振盒41中，减振盒盖39与减振盒41为保证密封性用固体胶粘接连接固定。
进一步地，可以设置所述减振刷40包括活塞环40-1、橡胶垫Ⅰ40-2、橡胶垫Ⅱ40-3、密封垫40-4；其中活塞环40-1一端套在传动轴42上，活塞环40-1另一端一侧通过胶水粘接固定橡胶垫Ⅰ40-2与减振盒盖39贴合，活塞环40-1另一端另一侧通过胶水粘接固定橡胶垫Ⅱ40-3与减震盒41贴合，活塞环40-1另一端顶面通过胶水粘接固定密封垫40-4与减振盒盖39、减震盒41贴合。
进一步地，可以设置所述行星增速器33增速比设置为1：10，发条簧37选用材质为55SiMnVB，宽度3cm，减振刷阻尼系数为0.65。
进一步地，可以设置所述储能模块一端通过法兰轴承Ⅲ46、短轴Ⅳ47、锁紧螺母Ⅱ48安装于第一组转臂Ⅱ25与转臂Ⅲ26关节处，储能模块另一端通过法兰轴承Ⅱ43、短轴Ⅲ44、锁紧螺母Ⅰ45安装于第二组转臂Ⅱ25与转臂Ⅲ26关节处；其中，法兰轴承Ⅱ43通过螺钉与第二组转臂Ⅱ25固定，短轴Ⅲ44嵌套于法兰轴承Ⅱ43内圈，电机Ⅱ30与第二组转臂Ⅱ25通过螺钉连接，电机Ⅱ30输出轴、储能模块中行星增速器33输入端插入短轴Ⅲ44预留孔内并通过螺钉固定连接，锁紧螺母Ⅰ45与短轴Ⅲ44螺纹连接并配合轴肩定位固定第二组转臂Ⅲ26；减震盒41、法兰轴承Ⅲ46通过螺钉固定在第一组转臂Ⅱ25两侧，短轴Ⅳ47嵌套于法兰轴承Ⅲ46内圈并通过轴肩定位，传动轴42伸入短轴Ⅳ47预留孔中，并通过螺钉固定，锁紧螺母Ⅱ48与短轴Ⅳ47通过螺纹连接并配合轴肩定位固定第一组转臂Ⅲ26。
进一步地，可以设置所述转臂结构还包括两组转臂Ⅰ24、转臂Ⅳ27，每组转臂Ⅰ24、转臂Ⅱ25、转臂Ⅲ26和转臂Ⅳ27依次连接，第一组转臂Ⅰ24、转臂Ⅱ25，第一组转臂Ⅲ26、转臂Ⅳ27分别通过旋转关节Ⅰ固定；第二组转臂Ⅰ24、转臂Ⅱ25，第二组转臂Ⅲ26、转臂Ⅳ27分别通过旋转关节Ⅱ固定；旋转关节Ⅰ包括锁紧螺母Ⅲ50、短轴Ⅰ49、法兰轴承Ⅳ51，旋转关节Ⅱ包括短轴Ⅱ52、法兰轴承Ⅴ54、锁紧螺母Ⅳ53；其中，第一组转臂Ⅰ24、转臂Ⅱ25中的旋转关节Ⅰ安装为：锁紧螺母Ⅲ50与短轴Ⅰ49通过螺纹连接并配合轴肩定位固定第一组转臂Ⅱ25，法兰轴承Ⅳ51通过螺钉与第一组转臂Ⅰ24固定，并与短轴Ⅰ49通过轴肩定位配合，电机Ⅰ28与第一组转臂Ⅰ24通过螺钉连接，电机Ⅰ28伸出轴插入短轴Ⅰ49预留的孔中，并通过螺钉固定，第一组转臂Ⅲ26、转臂Ⅳ27中的旋转关节Ⅰ安装方式相同；第二组转臂Ⅰ24、转臂Ⅱ25中的旋转关节Ⅱ安装为：锁紧螺母Ⅳ53与短轴Ⅱ52通过螺纹连接并配合轴肩定位固定第二组转臂Ⅱ25，法兰轴承Ⅴ54通过螺钉与第二组转臂Ⅰ24固定，并与短轴Ⅱ52通过轴肩定位配合，第二组转臂Ⅲ26、转臂Ⅳ27中的旋转关节Ⅱ安装方式相同。或者可以设置第一组转臂Ⅰ24、转臂Ⅱ25和第二组转臂Ⅰ24、转臂Ⅱ25两处关节也通过储能结构连接，储能模块一端通过法兰轴承Ⅲ46、短轴Ⅳ47、锁紧螺母Ⅱ48安装于第一组转臂Ⅰ24、转臂Ⅱ25关节处，储能模块另一端通过法兰轴承Ⅱ43、短轴Ⅲ44、锁紧螺母Ⅰ45安装于第二组转臂Ⅰ24、转臂Ⅱ25关节处；第一组转臂Ⅲ26、转臂Ⅳ27和第二组转臂Ⅲ26、转臂Ⅳ27两处关节也通过储能结构连接；储能模块一端通过法兰轴承Ⅲ46、短轴Ⅳ47、锁紧螺母Ⅱ48安装于第一组转臂Ⅲ26、转臂Ⅳ27关节处，储能模块另一端通过法兰轴承Ⅱ43、短轴Ⅲ44、锁紧螺母Ⅰ45安装于第二组转臂Ⅲ26、转臂Ⅳ27关节处。
进一步地，可以设置机械臂设置有铝板29分别用于支撑转臂Ⅰ24、转臂Ⅳ27。所述铝板29表面设置有通孔用于与真空吸附运动装置中的真空腔组件通过螺栓连接。
一种越障攀爬机器人，如图1-13所示，包括储能机械臂，还包括真空吸附运动装置，真空吸附运动装置用于吸附壁面并于提供前后移动的驱动力。
进一步地，可以设置所述真空吸附运动装置包括底盘6、移动组件、弹簧组件、真空腔组件1；所述底盘6上安装两组移动组件，弹簧组件分别与底盘6及真空腔组件1连接，弹簧组件位于两组移动部件之间，通过真空腔组件1的配合，进而实现真空吸附运动装置与壁面吸附或脱离。
进一步地，可以设置所述移动组件包括大带轮7、大带轮连接件8、小带轮9、小带轮连接件10、滑块11、滑轨12、同步带13、电机Ⅲ14、输出轴套15、支撑轮16、支撑轮连接件；其中大带轮7轴向一侧与大带轮连接件8一端通过销连接，输出轴套15通过螺钉固定于大带轮7轴向另一侧，通过销从大带轮7轴向一侧贯穿至另一侧经输出轴套15与插入输出轴套15中的电机Ⅲ14伸出轴通过螺纹连接，小带轮9与小带轮连接件10一侧通过销连接，小带轮连接件10另一侧与滑块11通过螺钉连接，安装在滑轨12上的滑块11能沿滑轨12移动且能通过螺钉限位(即当滑块移动至适当位置可以将螺钉固定在滑轨上用于限制滑块的移动，实现限位；滑块11安装于滑轨12之上便于同步带13安装)，大带轮连接件8另一端、滑轨12分别与底盘6通过螺栓连接，支撑轮16与支撑轮连接件通过销连接，同步带13依次绕过大带轮7、小带轮9、多个支撑轮16，电机Ⅲ14伸出轴插入输出轴套15中驱动大带轮7。
进一步地，可以设置所述输出轴套15主体呈圆柱形，中间开有与销、电机Ⅲ14伸出轴配合的孔；该结构为专用设计，较比联轴器等传统连接方式，能更有效地节省空间，同时可以将电机伸出轴的力转传递并带动同步带的运动。所述支撑轮16设计多个，转角处安装支撑轮16的支撑轮连接件Ⅰ4截面采用直角三角形设计，直角位于外侧，转角之间安装支撑轮16的支撑轮连接件Ⅱ17截面采用矩形设计。多个为三个以上，通过多个支撑轮，同时配合不同的连接件结构可以有效地支撑，并进一步地可以让同步带在与壁面接触时更高效，比如转角处的支撑轮配合直角连接件的设计不仅可以防止同步带的干涉，还可以更好地承受张紧同步带时带来的横向负载。
进一步地，可以设置所述小带轮连接件10采用U形结构，U形结构开口侧两个自由端通过销连接小带轮9。大带轮连接件可以采用L型设计，对侧电机通过尼龙柱支撑安装在底盘上，小带轮通过U形结构连接件连接，整个设计不仅仅便于安装，同时在节省制作成本的同时，可以有效地提供同步轮运行的驱动力。
进一步地，可以设置所述弹簧组件由直线轴承18、弹簧19、导杆20组成；其中导杆20一端插于直线轴承18内孔中，导杆20另一端与直线轴承18底座之间安装弹簧19，导杆20另一端与真空腔组件1通过螺栓固定连接，直线轴承18底座与底盘6通过螺栓固定连接。
进一步地，可以设置所述真空腔组件1包括真空腔Ⅰ1-1、真空腔Ⅱ1-2、真空腔Ⅲ1-3、真空腔Ⅳ1-4、真空泵2、气管3、吸附材料托板5、吸附材料21；所述真空腔Ⅰ1-1、真空腔Ⅱ1-2、真空腔Ⅲ1-3、真空腔Ⅳ1-4之间通过螺栓连接成顶面开口的箱体，真空腔组件1开口端设有一体的回字形吸附材料托板5，用于粘贴吸附材料21；气管3一端插入真空泵2进气口，气管3另一端插入真空腔组件1预留的气孔中。
进一步地，可以设置所述吸附材料托板5可以采用环氧树脂，所述吸附材料21采用铁氟龙，二者之间采用纳米胶粘贴。采用纳米胶不仅可以将吸附材料托板5、吸附材料21二者有效粘贴，同时可以避免其它粘贴材料凝固后变形从而影响吸附材料的平整度。
进一步地，所述底盘6上可以设置孔，以实现减轻自重并利于真空腔组件抽送气体。
为满足攀爬机器人吸附于墙面运动同时具备越障功能，机械臂满足功率的要求下必须具有重量限制(如某些机械臂中心关节处驱动装置总重不得超过1kg同时扭矩不得低于20Nm并满足一定的转速需求；或者其它有重量限制的情况)，因此传统的一些具有越障功能的攀爬机器人直接采用电机驱动，该方式容易由于力矩不足，而无法有效越障，或者力矩足够，又由于重量过大，而无法有效吸附爬壁。而本申请的储能机械臂，通过储能模块的设置，将攀爬机器人运行时的重力势能储存用于补偿极限位置的极限力矩，进而在满足运行条件下减小驱动电机的功率需求。
如何通过合理的合成及连接构建储能模块对攀爬机器人越障至关重要。本发明中设定储能结构的传动轴42上从一端往另一端先安装簧盒盖36、发条簧37、簧盒38，再安装减震盒盖39、减震刷40、减震盒41，可以让稳定性更好，稳定性的提升不仅可以减少存储的弹性势能能量损耗，同时可以确保爬壁机器人有效爬壁；再进一步地配合由活塞环40-1、橡胶垫Ⅰ40-2、橡胶垫Ⅱ40-3、密封垫40-4构成的减振刷40，使得减振刷平稳运行并有效消除振动，减少运动冲击，从而对存储的能量进行合理的释放，达到控制需求；同时密封垫上还可涂抹阻尼涂料。
攀爬机器人产生最大重力势能位置在于转臂Ⅱ25与转臂Ⅲ26处于同一直线，此时转臂在重力作用下自然下落通过储能模块储存能量。因此本发明行星增速器33增速比设置为1：10，发条簧37选用材质为55SiMnVB，宽度3cm，减振刷阻尼系数为0.65，通过该设置可以进一步确保真空吸附运动装置以及机械臂重力产生的阻力、减振刷产生的阻尼与发条簧弹力形成力系平衡，并进一步使得机械臂中间关节能匀速运动。
本发明中储能模块的工作原理如下：以机械臂初始状态呈一条竖直向下的直线为例，固定于转臂Ⅱ25的电机Ⅱ30提供驱动力使得转臂Ⅲ26相对转臂Ⅱ25转动，同时通过短轴Ⅲ44将动力传递给行星增速器33，行星增速器增速比为1：10，即电机Ⅱ30伸出轴转动1/2圈时行星增速器33伸出轴转动5圈。行星增速器33伸出轴通过联轴器34将动力传递给传动轴42，传动轴42带动发条簧37旋转并存储弹性势能，同时减振刷40在减振盒41中转动消除振动。机械臂回程运动时，电机Ⅱ30带动转臂Ⅲ26向相反方向运动，通过行星增速器33传动，发条簧37释放储存的弹性势能，并由减振刷40消除振动。此时通过储能模块助力，电机Ⅱ30所需力矩减小，再通过机械臂上另外两个关节处电机驱动机械臂达到目标位置。
本发明的越障攀爬机器人工作过程是：以攀爬机器人跨越直角壁面为例，初始状态时真空泵2通过气管3抽出真空腔组件1内空气，使得两组真空吸附运动装置均吸附于竖直壁面。此时弹簧组件中弹簧19处于压缩状态，推动底盘6带动整个移动组件压于竖直壁面上。电机Ⅲ14启动，驱动动大带轮7，再通过小带轮9、支撑轮16使得同步带13运转，进而两组真空吸附运动装置同时在竖直壁面运动。检测到直角壁面需跨越时，一侧真空泵2停止供电，此侧真空吸附运动装置与壁面分离，储能机械臂模块4运转将此侧真空吸附运动装置送至直角壁面目标位置，并以直角壁面即将贴合的姿态停止，此侧真空泵恢复供电，将此侧真空吸附运动装置吸附于直角壁面，另一侧真空泵2停止供电，将另一侧真空吸附运动装置由储能机械臂模块4送至直角壁面目标位置，至此完成机器人跨越直角壁面。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种用于越障攀爬机器人的储能机械臂，其特征在于：包括转臂结构、储能结构；所述转臂结构包括两组转臂Ⅱ(25)和转臂Ⅲ(26)；其中储能模块一端安装于第一组转臂Ⅱ(25)与转臂Ⅲ(26)关节处，储能模块另一端安装于第二组转臂Ⅱ(25)与转臂Ⅲ(26)关节处；
所述储能结构包括储能箱壳体(31)、储能箱盖(32)、行星增速器(33)、联轴器(34)、法兰轴承Ⅰ(35)、簧盒盖(36)、发条簧(37)、簧盒(38)、减震盒盖(39)、减震刷(40)、减震盒(41)、传动轴(42)；其中，储能箱壳体(31)一端与储能箱盖(32)连接，储能箱盖(32)内侧开有卡槽用于固定行星增速器(33)，行星增速器(33)输出轴通过联轴器(34)与传动轴(42)一端连接，法兰轴承Ⅰ(35)装配于传动轴(42)上并与簧盒盖(36)连接，由轴肩定位的发条簧(37)最内圈固定于传动轴(42)上，发条簧(37)最外圈固定于簧盒(38)中，簧盒盖(36)与簧盒(38)一侧连接，簧盒(38)另一侧安装减振盒盖(39)，减振刷(40)安装于传动轴(42)上，由轴肩定位的减振刷(40)通过减振盒盖(39)安装在减振盒(41)中，减振盒盖(39)与减振盒(41)连接固定。
2.根据权利要求1所述的用于越障攀爬机器人的储能机械臂，其特征在于：所述减振刷(40)包括活塞环(40-1)、橡胶垫Ⅰ(40-2)、橡胶垫Ⅱ(40-3)、密封垫(40-4)；其中活塞环(40-1)一端套在传动轴(42)上，活塞环(40-1)另一端一侧固定橡胶垫Ⅰ(40-2)与减振盒盖(39)贴合，活塞环(40-1)另一端另一侧固定橡胶垫Ⅱ(40-3)与减震盒(41)贴合，活塞环(40-1)另一端顶面固定密封垫(40-4)与减振盒盖(39)、减震盒(41)贴合。
3.根据权利要求1所述的用于越障攀爬机器人的储能机械臂，其特征在于：所述行星增速器(33)增速比设置为1：10，发条簧(37)选用材质为55SiMnVB，宽度3cm，减振刷阻尼系数为0.65。
4.根据权利要求1所述的用于越障攀爬机器人的储能机械臂，其特征在于：所述储能模块一端通过法兰轴承Ⅲ(46)、短轴Ⅳ(47)、锁紧螺母Ⅱ(48)安装于第一组转臂Ⅱ(25)与转臂Ⅲ(26)关节处，储能模块另一端通过法兰轴承Ⅱ(43)、短轴Ⅲ(44)、锁紧螺母Ⅰ(45)安装于第二组转臂Ⅱ(25)与转臂Ⅲ(26)关节处；其中，法兰轴承Ⅱ(43)与第二组转臂Ⅱ(25)固定，短轴Ⅲ(44)嵌套于法兰轴承Ⅱ(43)内圈，电机Ⅱ(30)与第二组转臂Ⅱ(25)连接，电机Ⅱ(30)输出轴、行星增速器(33)输入端插入短轴Ⅲ(44)预留孔内并固定连接，锁紧螺母Ⅰ(45)与短轴Ⅲ(44)连接并配合轴肩定位固定第二组转臂Ⅲ(26)；减震盒(41)、法兰轴承Ⅲ(46)固定在第一组转臂Ⅱ(25)两侧，短轴Ⅳ(47)嵌套于法兰轴承Ⅲ(46)内圈并通过轴肩定位，传动轴(42)伸入短轴Ⅳ(47)预留孔中并固定，锁紧螺母Ⅱ(48)与短轴Ⅳ(47)连接并配合轴肩定位固定第一组转臂Ⅲ(26)。
5.一种越障攀爬机器人，其特征在于：包括权利要求1-4中任一项所述的储能机械臂，还包括真空吸附运动装置，真空吸附运动装置用于吸附壁面并于提供前后移动的驱动力。
6.根据权利要求5所述的越障攀爬机器人，其特征在于：所述真空吸附运动装置包括底盘(6)、移动组件、弹簧组件、真空腔组件(1)；所述底盘(6)上安装两组移动组件，弹簧组件分别与底盘(6)及真空腔组件(1)连接，弹簧组件位于两组移动部件之间，通过真空腔组件(1)的配合，进而实现真空吸附运动装置与壁面吸附或脱离。
7.根据权利要求6所述的越障攀爬机器人，其特征在于：所述移动组件包括大带轮(7)、大带轮连接件(8)、小带轮(9)、小带轮连接件(10)、滑块(11)、滑轨(12)、同步带(13)、电机Ⅲ(14)、输出轴套(15)、支撑轮(16)、支撑轮连接件；其中大带轮(7)轴向一侧与大带轮连接件(8)一端连接，输出轴套(15)固定于大带轮(7)轴向另一侧，通过销从大带轮(7)轴向一侧贯穿至另一侧经输出轴套(15)与插入输出轴套(15)中的电机Ⅲ(14)伸出轴连接，小带轮(9)与小带轮连接件(10)一侧连接，小带轮连接件(10)另一侧与滑块(11)连接，安装在滑轨(12)上的滑块(11)能沿滑轨(12)移动且能通过螺钉限位，大带轮连接件(8)另一端、滑轨(12)分别与底盘(6)连接，支撑轮(16)与支撑轮连接件连接，同步带(13)依次绕过大带轮(7)、小带轮(9)、多个支撑轮(16)，电机Ⅲ(14)伸出轴插入输出轴套(15)中驱动大带轮(7)。
8.根据权利要求6所述的越障攀爬机器人，其特征在于：所述弹簧组件由直线轴承(18)、弹簧(19)、导杆(20)组成；其中导杆(20)一端插于直线轴承(18)内孔中，导杆(20)另一端与直线轴承(18)底座之间安装弹簧(19)，导杆(20)另一端与真空腔组件(1)通过螺栓固定连接，直线轴承(18)底座与底盘(6)通过螺栓固定连接。
9.根据权利要求6所述的越障攀爬机器人，其特征在于：所述真空腔组件(1)包括真空腔Ⅰ(1-1)、真空腔Ⅱ(1-2)、真空腔Ⅲ(1-3)、真空腔Ⅳ(1-4)、真空泵(2)、气管(3)、吸附材料托板(5)、吸附材料(21)；所述真空腔Ⅰ(1-1)、真空腔Ⅱ(1-2)、真空腔Ⅲ(1-3)、真空腔Ⅳ(1-4)之间通过螺栓连接成顶面开口的箱体，真空腔组件(1)开口端设有吸附材料托板(5)，用于粘贴吸附材料(21)；气管(3)一端插入真空泵(2)进气口，气管(3)另一端插入真空腔组件(1)预留的气孔中。
10.根据权利要求9所述的越障攀爬机器人，其特征在于：所述吸附材料托板(5)采用环氧树脂，所述吸附材料(21)采用铁氟龙，二者之间采用纳米胶粘贴。
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