CN113650696A - 一种可变形轮履复合式爬杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变形轮履复合式爬杆机器人，属于爬杆机器人技术领域，其组成主要包括外臂，车架，内臂，内臂电动推杆，外臂电动推杆，内臂旋转电机组件，外臂旋转电机组件，履带模块，电源模块。内、外臂旋转电机组件固接在车架上，内、外臂与其旋转电机连接件铰接，内、外臂电动推杆的两端分别通过虎克铰与车架和内、外臂架体实现铰接，履带模块、电源模块分别布置在车架平台的背面和正面。本发明的内臂、外臂开合与旋转方便，适应能力强，形态转换容易，爬杆稳定性高，通用性好。

Description

一种可变形轮履复合式爬杆机器人

技术领域

本发明涉及一种爬杆机器人，具体涉及一种可变形轮履复合式爬杆机器人。

背景技术

现代社会中，机器人在越来越多的领域中，替代人类从事高危高强度的作业。在高空杆体作业的领域里，由于工作环境恶劣，操作人员的安全难以保障，爬杆机器人应运而生。目前国内外爬杆机器人主要分为轮式、尺蠖式、仿生式，绝大多数的爬杆机器人改装空间小、功能单一、负重能力低，适应性差。

发明内容

本发明的目的在于发明一款方便改装、易于搭载其它设备且具有平地移动能力的爬杆机器人通用平台，用以解决目前大多数爬杆机器人，平地移动困难和设备搭载空间不足的问题。可变形轮履复合式爬杆机器人具有两种运动形态：爬杆形态和平台形态，机器人可在不同的应用场合下在这两种形态间进行转换。

本发明的目的是以如下方式实现的：

一种可变形轮履复合式爬杆机器人，包括两个外臂，车架，两个内臂，两个内臂电动推杆，两个外臂电动推杆，两个内臂旋转电机组件，两个外臂旋转电机组件，履带模块，电源模块；内、外臂旋转电机组件均包括旋转电机和减速器，内、外臂旋转电机组件可驱动内、外臂旋转，从而实现爬杆机器人运动形态的切换。

所述的内臂与旋转电机连接件铰接，旋转电机连接件与内臂旋转电机组件同轴线连接，内臂旋转电机组件固接在车架上，内臂电动推杆一端与内臂通过第一虎克铰实现铰接，内臂电动推杆的另一端与车架通过第二虎克铰实现铰接，外臂与车架的连接方式与所述的内臂与车架的连接方式相同，所述的履带模块布置在车架平台背面的中央位置，所述的电源模块布置在车架平台的正面，所述的车架平台与车架固接。

所述的每个内臂均包括内臂架体，两个内臂支撑轮组件，内臂夹持轮机构；所述的内臂夹持轮机构包括内臂夹持轮驱动电机，内臂夹持轮调整电机，内臂夹持轮调整蜗杆，内臂夹持轮调整蜗轮，内臂夹持轮，所述的内臂夹持轮驱动电机与内臂架体通过内臂叉架实现铰接，内臂夹持轮调整蜗轮与内臂叉架同轴线连接，内臂夹持轮调整电机与内臂夹持轮调整蜗杆同轴线连接。所述的内臂夹持轮调整机构，通过蜗杆蜗轮机构实现对内臂夹持轮爬杆角度的调整。

所述的每个外臂均包括外臂架体，两个外臂支撑轮组件，外臂夹持轮机构；所述的外臂夹持轮机构包括外臂夹持轮调整电机，外臂夹持轮调整蜗杆，外臂夹持轮调整蜗轮，外臂夹持轮，所述的外臂夹持轮与外臂叉架通过法兰轴实现铰接，所述的外臂叉架与外臂夹持轮调整蜗轮同轴线连接，外臂夹持轮调整电机与外臂夹持轮调整蜗杆同轴线连接。所述的外臂夹持轮调整机构，通过蜗杆蜗轮机构实现对外臂夹持轮爬杆角度的调整。

当爬杆机器人处于平台形态时，所述的车架平台正面设有两个内、外臂的限位挡块，限定了内、外臂复位后的极限位置，保持车体良好的接地性能。

车架平台与车架固定连接，履带模块与车架平台固定连接。

履带电机固定在履带侧板上，履带电机与履带驱动轮同轴连接，履带承重轮与摇臂铰接，摇臂与履带侧板铰接，摇臂与履带侧板连有拉簧，故履带模块具有一定越障能力。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明框架可通过铝方管搭建出本体结构，强度较高，可靠性好，拆卸容易，维修方便；

2）本发明功能丰富，能够通过旋转内、外臂，实现机器人爬杆形态和平台形态的转换，减少了机器人的占用空间，方便了机器人的运输，而且还可以通过设定程序实现自主爬杆，免去了人工搬运的过程；

3）本发明的内、外臂和车架均通过电动推杆铰接，具有对不同直径杆体的自适应功能且夹紧力可调，此外机器人具有避震功能的履带模块，可以实现爬杆过程中的越障功能；

4）本发明的车架平台具备改装空间及搭载可能性，减小了对所搭载设备的尺寸及结构限制，通用性好；

5）本发明处于爬杆形态时，内臂、外臂夹持轮、履带模块与杆体之间，实现了多点可靠接触，提高了爬杆机器人的爬行稳定性及负重能力。

附图说明

图1是本发明爬杆运动的示意图；

图2是本发明爬杆形态总装配图；

图3是本发明爬杆形态俯视图；

图4是本发明状态转换示意图；

图5是本发明平台形态总装配图；

图6是本发明平台形态仰视图；

图7是本发明外臂装配图；

图8是本发明外臂夹持轮机构装配图；

图9是本发明内臂装配图；

图10是本发明内臂夹持轮机构配图；

图11是本发明履带模块总装配图；

图12是本发明履带模块内部结构示意图。

附图中，各标号所代表的零部件如下：

1—外臂；2—电源模块；3—车架；4—内臂；5—内臂电动推杆；6—外臂电动推杆；7—履带模块；8—外臂旋转电机组件；9—内臂旋转电机组件；10—第二虎克铰；11—旋转电机连接件；12—第一虎克铰；101—外臂架体；102—外臂支撑轮组件；103—外臂夹持轮机构；103-1—外臂夹持轮调整电机；103-2—外臂夹持轮调整蜗杆；103-3—法兰轴；103-4—外臂叉架；103-5—外臂夹持轮；103-6—外臂夹持轮调整蜗轮；301—限位挡块；302—车架平台；401—内臂架体；402—内臂支撑轮组件；403—内臂夹持轮机构；403-1—内臂夹持轮调整电机；403-2—内臂夹持轮调整蜗杆；403-3—内臂夹持轮驱动电机；403-4—内臂叉架；403-5—内臂夹持轮；403-6—内臂夹持轮调整蜗轮；701—履带侧板；702—履带；703—履带电机；704—履带驱动轮；705—摇臂；706—拉簧；707—履带承重轮。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明：

如附图1～附图12所示，一种可变形轮履复合式爬杆机器人，包括两个外臂1，车架3，两个内臂4，两个内臂电动推杆5，两个外臂电动推杆6，两个内臂旋转电机组件9，两个外臂旋转电机组件8，履带模块7，电源模块2；

所述的内臂4与旋转电机连接件11铰接，旋转电机连接件11与内臂旋转电机组件9同轴线连接，内臂旋转电机组件9固接在车架3上，内臂电动推杆5一端与内臂4通过第一虎克铰12实现铰接，内臂电动推杆5的另一端与车架3通过第二虎克铰10实现铰接，外臂1与车架3的连接方式与所述的内臂4与车架3的连接方式相同，所述的履带模块7布置在车架平台302背面的中央位置，所述的电源模块2布置在车架平台302的正面，所述的车架平台302与车架3固接。

所述的每个内臂4均包括内臂架体401，两个内臂支撑轮组件402，内臂夹持轮机构403；所述的内臂夹持轮机构403包括内臂夹持轮驱动电机403-3，内臂夹持轮调整电机403-1，内臂夹持轮调整蜗杆403-2，内臂夹持轮调整蜗轮403-6，内臂夹持轮403-5，所述的内臂夹持轮驱动电机403-3与内臂夹持臂架体401通过内臂叉架403-4实现铰接，内臂夹持轮调整蜗轮403-6与内臂叉架403-4同轴线连接，内臂夹持轮调整电机403-1与内臂夹持轮调整蜗杆403-2同轴线连接；外臂1的结构组成及其连接方式与所述的内臂4的结构组成及其连接方式相似；所述的每个外臂1均包括外臂架体101，两个外臂支撑轮组件102，外臂夹持轮机构103；所述的外臂夹持轮机构103包括法兰轴103-3，外臂夹持轮调整电机103-1，外臂夹持轮调整蜗杆103-2，外臂夹持轮调整蜗轮103-6，外臂夹持轮103-5，所述的法兰轴103-3与外臂架体101通过外臂叉架103-4实现铰接，外臂夹持轮调整蜗轮103-6与外臂叉架103-4同轴线连接，外臂夹持轮调整电机103-1与外臂夹持轮调整蜗杆103-2同轴线连接。

所述的车架平台302正面设有两个内、外臂的限位挡块301，限定了内臂4、外臂1复位后的极限位置，保持了车体良好的接地性能。

车架平台302与车架3固定连接，履带模块7与车架平台302固定连接。

履带电机703固定在履带侧板701上，履带电机703与履带驱动轮704同轴连接，履带承重轮707与摇臂705铰接，摇臂705与履带侧板701铰接，摇臂705与履带侧板701连有拉簧706，故履带模块具有一定越障能力。

机器人车体包括：车架3，车架平台302，履带模块7，两个内臂旋转电机组件9，两个外臂旋转电机组件8，两个限位挡块301，四个第二虎克铰10。

下面对机器人的运动状态进行说明：

一种可变形轮履复合式爬杆机器人，从如附图5所示的平台状态转换为附图1所示的爬杆状态时，内臂旋转电机组件9旋转，旋转电机外壳带动机器人车架3立起，外臂旋转电机组件8旋转使外臂1前旋，并垂直于车架3，随后内臂夹持轮驱动电机403-3驱动机器人前进至杆体处（机器人的状态如附图4所示）。外臂夹持轮调整电机103-1工作，驱动外臂夹持轮调整蜗杆103-2、外臂夹持轮调整蜗轮103-6，使外臂夹持轮103-5的运动方向与杆体轴线方向平行，外臂电动推杆6收缩，使外臂1夹紧杆体。内臂夹持轮调整电机403-1工作，驱动内臂夹持轮调整蜗杆403-2、内臂夹持轮调整蜗轮403-6，使内臂夹持轮403-5运动方向与杆体轴线方向相同，内臂电动推杆5伸长使内臂4夹紧杆体，履带电机703工作，通过履带驱动轮704，驱动履带702运转，使机器人沿杆体爬升（机器人的状态如附图1所示）。此外，当机器人夹紧杆体爬升过程中遇到障碍时，附图12所示的拉簧706发生一定的形变，使履带702做出相应的变化，从而实现机器人的越障功能。

可变形轮履复合式爬杆机器人，从如附图1所示的爬杆形态转换为附图5所示的平台形态时，履带模块7驱动机器人下降，使内臂夹持轮403-5和内臂支撑轮组件402接触地面，内臂电动推杆5收缩，带动内臂4松开杆体并外展至如附图4所示状态，内臂夹持轮调整电机403-1工作，驱动内臂夹持轮调整蜗杆403-2、内臂夹持轮调整蜗轮403-6，使内臂夹持轮403-5复位至如附图4所示状态；外臂电动推杆6伸长，带动外臂1松开杆体并外展至如附图4所示状态，同时外臂夹持轮调整电机103-1工作，驱动外臂夹持轮调整蜗杆103-2、外臂夹持轮调整蜗轮103-6，使外臂夹持轮103-5复位至如附图4所示状态，为机器人转换成平台状态做好准备。内臂夹持轮驱动电机403-3工作，驱动机器人远离杆体，离开合适距离后，外臂旋转电机组件8驱动外臂1复位，内臂旋转电机组件9驱动机器人车架3复位，机器人转为平台形态（如附图5所示）。

本发明的上述实施例，仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础外还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可变形轮履复合式爬杆机器人，包括两个外臂（1），车架（3），两个内臂（4），两个内臂电动推杆（5），两个外臂电动推杆（6），两个内臂旋转电机组件（9），两个外臂旋转电机组件（8），履带模块（7），电源模块（2）；其特征在于：

所述的内臂（4）与旋转电机连接件（11）铰接，旋转电机连接件（11）与内臂旋转电机组件（9）同轴线连接，内臂旋转电机组件（9）固接在车架（3）上，内臂电动推杆（5）一端与内臂（4）通过第一虎克铰（12）实现铰接，内臂电动推杆（5）的另一端与车架（3）通过第二虎克铰（10）实现铰接，外臂（1）与车架（3）的连接方式与所述的内臂（4）与车架（3）的连接方式相同，所述的履带模块（7）布置在车架平台（302）背面的中央位置，所述的电源模块（2）布置在车架平台（302）的正面，所述的车架平台（302）与车架（3）固接。

2.根据权利要求1所述的一种可变形轮履复合式爬杆机器人，其特征在于：所述的每个内臂（4）均包括内臂架体（401），两个内臂支撑轮组件（402），内臂夹持轮机构（403）；所述的内臂夹持轮机构（403）包括内臂夹持轮驱动电机（403-3），内臂夹持轮调整电机（403-1），内臂夹持轮调整蜗杆（403-2），内臂夹持轮调整蜗轮（403-6），内臂夹持轮（403-5），所述的内臂夹持轮驱动电机（403-3）与内臂架体（401）通过内臂叉架（403-4）实现铰接，内臂夹持轮调整蜗轮（403-6）与内臂叉架（403-4）同轴线连接，内臂夹持轮调整电机（403-1）与内臂夹持轮调整蜗杆（403-2）同轴线连接。

3.根据权利要求1所述的一种可变形轮履复合式爬杆机器人，其特征在于：所述的每个外臂（1）均包括外臂架体（101），两个外臂支撑轮组件（102），外臂夹持轮机构（103）；所述的外臂夹持轮机构（103）包括外臂夹持轮调整电机（103-1），外臂夹持轮调整蜗杆（103-2），外臂夹持轮调整蜗轮（103-6），外臂夹持轮（103-5），所述的外臂夹持轮（103-5）与外臂叉架（103-4）通过法兰轴（103-3）实现铰接，所述的外臂叉架（103-4）与外臂夹持轮调整蜗轮（103-6）同轴线连接，外臂夹持轮调整电机（103-1）与外臂夹持轮调整蜗杆（103-2）同轴线连接。

4.根据权利要求1所述的一种可变形轮履复合式爬杆机器人，其特征在于：所述的车架平台（302）正面设有两个内、外臂的限位挡块（301）。

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