CN114474002A - 一种双足履带式检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双足履带式检测机器人,包括:第一底盘,两侧连接有履带结构;第二底盘,两侧连接有履带结构;第一端部控制仓,与第一底盘转动相连,其通过第一水平转动轴连接有第一活动臂;第二端部控制仓,与第二底盘转动相连,其通过第二水平转动轴连接有第二活动臂;中间控制仓,与所述第一活动臂转动相连,与所述第二活动臂固定连接;机械臂单元,与中间控制仓转动相连,其包括多个依次活动连接的连接臂组,且端部设有结构检测探头。本发明的机器人能够按照传统轮式和履带式机器人的运动方式移动,在连续变化的简单地形上具有较高的移动速度,可实现复杂连续地形上的灵活运动。
Description
技术领域
本发明属于结构检测机器人领域,尤其是涉及一种双足履带式检测机器人。
背景技术
结构检测机器人在储罐、桥梁、厂房、海上平台等大型结构服役状态检测中具有广阔的应用前景,它可替代工人现场操作,远程针对结构的特定位置进行细致的检查,发现结构损伤,排除安全隐患,在高耸建筑、高温或低温环境、腐蚀环境等不宜人工检测的情况中更是具有不可替代的作用。
现有结构检测机器人主要为轮式或履带式结构,其结构简单、移动迅速且易于控制。但该类机器人只适用于地形连续变化的场地环境,因此通常用于管道、储罐、船舶等具有大面积连续表面的检测环境。而对于工业环境中常见的台阶、踏板、桁架等表面变化较大甚至是非连续的地形,采用传统轮式或履带式结构将大大限制结构检测机器人的可移动范围。
足式机器人在复杂地形适应方面具有天然的显著优势,然而其结构通常较为复杂,且移动与平衡往往需要复杂的计算与控制,现有技术条件还无法满足其在结构检测这一特定的应用环境中的可靠性,因此只能执行较为简单的工作且在实际环境中应用较为少见。
现有结构检测特别需要一种具有轮式或履带式结构的简易性和可靠性,同时具有足式机器人的复杂地形适应性的新型机器人结构。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种可以适应复杂地形,灵活性更高的双足履带式检测机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种双足履带式检测机器人,包括:
第一底盘,两侧连接有履带结构;
第二底盘,两侧连接有履带结构;
第一端部控制仓,与第一底盘转动相连,其通过第一水平转动轴连接有第一活动臂;
第二端部控制仓,与第二底盘转动相连,其通过第二水平转动轴连接有第二活动臂;
中间控制仓,与所述第一活动臂转动相连,与所述第二活动臂固定连接;
机械臂单元,与中间控制仓转动相连,其包括多个依次活动连接的连接臂组,且端部设有结构检测探头。
进一步的,所述连接臂组至少包括,
第一连接臂,通过第一轴体与中间控制仓转动相连,该第一轴体与第一水平转动轴平行;
第二连接臂,通过第二轴体与第一连接臂转动相连,该第二轴体与第一轴体相垂直;
第三连接臂,通过第三轴体与第二连接臂转动相连,该第三轴体与第一轴体、第二轴体均相垂直;
第四连接臂,通过第四轴体与第三连接臂转动相连,该第四轴体与第三轴体相垂直、与第一轴体平行。
进一步的,所述连接臂组还包括第五连接臂,其通过第五轴体与第四连接臂转动相连,该第五轴体与第四轴体平行。
进一步的,所述第一连接臂呈U字形,其开口端转动连接在中间控制仓的两侧;所述第二连接臂呈L字形,其一侧壁垂直连接在第一连接臂的封闭端;所述第三连接臂呈一字形,其通过第三轴体与第二连接臂的另一侧壁平行错位连接;所述第四连接臂呈U字形,其开口端转动连接在第三连接臂的两侧。
进一步的,当只有第一底盘的履带结构或只有第二底盘的履带结构接触地面时,所述机械臂单元的重量设置为与第二底盘或第一底盘相平衡,使得机器人不会倾覆。
进一步的,当只有第一底盘的履带结构或只有第二底盘的履带结构接触地面时,所述第一活动臂和第二活动臂的相对转动角度大于等于90°。
进一步的,所述第一活动臂包括分别连接在第一端部控制仓两侧的第一左侧活动臂和第一右侧活动臂,其端部分别与中间控制仓转动相连。
进一步的,所述第二活动臂包括分别连接在第二端部控制仓两侧的第二左侧活动臂和第二右侧活动臂,其端部分别与中间控制仓固定相连。
进一步的,所述第一端部控制仓通过第一竖直转动轴与第一底盘转动相连,该第一竖直转动轴与第一水平转动轴相垂直;所述第二端部控制仓通过第二竖直转动轴与第二底盘转动相连,该第二竖直转动轴与第二水平转动轴相垂直。
进一步的,所述第一底盘和第二底盘内分别设有用于独立控制履带结构的减速电机。
本发明旨在提供一种兼具履带式机器人和足式机器人特征的双足履带式检测机器人,通过结构上的根本性转变实现结构检测机器人在非连续地形环境中的高效移动,扩大现有轮式或履带式结构检测机器人的可应用环境,实现结构的全方位检测。
本发明的有益效果是:1)本发明提供的双足履带式检测机器人,由于履带底盘的存在,使得机器人能够按照传统轮式和履带式机器人的运动方式移动,在连续变化的简单地形上具有较高的移动速度;2)本发明提供的双足履带式检测机器人,由于第一端部控制仓、第二端部控制仓和中间控制仓的存在,两组履带底盘之间可实现五个自由度的独立运动,且两组履带底盘的四个履带均为独立控制,可实现复杂连续地形上的灵活运动,增加了结构检测机器人适应复杂地形的能力;3)本发明提供的双足履带式检测机器人,由于机械臂单元的存在,可实现结构检测探头相对于履带底盘多于六个自由度的空间运动,扩大了结构检测探头的可探测范围;4)本发明提供的双足履带式检测机器人,特别之处还在于,由于机械臂单元和第一端部控制仓、第二端部控制仓、中间控制仓的同时存在,使得机器人在重力作用下可以实现相对于任一履带底盘的静平衡,从而使得机器人可以依靠任意单一履带底盘站立。这一特点使得非站立的履带底盘可在空间中自由运动,与足式机器人相似,从而实现在非连续表面的运动,打破传统轮式或履带式结构检测机器人对于表面连续性的限制;5)本发明提供的双足履带式检测机器人,特别之处还在于,由于履带底盘、第一端部控制仓、第二端部控制仓、中间控制仓和机械臂单元的共同存在和相互配合,单一履带底盘站立时相对于传统足式机器人单足站立具有更高的稳定性和更大的静平衡范围,因此对计算和控制的要求大大降低,使得现有控制系统完全满足结构检测这一特定领域的工业化应用需求,增加了系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2a为本发明的使用状态示意图一。
图2b为本发明的使用状态示意图二。
图2c为本发明的使用状态示意图三。
图3a为本发明爬坡状态的步骤一示意图。
图3b为本发明爬坡状态的步骤二示意图。
图3c为本发明爬坡状态的步骤三示意图。
图3d为本发明爬坡状态的步骤四示意图。
图3e为本发明爬坡状态的步骤五示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示,一种双足履带式检测机器人,包括第一底盘1,第二底盘2,第一端部控制仓3,第二端部控制仓5,中间控制仓7,及机械臂单元8。
第一底盘1和第二底盘2的两侧均连接有履带结构;第一底盘1和第二底盘2内均设有用于独立控制履带结构的减速电机;且第一底盘1和第二底盘2的一侧均留有空位,使得第一端部控制仓3和第一底盘1、第二端部控制仓5和第二底盘2之间可以产生大于180°的转动角度;
第一端部控制仓3,通过第一竖直转动轴(图中未示出)与第一底盘1转动相连,其通过第一水平转动轴31连接有第一活动臂4;第一竖直转动轴和第一水平转动轴31相垂直;
第一活动臂4包括分别连接在第一端部控制仓3两侧的第一左侧活动臂41和第一右侧活动臂42,第一左侧活动臂41和第一右侧活动臂42的端部分别与中间控制仓7转动相连;上述结构设置减轻了第一活动臂4的重量,也给第一端部控制仓3的活动提供了足够的空间;
第二端部控制仓5,通过第二竖直转动轴(图中未示出)与第二底盘2转动相连,其通过第二水平转动轴51连接有第二活动臂6;第二竖直转动轴和第二水平转动轴51相垂直;
第二活动臂6包括分别连接在第二端部控制仓5两侧的第二左侧活动臂61和第二右侧活动臂62,第二左侧活动臂61和第二右侧活动臂62的端部分别与中间控制仓7固定相连;
第二端部控制仓5和第二活动臂6的结构大致与第一端部控制仓3和第一活动臂4的结构相同,区别就在于第一活动臂4与中间控制仓7转动连接,而第二活动臂6与中间控制仓7固定连接;
中间控制仓7,与第一活动臂4转动相连,与第二活动臂6固定相连;
机械臂单元8,与中间控制仓7转动相连,其包括多个依次活动连接的连接臂组,且端部设有结构检测探头9。
连接臂组包括第一连接臂81、第二连接臂82、第三连接臂83、第四连接臂84和第五连接臂85;
第一连接臂81通过第一轴体811与中间控制仓7转动相连,该第一轴体811与第一水平转动轴31平行;在本实施例中,第一连接臂81呈U字形,其开口端转动连接在中间控制仓7的两侧;
第二连接臂82通过第二轴体821与第一连接臂81转动相连,该第二轴体821与第一轴体82相垂直;在本实施例中,第二连接臂82呈L字形,其一侧壁垂直连接在第一连接臂81的封闭端;
第三连接臂83通过第三轴体831与第二连接臂82转动相连,该第三轴体831与第一轴体811相垂直,且与第二轴体821相垂直;在本实施例中,第三连接臂83呈一字形,其通过第三轴体831与第二连接臂82的另一侧壁平行错位连接,换句话说第三连接臂83和第二连接臂82的端部上下转动连接;
第四连接臂84通过第四轴体841与第三连接臂83转动相连,该第四轴体841与第三轴体831相垂直,且与第一轴体811相平行;在本实施例中,第四连接臂84呈U字形,其开口端转动连接在第三连接臂83的两侧。
第五连接臂85通过第五轴体851与第四连接臂84转动相连,该第五轴体851与第四轴体841相平行;在本实施例中,第五连接臂85也呈U字形,其开口端转动连接在第四连接臂84的封闭端,为了增加灵活性,在第四连接臂84的封闭端设置一个凸块842。第五连接臂85的封闭端也设置一个凸块852,通过该凸块852与结构检测探头9转动连接。
当只有第一底盘1的履带机构接触地面时,机械臂单元8的重量设置为与第二底盘2相平衡,即该状态下机器人不会倾覆,同时第一活动臂4和第二活动臂6的相对转动角度大于等于90°;
当只有第二底盘2的履带机构接触地面时,机械臂单元8的重量设置为与第一底盘1相平衡,即该状态下机器人不会倾覆,同时第一活动臂4和第二活动臂6的相对转动角度大于等于90°。
如图2a所示,第一底盘1和第二底盘2可以在水平面平移前进或倒退,实现机器人在平面上的直线运动,同时机械臂单元8可以在水平面内周向转动,实现检测机器人在水平面内的弧形运动,总体上实现水平面结构的连续扫查,如应用在平台甲板的扫查;如图2b所示,第一底盘1连同履带结构可以相对第一端部控制仓3周向旋转,第二底盘2连同履带结构可以相对第二端部控制仓5周向旋转,实现机器人在水平面上的曲线运动,同时机械臂单元8可以在竖直平面内上下平移,实现检测机器人在竖直面上的直线运动,总体上实现竖直结构的连续扫查,例如应用在储罐侧壁的扫查;如图2c所示,第一底盘1和第二底盘2可以相对于第一端部控制仓3和第二端部控制仓5成90度位置,实现检测机器人横向直线运动,同时机械臂单元8可以在横向平面周向旋转,实现检测机器人在横向平面做大弧形运动,总体上实现弧形结构的连续扫查,如应用在廊道拱形内壁的扫查。
如图3a-3e所示,当双足履带式检测机器人需要在不连续表面转移时,其将第一底盘1稳固支撑在地面,将第一活动臂4相对第一端部控制仓3转动至竖直方向,第二活动臂6相对第二端部控制仓5转动至水平方向,第二底盘2脱离地面,同时为了保持平衡,机械臂单元8在第一底盘1的另一侧相对第二底盘2配合展开,保持整体重心落在第一底盘1的支撑范围内;接着将第二底盘2放置在另一高度的地面,同时机械臂单元8配合转动至与第二底盘2位于同一侧,此时整体重心已转移至第二底盘2的支撑范围内,第一底盘1实质上已经悬空;然后第二活动臂6相对第二端部控制仓5转动至竖直方向,第一活动臂4相对第一端部控制仓3转动至水平方向,使得第一底盘1脱离地面向上运动,与此同时,机械臂单元8在第二底盘2一侧配合运动以保持整体重心落在第二底盘2的支撑范围内;最后第二底盘2向前行驶,第一活动臂4和第二活动臂6相对第一端部控制仓3和第二端部控制仓5转动至使得第一底盘1落在与第二底盘2相同高度的地面,同时机械臂单元8配合运动保持整体重心在第一底盘1和第二底盘2共同组成的支撑范围内。最终实现机器人在不连续表面的灵活转移,整个转移过程与人类双足在不连续表面转移过程近似。
上述具体实施方式用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双足履带式检测机器人,其特征在于包括:
第一底盘(1),两侧连接有履带结构;
第二底盘(2),两侧连接有履带结构;
第一端部控制仓(3),与第一底盘(1)转动相连,其通过第一水平转动轴(31)连接有第一活动臂(4);
第二端部控制仓(5),与第二底盘(2)转动相连,其通过第二水平转动轴(51)连接有第二活动臂(6);
中间控制仓(7),与所述第一活动臂(4)转动相连,与所述第二活动臂(6)固定连接;
机械臂单元(8),与中间控制仓(7)转动相连,其包括多个依次活动连接的连接臂组,且端部设有结构检测探头(9)。
2.根据权利要求1所述的双足履带式检测机器人,其特征在于:所述连接臂组至少包括,
第一连接臂(81),通过第一轴体(811)与中间控制仓(7)转动相连,该第一轴体(811)与第一水平转动轴(31)平行;
第二连接臂(82),通过第二轴体(821)与第一连接臂(81)转动相连,该第二轴体(821)与第一轴体(82)相垂直;
第三连接臂(83),通过第三轴体(831)与第二连接臂(82)转动相连,该第三轴体(831)与第一轴体(811)、第二轴体(821)均相垂直;
第四连接臂(84),通过第四轴体(841)与第三连接臂(83)转动相连,该第四轴体(841)与第三轴体(831)相垂直、与第一轴体(811)平行。
3.根据权利要求2所述的双足履带式检测机器人,其特征在于:所述连接臂组还包括第五连接臂(85),其通过第五轴体(851)与第四连接臂(84)转动相连,该第五轴体(851)与第四轴体(841)平行。
4.根据权利要求2所述的双足履带式检测机器人,其特征在于:所述第一连接臂(81)呈U字形,其开口端转动连接在中间控制仓(7)的两侧;所述第二连接臂(82)呈L字形,其一侧壁垂直连接在第一连接臂(81)的封闭端;所述第三连接臂(83)呈一字形,其通过第三轴体(831)与第二连接臂(82)的另一侧壁平行错位连接;所述第四连接臂(84)呈U字形,其开口端转动连接在第三连接臂(83)的两侧。
5.根据权利要求1所述的双足履带式检测机器人,其特征在于:当只有第一底盘(1)的履带结构或只有第二底盘(2)的履带结构接触地面时,所述机械臂单元(8)的重量设置为与第二底盘(2)或第一底盘(1)相平衡,使得机器人不会倾覆。
6.根据权利要求5所述的双足履带式检测机器人,其特征在于:当只有第一底盘(1)的履带结构或只有第二底盘(2)的履带结构接触地面时,所述第一活动臂(4)和第二活动臂(6)的相对转动角度大于等于90°。
7.根据权利要求1所述的双足履带式检测机器人,其特征在于:所述第一活动臂(4)包括分别连接在第一端部控制仓(3)两侧的第一左侧活动臂(41)和第一右侧活动臂(42),其端部分别与中间控制仓(7)转动相连。
8.根据权利要求1所述的双足履带式检测机器人,其特征在于:所述第二活动臂(6)包括分别连接在第二端部控制仓(5)两侧的第二左侧活动臂(61)和第二右侧活动臂(62),其端部分别与中间控制仓(7)固定相连。
9.根据权利要求1所述的双足履带式检测机器人,其特征在于:所述第一端部控制仓(3)通过第一竖直转动轴与第一底盘(1)转动相连,该第一竖直转动轴与第一水平转动轴(31)相垂直;所述第二端部控制仓(5)通过第二竖直转动轴与第二底盘(2)转动相连,该第二竖直转动轴与第二水平转动轴(51)相垂直。
10.根据权利要求1所述的双足履带式检测机器人,其特征在于:所述第一底盘(1)和第二底盘(2)内分别设有用于独立控制履带结构的减速电机。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant |