CN204658434U - 走钢丝机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种走钢丝机器人，包括用于固定钢丝绳的机架，机架上设置有供机器人本体行走的钢丝绳，机器人本体经滑轮与钢丝绳配合，且机器人本体上设有驱动滑轮沿钢丝绳行走的第一驱动机构，机器人本体上设有检测机器人本体的姿态的检测机构及用于平衡机器人本体的平衡机构，平衡机构包括与机器人本体相连的平衡块，平衡块的长度方向垂直于钢丝绳的长度方向，平衡块上设有在第二驱动机构的作用下沿平衡块的长度方向移动的配重块；走钢丝机器人还包括，控制器，用于接收检测机构的信号并生成指令控制第二驱动机构动作。实现对机器人本体的平衡控制，保证机器人本体满足动态平衡，便于对走钢丝机器人的动态平衡进行仿真控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及平衡控制领域，特别地，涉及一种走钢丝机器人。
背景技术
走钢丝机器人的研究源于模仿人类的高空走钢丝运动，其具有静态不稳定和动态可稳定的特点，且集合了多领域的相关技术，诸如，机械、电气及控制等。由于走钢丝机器人所体现的动力学特性的各种参数对于系统的平衡运动尤为重要，故通过对走钢丝机器人的设计来进行仿真研究，有利于建立系统的动力学模型，此外，在在航天领域，基于走钢丝机器人的原理还可以开发一种不受地形影响的，运动自如的月球车。走钢丝机器人也可以用于电力或通讯系统中，比如在电力或通讯系统中完成线路巡视、线路维护、线路除冰等多种功能。因此，目前仍然有许多业内科技人员在关注和研究走钢丝机器人的科研课题。
目前，针对动平衡控制的走钢丝机器人的研究还不多，已知的研究也是理论性的分析探讨，也没有将此理论应到现实的生活实际当中，故亟需开发一种用于动平衡控制的走钢丝机器人。
实用新型内容
本实用新型提供了一种走钢丝机器人，以解决通过走钢丝机器人仿真动平衡控制的技术问题。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种走钢丝机器人，包括用于固定钢丝绳的机架，机架上设置有供机器人本体行走的钢丝绳，机器人本体经滑轮与钢丝绳配合，且机器人本体上设有驱动滑轮沿钢丝绳行走的第一驱动机构，
机器人本体上设有检测机器人本体的姿态的检测机构及用于平衡机器人本体的平衡机构，
平衡机构包括与机器人本体相连的平衡块，平衡块的长度方向垂直于钢丝绳的长度方向，平衡块上设有在第二驱动机构的作用下沿平衡块的长度方向移动的配重块；
走钢丝机器人还包括，控制器，用于接收检测机构的信号并生成指令控制第二驱动机构动作。
进一步地，机架包括底座及位于底座两端且相对设置的支撑杆，钢丝绳固定连接于两支撑杆之间。
进一步地，滑轮包括连接于机器人本体上的主动轮、从动轮，主动轮连接第一驱动机构，并在第一驱动机构的作用下沿钢丝绳移动，从动轮在机器人本体的驱动下沿钢丝绳移动。
进一步地，平衡块沿其长度方向的两端相对设有两皮带轮，两皮带轮之间经皮带连接，配重块连接于皮带上，两皮带轮中的任一个连接第二驱动机构，在第二驱动机构的驱动下带动皮带移动。
进一步地，平衡块包括沿直线布置的第一平衡块及第二平衡块，第一平衡块、第二平衡块的相对靠近端均连接于机器人本体，两皮带轮分别位于第一平衡块、第二平衡块的相对背离端，第二驱动机构位于第一平衡块上或者第二平衡块上。
进一步地，平衡块上设有齿轮及与齿轮配合的长条形齿条，配重块设于齿条上，齿轮在第二驱动机构的作用下驱动齿条带动配重块移动。
进一步地，走钢丝机器人还包括：速度传感器，用于检测机器人本体沿钢丝绳的线位移速度，控制器连接速度传感器的输出端及第一驱动机构的控制端，用于接收线位移速度并生成指令控制第一驱动机构动作。
进一步地，检测机构为六轴陀螺仪。
进一步地，控制器为单片机。
进一步地，第一驱动机构及第二驱动机构均采用电机驱动。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型走钢丝机器人，通过采用第一驱动机构驱动机器人本体沿钢丝绳行走，且通过控制器接收检测机构检测的用于反映机器人本体的姿态的检测信号，并通过第二驱动器驱动配重块沿平衡块的长度方向移动，从而实现对机器人本体的平衡控制，保证机器人本体满足动态平衡，便于对走钢丝机器人的动态平衡进行仿真控制。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例走钢丝机器人的结构示意图。
附图标记说明：
10、机架；11、底座；12、支撑杆；
20、钢丝绳；
30、机器人本体；
31、主动轮；32、从动轮；33、第一驱动机构；34、检测机构；
40、平衡机构；41、平衡块；42、皮带轮；43、皮带；44、配重块；45、第二驱动机构。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
参照图1，本实用新型的优选实施例提供了一种走钢丝机器人，包括用于固定钢丝绳20的机架10，机架10上设置有供机器人本体30行走的钢丝绳20，机器人本体30经滑轮与钢丝绳20配合，且机器人本体30上设有驱动滑轮沿钢丝绳20行走的第一驱动机构33；机器人本体30上设有检测机器人本体30的姿态的检测机构34及用于平衡机器人本体30的平衡机构40，本实施例中，平衡机构40包括与机器人本体30相连的平衡块41，平衡块41的长度方向垂直于钢丝绳20的长度方向，平衡块41上设有在第二驱动机构45的作用下沿平衡块41的长度方向移动的配重块44；走钢丝机器人还包括，控制器(图中未示出)，用于接收检测机构34的信号并生成指令控制第二驱动机构45动作。
本实施例走钢丝机器人的工作过程如下：
启动电源后，第一驱动机构33驱动滑轮带动机器人本体30沿钢丝绳20做直线运动，运动过程中，检测机构34检测机器人本体30是否平衡，并将反映平衡状态的检测信息反馈给控制器，控制器根据接收的检测信息给出指令控制第二驱动机构45动作，以控制配重块44沿平衡块41的线性位移，以保证机器人本体30处于平衡状态。
本实施例中，优选地，机架10包括底座11及位于底座11两端且相对设置的支撑杆12，钢丝绳20固定连接于两支撑杆12之间。其中，钢丝绳20与支撑杆12之间通过紧固件连接，支撑杆12与底座11之间经六角铜柱等标准件连接。
可选地，本实施例中，滑轮包括连接于机器人本体30上的主动轮31、从动轮32，主动轮31连接第一驱动机构33，并在第一驱动机构33的作用下沿钢丝绳20移动，从动轮32在机器人本体30的驱动下沿钢丝绳20移动。通过采用前后两个滑轮的结构，增强了机器人本体30自身的平衡性。
可选地，平衡块41沿其长度方向的两端相对设有两皮带轮42，两皮带轮42之间经皮带43连接，配重块44连接于皮带43上，两皮带轮42中的任一个连接第二驱动机构45，在第二驱动机构45的驱动下带动皮带43移动。即机器人本体30的平衡控制是通过第二驱动机构45带动皮带轮42，进而带动设于皮带43上的配重块44移动。本实施例中，第二驱动机构45选用直流步进电机，以便于控制器对其进行精确控制。
优选地，参照图1，平衡块41包括沿直线布置的第一平衡块及第二平衡块，第一平衡块、第二平衡块的相对靠近端均连接于机器人本体30，两皮带轮42分别位于第一平衡块、第二平衡块的相对背离端，第二驱动机构45位于第一平衡块上或者第二平衡块上。通过采用两个平 衡块的结构，便于对皮带43进行替换或者更改配重块44的位移轨迹。
优选地，走钢丝机器人还包括：速度传感器(图中未示出)，用于检测机器人本体30沿钢丝绳20的线位移速度，控制器连接速度传感器的输出端及第一驱动机构33的控制端，用于接收线位移速度并生成指令控制第一驱动机构33动作。本实施例在此调节过程中，通过检测机器人本体30的运动速度，并通过速度传感器反馈给控制器进行分析计算，发出调节指令，可保证机器人本体30在适当的响应时间并调整行驶速度，达到平衡状态。
本实施例中，机器人本体30采用Solidworks软件进行设计，主体结构采用亚力克塑料作为材质，保证了机器人本体质量轻盈、坚固耐用。
本实施例中，检测机构34采用MPU6050六轴陀螺仪或者加速度传感器进行获取，通过卡尔曼滤波算法得到机器人本体的倾斜角度。
可选地，控制器为Arduino单片机开发板。该开发板是国际上流行的单片机开发板和控制装置。在互联网上有众多国内外爱好者以其为平台搭建机电控制系统，其资源丰富、可扩展性强、功能强大，恰好适合作为走钢丝机器人的控制器。
实施例二：
实施例二在实施例一的基础上，对平衡块41上驱动配重块移动的机构进行替换，具体地，平衡块41上设有齿轮及与齿轮配合的长条形齿条，配重块44设于齿条上，齿轮在第二驱动机构45的作用下驱动齿条带动配重块44移动，其余部分的结构与实施例相同，在此，不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种走钢丝机器人，其特征在于，包括用于固定钢丝绳(20)的机架(10)，所述机架(10)上设置有供机器人本体(30)行走的钢丝绳(20)，所述机器人本体(30)经滑轮与所述钢丝绳(20)配合，且所述机器人本体(30)上设有驱动所述滑轮沿所述钢丝绳(20)行走的第一驱动机构(33)，
所述机器人本体(30)上设有检测所述机器人本体(30)的姿态的检测机构(34)及用于平衡所述机器人本体(30)的平衡机构(40)，
所述平衡机构(40)包括与所述机器人本体(30)相连的平衡块(41)，所述平衡块(41)的长度方向垂直于所述钢丝绳(20)的长度方向，所述平衡块(41)上设有在第二驱动机构(45)的作用下沿所述平衡块(41)的长度方向移动的配重块(44)；
所述走钢丝机器人还包括，控制器，用于接收所述检测机构(34)的信号并生成指令控制所述第二驱动机构(45)动作。
2.根据权利要求1所述的走钢丝机器人，其特征在于，
所述机架(10)包括底座(11)及位于所述底座(11)两端且相对设置的支撑杆(12)，所述钢丝绳(20)固定连接于两支撑杆(12)之间。
3.根据权利要求1所述的走钢丝机器人，其特征在于，
所述滑轮包括连接于所述机器人本体(30)上的主动轮(31)、从动轮(32)，所述主动轮(31)连接所述第一驱动机构(33)，并在所述第一驱动机构(33)的作用下沿所述钢丝绳(20)移动，所述从动轮(32)在所述机器人本体(30)的驱动下沿所述钢丝绳(20)移动。
4.根据权利要求1所述的走钢丝机器人，其特征在于，
所述平衡块(41)沿其长度方向的两端相对设有两皮带轮(42)，两所述皮带轮(42)之间经皮带(43)连接，所述配重块(44)连接于所述皮带(43)上，两所述皮带轮(42)中的任一个连接所述第二驱动机构(45)，在所述第二驱动机构(45)的驱动下带动所述皮带(43)移动。
5.根据权利要求4所述的走钢丝机器人，其特征在于，
所述平衡块(41)包括沿直线布置的第一平衡块及第二平衡块，所述第一平衡块、所述第二平衡块的相对靠近端均连接于所述机器人本体(30)，两所述皮带轮(42)分别位于所述第一平衡块、所述第二平衡块的相对背离端，所述第二驱动机构(45)位于所述第一平衡块上或者所述第二平衡块上。
6.根据权利要求1所述的走钢丝机器人，其特征在于，
所述平衡块(41)上设有齿轮及与所述齿轮配合的长条形齿条，所述配重块(44)设于所述齿条上，所述齿轮在所述第二驱动机构(45)的作用下驱动所述齿条带动所述 配重块(44)移动。
7.根据权利要求1至6任一所述的走钢丝机器人，其特征在于，
所述走钢丝机器人还包括：速度传感器，用于检测所述机器人本体(30)沿所述钢丝绳(20)的线位移速度，所述控制器连接所述速度传感器的输出端及所述第一驱动机构(33)的控制端，用于接收所述线位移速度并生成指令控制所述第一驱动机构(33)动作。
8.根据权利要求7所述的走钢丝机器人，其特征在于，
所述检测机构(34)为六轴陀螺仪。
9.根据权利要求7所述的走钢丝机器人，其特征在于，
所述控制器为单片机。
10.根据权利要求7所述的走钢丝机器人，其特征在于，
所述第一驱动机构(33)及所述第二驱动机构(45)均采用电机驱动。
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