CN210256161U - 仿生攀爬机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于仿生机器人领域，尤其涉及一种仿生攀爬机器人。本实用新型框架结构的竖直导杆的上端与上层底板固定连接，下端装入到下层底板的通孔内；升降装置的升降电机通过升降电机支座固定于上层底板上；齿条的下端固定于下层底板上，上端卡装于升降电机支座的卡槽内；齿轮装于升降电机的输出端并与齿条啮合；上层抱紧装置的上层导向装置和上层驱动传动装置并排装于上层底板的上端面上，上层机械手对称装于上层驱动传动装置上；下层抱紧装置的下层导向装置和下层驱动传动装置并排装于下层底板的上端面上，下层机械手对称装于下层驱动传动装置上。本实用新型的技术方案解决了现有技术中存在的问题。

Description

仿生攀爬机器人

技术领域

本实用新型涉及仿生机器人技术领域，尤其涉及一种用于攀爬杆状建筑的仿生攀爬机器人。

背景技术

随着国民经济的飞速增长，各大城市都矗立起众多的高层杆状建筑，例如电线杆、路灯杆、斜拉桥和广告牌立柱等。这些高层杆状建筑的高度通常是3-30米，有的甚至高达百米，金属杆件的表面通常采用油漆喷涂，由于常年的日光暴晒和风吹雨打，加快金属杆件的氧化腐蚀，缩短使用寿命，需要定期进行清洁维护。

现有的清洁维护方式基本为：1、人力攀爬，存在危险性；2、大型的长臂作业车，成本高，使用不便。

长期以来如何高效、低成本、绿色环保地清洗和维护高层杆状建筑，一直是一个有待解决的难题。

树袋熊经过长期的自然进化，多自由度的四肢提供较大范围的运动空间，肌肉强壮用于在树枝间进行稳定的攀爬，在形态结构、适应环境和执行功能等方面具有精巧的合理性和科学性，满足不同的步态需求，具有特殊的攀爬能力，能够适应不同直径的树木。根据树袋熊的攀爬特性，利用仿生学原理，设计一种仿生攀爬机器人，用于清洗和维护电线杆、路灯杆、斜拉桥和广告牌立柱等高层杆状建筑。

发明内容

根据上述现有技术提出的柱状建筑的清洁维护存在：1、依靠人力攀爬，存在危险性；2、大型的长臂作业车，成本高，使用不便等技术问题，而提供一种仿生攀爬机器人。本实用新型主要根据树袋熊的攀爬特性，利用仿生学原理，设计一种仿生攀爬机器人，用于清洗和维护电线杆、路灯杆、斜拉桥和广告牌立柱等高层杆状建筑。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种仿生攀爬机器人包括：框架结构、升降装置、上层抱紧装置和下层抱紧装置；

进一步地，框架结构包括：上层底板、下层底板、竖直导杆；竖直导杆的上端通过六角螺母与上层底板固定连接，下端装入到下层底板的通孔内；竖直导杆至少为两根。

进一步地，升降装置包括：齿条、齿轮、升降电机支座、升降电机；升降电机通过升降电机支座、升降电机螺钉和上层底板螺钉固定于上层底板上；齿条的下端通过连接板和下层底板螺钉固定于下层底板上，上端卡装于升降电机支座的卡槽内，并可沿卡槽上下滑动；齿轮装于升降电机的输出端并与齿条啮合，带动齿条上下移动。

进一步地，上层抱紧装置包括：上层导向装置、上层驱动传动装置和上层机械手；上层导向装置和上层驱动传动装置并排装于上层底板的上端面上，上层机械手为两个，对称装于上层驱动传动装置上。

进一步地，下层抱紧装置包括：下层导向装置、下层驱动传动装置和下层机械手；下层导向装置和下层驱动传动装置并排装于下层底板的上端面上，下层机械手为两个，对称装于下层驱动传动装置上。

进一步地，上层导向装置包括：上层导杆、上层导杆支座、上层导杆滑块；上层导杆的两端通过上层导杆支座和上层导杆支座螺钉装于上层底板上端面上，上层导杆滑块装于上层导杆上，并与上层机械手的尾端下部通过上层机械手螺钉固定连接，带动上层机械手沿上层导杆滑动。

进一步地，上层驱动传动装置包括：上层丝杠、上层丝杠座、上层丝杠滑块、上层联轴器、上层丝杠电机、上层丝杠电机支座；上层丝杠的两端通过上层丝杠座和上层丝杠支座螺钉装于上层底板上端面上，并与上层导杆平行装配；上层丝杠电机通过上层丝杠电机螺栓、上层丝杠电机螺钉、上层丝杠电机支座和上层丝杠电机支座螺钉装于上层底板上，上层丝杠电机的输出端通过上层联轴器与上层丝杠相连接；上层丝杠滑块装于上层丝杠上，并与上层机械手的中部通过上层机械手螺钉固定连接，随着上层丝杠的转动带动上层机械手沿上层丝杠左右移动。

进一步地，下层导向装置包括：下层导杆、下层导杆支座、下层导杆滑块；下层导杆的两端通过下层导杆支座和下层导杆支座螺钉装于下层底板上端面上；下层导杆滑块装于下层导杆上，并与下层机械手的尾端下部通过下层机械手螺钉固定连接，带动下层机械手沿下层导杆滑动。

进一步地，下层驱动传动装置包括：下层丝杠、下层丝杠座、下层丝杠滑块、下层联轴器、下层丝杠电机、下层丝杠电机支座；下层丝杠的两端通过下层丝杠座和下层丝杠支座螺钉装于下层底板上端面上，并与下层导杆平行装配；下层丝杠电机通过下层丝杠电机螺栓、下层丝杠电机螺钉、下层丝杠电机支座和下层丝杠电机支座螺钉装于下层底板上，下层丝杠电机的输出端通过下层联轴器与下层丝杠相连接；下层丝杠滑块装于下层丝杠上，并与下层机械手的中部通过下层机械手螺钉固定连接，随着下层丝杠的转动带动下层机械手沿下层丝杠左右移动。

进一步地，上层丝杠和下层导杆的两端为反向螺纹设计。

本实用新型的工作原理及工作过程：

仿生攀爬机器人沿着杆状建筑向上攀爬时，仿生攀爬机器人放置在地面，上层机械手和下层机械手都处于张开状态，环抱在需要清洗或维护的杆状建筑周围。启动上层丝杠电机进行正转，带动上层丝杠旋转，驱动左右两侧的上层丝杠滑块沿着上层丝杠进行移动，由于上层丝杠两侧螺纹的旋向相反，驱动左右两侧的上层机械手向中间运动，夹紧杆状建筑，停止上层丝杠电机；启动升降电机进行正转，带动齿轮旋转，齿轮的啮合带动齿条向上运动，由于齿条的下端通过连接板和下层底板螺钉固定在下层底板，从而带动下层底板沿着竖直导杆向上运动，移动到特定距离，停止升降电机；启动下层丝杠电机进行正转，带动下层丝杠旋转，驱动左右两侧的下层丝杠滑块沿着下层丝杠进行移动，由于下层丝杠两侧螺纹的旋向相反，驱动左右两侧的下层机械手向中间运动，夹紧杆状建筑，停止下层丝杠电机；启动上层丝杠电机进行反转，带动上层丝杠旋转，驱动左右两侧的上层丝杠滑块沿着上层丝杠进行移动，由于上层丝杠两侧螺纹的旋向相反，驱动左右两侧的上层机械手向左右两侧运动，松开杆状建筑，停止上层丝杠电机；启动升降电机进行正转，带动齿轮旋转，由于下层机械手夹紧杆状建筑，导致下层底板处于固定位置，齿条的啮合带动齿轮向上运动，齿轮连接在升降电机支座，升降电机支座通过上层底板螺钉固定在上层底板，从而带动上层底板沿着竖直导杆向上运动，移动到特定距离，停止升降电机；启动上层丝杠电机进行正转，带动上层丝杠旋转，驱动左右两侧的上层丝杠滑块沿着上层丝杠进行移动，由于上层丝杠两侧螺纹的旋向相反，驱动左右两侧的上层机械手向中间运动，夹紧杆状建筑，停止上层丝杠电机。如此循环运动，仿生攀爬机器人可以沿着杆状建筑向上攀爬到需要清洗或维护的位置。

仿生攀爬机器人沿着杆状建筑向下攀爬时，完成清洗或维护的任务以后，仿生攀爬机器人处于杆状建筑的顶端，上层机械手和下层机械手都夹紧杆状建筑。启动下层丝杠电机进行反转，带动下层丝杠旋转，驱动左右两侧的下层丝杠滑块沿着下层丝杠进行移动，由于下层丝杠两侧螺纹的旋向相反，驱动左右两侧的下层机械手向左右两侧运动，松开杆状建筑，停止下层丝杠电机；启动升降电机进行反转，带动齿轮旋转，齿轮的啮合带动齿条向下运动，由于齿条的下端通过连接板和下层底板螺钉固定在下层底板，从而带动下层底板沿着竖直导杆向下运动，移动到特定距离，停止升降电机；启动下层丝杠电机进行正转，带动下层丝杠旋转，驱动左右两侧的下层丝杠滑块沿着下层丝杠进行移动，由于下层丝杠两侧螺纹的旋向相反，驱动左右两侧的下层机械手向中间运动，夹紧杆状建筑，停止下层丝杠电机；启动上层丝杠电机进行反转，带动上层丝杠旋转，驱动左右两侧的上层丝杠滑块沿着上层丝杠进行移动，由于上层丝杠两侧螺纹的旋向相反，驱动左右两侧的上层机械手向左右两侧运动，松开杆状建筑，停止上层丝杠电机；启动升降电机进行反转，带动齿轮旋转，由于下层机械手夹紧杆状建筑，导致下层底板处于固定位置，齿条的啮合带动齿轮向下运动，齿轮连接在升降电机支座，升降电机支座通过上层底板螺钉固定在上层底板，从而带动上层底板沿着竖直导杆向下运动，移动到特定距离，停止升降电机；启动上层丝杠电机进行正转，带动上层丝杠旋转，驱动左右两侧的上层丝杠滑块沿着上层丝杠进行移动，由于上层丝杠两侧螺纹的旋向相反，驱动左右两侧的上层机械手向中间运动，夹紧杆状建筑，停止上层丝杠电机。如此循环运动，仿生攀爬机器人可以沿着杆状建筑向下攀爬到地面。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型提供的仿生攀爬机器人，机械手可以进行夹紧和松开，采用爪式攀爬机构，能够适应不同直径的杆状建筑；

2、本实用新型提供的仿生攀爬机器人，根据树袋熊的四肢结构和攀爬机理，仿生攀爬机器人具有双层的机械手，能够实现上下的伸缩攀爬，提高安全性和稳定性。

综上，应用本实用新型的技术方案解决了现有技术中存在的依靠人力攀爬，存在危险性；大型的长臂作业车，成本高，使用不便等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的仿生攀爬机器人结构示意图。

图中：1、上层机械手 2、上层丝杠 3、上层机械手螺钉 4、上层丝杠支座 5、上层丝杠滑块 6、上层丝杠支座螺钉 7、上层导杆 8、上层导杆支座 9、上层导杆滑块 10、上层导杆支座螺钉 11、六角螺母 12、上层底板 13、齿条 14、齿轮 15、升降电机支座 16、升降电机 17、升降电机螺钉 18、竖直导杆 19、下层导杆 20、下层底板 21、上层联轴器 22、上层丝杠电机螺栓 23、上层丝杠电机支座螺钉 24、上层丝杠电机 25、上层丝杠电机螺钉 26、上层丝杠电机支座 27、上层底板螺钉 28、下层机械手 29、下层机械手螺钉 30、下层丝杠滑块 31、下层丝杠支座 32、下层丝杠电机螺栓 33、下层联轴器 34、下层丝杠支座螺钉35、下层丝杠电机支座螺钉 36、下层丝杠电机 37、下层丝杠电机螺钉 38、下层丝杠电机支座 39、下层丝杠 40、下层导杆支座 41、下层导杆支座螺钉 42、下层导杆滑块 43、连接板44、下层底板螺钉。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图所示，本实用新型提供了一种仿生攀爬机器人包括：框架结构、升降装置、上层抱紧装置和下层抱紧装置；

框架结构包括：上层底板12、下层底板20、竖直导杆18；竖直导杆18的上端通过六角螺母11与上层底板12固定连接，下端装入到下层底板20的通孔内；竖直导杆18至少为两根。

升降装置包括：齿条13、齿轮14、升降电机支座15、升降电机16；升降电机16通过升降电机支座15、升降电机螺钉17和上层底板螺钉27固定于上层底板12上；齿条14的下端通过连接板43和下层底板螺钉44固定于下层底板20上，上端卡装于升降电机支座15的卡槽内，并可沿卡槽上下滑动；齿轮14装于升降电机16的输出端并与齿条14啮合，带动齿条14上下移动。

上层抱紧装置包括：上层导向装置、上层驱动传动装置和上层机械手1；上层导向装置和上层驱动传动装置并排装于上层底板12的上端面上，上层机械手1为两个，对称装于上层驱动传动装置上。

下层抱紧装置包括：下层导向装置、下层驱动传动装置和下层机械手28；下层导向装置和下层驱动传动装置并排装于下层底板20的上端面上，下层机械手28为两个，对称装于下层驱动传动装置上。

上层导向装置包括：上层导杆7、上层导杆支座8、上层导杆滑块9；上层导杆7的两端通过上层导杆支座8和上层导杆支座螺钉10装于上层底板12上端面上，上层导杆滑块9装于上层导杆7上，并与上层机械手1的尾端下部通过上层机械手螺钉3固定连接，带动上层机械手1沿上层导杆7滑动。

上层驱动传动装置包括：上层丝杠2、上层丝杠座4、上层丝杠滑块5、上层联轴器21、上层丝杠电机24、上层丝杠电机支座26；上层丝杠2的两端通过上层丝杠座4和上层丝杠支座螺钉6装于上层底板12上端面上，并与上层导杆7平行装配；上层丝杠电机24通过上层丝杠电机螺栓22、上层丝杠电机螺钉25、上层丝杠电机支座26和上层丝杠电机支座螺钉23装于上层底板12上，上层丝杠电机24的输出端通过上层联轴器21与上层丝杠2相连接；上层丝杠滑块5装于上层丝杠2上，并与上层机械手1的中部通过上层机械手螺钉3固定连接，随着上层丝杠2的转动带动上层机械手1沿上层丝杠2左右移动。

下层导向装置包括：下层导杆19、下层导杆支座40、下层导杆滑块42；下层导杆19的两端通过下层导杆支座40和下层导杆支座螺钉41装于下层底板20上端面上；下层导杆滑块42装于下层导杆19上，并与下层机械手28的尾端下部通过下层机械手螺钉29固定连接，带动下层机械手28沿下层导杆19滑动。

下层驱动传动装置包括：下层丝杠39、下层丝杠座31、下层丝杠滑块30、下层联轴器33、下层丝杠电机36、下层丝杠电机支座38；下层丝杠39的两端通过下层丝杠座31和下层丝杠支座螺钉34装于下层底板20上端面上，并与下层导杆19平行装配；下层丝杠电机36通过下层丝杠电机螺栓32、下层丝杠电机螺钉37、下层丝杠电机支座38和下层丝杠电机支座螺钉35装于下层底板20上，下层丝杠电机36的输出端通过下层联轴器33与下层丝杠39相连接；下层丝杠滑块30装于下层丝杠39上，并与下层机械手28的中部通过下层机械手螺钉29固定连接，随着下层丝杠39的转动带动下层机械手28沿下层丝杠39左右移动。

上层丝杠2和下层导杆19的两端为反向螺纹设计。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种仿生攀爬机器人，其特征在于，所述的仿生攀爬机器人包括：框架结构、升降装置、上层抱紧装置和下层抱紧装置；

所述的框架结构包括：上层底板(12)、下层底板(20)、竖直导杆(18)；竖直导杆(18)的上端通过六角螺母(11)与上层底板(12)固定连接，下端装入到下层底板(20)的通孔内；竖直导杆(18)至少为两根；

所述的升降装置包括：齿条(13)、齿轮、升降电机支座(15)、升降电机(16)；升降电机(16)通过升降电机支座(15)、升降电机螺钉(17)和上层底板螺钉(27)固定于上层底板(12)上；齿条的下端通过连接板(43)和下层底板螺钉(44)固定于下层底板(20)上，上端卡装于升降电机支座(15)的卡槽内，并可沿卡槽上下滑动；齿轮装于升降电机(16)的输出端并与齿条啮合，带动齿条上下移动；

所述的上层抱紧装置包括：上层导向装置、上层驱动传动装置和上层机械手(1)；上层导向装置和上层驱动传动装置并排装于上层底板(12)的上端面上，上层机械手(1)为两个，对称装于上层驱动传动装置上；

所述的下层抱紧装置包括：下层导向装置、下层驱动传动装置和下层机械手(28)；下层导向装置和下层驱动传动装置并排装于下层底板(20)的上端面上，下层机械手(28)为两个，对称装于下层驱动传动装置上。

2.根据权利要求1所述的仿生攀爬机器人，其特征在于，所述的上层导向装置包括：上层导杆(7)、上层导杆支座(8)、上层导杆滑块(9)；上层导杆(7)的两端通过上层导杆支座(8)和上层导杆支座螺钉(10)装于上层底板(12)上端面上，上层导杆滑块(9)装于上层导杆(7)上，并与上层机械手(1)的尾端下部通过上层机械手螺钉(3)固定连接，带动上层机械手(1)沿上层导杆(7)滑动。

3.根据权利要求1所述的仿生攀爬机器人，其特征在于，所述的上层驱动传动装置包括：上层丝杠(2)、上层丝杠座(4)、上层丝杠滑块(5)、上层联轴器(21)、上层丝杠电机(24)、上层丝杠电机支座(26)；上层丝杠(2)的两端通过上层丝杠座(4)和上层丝杠支座螺钉(6)装于上层底板(12)上端面上，并与上层导杆(7)平行装配；上层丝杠电机(24)通过上层丝杠电机螺栓(22)、上层丝杠电机螺钉(25)、上层丝杠电机支座(26) 和上层丝杠电机支座螺钉(23)装于上层底板(12)上，上层丝杠电机(24)的输出端通过上层联轴器(21)与上层丝杠(2)相连接；上层丝杠滑块(5)装于上层丝杠(2)上，并与上层机械手(1)的中部通过上层机械手螺钉(3)固定连接，随着上层丝杠(2)的转动带动上层机械手(1)沿上层丝杠(2)左右移动。

4.根据权利要求1所述的仿生攀爬机器人，其特征在于，所述的下层导向装置包括：下层导杆(19)、下层导杆支座(40)、下层导杆滑块(42)；下层导杆(19)的两端通过下层导杆支座(40)和下层导杆支座螺钉(41)装于下层底板(20)上端面上；下层导杆滑块(42)装于下层导杆(19)上，并与下层机械手(28)的尾端下部通过下层机械手螺钉(29)固定连接，带动下层机械手(28)沿下层导杆(19)滑动。

5.根据权利要求1所述的仿生攀爬机器人，其特征在于，所述的下层驱动传动装置包括：下层丝杠(39)、下层丝杠座(31)、下层丝杠滑块(30)、下层联轴器(33)、下层丝杠电机(36)、下层丝杠电机支座(38)；下层丝杠(39)的两端通过下层丝杠座(31)和下层丝杠支座螺钉(34)装于下层底板(20)上端面上，并与下层导杆(19)平行装配；下层丝杠电机(36)通过下层丝杠电机螺栓(32)、下层丝杠电机螺钉(37)、下层丝杠电机支座(38)和下层丝杠电机支座螺钉(35)装于下层底板(20)上，下层丝杠电机(36)的输出端通过下层联轴器(33)与下层丝杠(39)相连接；下层丝杠滑块(30)装于下层丝杠(39)上，并与下层机械手(28)的中部通过下层机械手螺钉(29)固定连接，随着下层丝杠(39)的转动带动下层机械手(28)沿下层丝杠(39)左右移动。

6.根据权利要求3所述的仿生攀爬机器人，其特征在于，所述的上层丝杠(2)的两端为反向螺纹设计。

7.根据权利要求5所述的仿生攀爬机器人，其特征在于，所述的下层导杆(19)的两端为反向螺纹设计。

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