一種具有爬杆功能的物理機器人及爬杆方法與流程

2023-07-31 17:28:36 2

本發明涉及物理機器人領域，具體的講，涉及一種具有爬杆功能的物理機器人及爬杆方法。

背景技術：

電磁鐵是通電產生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，它也叫做電磁鐵。我們通常把它製成條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往採用消磁較快的的軟鐵或矽鋼材料來製做。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電後磁就隨之消失。

當電流通過導線時，會在導線的周圍產生磁場。應用這性質，將電流通過螺線管時，則會在螺線管之內製成均勻磁場。假設在螺線管的中心置入鐵磁性物質，則此鐵磁性物質會被磁化，而且會大大增強磁場。

一般而言，電磁鐵所產生的磁場與電流大小、線圈圈數及中心的鐵磁體有關。在設計電磁鐵時，會注重線圈的分布和鐵磁體的選擇，並利用電流大小來控制磁場。目前，向高處輸送重物都是採用站在高處提拉或者採用在動滑輪一側利用繩子拉拽的形式，有些情況下重物的提升不適合這兩種方式，利用電磁鐵的電磁原理實現爬高的裝置還沒有。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種具有爬杆功能的物理機器人及爬杆方法，實現將重物通過改裝置自動提升到高處。

本發明採用如下技術方案實現發明目的：

一種具有爬杆功能的物理機器人，包括外滾輪(1)，其特徵是：所述外滾輪(1)內側固定連接有兩個對稱的圓環板(19)，所述外滾輪(1)側壁之間連接的連接軸鉸接在齒輪(14)的中心孔上，所述齒輪(14)與齒條外側的齧齒一(15)嚙合，所述齒條兩側環套有套環(16)，兩個所述套環(16)的外邊沿分別對應固定連接在所述圓環板(9)上，所述齒條內側的齧齒二(17)與齧齒三(18)嚙合，所述齧齒三(18)固定在圓筒(19)上，所述套環(16)的內邊沿與所述圓筒(19)的外圈接觸；所述外滾輪(1)的外側均勻固定連接一組氣缸(2)，每個所述氣缸(2)的另一端鉸接在第一固定塊(7)上，所述外滾輪(1)外側設置有一組與所述氣缸(2)相匹配固定柱(5)，每個所述固定柱(5)上鉸接有支撐杆(4)，每個所述支撐杆(4)的另一端鉸接在第二固定塊(8)上，所述第一固定塊(7)和所述第二固定塊(8)固定在卡爪(3)上，所述卡爪(3)兩端分別通過鉸接軸(12)鉸接有電磁鐵(13)，每個所述電磁鐵(13)連接有電源裝置(10)，所述卡爪(3)內側設置有觸碰開關(11)。

作為對本技術方案的進一步限定，每個所述電磁鐵(13)的內側均設置有弧形卡板(20)。

作為對本技術方案的進一步限定，所有所述電磁鐵(13)、所有所述氣缸(2)和所有所述觸碰開關(11)均連接控制裝置。

一種權利要求3所述的具有爬杆功能的物理機器人的爬杆方法，其特徵是包括如下步驟：

(1)初始狀態，每個氣缸(2)的活塞杆均處於伸長狀態，將其中一個卡爪(3)的兩個電磁鐵(13)環繞在鐵桿(6)上，控制裝置控制這兩個電磁鐵(13)通電，兩個電磁鐵(13)成為兩個磁極相反的磁體，相互吸引後弧形卡板(20)緊緊夾持在鐵桿(6)上，圓筒(19)內的綁帶(21)綁縛重物；

(2)控制裝置控制該卡爪(3)的氣缸(2)的活塞杆收縮，氣缸(2)的活塞杆收縮帶動外滾輪(1)沿鐵桿(6)向上滾動，當下一個卡爪(3)的觸碰開關(11)觸碰到鐵桿(6)時，控制裝置控制該卡爪(3)的電磁鐵(13)通電，兩個電磁鐵(13)成為兩個磁極相反的磁體，相互吸引緊緊夾持在鐵桿(6)上，然後，控制裝置控制上一個卡爪(3)帶電的電磁鐵(13)失電，使得電磁鐵(13)不再夾緊鐵桿(6)，此時，與帶電的電磁鐵(13)一組的氣缸(2)的活塞杆收縮，帶動整個裝置沿鐵桿(6)向上滾動，上述過程不斷重複，實現了該裝置的爬杆功能，齒輪(14)、齧齒一(15)、齧齒二(17)和齧齒三(18)的嚙合作用，圓筒(19)能夠相對外滾輪(1)轉動，在綁帶(21)綁縛的重物重力作用下，重物會跟隨該裝置豎直上移，而不會跟隨外滾輪(1)滾動。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：將重物利用綁帶綁縛在圓筒上，初始狀態，每個氣缸的活塞杆均處於伸長狀態，將其中一個卡爪的兩個電磁鐵環繞在鐵桿上，控制裝置控制這兩個電磁鐵通電，兩個電磁鐵成為兩個磁極相反的磁體，相互吸引後弧形卡板緊緊夾持在鐵桿上，圓筒內的綁帶綁縛重物；控制裝置控制該卡爪的氣缸的活塞杆收縮，氣缸的活塞杆收縮帶動外滾輪沿鐵桿向上滾動，當下一個卡爪的觸碰開關觸碰到鐵桿時，控制裝置控制該卡爪的電磁鐵通電，兩個電磁鐵成為兩個磁極相反的磁體，相互吸引緊緊夾持在鐵桿上，然後，控制裝置控制上一個卡爪帶電的電磁鐵失電，使得電磁鐵不再夾緊鐵桿，此時，與帶電的電磁鐵一組的氣缸的活塞杆收縮，帶動整個裝置沿鐵桿向上滾動，上述過程不斷重複，實現了該裝置的爬杆功能，齒輪、齧齒一、齧齒二和齧齒三的嚙合作用，圓筒能夠相對外滾輪轉動，在綁帶綁縛的重物重力作用下，重物會跟隨該裝置豎直上移，而不會跟隨外滾輪滾動。本發明結構簡單，操作簡單，內部設置的齒輪結構保證了重物運輸過程中不會產生摩擦，防止了運輸過程中的摩擦受損；通過架設機器人，節省了大量人力物力。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的正視圖。

圖3為本發明爬鐵桿的狀態圖。

圖4為本發明爬鐵桿的狀態圖。

圖5為本發明的卡爪抓緊結構示意圖。

圖6為本發明的外滾輪主視圖。

圖7為圖7中a的局部放大圖。

圖8為本發明的控制器的電路圖。

圖9為本發明的晶振電路的電路圖。

圖10為本發明的復位電路的電路圖。

圖11為本發明的無線模塊的電路圖。

圖12為本發明的電源系統的電路圖。

圖13為本發明的指示燈電路的電路圖。

圖14為本發明的電磁鐵信號分配電路的電路圖。

圖15為本發明的氣缸信號分配電路的電路圖。

圖16為本發明的電磁鐵驅動電路的電路圖。

圖17為本發明的氣壓泵驅動電路的電路圖。

圖中：1、外滾輪，2、氣缸，3、卡爪，4、支撐杆，5、固定柱，6、鐵桿，7、第一固定塊，8、第二固定塊，9、圓板，10、電源裝置，11、觸碰開關，12、鉸接軸，13、電磁鐵，14、齒輪，15、齧齒一，16、套環，17、齧齒二，18、齧齒三，19、圓筒，20、弧形卡板，21、綁帶。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的一個具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本發明的保護範圍並不受具體實施方式的限制。

如圖1-圖17所示，本發明包括外滾輪1，所述外滾輪1內側中部固定連接有兩個對稱的圓環板9，兩個所述圓環板9之間連接的連接軸鉸接在齒輪14的中心軸上，所述齒輪14與齒條外側的齧齒一15嚙合，所述齒條兩側環套有套環16，兩個所述套環16的一端分別對應固定連接在所述圓環板9上，所述齒條內側的齧齒二17與齧齒三18嚙合，所述齧齒三18固定在圓筒19上；所述外滾輪1的外側均勻固定連接一組氣缸2，每個所述氣缸2的另一端鉸接在第一固定塊7上，所述外滾輪1外側設置有一組與所述氣缸2相匹配固定柱5，每個所述固定柱5上鉸接有支撐杆4，每個所述支撐杆4的另一端鉸接在第二固定塊8上，所述第一固定塊7和所述第二固定塊8固定在卡爪3上，所述卡爪3兩端分別通過鉸接軸鉸接有極性相反的電磁鐵13，每個所述電磁鐵13連接有電源裝置10，所述電源裝置10設置在所述卡爪外側，所述卡爪3內側設置有觸碰開關11。

每個所述電磁鐵13的內側均設置有弧形卡板20,圓筒19內壁上固定有綁帶21。所有所述電磁鐵13、所有所述氣缸2和所有所述觸碰開關11均連接控制裝置。控制裝置可以安裝在外滾輪1上，控制裝置包括控制器，所述控制器分別連接晶振電路、復位電路、無線模塊、電源系統，指示燈電路、電磁鐵信號分配電路和氣缸信號分配電路，所述電磁鐵信號分配電路連接電磁鐵驅動電路，所述氣缸信號分配電路連接氣壓泵驅動電路。本發明的控制器採用stc12le5a60s2-35i-lqfp44g單片機，電磁鐵信號分配電路和氣缸信號分配電路均採用鎖存器74hc573，無線模塊採用si4432晶片。

每個所述氣缸2收縮的行程與帶動所述外滾輪1運動的弧形距離相匹配。也就是說氣缸2收縮的行程能夠帶動外滾輪1沿鐵桿6向上移動到該氣缸2相鄰的下一個氣缸2連接的卡爪3的觸碰開關11觸碰到鐵桿6，能夠發出觸碰信號，以便於整個設備能夠連續動作。

本發明的爬杆方法包括如下步驟：

(1)初始狀態，每個氣缸2的活塞杆均處於伸長狀態，將其中一個卡爪3的兩個電磁鐵13環繞在鐵桿6上，控制裝置控制這兩個電磁鐵13通電，兩個電磁鐵13成為兩個磁極相反的磁體，相互吸引後弧形卡板20緊緊夾持在鐵桿6上，圓筒19內的綁帶21綁縛重物；

(2)控制裝置控制該卡爪3的氣缸2的活塞杆收縮，氣缸2的活塞杆收縮帶動外滾輪1沿鐵桿6向上滾動，當下一個卡爪3的觸碰開關11觸碰到鐵桿6時，控制裝置控制該卡爪3的電磁鐵13通電，兩個電磁鐵13成為兩個磁極相反的磁體，相互吸引緊緊夾持在鐵桿6上，然後，控制裝置控制上一個卡爪3帶電的電磁鐵13失電，使得電磁鐵13不再夾緊鐵桿6，此時，與帶電的電磁鐵13一組的氣缸2的活塞杆收縮，帶動整個裝置沿鐵桿6向上滾動，上述過程不斷重複，實現了該裝置的爬杆功能，齒輪14、齧齒一15、齧齒二17和齧齒三18的嚙合作用，圓筒19能夠相對外滾輪1轉動，在綁帶21綁縛的重物重力作用下，重物會跟隨該裝置豎直上移，而不會跟隨外滾輪1滾動，減少了運輸過程中對重物的摩擦。

以上公開的僅為本發明的一個具體實施例，但是，本發明並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本發明的保護範圍。