一種四足攀爬移動機器人的製作方法
2023-10-18 07:07:44 1
一種四足攀爬移動機器人的製作方法
【專利摘要】一種四足攀爬移動機器人，屬於攀爬移動機器人【技術領域】。本發明的機首攀爬足與第一機身攀爬足相連接，第一機身攀爬足與第二機身攀爬足相連接，第二機身攀爬足與機尾攀爬足相連接，機首攀爬足與機尾攀爬足結構相同，第一機身攀爬足與第二機身攀爬足結構相同，機首攀爬足、機尾攀爬足由單自由度關節驅動，第一機身攀爬足、第二機身攀爬足由雙自由度關節驅動，在單自由度關節及雙自由度關節上均連接有夾持爪。本發明與現有技術相比，在面對複雜形狀和類型的輸電鐵塔時，能夠輕鬆適應輸電鐵塔並進行攀爬作業，能夠實現在主材、斜材及橫擔之間進行攀爬跨越，攀爬靈活性較高，攀爬過程中能夠保證始終有兩個攀爬足處於夾緊狀態，保證了攀爬安全性。
【專利說明】一種四足攀爬移動機器人
【技術領域】
[0001]本發明屬於攀爬移動機器人【技術領域】，特別是涉及一種四足攀爬移動機器人。
【背景技術】
[0002]在我國電力系統中，輸電鐵塔的巡檢大多為人工巡檢，但是人工巡檢效率普遍不高，且危險性極大，則相關技術人員便研發出了攀爬移動機器人用以代替人工進行巡檢作業，但是現有的攀爬移動機器人都還不是很完善，且或多或少存在一些不足，其中攀爬移動機器人對輸電鐵塔的形狀和類型要求高,很難適應複雜類型的斜材和橫擔,對攀爬環境適應性差，在攀爬過程中，難以實現對主材、斜材及橫擔之間的攀爬跨越，攀爬靈活性較差，且攀爬安全性不高。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種結構緊湊、對攀爬環境適應性強、攀爬靈活性好及安全性高的四足攀爬移動機器人。
[0004]為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:一種四足攀爬移動機器人，包括機首攀爬足、第一機身攀爬足、第二機身攀爬足及機尾攀爬足，所述機首攀爬足與第一機身攀爬足相連接，第一機身攀爬足與第二機身攀爬足相連接，第二機身攀爬足與機尾攀爬足相連接，所述機首攀爬足與機尾攀爬足結構相同，第一機身攀爬足與第二機身攀爬足結構相同，所述機首攀爬足、機尾攀爬足包括單自由度關節，所述第一機身攀爬足、第二機身攀爬足包括雙自由度關節，在所述單自由度關節及雙自由度關節上均連接有夾持爪。
[0005]所述單自由度關節包括第一支座、第一驅動電機、第一轉動軸、第二轉動軸、第一夾持爪驅動電機及第一夾持爪驅動軸，所述第一驅動電機固定在第一支座上，在第一驅動電機的電機軸上連接有蝸杆，所述第一轉動軸通過軸承安裝在第一支座上，在第一轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述第二轉動軸通過軸承安裝在第一支座上，第二轉動軸與第一轉動軸相平行；所述第一轉動軸與第二轉動軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合；
[0006]在所述第二轉動軸上固裝有轉接塊，第一夾持爪驅動電機固裝於轉接塊上，所述第一夾持爪驅動軸安裝在轉接塊上且垂直於第二轉動軸，第一夾持爪驅動軸相對於轉接塊可轉動但軸向不可動，在第一夾持爪驅動軸一端安裝有從動齒輪，在第一夾持爪驅動電機的電機軸上安裝有主動齒輪，主動齒輪與從動齒輪相哨合；所述第一夾持爪驅動軸另一端與夾持爪相連接。
[0007]所述雙自由度關節包括第二支座、第二驅動電機、第三轉動軸、第四轉動軸、第五轉動軸、十字軸、第三支座、第三驅動電機、第二夾持爪驅動電機及第二夾持爪驅動軸，所述第二驅動電機固定在第二支座上，在第二驅動電機的電機軸上連接有蝸杆，所述第三轉動軸通過軸承安裝在第二支座上，在第三轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述十字軸的橫軸通過軸承安裝在第二支座上，十字軸的橫軸與第三轉動軸相平行；所述第三轉動軸與十字軸的橫軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合；
[0008]所述十字軸的縱軸通過軸承安裝在第三支座上，所述第四轉動軸通過軸承安裝在第三支座上，第四轉動軸與十字軸的縱軸相平行；所述第三驅動電機固定在第三支座上，在第三驅動電機的電機軸上連接有蝸杆，在第四轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述第四轉動軸與十字軸的縱軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合；
[0009]所述第五轉動軸通過軸承安裝在第三支座上，第五轉動軸與十字軸的縱軸相平行；所述第二夾持爪驅動電機固定在第三支座上，在第二夾持爪驅動電機的電機軸上連接有蝸杆，在第五轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述第五轉動軸與第二夾持爪驅動軸通過旋轉接頭相連接，第二夾持爪驅動軸與第五轉動軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合。
[0010]所述夾持爪包括電動夾持型手爪、磁吸附型手爪或真空吸附型手爪。
[0011]在所述機首攀爬足與第一機身攀爬足之間、第一機身攀爬足與第二機身攀爬足之間、第二機身攀爬足與機尾攀爬足之間均安裝有足間連接杆。
[0012]本發明的有益效果:
[0013]本發明與現有技術相比，在面對複雜形狀和類型的輸電鐵塔時，能夠輕鬆適應輸電鐵塔並進行攀爬作業，能夠實現在主材、斜材及橫擔之間進行攀爬跨越，攀爬靈活性較高，攀爬過程中能夠保證始終有兩個攀爬足處於夾緊狀態，保證了攀爬安全性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的一種四足攀爬移動機器人結構示意圖；
[0015]圖2為本發明的單自由度關節結構示意圖；
[0016]圖3為本發明的雙自由度關節結構示意圖；
[0017]圖4為實施例一中攀爬步態分解原理圖；
[0018]圖5為實施例二中攀爬步態分解原理圖；
[0019]圖中，I一機首攀爬足，2—第一機身攀爬足，3—第二機身攀爬足，4一機尾攀爬足，5—夾持爪，6—足間連接杆，7—第一支座，8—第一驅動電機，9—第一轉動軸，10—第二轉動軸，11一第一夾持爪驅動電機，12一第一夾持爪驅動軸，13一轉接塊，14一主動齒輪，15一從動齒輪，16一第二支座，17一第二驅動電機，18一第二轉動軸，19一十字軸,20—第二支座,21一第二驅動電機，22一第二夾持爪驅動電機，23一第二夾持爪驅動軸。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0021]如圖1、2、3所示，一種四足攀爬移動機器人，包括機首攀爬足1、第一機身攀爬足
2、第二機身攀爬足3及機尾攀爬足4，所述機首攀爬足I與第一機身攀爬足2相連接，第一機身攀爬足2與第二機身攀爬足3相連接，第二機身攀爬足3與機尾攀爬足4相連接，所述機首攀爬足I與機尾攀爬足4結構相同，第一機身攀爬足2與第二機身攀爬足3結構相同，所述機首攀爬足1、機尾攀爬足4包括單自由度關節，所述第一機身攀爬足2、第二機身攀爬足3包括雙自由度關節，在所述單自由度關節及雙自由度關節上均連接有夾持爪5。
[0022]所述單自由度關節包括第一支座7、第一驅動電機8、第一轉動軸9、第二轉動軸10、第一夾持爪驅動電機11及第一夾持爪驅動軸12,所述第一驅動電機8固定在第一支座7上，在第一驅動電機8的電機軸上連接有蝸杆，所述第一轉動軸9通過軸承安裝在第一支座7上，在第一轉動軸9上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述第二轉動軸10通過軸承安裝在第一支座7上，第二轉動軸10與第一轉動軸9相平行；所述第一轉動軸9與第二轉動軸10之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合；
[0023]在所述第二轉動軸10上固裝有轉接塊13，第一夾持爪驅動電機11固裝於轉接塊13上,所述第一夾持爪驅動軸12安裝在轉接塊13上且垂直於第二轉動軸10,第一夾持爪驅動軸12相對於轉接塊13可轉動但軸向不可動，在第一夾持爪驅動軸12 —端安裝有從動齒輪15，在第一夾持爪驅動電機11的電機軸上安裝有主動齒輪14，主動齒輪14與從動齒輪15相嚙合；所述第一夾持爪驅動軸12另一端與夾持爪5相連接。
[0024]所述雙自由度關節包括第二支座16、第二驅動電機17、第三轉動軸18、第四轉動軸、第五轉動軸、十字軸19、第三支座20、第三驅動電機21、第二夾持爪驅動電機22及第二夾持爪驅動軸23，所述第二驅動電機17固定在第二支座16上，在第二驅動電機17的電機軸上連接有蝸杆，所述第三轉動軸18通過軸承安裝在第二支座16上，在第三轉動軸18上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述十字軸19的橫軸通過軸承安裝在第二支座16上，十字軸19的橫軸與第三轉動軸18相平行；所述第三轉動軸18與十字軸19的橫軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合；
[0025]所述十字軸19的縱軸通過軸承安裝在第三支座20上，所述第四轉動軸通過軸承安裝在第三支座20上，第四轉動軸與十字軸19的縱軸相平行；所述第三驅動電機21固定在第三支座20上，在第三驅動電機21的電機軸上連接有蝸杆，在第四轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述第四轉動軸與十字軸19的縱軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合；
[0026]所述第五轉動軸通過軸承安裝在第三支座20上，第五轉動軸與十字軸19的縱軸相平行；所述第二夾持爪驅動電機22固定在第三支座20上，在第二夾持爪驅動電機22的電機軸上連接有蝸杆，在第五轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述第五轉動軸與第二夾持爪驅動軸23通過旋轉接頭相連接，第二夾持爪驅動軸23與第五轉動軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合。
[0027]根據攀爬環境的不同，所述夾持爪5包括電動夾持型手爪、磁吸附型手爪或真空吸附型手爪。
[0028]在所述機首攀爬足I與第一機身攀爬足2之間、第一機身攀爬足2與第二機身攀爬足3之間、第二機身攀爬足3與機尾攀爬足4之間均安裝有足間連接杆6，根據實際攀爬距離的需要，備有若干不同杆長的足間連接杆6以滿足更換需要。
[0029]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】本發明的使用過程:
[0030]應用實施例一
[0031]本實施例中，本發明用於攀爬輸電鐵塔主材，主材為角鋼塔架，夾持爪5選用電動夾持型手爪，攀爬前，首先將本發明送到角鋼塔架上，令機首攀爬足I和第一機身攀爬足2夾緊角鋼塔架，第二機身攀爬足3和機尾攀爬足4處於鬆開狀態，此時處於攀爬前的初始狀態，如圖4所示，為攀爬步態分解原理圖；
[0032]動作一:第一機身攀爬足2通過其雙自由度關節控制第二機身攀爬足3抬起，同時第二機身攀爬足3通過其雙自由度關節控制機尾攀爬足4沿著角鋼塔架表面向上爬升，當達到預定高度後，機尾攀爬足4夾緊角鋼塔架，然後第二機身攀爬足3鬆開；
[0033]動作二:機首攀爬足I通過其單自由度關節控制第一機身攀爬足2抬起，同時機尾攀爬足4通過其單自由度關節控制第二機身攀爬足3落下，直到第二機身攀爬足3夾緊角鋼塔架，然後機首攀爬足I鬆開；
[0034]動作三:第二機身攀爬足3通過其雙自由度關節控制第一機身攀爬足2落下，同時第一機身攀爬足2通過其雙自由度關節控制機首攀爬足I沿著角鋼塔架表面向上爬升，直到第一機身攀爬足2的夾持爪5與角鋼塔架表面相接觸，此時機首攀爬足I和第一機身攀爬足2同時夾緊角鋼塔架，然後第二機身攀爬足3和機尾攀爬足4依次鬆開，此時完成一個攀爬步態，重複步態完成攀爬作業。
[0035]應用實施例二
[0036]本實施例中，本發明用於攀爬跨越輸電鐵塔斜材，斜材為角鋼架，夾持爪5選用電動夾持型手爪，攀爬前，首先令機尾攀爬足4和第二機身攀爬足3夾緊第一層角鋼架，同時令機首攀爬足I夾緊第二層角鋼架，第一機身攀爬足2懸空，此時處於攀爬前的初始狀態，如圖5所示，為攀爬步態分解原理圖；
[0037]動作一:第二機身攀爬足3鬆開，機尾攀爬足4通過其單自由度關節控制第二機身攀爬足3抬起，同時機首攀爬足I通過其單自由度關節控制第一機身攀爬足2抬起並接觸第二層角鋼架，此時第一機身攀爬足2夾緊第二層角鋼架，第二機身攀爬足3懸空；
[0038]動作二:機首攀爬足I鬆開，第一機身攀爬足2通過其雙自由度關節控制機首攀爬足I抬起，直到機首攀爬足I與第三層角鋼架相接觸，此時機首攀爬足I夾緊第三層角鋼架，然後機尾攀爬足4鬆開，第二機身攀爬足3通過其雙自由度關節控制機尾攀爬足4抬起，直到機尾攀爬足4與第二層角鋼架相接觸，此時機尾攀爬足4夾緊第二層角鋼架；
[0039]動作三:第一機身攀爬足2鬆開，機尾攀爬足4通過其單自由度關節控制第二機身攀爬足3抬起，同時機首攀爬足I通過其單自由度關節控制第一機身攀爬足2抬起，直到第二機身攀爬足3與第二層角鋼架相接觸，此時第二機身攀爬足3夾緊第二層角鋼架，同時第一機身攀爬足2懸空，此時完成一個攀爬步態，重複步態完成攀爬作業。
[0040]實施例中的方案並非用以限制本發明的專利保護範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均包含於本案的專利範圍中。
【權利要求】
1.一種四足攀爬移動機器人，其特徵在於:包括機首攀爬足、第一機身攀爬足、第二機身攀爬足及機尾攀爬足，所述機首攀爬足與第一機身攀爬足相連接，第一機身攀爬足與第二機身攀爬足相連接，第二機身攀爬足與機尾攀爬足相連接，所述機首攀爬足與機尾攀爬足結構相同，第一機身攀爬足與第二機身攀爬足結構相同，所述機首攀爬足、機尾攀爬足包括單自由度關節，所述第一機身攀爬足、第二機身攀爬足包括雙自由度關節，在所述單自由度關節及雙自由度關節上均連接有夾持爪。
2.根據權利要求1所述的一種四足攀爬移動機器人，其特徵在於:所述單自由度關節包括第一支座、第一驅動電機、第一轉動軸、第二轉動軸、第一夾持爪驅動電機及第一夾持爪驅動軸，所述第一驅動電機固定在第一支座上，在第一驅動電機的電機軸上連接有蝸杆，所述第一轉動軸通過軸承安裝在第一支座上，在第一轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述第二轉動軸通過軸承安裝在第一支座上，第二轉動軸與第一轉動軸相平行；所述第一轉動軸與第二轉動軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合； 在所述第二轉動軸上固裝有轉接塊，第一夾持爪驅動電機固裝於轉接塊上，所述第一夾持爪驅動軸安裝在轉接塊上且垂直於第二轉動軸，第一夾持爪驅動軸相對於轉接塊可轉動但軸向不可動，在第一夾持爪驅動軸一端安裝有從動齒輪，在第一夾持爪驅動電機的電機軸上安裝有主動齒輪，主動齒輪與從動齒輪相嚙合；所述第一夾持爪驅動軸另一端與夾持爪相連接。
3.根據權利要求1所述的一種四足攀爬移動機器人，其特徵在於:所述雙自由度關節包括第二支座、第二驅動電機、第三轉動軸、第四轉動軸、第五轉動軸、十字軸、第三支座、第三驅動電機、第二夾持爪驅動電機及第二夾持爪驅動軸，所述第二驅動電機固定在第二支座上，在第二驅動電機的電機軸上連接有蝸杆，所述第三轉動軸通過軸承安裝在第二支座上，在第三轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述十字軸的橫軸通過軸承安裝在第二支座上，十字軸的橫軸與第三轉動軸相平行；所述第三轉動軸與十字軸的橫軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合； 所述十字軸的縱軸通過軸承安裝在第三支座上，所述第四轉動軸通過軸承安裝在第三支座上，第四轉動軸與十字軸的縱軸相平行；所述第三驅動電機固定在第三支座上，在第三驅動電機的電機軸上連接有蝸杆，在第四轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述第四轉動軸與十字軸的縱軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配合； 所述第五轉動軸通過軸承安裝在第三支座上，第五轉動軸與十字軸的縱軸相平行；所述第二夾持爪驅動電機固定在第三支座上，在第二夾持爪驅動電機的電機軸上連接有蝸杆，在第五轉動軸上固定套裝有蝸輪，蝸輪與蝸杆相嚙合；所述第五轉動軸與第二夾持爪驅動軸通過旋轉接頭相連接，第二夾持爪驅動軸與第五轉動軸之間通過皮帶及皮帶輪傳動配口 ο
4.根據權利要求1所述的一種四足攀爬移動機器人，其特徵在於:所述夾持爪包括電動夾持型手爪、磁吸附型手爪或真空吸附型手爪。
5.根據權利要求1所述的一種四足攀爬移動機器人，其特徵在於:在所述機首攀爬足與第一機身攀爬足之間、第一機身攀爬足與第二機身攀爬足之間、第二機身攀爬足與機尾攀爬足之間均安裝有足間連接杆。
【文檔編號】B62D57/024GK103950030SQ201410175899
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】房立金, 梁笑 申請人:東北大學