CN113650696B - 一种可变形轮履复合式爬杆机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变形轮履复合式爬杆机器人,属于爬杆机器人技术领域,其组成主要包括外臂,车架,内臂,内臂电动推杆,外臂电动推杆,内臂旋转电机组件,外臂旋转电机组件,履带模块,电源模块。内、外臂旋转电机组件固接在车架上,内、外臂与其旋转电机连接件铰接,内、外臂电动推杆的两端分别通过虎克铰与车架和内、外臂架体实现铰接,履带模块、电源模块分别布置在车架平台的背面和正面。本发明的内臂、外臂开合与旋转方便,适应能力强,形态转换容易,爬杆稳定性高,通用性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种爬杆机器人,具体涉及一种可变形轮履复合式爬杆机器人。
背景技术
现代社会中,机器人在越来越多的领域中,替代人类从事高危高强度的作业。在高空杆体作业的领域里,由于工作环境恶劣,操作人员的安全难以保障,爬杆机器人应运而生。目前国内外爬杆机器人主要分为轮式、尺蠖式、仿生式,绝大多数的爬杆机器人改装空间小、功能单一、负重能力低,适应性差。
发明内容
本发明的目的在于发明一款方便改装、易于搭载其它设备且具有平地移动能力的爬杆机器人通用平台,用以解决目前大多数爬杆机器人,平地移动困难和设备搭载空间不足的问题。可变形轮履复合式爬杆机器人具有两种运动形态:爬杆形态和平台形态,机器人可在不同的应用场合下在这两种形态间进行转换。
本发明的目的是以如下方式实现的:
一种可变形轮履复合式爬杆机器人,包括两个外臂,车架,两个内臂,两个内臂电动推杆,两个外臂电动推杆,两个内臂旋转电机组件,两个外臂旋转电机组件,履带模块,电源模块;内、外臂旋转电机组件均包括旋转电机和减速器,内、外臂旋转电机组件可驱动内、外臂旋转,从而实现爬杆机器人运动形态的切换。
所述的内臂与旋转电机连接件铰接,旋转电机连接件与内臂旋转电机组件同轴线连接,内臂旋转电机组件固接在车架上,内臂电动推杆一端与内臂通过第一虎克铰实现铰接,内臂电动推杆的另一端与车架通过第二虎克铰实现铰接,外臂与车架的连接方式与所述的内臂与车架的连接方式相同,所述的履带模块布置在车架平台背面的中央位置,所述的电源模块布置在车架平台的正面,所述的车架平台与车架固接。
所述的每个内臂均包括内臂架体,两个内臂支撑轮组件,内臂夹持轮机构;所述的内臂夹持轮机构包括内臂夹持轮驱动电机,内臂夹持轮调整电机,内臂夹持轮调整蜗杆,内臂夹持轮调整蜗轮,内臂夹持轮,所述的内臂夹持轮驱动电机与内臂架体通过内臂叉架实现铰接,内臂夹持轮调整蜗轮与内臂叉架同轴线连接,内臂夹持轮调整电机与内臂夹持轮调整蜗杆同轴线连接。所述的内臂夹持轮调整机构,通过蜗杆蜗轮机构实现对内臂夹持轮爬杆角度的调整。
所述的每个外臂均包括外臂架体,两个外臂支撑轮组件,外臂夹持轮机构;所述的外臂夹持轮机构包括外臂夹持轮调整电机,外臂夹持轮调整蜗杆,外臂夹持轮调整蜗轮,外臂夹持轮,所述的外臂夹持轮与外臂叉架通过法兰轴实现铰接,所述的外臂叉架与外臂夹持轮调整蜗轮同轴线连接,外臂夹持轮调整电机与外臂夹持轮调整蜗杆同轴线连接。所述的外臂夹持轮调整机构,通过蜗杆蜗轮机构实现对外臂夹持轮爬杆角度的调整。
当爬杆机器人处于平台形态时,所述的车架平台正面设有两个内、外臂的限位挡块,限定了内、外臂复位后的极限位置,保持车体良好的接地性能。
车架平台与车架固定连接,履带模块与车架平台固定连接。
履带电机固定在履带侧板上,履带电机与履带驱动轮同轴连接,履带承重轮与摇臂铰接,摇臂与履带侧板铰接,摇臂与履带侧板连有拉簧,故履带模块具有一定越障能力。
本发明具有以下有益效果:
1)本发明框架可通过铝方管搭建出本体结构,强度较高,可靠性好,拆卸容易,维修方便;
2)本发明功能丰富,能够通过旋转内、外臂,实现机器人爬杆形态和平台形态的转换,减少了机器人的占用空间,方便了机器人的运输,而且还可以通过设定程序实现自主爬杆,免去了人工搬运的过程;
3)本发明的内、外臂和车架均通过电动推杆铰接,具有对不同直径杆体的自适应功能且夹紧力可调,此外机器人具有避震功能的履带模块,可以实现爬杆过程中的越障功能;
4)本发明的车架平台具备改装空间及搭载可能性,减小了对所搭载设备的尺寸及结构限制,通用性好;
5)本发明处于爬杆形态时,内臂、外臂夹持轮、履带模块与杆体之间,实现了多点可靠接触,提高了爬杆机器人的爬行稳定性及负重能力。
附图说明
图1是本发明爬杆运动的示意图;
图2是本发明爬杆形态总装配图;
图3是本发明爬杆形态俯视图;
图4是本发明状态转换示意图;
图5是本发明平台形态总装配图;
图6是本发明平台形态仰视图;
图7是本发明外臂装配图;
图8是本发明外臂夹持轮机构装配图;
图9是本发明内臂装配图;
图10是本发明内臂夹持轮机构配图;
图11是本发明履带模块总装配图;
图12是本发明履带模块内部结构示意图。
附图中,各标号所代表的零部件如下:
1—外臂;2—电源模块;3—车架;4—内臂;5—内臂电动推杆;6—外臂电动推杆;7—履带模块;8—外臂旋转电机组件;9—内臂旋转电机组件;10—第二虎克铰;11—旋转电机连接件;12—第一虎克铰;101—外臂架体;102—外臂支撑轮组件;103—外臂夹持轮机构;103-1—外臂夹持轮调整电机;103-2—外臂夹持轮调整蜗杆;103-3—法兰轴;103-4—外臂叉架;103-5—外臂夹持轮;103-6—外臂夹持轮调整蜗轮;301—限位挡块;302—车架平台;401—内臂架体;402—内臂支撑轮组件;403—内臂夹持轮机构;403-1—内臂夹持轮调整电机;403-2—内臂夹持轮调整蜗杆;403-3—内臂夹持轮驱动电机;403-4—内臂叉架;403-5—内臂夹持轮;403-6—内臂夹持轮调整蜗轮;701—履带侧板;702—履带;703—履带电机;704—履带驱动轮;705—摇臂;706—拉簧;707—履带承重轮。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明:
如附图1~附图12所示,一种可变形轮履复合式爬杆机器人,包括两个外臂1,车架3,两个内臂4,两个内臂电动推杆5,两个外臂电动推杆6,两个内臂旋转电机组件9,两个外臂旋转电机组件8,履带模块7,电源模块2;
所述的内臂4与旋转电机连接件11铰接,旋转电机连接件11与内臂旋转电机组件9同轴线连接,内臂旋转电机组件9固接在车架3上,内臂电动推杆5一端与内臂4通过第一虎克铰12实现铰接,内臂电动推杆5的另一端与车架3通过第二虎克铰10实现铰接,外臂1与车架3的连接方式与所述的内臂4与车架3的连接方式相同,所述的履带模块7布置在车架平台302背面的中央位置,所述的电源模块2布置在车架平台302的正面,所述的车架平台302与车架3固接。
所述的每个内臂4均包括内臂架体401,两个内臂支撑轮组件402,内臂夹持轮机构403;所述的内臂夹持轮机构403包括内臂夹持轮驱动电机403-3,内臂夹持轮调整电机403-1,内臂夹持轮调整蜗杆403-2,内臂夹持轮调整蜗轮403-6,内臂夹持轮403-5,所述的内臂夹持轮驱动电机403-3与内臂夹持臂架体401通过内臂叉架403-4实现铰接,内臂夹持轮调整蜗轮403-6与内臂叉架403-4同轴线连接,内臂夹持轮调整电机403-1与内臂夹持轮调整蜗杆403-2同轴线连接;外臂1的结构组成及其连接方式与所述的内臂4的结构组成及其连接方式相似;所述的每个外臂1均包括外臂架体101,两个外臂支撑轮组件102,外臂夹持轮机构103;所述的外臂夹持轮机构103包括法兰轴103-3,外臂夹持轮调整电机103-1,外臂夹持轮调整蜗杆103-2,外臂夹持轮调整蜗轮103-6,外臂夹持轮103-5,所述的法兰轴103-3与外臂架体101通过外臂叉架103-4实现铰接,外臂夹持轮调整蜗轮103-6与外臂叉架103-4同轴线连接,外臂夹持轮调整电机103-1与外臂夹持轮调整蜗杆103-2同轴线连接。
所述的车架平台302正面设有两个内、外臂的限位挡块301,限定了内臂4、外臂1复位后的极限位置,保持了车体良好的接地性能。
车架平台302与车架3固定连接,履带模块7与车架平台302固定连接。
履带电机703固定在履带侧板701上,履带电机703与履带驱动轮704同轴连接,履带承重轮707与摇臂705铰接,摇臂705与履带侧板701铰接,摇臂705与履带侧板701连有拉簧706,故履带模块具有一定越障能力。
机器人车体包括:车架3,车架平台302,履带模块7,两个内臂旋转电机组件9,两个外臂旋转电机组件8,两个限位挡块301,四个第二虎克铰10。
下面对机器人的运动状态进行说明:
一种可变形轮履复合式爬杆机器人,从如附图5所示的平台状态转换为附图1所示的爬杆状态时,内臂旋转电机组件9旋转,旋转电机外壳带动机器人车架3立起,外臂旋转电机组件8旋转使外臂1前旋,并垂直于车架3,随后内臂夹持轮驱动电机403-3驱动机器人前进至杆体处(机器人的状态如附图4所示)。外臂夹持轮调整电机103-1工作,驱动外臂夹持轮调整蜗杆103-2、外臂夹持轮调整蜗轮103-6,使外臂夹持轮103-5的运动方向与杆体轴线方向平行,外臂电动推杆6收缩,使外臂1夹紧杆体。内臂夹持轮调整电机403-1工作,驱动内臂夹持轮调整蜗杆403-2、内臂夹持轮调整蜗轮403-6,使内臂夹持轮403-5运动方向与杆体轴线方向相同,内臂电动推杆5伸长使内臂4夹紧杆体,履带电机703工作,通过履带驱动轮704,驱动履带702运转,使机器人沿杆体爬升(机器人的状态如附图1所示)。此外,当机器人夹紧杆体爬升过程中遇到障碍时,附图12所示的拉簧706发生一定的形变,使履带702做出相应的变化,从而实现机器人的越障功能。
可变形轮履复合式爬杆机器人,从如附图1所示的爬杆形态转换为附图5所示的平台形态时,履带模块7驱动机器人下降,使内臂夹持轮403-5和内臂支撑轮组件402接触地面,内臂电动推杆5收缩,带动内臂4松开杆体并外展至如附图4所示状态,内臂夹持轮调整电机403-1工作,驱动内臂夹持轮调整蜗杆403-2、内臂夹持轮调整蜗轮403-6,使内臂夹持轮403-5复位至如附图4所示状态;外臂电动推杆6伸长,带动外臂1松开杆体并外展至如附图4所示状态,同时外臂夹持轮调整电机103-1工作,驱动外臂夹持轮调整蜗杆103-2、外臂夹持轮调整蜗轮103-6,使外臂夹持轮103-5复位至如附图4所示状态,为机器人转换成平台状态做好准备。内臂夹持轮驱动电机403-3工作,驱动机器人远离杆体,离开合适距离后,外臂旋转电机组件8驱动外臂1复位,内臂旋转电机组件9驱动机器人车架3复位,机器人转为平台形态(如附图5所示)。
本发明的上述实施例,仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础外还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种可变形轮履复合式爬杆机器人,包括两个外臂(1),车架(3),两个内臂(4),两个内臂电动推杆(5),两个外臂电动推杆(6),两个内臂旋转电机组件(9),两个外臂旋转电机组件(8),履带模块(7),电源模块(2),其特征在于:
所述的内臂(4)与旋转电机连接件(11)铰接,旋转电机连接件(11)与内臂旋转电机组件(9)同轴线连接,内臂旋转电机组件(9)固接在车架(3)上,内臂电动推杆(5)一端与内臂(4)通过第一虎克铰(12)实现铰接,内臂电动推杆(5)的另一端与车架(3)通过第二虎克铰(10)实现铰接,外臂(1)与车架(3)的连接方式与所述的内臂(4)与车架(3)的连接方式相同,所述的履带模块(7)布置在车架平台(302)背面的中央位置,所述的电源模块(2)布置在车架平台(302)的正面,所述的车架平台(302)与车架(3)固接;
所述的每个内臂(4)均包括内臂架体(401),两个内臂支撑轮组件(402),内臂夹持轮机构(403);所述的内臂夹持轮机构(403)包括内臂夹持轮驱动电机(403-3),内臂夹持轮调整电机(403-1),内臂夹持轮调整蜗杆(403-2),内臂夹持轮调整蜗轮(403-6),内臂夹持轮(403-5),所述的内臂夹持轮驱动电机(403-3)与内臂架体(401)通过内臂叉架(403-4)实现铰接,内臂夹持轮调整蜗轮(403-6)与内臂叉架(403-4)同轴线连接,内臂夹持轮调整电机(403-1)与内臂夹持轮调整蜗杆(403-2)同轴线连接;
所述的每个外臂(1)均包括外臂架体(101),两个外臂支撑轮组件(102),外臂夹持轮机构(103);所述的外臂夹持轮机构(103)包括外臂夹持轮调整电机(103-1),外臂夹持轮调整蜗杆(103-2),外臂夹持轮调整蜗轮(103-6),外臂夹持轮(103-5),所述的外臂夹持轮(103-5)与外臂叉架(103-4)通过法兰轴(103-3)实现铰接,所述的外臂叉架(103-4)与外臂夹持轮调整蜗轮(103-6)同轴线连接,外臂夹持轮调整电机(103-1)与外臂夹持轮调整蜗杆(103-2)同轴线连接。
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