专利名称：夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机器人领域的攀爬机器人。
背景技术：
随着现代社会的发展，高层建筑物数量不断增加，人们在高空进行作业的情况也越来越多。在从事高空作业时，工作人员劳动强度大、危险程度高，其人身安全难以得到可靠的保证。
发明内容
本发明的目的在于提供能够实现相应的执行现场任务的技术应用需求的夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人。本发明的目的是这样实现的本发明夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人，其特征是包括夹紧部分、内伸缩管、外伸缩管、伸缩电机、伸缩管连架、翻转架、翻转电机，所述的夹紧部分包括夹紧手爪、夹紧电机、夹紧电机架、导向轴、手爪丝杠，所述的夹紧手爪包括第一夹紧手爪和第二夹紧手爪，第一夹紧手爪和第二夹紧手爪安装在导向轴和手爪丝杠上，夹紧电机安装在夹紧电机架上并通过手爪丝杠驱动第一夹紧手爪和第二夹紧手爪；翻转架包括第一翻转架和第二翻转架，翻转电机包括第一翻转电机和第二翻转电机，第一翻转电机安装在第一翻转架上，第二翻转电机安装在第二翻转架上，所述的内伸缩管、外伸缩管包括第一内伸缩管、第二内伸缩管、第一外伸缩管、第二外伸缩管，第一内伸缩管和第二内伸缩管安装在第二翻转架上，第一外伸缩管和第二外伸缩管安装在第一翻转架上，第一外伸缩管、第二外伸缩管分别套在第一内伸缩管、第二内伸缩上，第一外伸缩管和第二外伸缩管通过伸缩管连架相连，伸缩电机连接伸缩管连架并驱动伸缩管连架直线运动；所述的夹紧部分有两个，两个夹紧部分分别位于夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人本体的两端、通过各自的夹紧电机架与各自相对应的翻转电机相连。本发明还可以包括I、所述的第一夹紧手爪和第二夹紧手爪与手爪丝杠以螺旋传动连接，旋向相反。2、所述的夹紧手爪为双层的半六边形结构。本发明的优势在于I、应用螺旋丝杠传动原理设计了伸缩机构，使机器人能进行快速伸缩式的直线攀爬。2、伸缩翻转一体化的设计方式可令机器人具备更好的地形适应能力。3、伸缩部分采用内外伸缩管结构，不承受径向力。伸缩管上下滑动时摩檫力较小，降低了功率损耗。4、机器人一端的两夹紧手爪的螺纹旋向相反。当与旋向一定的丝杠配合时，两夹紧手爪的运动方向相反。同时应用两根导向轴进行定位导向，能够实现手爪的快速夹紧和松开动作。精度高，夹持力大。5、机器人一端的单侧夹紧手爪采用双层的半六边形构型设计。第一，这种设计方式令手爪部分能够提供较大的夹持力。第二，此设计减小了机器人翻转时的纵向小位移、提高了稳定性与精度。第三，半六边形手爪构型可适应杆状物截面为圆面、椭圆面，矩形面的攀爬环境，从而令机器人具备了较好的地形适应能力。
图I为本发明结构示意图；图2a 图2d为机器人攀爬动作I过程示意图； 图3a 图3d为机器人攀爬动作II过程示意图；图4a 图4d为机器人攀爬动作III过程示意图；图5a 图5d为机器人攀爬动作IV过程示意图；图6a 图6f为机器人攀爬动作V过程示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图I 6，本发明包含的部件机器人主要是由夹紧手爪1、10、11、24、伸缩电机17、翻转电机3、15、手爪夹紧电机8、23、手爪丝杠2、9、丝杠18、翻转架4、16、伸缩机构5、
6、20、21 构成。本发明采取了如下的技术方案夹紧部分由夹紧手爪II、夹紧手爪IV22、手爪丝杠12和夹紧电机1121构成。夹紧手爪Il和夹紧手爪IV24与导向轴11125、导向轴IV26采取了滑动配合的安装方式见图I。夹紧电机架Π22与翻转电机13固连。夹紧电机1123安装于夹紧电机架Π22中心处见图I并与手爪丝杠12通过联轴器固连。夹紧手爪II、夹紧手爪IV24分别与手爪丝杠12以螺旋传动相连接，但旋向相反。当夹紧电机II驱动螺纹旋向一定的手爪丝杠12转动时，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV26的运动方向相反，可实现手爪的夹紧和松开动作。伸缩部分由内伸缩管15、内伸缩管1120、外伸缩管16、外伸缩管1121、伸缩管连架19、伸缩电机17、伸缩电机架7和丝杠18组成。内伸缩管15、内伸缩管1120与翻转架1116固连，外伸缩管16与外伸缩管1121通过伸缩管连架19固连为一体。外伸缩管16和外伸缩管1121分别与翻转架14固连。伸缩电机17安装于伸缩电机架7上。伸缩电机架7、内伸缩管15、内伸缩管1120三者固连。伸缩管连架19与丝杠18为螺纹传动配合。根据以上连接关系，伸缩电机17驱动丝杠18输出的回转运动即可转化为伸缩管连架19的直线运动，从而实现机器人的伸缩动作见图2。翻转部分由翻转电机13、翻转架14和夹紧电机架1122组成。翻转电机13输出端与翻转架14固连，翻转电机13机体与夹紧电机架1122固连。当手爪机构夹紧目标并固定时，翻转电机13转动可驱动机器人实现翻转动作。见图3机器人在竖杆127上进行攀爬的情况如图2所示首先，夹紧电机I驱动手爪丝杠
I2转动实现夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24的夹紧动作，夹紧竖杆127。夹紧电机II反向转动实现夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll张开的动作脱离竖杆127。此时，机器人处于伸展状态见图2a。其次，伸缩电机17转动，通过螺纹传动关系转化为伸缩管连架19的直线运动，带动内伸缩管5进入外伸缩管6。此时，机器人处于收缩状态见图2b。再次，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现夹紧动作夹紧竖杆127，同时，令夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll实现手爪张开动作脱离竖杆127。在伸缩电机17反向驱动下，带动内伸缩管5退出外伸缩管6见图2c。最后，机器人整体重复以上动作即可进行快速的直线式攀爬动作I见图2d。机器人在竖杆127攀爬时遇到小障碍物31的翻转攀爬情况如图3所示首先，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现夹紧动作夹紧竖杆127，同时，夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll实现手爪张开动作脱离竖杆127。此时，机器人收缩至最短状态以保证翻转力矩最短见图3a。其次，翻转电机1115驱动夹紧手爪1110、夹紧手爪IIIll转动，转动角度约为180°见图3b。再次，翻转电机13驱动翻转架14转动，通过前文所述固连关系令机器人实现翻转动作见图3c。最后，当机器人处于翻转角度约为180°的位置时，夹紧电机1123驱动夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll实现夹紧动作夹紧竖杆127，并越过小障碍物31见图3d。至此，机器人完成了一个周期的攀爬动作II。重复上述动作即可完成连续的翻转攀爬动作。机器人在竖杆127上攀爬时遇到横杆28的翻转攀爬情况如图4所示首先，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现夹紧动作夹紧竖杆127，同时，夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll实现手爪张开动作脱离竖杆127见图4a。其次，翻转电机13驱动机器人进行翻转动作翻转至合适角度位置见图4b，此过程中应尽量保证机器人长度最短，力矩最小。再次，翻转电机II15驱动夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll转动至合适角度位置。同时，夹紧手爪IIio与夹紧手爪IIIll实现夹紧动作夹紧横杆128，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现手爪张开动作脱离竖杆127见图4c。最后，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24转动至合适角度位置，夹紧横杆128见图4d。至此，机器完成了攀爬动作III。机器人可在两并行的竖杆127和竖杆1129完成如图5的攀爬动作过程首先，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现夹紧动作夹紧竖杆127，夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll实现手爪张开动作脱离竖杆127。此时机器人处于竖直状态见图5a。其次，在翻转电机1115驱动下，机器人实现翻转动作转动至水平位置，同时配合伸缩电机17驱动机器人机构伸展，令夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24至合适位置，夹紧竖杆1129见图5b。再次，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现张开动作脱离竖杆II 29，夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll实现手爪夹紧动作夹紧竖杆127。同时，翻转电机1115驱动机器人转动进行方向向上的攀爬动作，配合伸缩电机17驱动机器人机构伸缩，令夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24至合适位置，夹紧竖杆II 29见图5c。最后，夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll实现张开动作脱离竖杆127，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现夹紧动作夹紧竖杆II 29。同时，翻转电机I 3驱动机器人转动，伸缩电机17驱动机器人机构伸缩，令夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll至合适位置，夹紧竖杆127见图5d。至此，机器人完成了一个周期的攀爬动作IV。重复上述动作过程即可实现连续的攀爬动作。机器人可完成从竖杆127攀爬至以竖杆127的上端附近位置为起点的竖杆III30的攀爬动作，如图7所示首先，机器人攀爬至竖杆127的上端极限位置见图6a、b。其次，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现夹紧动作夹紧竖杆127。同时，夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll实现手爪张开动作脱离竖杆127，伸缩电机17与翻转电机1115驱动机器人分别实现伸缩与夹紧手爪的转动，令夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll至合适范围内位置见图6c。再次，翻转电机13驱动机器人翻转，夹紧电机1123实现夹紧动作，使夹紧手爪IIlO与夹紧手爪IIIll夹紧竖杆11130。同时，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现手爪张开动作脱离竖杆127，翻转电机1115驱动二者转动至合适位置见图6d、e。最后，翻转电机13驱动机器人转动，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24至适位置见图6f。同时，夹紧手爪Il与夹紧手爪IV24实现夹紧动作夹紧竖杆11130。至此，机器人 完成攀爬动作V。
权利要求
1.夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人，其特征是包括夹紧部分、内伸缩管、外伸缩管、伸缩电机、伸缩管连架、翻转架、翻转电机，所述的夹紧部分包括夹紧手爪、夹紧电机、夹紧电机架、导向轴、手爪丝杠，所述的夹紧手爪包括第一夹紧手爪和第二夹紧手爪，第一夹紧手爪和第二夹紧手爪安装在导向轴和手爪丝杠上，夹紧电机安装在夹紧电机架上并通过手爪丝杠驱动第一夹紧手爪和第二夹紧手爪；翻转架包括第一翻转架和第二翻转架，翻转电机包括第一翻转电机和第二翻转电机，第一翻转电机安装在第一翻转架上，第二翻转电机安装在第二翻转架上，所述的内伸缩管、外伸缩管包括第一内伸缩管、第二内伸缩管、第一外伸缩管、第二外伸缩管，第一内伸缩管和第二内伸缩管安装在第二翻转架上，第一外伸缩管和第二外伸缩管安装在第一翻转架上，第一外伸缩管、第二外伸缩管分别套在第一内伸缩管、第二内伸缩上，第一外伸缩管和第二外伸缩管通过伸缩管连架相连，伸缩电机连接伸缩管连架并驱动伸缩管连架直线运动；所述的夹紧部分有两个，两个夹紧部分分别位于夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人本体的两端、通过各自的夹紧电机架与各自相对应的翻转电机相连。
2.根据权利要求I所述的夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人，其特征是所述的第一夹紧手爪和第二夹紧手爪与手爪丝杠以螺旋传动连接，旋向相反。
3.根据权利要求I或2所述的夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人，其特征是所述的夹紧手爪为双层的半六边形结构。
全文摘要
本发明的目的在于提供夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人，包括夹紧部分、内伸缩管、外伸缩管、伸缩电机、伸缩管连架、翻转架、翻转电机，所述的夹紧部分包括夹紧手爪、夹紧电机、夹紧电机架、导向轴、手爪丝杠，所述的夹紧部分有两个，两个夹紧部分分别位于夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人本体的两端、通过各自的夹紧电机架与各自相对应的翻转电机相连。本发明应用螺旋丝杠传动原理设计了伸缩机构，使机器人能进行快速伸缩式的直线攀爬；伸缩翻转一体化的设计方式可令机器人具备更好的地形适应能力；伸缩部分采用内外伸缩管结构，不承受径向力。
文档编号B25J15/00GK102632505SQ201210120050
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者刘少刚, 刘轻尘, 刘铮, 周钊, 廖粤峰, 张丽, 徐震, 林珊颖, 郭云龙, 鱼展 申请人:哈尔滨工程大学