一种涵道辅助爬梯机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种涵道辅助爬梯机器人，包括前支架、后支架，二者之间固定有相互平行的两个无杆气缸和两个滑杆，两个无杆气缸和两个滑杆交错分布；每个无杆气缸上滑动连接有前爪，每个滑杆上滑动连接有后爪，每个前爪、后爪为可开合的弧形结构，位于每个无杆气缸一侧的前爪、后爪通过槽轮和钢丝连接成环形；每个滑杆外侧固定有护板，前支架设两个相互平行的并能提供向下压力的前涵道，后支架设有能提供向前推力的两个后涵道。该爬梯机器人通过两根无杆气缸分别提供动力，带动前爪、后爪相对交替运动，配合前涵道、后涵道实现攀爬前进，使机器人拥有了坡度的自适应能力，拥有较快的运动速度和较大的负载能力，为人类抢险救援提供了很大的便利。
【专利说明】一种涵道辅助爬梯机器人
[0001]
【技术领域】
本发明涉及一种机器人，特别涉及一种涵道辅助爬梯机器人。
【背景技术】
[0002]随着时代的进步与科技的发展，有许多工作需要人类冒着生命危险去从事，例如在高层建筑失火，或危险作业场所，亦或者是有毒有害等物品泄露的场所施救，当消防、救援或者侦查人员往往难以直接接近现场时，往往通过爬梯子接近现场，有时需要运输仪器、设备、物资，也采用爬梯子的方法。但是这种方法伴随着极高的危险性，因此由机器人取代人类输送物资或者运输相应的探寻仪器不仅大大提高了救援的安全性，还能进入许多人类无法进入的地形。
[0003]因此爬梯机器人用于救援抢险等方面，必然能为人类提供了很大的便利，同时这就要求爬梯子机器人拥有较快的运动速度，能在启动后迅速稳定到达目标地点开始作业；也要求机器人具有较大的负载能力，能够承载各种需要的探寻仪器或者是物资等；还要求机器人具有很高的梯子坡度的适应能力，因为受空间或者地形限制，梯子坡度并不是一定的，梯子中间也可能会因为建筑物和周围情况，出现不规则的陡峭或抖动现象，并非是静止平缓的；最后，出于运输便利等方面考虑，还应让机器人体积和重量尽量小，运输时关键部位还应有保护。目前国内、国外已经出现了几种爬梯机器人，包括履带式、轮组式、步行式爬楼机器人，不仅都没有兼备以上特点，都存在一些不足，而且更为重要的是均针对倾斜角比较小(如小于30° )的楼梯设计，无法适应现有爬梯(即相邻爬杆之间存在空隙的梯子，且爬梯倾斜度大多数在40°以上)，也很难将仪器设备物资运送到所需要的地方去。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中所存在的爬楼机器人很难适应爬梯的上述不足，提供一种涵道辅助爬梯机器人。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案:
一种涵道辅助爬梯机器人，包括前支架、后支架，所述前支架、后支架之间固定有相互平行的两个无杆气缸和两个滑杆，两个所述无杆气缸和两个所述滑杆交错分布；每个无杆气缸上滑动连接有前爪，每个所述滑杆上滑动连接有后爪，每个所述前爪、后爪为可开合的弧形结构，位于每个所述无杆气缸一侧的所述前爪、后爪通过槽轮和钢丝连接成环形，每个所述滑杆外侧固定有护板；所述前支架设有至少一个前涵道，所述前涵道的涵道开口朝下并能提供向下的压力，所述后支架设有至少一个后涵道，所述后涵道的涵道开口位于水平方向并能提供向前的推力。
[0006]该涵道辅助爬梯机器人的两个前爪分别通过两根无杆气缸提供动力，实现前爪在无杆气缸上的滑动，同时，每个前爪与对应一侧的后爪通过槽轮和钢丝环形连接，前爪在无杆气缸上滑动时会拉动后爪同时相对滑杆滑动，从而形成两个前爪同时往后运动时后爪往前运动，两个前爪往前面运动时两个后爪往后面运动的交替循环运动；另外，两个前爪和两个后爪通过内设复位弹簧可压缩实现开合，其弧形状的结构正好与爬梯的爬杆适配能够扣合在爬杆上，滑杆外侧的护板便于两个前爪在攀爬时，两个后爪相对前爪运动并未接触爬杆而凌空时，护板作为底板在爬杆上滑动。在爬梯上攀爬时，后涵道类似于飞机发动机推力原理，能够对整个机器人提供向前的推力，从而使交替往复运动的前爪、后爪与爬梯的爬杆配合，实现向上攀爬。
[0007]该爬梯机器人结构简单，拥有较快的运动速度，也具有较大的负载能力，能够承载各种需要的探寻仪器或者是物资等；该爬梯机器人运输到爬梯处，启动后能够迅速、稳定攀爬到达目标地点，由于通过两个前爪、两个后爪作为攀爬方式，具有很高的梯子坡度适应能力，能够灵活适应坡度大于40°的爬梯，其重量较轻，运输方便，稳定性好，为人类抢险救援提供了很大的便利。
[0008]优选地，两个所述无杆气缸连接有机械同步架，两个所述前爪连接在所述机械同步架上。
[0009]两个无杆气缸套设一个机械同步架，再将两个前爪连接在机械同步架上，能够保证两个前爪同步实现运动，同时也保证了两个后爪的同步运动。
[0010]优选地，两个所述无杆气缸中的其中一个无杆气缸可替换为光轴。
[0011]当两个前爪都连接在机械同步架上时，机械同步架的动力可以只需要一根无杆气缸实现即可，另一个选用滑动的光轴，便于降低成本和易于控制。
[0012]优选地，两个所述无杆气缸均位于两个所述滑杆之间。
[0013]优选地，所述前支架设有两个相互平行的前涵道，两个所述前涵道的涵道开口均朝下。
[0014]在前支架设有两个相互平行的前涵道，其涵道方向朝下，能够提供更为稳定的向下压力，不仅便于在具有较大倾斜度得爬梯上能够更紧贴爬梯，而且还便于该机器人从爬梯攀爬到顶需要从倾斜状态顺利实现水平状态，避免发生倒翻。
[0015]优选地，所述后支架设有两个各个相互平行的后涵道，两个所述后涵道的涵道开口位于水平方向。
[0016]在后支架设有两个相互平行的后涵道，其涵道方向水平，能够提供两个推力，两个推力能更好的使机器人保持水平前进方向，不至于发生偏转。
[0017]优选地，所述前支架和后支架之间还设有可将每个所述前爪朝内合拢收爪的前收爪部件，所述前支架和后支架之间还设有可将每个所述后爪朝内合拢收爪的后收爪部件。
[0018]当机器人不需要攀爬时，比如需要将机器人运输到指定作业地点，需要贮存机器人时，通过前收爪部件将前爪收缩合拢，通过后收爪部件将后爪收缩合拢便于运输，同时也保护机器人的前爪、后爪不受损坏。
[0019]优选地，每个所述前收爪部件包括固定在前爪对应所述滑杆上的标准气缸，所述标准气缸前端连接有挡片，当所述标准气缸伸缩时，带动所述挡片拨动所述前爪将其朝内合拢收爪。
[0020]优选地，每个所述后收爪部件包括竖直固定在所述后支架上标准气缸，当所述标准气缸的气杆伸长时，拨动所述后爪实现朝内合拢收爪。
[0021]优选地，每个所述护板朝向所述前支架的一端部设有卷边。
[0022]护板的前端设有卷边，便于开始攀爬爬梯时，护板顺利接触爬杆并调整整个机器人的朝上倾斜状态，实现攀爬上升。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果:
1、本发明所述一种涵道辅助爬梯机器人的两个前爪分别通过两根无杆气缸分别提供动力，实现前爪在无杆气缸上的滑动，进而带动后爪相对前爪的交替运动，配合前涵道、后涵道实现攀爬前进，使机器人拥有了坡度的自适应能力，能够灵活适应坡度大于40°的爬梯，其结构简单、重量较轻、运输方便，稳定性好，拥有较快的运动速度，也具有较大的负载能力，能够承载各种需要的探寻仪器或者是物资等，为人类抢险救援提供了很大的便利；
2、该爬梯机器人上的机械同步架将两个前爪连接，能够保证两个前爪同步实现运动，同时也保证了两个后爪的同步运动；
3、当机器人不需要攀爬时，比如需要将机器人运输到指定作业地点，需要贮存机器人时，通过前收爪部件将前爪收缩合拢，通过后收爪部件将后爪收缩合拢，不仅便于运输，而且也保护机器人的前爪、后爪不受损坏。
[0024]【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明所述一种涵道辅助爬梯机器人的结构示意图；
图2为图1的仰视图；
图3为图1中两个无杠气缸、机械同步架配合的示意图；
图4为图3的左视图；
图5为图1中的前爪、后爪与前收爪部件、后收爪部件配合示意图；
图6为本发明所述爬梯机器人在爬梯上攀爬初始示意图；
图7为爬梯机器人攀爬时后爪逐渐被爬杆压回状态示意图；
图8为爬梯机器人的后爪完全被爬杆压合状态示意图；
图9为爬梯机器人的后爪越过爬杆后重新张开状态示意图；
图10为爬梯机器人继续前行示意图；
图11为爬梯机器人的后爪和前爪即将重叠在同一个爬杆上的示意图；
图12为爬梯机器人的后爪越过前爪的示意图；
图13为爬梯机器人的后爪再次被前方爬杆压回时的示意图；
图14为爬梯机器人攀爬单次行程结束时的示意图；
图15为爬梯机器人开始第二次攀爬状态时示意图；
图16为爬梯机器人第二次攀爬时前爪、后爪重叠状态时示意图；
图17为爬梯机器人即将到达爬梯顶端时的示意图；
图18为整个爬梯机器人即将整体到达目标状态时的示意图；
图19为爬梯机器人完成了整个爬梯的攀爬后示意图。
[0025]图中标记:
01、爬梯，02、爬杆，1、前支架，2、后支架，3、无杆气缸，4、滑杆，5、前爪，6、后爪，7、前涵道，8、后涵道，9、前收爪部件，91、气缸，92、挡片，10、后收爪部件，11、机械同步架，12、槽轮，13、钢丝，14、护板，15、卷边。
【具体实施方式】
[0026]下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本发明的范围。
[0027]如图1所示，一种涵道辅助爬梯机器人，包括前支架1、后支架2，在前支架1、后支架2之间固定有相互平行的两个无杆气缸3和两个滑杆4，两个无杆气缸3和两个滑杆4交错分布，如图2所示，且两个无杆气缸3均位于两个滑杆4之间；每个无杆气缸3上滑动连接有前爪5，前爪5靠近前支架1 一端，每个滑杆4上滑动连接有后爪6，后爪6靠近后支架2 一端；每个前爪5、后爪6为可开合的弧形结构，位于每个无杆气缸3 —侧的前爪5、后爪6通过槽轮12和钢丝13连接成环形。每个滑杆4外侧固定有护板14，便于两个前爪5在攀爬时，两个后爪6相对前爪5运动并未接触爬杆02而凌空时，护板14作为底板在爬杆02上平行滑动，另外，护板14的前端设有卷边15，便于开始攀爬爬梯01时，护板14顺利接触爬杆02并调整整个机器人的朝上倾斜状态，实现攀爬上升。前支架1设两个相互平行的前涵道7，两个前涵道7的涵道开口朝下并能提供向下的压力，后支架2设有两个后涵道8，两个后涵道8的涵道开口位于水平方向并能提供向前的推力。
[0028]如图3、4所示，两个无杆气缸3之间横向还连接有机械同步架11为一整体，两个前爪5则连接在机械同步架11上，能够保证两个前爪5同步实现运动，同时也保证了两个后爪6的同步运动。为了降低成本和易于同步控制，可以讲两个无杆气缸3中的其中一个无杆气缸3可替换为光轴。每个前爪5与对应一侧的后爪6通过前后两个槽轮12用钢丝13连接成环形，此时，前爪5在无杆气缸3上滑动时会拉动后爪6同时相对滑杆4滑动，从而形成两个前爪5同时往后运动时后爪6往前运动，两个前爪5往前面运动时两个后爪6往后面运动的交替循环运动。两个前爪5和两个后爪6为了更好的扣合在爬梯01的爬杆02上，将两个前爪5和两个后爪6设计为弧形状，且内设复位弹簧可压缩实现开合。
[0029]如图5所示，在前支架1和后支架2之间还设有可将每个前爪5朝内合拢收爪的前收爪部件9，每个前爪5对应一个收爪部件，其中每个前收爪部件9包括固定在前爪5对应滑杆4上的标准气缸91，标准气缸91前端连接有弯钩形挡片92。当标准气缸91伸缩时，带动挡片92拨动前爪5将其朝内合拢收爪。
[0030]同时，在前支架1和后支架2之间还设有可将每个后爪6朝内合拢收爪的后收爪部件10，每个后爪6对应一个后收爪部件10，其中每个后收爪部件10包括竖直固定在后支架2上标准气缸，当标准气缸的气杆伸长时，拨动所述后爪6实现朝内合拢收爪。
[0031]当机器人不需要攀爬时，比如需要将机器人运输到指定作业地点，需要贮存机器人时，通过前收爪部件9将前爪5收缩合拢，通过后收爪部件10将后爪6收缩合拢便于运输，同时也保护机器人的前爪5、后爪6不受损坏。
[0032]该涵道辅助爬梯机器人的两个前爪5分别通过两根无杆气缸3提供动力，实现前爪5在无杆气缸3上的滑动，同时，后涵道8类似于飞机发动机推力原理，能够对整个机器人提供向前的推力，前涵道7提供向下的压力，是机器人能够紧贴压合在爬梯01上不至于倒翻，从而使交替往复运动的前爪5、后爪6与爬梯01的爬杆02配合，实现向上攀爬。
[0033]该爬梯机器人在爬梯01上攀爬时，其爬梯01过程如图6-19所示，具体如下: 如图6为爬梯机器人的初始状态，其中在后涵道8的推动下，爬梯机器人利用护板14和卷边15顺利上爬到爬梯01上，两个前爪5张开顺利扣合勾住爬杆02，准备上爬，而后爪6并未接触爬杆02而处于凌空状态。
[0034]如图7为爬梯机器人攀爬时后爪6逐渐被爬杆02压回状态，由于无杆气缸3开始运动，带动前爪5向后运动，由于前爪5相对爬杆02静止，因此整个爬梯机器人相对爬梯01朝上运动。后爪6为从动爪，依靠前爪5和槽轮12、钢丝13组成的环形回路，将回复力传递给后爪6，使其向前运动，两者运动是同步的。当后爪6碰到爬杆02时，被爬杆02自然压回，后爪6的伸展张开状态渐渐变为收缩合拢状态，继续向前运动。
[0035]如图8为爬梯机器人的后爪6完全被爬杆02压合状态，随着爬梯机器人继续朝上运动，后爪6被爬梯01完全压合，完全变为收缩状态，整个过程前爪5仅仅扣合在爬杆02上。
[0036]如图9为爬梯机器人的后爪6越过爬杆02后重新张开状态，随着爬梯机器人继续前行，后爪6完全越过爬杆02，后爪6内设的复位弹簧将后爪6完全恢复张开状态。
[0037]如图10为爬梯机器人继续前行，后爪6逐渐靠近前爪5的状态。
[0038]如图11为爬梯机器人的后爪6和前爪5即将重叠在同一个爬杆02上的状态，此时由于两个无杆气缸3和两个滑杆4是属于交错分布的，所以后爪6和前爪5相互不会发生干涉。此时，无杆气缸3带动机械同步架11和前爪5即将运动到中间位置，前、后爪6发生相遇，此时前爪5继续勾住爬杆02，作为攀爬动力爪，后爪6又一次被爬梯01压回。
[0039]如图12为爬梯机器人的后爪6越过前爪5的状态，无杆气缸3上的机协同步架继续运动，前爪5继续扣合勾住爬杆02，后爪6相对继续朝前运动，继而超过前爪5，运动到其前方。
[0040]如图13为爬梯机器人的后爪6再次被前方爬杆02压回的状态，当无杆气缸3运动一次行程即将结束时，即该无杆气缸3单方向作用即将结束时，后爪6又一次碰到前方爬杆02，被爬杆02压回后并越过前方爬杆02，继续保持前行。
[0041]如图14为爬梯机器人攀爬单次行程结束，此时即无杆气缸3单次行程运动结束，后爪6超过前方爬杆02，依靠复位弹簧保持张开，准备第二次攀爬。
[0042]如图15为爬梯机器人的第二次攀爬状态，在第二次攀爬开始，无杆气缸3开始第二次往回的行程运动，带动前爪5反方向向前运动，此时后爪6勾住爬梯01，成为攀爬动力爪，前爪5则逐渐脱离爬梯01，继续前行。
[0043]如图16为爬梯机器人第二次攀爬时前爪5、后爪6重叠状态，随着无杆气缸3再次运动到中间位置，前爪5、后爪6再次相遇，此时，后爪6依旧扣合勾住爬杆02，作为攀爬动力爪，前爪5被爬杆02压回，继续朝前运动。
[0044]根据图6-图16的攀爬方法，前爪5、后爪6循环交替，实现攀爬。
[0045]如图17为爬梯机器人即将到达爬梯01顶端时的状态，此时不同于之前攀爬状态一一之前所有状态均有两个前爪5或后爪6，以及护板14接触爬杆02，使得机器人不会绕爬杆02旋转。但此时，只有后爪6勾住梯子，而无其他接触点，因为护板14已经离开爬梯01，如果梯子角度过大，甚至接近90度，这使得机器人拥有绕后爪6顺时针旋转和逆时针旋转的两个自由度，这意味着机器人可能会有掉落的危险，因此开启前涵道7，提供向下压力，使机器人只能顺时针旋转，即向着目标方向旋转；同时，前收爪部件9气缸收缩，准备进行收爪，挡片92触碰到前爪5并将其渐渐压回，实现收爪，防止爬梯机器人前端与目标平台发生碰撞，保护了前爪5。
[0046]需要说明的是，前涵道7是为了让机器人拥有坡度的自适应能力，当即将到达目标地点时，会利用前方涵道；或者在梯子陡峭，倾角不恒定时，为了让机器人紧紧贴在爬梯01上，不会掉落，也会启用前涵道7。在一般情况下，前方涵道不使用。
[0047]图18为整个爬梯机器人即将整体到达目标状态，此时前收爪机构将位于前方的爪完全收回，由于后涵道8推力，以及机器人惯性，使得机器人后爪6逐渐脱离梯子继续向前运动，此时，后爪6碰到平台边缘，启动后收爪部件10，将其压回。
[0048]如图19即爬梯机器人完成了整个攀爬，到达了目标地点。
[0049]该爬梯机器人结构简单，拥有较快的运动速度，也具有较大的负载能力，能够承载各种需要的探寻仪器或者是物资等；该爬梯机器人运输到爬梯01处，启动后能够迅速、稳定攀爬到达目标地点，由于通过两个前爪5、两个后爪6作为攀爬方式，具有很高的梯子坡度适应能力，能够灵活适应坡度大于40°的爬梯01，其重量较轻，运输方便，稳定性好，为人类抢险救援提供了很大的便利。
【权利要求】
1.一种涵道辅助爬梯机器人，包括前支架(1)、后支架(2)，其特征在于，所述前支架(1)、后支架(2)之间固定有相互平行的两个无杆气缸(3)和两个滑杆(4)，两个所述无杆气缸(3)和两个所述滑杆(4)交错分布；每个无杆气缸(3)上滑动连接有前爪(5)，每个所述滑杆(4)上滑动连接有后爪(6)，每个所述前爪(5)、后爪(6)为可开合的弧形结构，位于每个所述无杆气缸⑶一侧的所述前爪(5)、后爪(6)通过槽轮(12)和钢丝(13)连接成环形，每个所述滑杆(4)外侧固定有护板(14);所述前支架(1)设有至少一个前涵道(7)，所述前涵道(7)的涵道开口朝下并能提供向下的压力，所述后支架(2)设有至少一个后涵道(8)，所述后涵道(8)的涵道开口位于水平方向并能提供向前的推力。
2.根据权利要求1所述的一种涵道辅助爬梯机器人，其特征在于，两个所述无杆气缸(3)连接有机械同步架(11)，两个所述前爪(5)连接在所述机械同步架(11)上。
3.根据权利要求2所述的一种涵道辅助爬梯机器人，其特征在于，两个所述无杆气缸(3)中的其中一个无杆气缸可替换为光轴。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种涵道辅助爬梯机器人，其特征在于，两个所述无杆气缸(3)均位于两个所述滑杆(4)之间。
5.根据权利要求4所述的一种涵道辅助爬梯机器人，其特征在于，所述前支架(1)设有两个相互平行的前涵道(7)，两个所述前涵道(7)的涵道开口均朝下。
6.根据权利要求4所述的一种涵道辅助爬梯机器人，其特征在于，所述后支架(2)设有两个各个相互平行的后涵道(8)，两个所述后涵道(8)的涵道开口位于水平方向。
7.根据权利要求4所述的一种涵道辅助爬梯机器人，其特征在于，所述前支架(1)和后支架(2)之间还设有可将每个所述前爪(5)朝内合拢收爪的前收爪部件(9)，所述前支架(1)和后支架(2)之间还设有可将每个所述后爪(6)朝内合拢收爪的后收爪部件(10)。
8.根据权利要求7所述的一种涵道辅助爬梯机器人，其特征在于，每个所述前收爪部件(9)包括固定在前爪(5)对应所述滑杆(4)上的标准气缸(91)，所述标准气缸(91)前端连接有挡片(92)，当所述标准气缸(91)伸缩时，带动所述挡片(92)拨动所述前爪(5)将其朝内合拢收爪。
9.根据权利要求7所述的一种涵道辅助爬梯机器人，其特征在于，每个所述后收爪部件(10)包括竖直固定在所述后支架上标准气缸，当所述标准气缸的气杆伸长时，拨动所述后爪(6)实现朝内合拢收爪。
10.根据权利要求4所述的一种涵道辅助爬梯机器人，其特征在于，每个所述滑杆(4)外侧平行固定有护板(14)，每个所述护板(14)朝向所述前支架(1)的一端部设有卷边(15)。
【文档编号】B62D57/024GK104443099SQ201410654317
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】骆德渊, 王朝文, 伍功宇, 董继波, 杜浩然 申请人:电子科技大学