本发明涉及爬行机器人技术领域，具体地说是一种形状自适应攀爬机器人。
背景技术：
随着科技发展，爬行类机器人已经越来越多地应用到工农业生产及科研探索领域，尤其是在复杂危险或人类无法到达的环境下，爬行类机器人已经能够代替人类完成各种作业。现有技术中，国内外的学者专家研制出了外形多样及原理各异的攀爬机器人来针对特定环境完成指定的任务，但其结构相对复杂，驱动数目多且控制繁琐，自适应性较差，使得攀爬机器人的应用受到局限。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种形状自适应攀爬机器人，具备不同形状物体自适应抱持攀爬功能，结构轻巧紧凑，制造、维护成本低。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种形状自适应攀爬机器人，包括机座、抱持电机、抱持传动机构、抱持机构、爬行电机、爬行传动机构和爬行轮，其中所述机座的前后端均设有爬行轮、爬行传动机构和爬行电机，所述爬行轮通过所述爬行电机驱动旋转，所述爬行电机通过所述爬行传动机构传递转矩，在所述机座上设有抱持电机和抱持传动机构，所述抱持传动机构包括一个齿轮传动组和多个输出连杆，所述多个输出连杆分设于机座两侧，并且所述机座两侧的输出连杆通过所述抱持电机驱动同步反向转动，所述抱持电机通过所述齿轮传动组传递转矩，在所述机座两侧均设有抱持机构，所述抱持机构包括多个依次铰接的肢节，并且所述抱持机构通过所述抱持传动机构上的输出连杆驱动变形。
所述抱持传动机构中的齿轮传动组包括主动齿轮、惰轮、第一输出齿轮和第二输出齿轮，其中主动齿轮安装在所述抱持电机的输出轴上，所述主动齿轮同时与所述惰轮和所述第一输出齿轮啮合，所述惰轮与所述第二输出齿轮啮合，所述两个输出齿轮中部均设有传动轴，所述机座两侧的输出连杆分设于所述两个传动轴上。
所述输出连杆包括铰接的第一连杆和第二连杆，其中第一连杆通过所述任一传动轴驱动摆动，所示第二连杆远离所述第一连杆一端与抱持机构连接。
所述机座上设有一个电机安装板，所述抱持电机和各个齿轮均设置于所述电机安装板上，在所述机座上还设有两个传动轴支撑架，所述两个传动轴均通过所述传动轴支撑架和电机安装板支撑。
所述抱持机构包括首端肢节、中间肢节和末端肢节，所述首端肢节与所述机座侧边铰接，各个肢节则依次铰接且各个肢节内部均设有辅助轮，另外在所述首端肢节和中间肢节上均设有驱动连杆架，每个驱动连杆架两侧均设有包含多个连杆的驱动连杆组，且每个驱动连杆架两侧的驱动连杆组最外端分别与相邻肢节之间的铰接轴端部铰接，每个驱动连杆架的动力输出杆中部均通过弹簧与所在肢节中部连接，所述首端肢节上的第一驱动连杆架通过所述抱持传动机构中的输出连杆驱动张合，所述中间肢节上的第二驱动连杆架通过上一肢节上的驱动连杆架驱动张合。
所述第一驱动连杆架两侧的第一动力输入杆通过推轴相连，所述抱持传动机构中的输出连杆与所述第一驱动连杆架上的推轴相连，所述第二驱动连杆架上的第二动力输入杆呈钝角状折弯，且所述第二动力输入杆的中部折弯处与上一肢节上的驱动连杆架中的动力输出杆铰接。
与末端肢节相邻的中间肢节上的动力输出杆通过一个摆杆与所述中间肢节和末端肢节(之间的铰接轴端部相连。
所述爬行传动机构包括一个同步带传动机构，所述同步带传动机构中的主动带轮安装在爬行电机的输出轴上，从动带轮与爬行轮的轮轴固连，所述主动带轮和从动带轮通过同步带相连。
在所述机座端部两侧分别设有电机支撑架＝和安装侧板＝，所述爬行电机固装在所述电机支撑架上，所述爬行轮两侧的轮轴分别通过一个保持杆与所述电机支撑架和安装侧板相连。
在所述电机支撑架上设有上挡轴、下挡轴和调整弹簧，与所述电机支撑架相连的第一保持杆由所述上挡轴和下挡轴之间穿过并与所述电机支撑架铰接，所述调整弹簧一端与所述电机支撑架固连，另一端与所述第一保持杆固连。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明提供的机器人同时具备欠驱动机构的自适应性与轮式爬行机器人的灵活性。
2.本发明通过单电机驱动传动系统，以齿轮与连杆结合的方式驱动三个三关节欠驱动抱持机构，实现机器人的抱持功能，驱动数目少而控制简单。
3.本发明采用两个爬行驱动机构，分别配置一个电机，保证机器人沿抱持物体攀爬具有足够的动力。
4.本发明能够实现对不同形状物体自适应抱持攀爬功能，结构轻巧紧凑，制造、维护成本低。
附图说明
图1为本发明的俯视图，
图2为图1中本发明的三维示意图，
图3为图1中的抱持传动机构示意图，
图4为图3中的抱持传动机构工作状态示意图，
图5为图1中的抱持机构示意图，
图6为图1中的爬行传动机构示意图，
图7为本发明的工作状态示意图一，
图8为本发明的工作状态示意图二。
其中，1为机座；2为抱持传动机构，21为传动轴支撑架，22为主动齿轮，23为第一输出齿轮，24为第一传动轴，25为惰轮，26为电机安装板，27为第二输出齿轮，28为第二传动轴，29第二连杆，210为第一连杆；3为抱持机构，31为销轴，32为铰链，33为第一动力输入杆，34为推轴，35为辅助支杆，36为第二动力输入杆，37为第二动力输出杆，38为辅助轮，39为弹簧，310为末端肢节，311为摆杆，312为第一动力输出杆，313为中间肢节，314为首端肢节；4为爬行传动机构，41为从动带轮，42为第一保持杆，43为下挡轴，44为调整弹簧，45为上挡轴，46为同步带，47为主动带轮，48为电机支撑架，49为第二保持杆，410为安装侧板，411为轮轴；5为爬行轮；6为抱持电机；7为爬行电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～2所示，本发明包括机座1、抱持电机6、抱持传动机构2、抱持机构3、爬行电机7、爬行传动机构4和爬行轮5，其中所述机座1的前后端均设有爬行轮5、爬行传动机构4和爬行电机7，所述爬行轮5通过所述爬行电机7驱动旋转，所述爬行电机7通过所述爬行传动机构4传递转矩，在所述机座1上设有抱持电机6和抱持传动机构2，所述抱持传动机构2包括一个齿轮传动组和多个输出连杆，所述多个输出连杆分设于机座1两侧，并且机座1两侧的输出连杆通过所述抱持电机6驱动同步反向转动，所述抱持电机6通过所述齿轮传动组传递转矩，在所述机座1两侧均设有抱持机构3，所述抱持机构3包括多个依次铰接的肢节，并且所述抱持机构3通过所述抱持传动机构2上的输出连杆驱动变形。本实施例中在所述机座1一侧设有一个抱持机构3，另一侧设有两个抱持机构3，且机座1两侧的抱持机构3交错设置。
如图1～4所示，所述抱持传动机构2中的齿轮传动组包括主动齿轮22、惰轮25、第一输出齿轮23和第二输出齿轮27，其中主动齿轮22安装在所述抱持电机6的输出轴上，所述主动齿轮22同时与所述惰轮25和所述第一输出齿轮23啮合并分别输出转矩，所述惰轮25与所述第二输出齿轮27啮合输出转矩，所述第一输出齿轮23中部设有第一传动轴24，所述第二输出齿轮27中部设有第二传动轴28，在所述第一传动轴24和第二传动轴28上均设有输出连杆，所述输出连杆包括铰接的第一连杆210和第二连杆29，其中第一连杆210通过所述第一传动轴24或第二传动轴28驱动摆动，所示第二连杆29远离所述第一连杆210一端与抱持机构3连接，所述输出连杆张合实现驱动抱持机构3变形。如图3所示，在所述机座1上设有一个电机安装板26，所述抱持电机6和各个齿轮均设置于所述电机安装板26上，在所述机座1上还设有两个传动轴支撑架21，所述第一传动轴24和第二传动轴28即通过所述传动轴支撑架21和电机安装板26共同支撑。
本发明的抱持机构3为连杆欠驱动抱持机构。如图1～2和图5所示，所述抱持机构3包括首端肢节314、中间肢节313和末端肢节310，其中所述首端肢节314通过销轴31和铰链32与所述机座1侧边铰接，各个肢节依次铰接且各个肢节内部均设有辅助轮38，另外在所述首端肢节314和中间肢节313上均设有驱动连杆架，每个驱动连杆架两侧均设有包含多个连杆的驱动连杆组，且每个驱动连杆架两侧的驱动连杆组最外端分别与相邻肢节之间的铰接轴端部铰接，每个驱动连杆架的动力输出杆中部均通过弹簧39与各肢节中部连接，且在所述各个动力输出连杆中部均设有长槽，所述弹簧39端部位置在所述长槽中可调。
如图5所示，在所述首端肢节314上设有第一驱动连杆架，所述第一驱动连杆架两侧的第一动力输入杆33通过推轴34相连，所述第一驱动连杆架两侧的第一动力输出杆312通过辅助支杆35相连，如图3～4所示，在所述抱持传动机构2中，其输出连杆中的第二连杆29与所述第一驱动连杆架上的推轴34相连实现驱动所述第一驱动连杆架张合。在所述中间肢节313上设有第二驱动连杆架，且所述第二驱动连杆架两侧的第二动力输入杆36呈钝角状折弯，所述首端肢节314上的第一动力输出杆312端部与相邻中间肢节313上的第二动力输入杆36中部的折弯处铰接以驱动该第二驱动连杆架张合，所述第二驱动连杆架两侧的第二动力输出杆37通过辅助支杆35相连。本发明可以设置一个中间肢节313，也可以设置多个中间肢节313，当抱持机构3设有一个中间肢节313时，所述中间肢节313上的第二动力输出杆37直接通过一个摆杆311与所述中间肢节313和末端肢节311之间的铰接轴端部相连以驱动末端肢节310变形。当设有多个中间肢节313时，除最末端中间肢节313外的其他中间肢节31上的第二动力输出杆37端部与下一肢节上的第二动力输入杆36中部的折弯处铰接，驱动下一肢节上的第二驱动连杆架张合，最末端中间肢节313上的第二动力输出杆37通过一个摆杆311与所述最末端中间肢节313和末端肢节311之间的铰接轴端部相连，驱动末端肢节310变形。
如图1～2和图6所示，所述爬行传动机构4包括一个同步带传动机构，所述同步带传动机构中的主动带轮47安装在爬行电机7的输出轴上，从动带轮41与爬行轮5的轮轴411固连，所述主动带轮47和从动带轮41通过同步带46相连，在所述机座1端部两侧分别设有电机支撑架48和安装侧板410，其中所述电机支撑架48呈凹型，所述爬行电机7固装在所述电机支撑架48的一个侧壁A上，所述爬行轮5两侧的轮轴411分别通过一个保持杆与所述电机支撑架48和安装侧板410相连，在所述电机支撑架48上设有上挡轴45、下挡轴43和调整弹簧44，与所述电机支撑架48相连的第一保持杆42由所述上挡轴45和下挡轴43之间穿过并与所述电机支撑架48的另一侧壁B铰接，所述上挡轴45和下挡轴43限定所述第一保持杆42摆动范围，所述调整弹簧44一端固设于所述电机支撑架48的凹部底面上，另一端与所述第一保持杆42伸入至所述电机支撑架48的一端固连，所述调整弹簧44起到调节减震作用，所述爬行轮5另一侧的轮轴411通过第二保持杆49与所述安装侧板410相连，且所述第二保持杆49与所述安装侧壁410铰接。
本发明的工作原理为：
本发明机座1前后端均设有爬行轮5、爬行传动机构4和爬行电机7，所述爬行轮5通过所述爬行电机7驱动旋转，所述爬行电机7通过所述爬行传动机构4传递转矩，在所述机座1上设有抱持电机6和抱持传动机构2，所述抱持传动机构2包括一个齿轮传动组和多个输出连杆，所述齿轮传动组中设有一个主动齿轮22和两个输出齿轮，抱持电机6与所述主动齿轮22固连，两个输出齿轮中部的轮轴上均设有输出连杆，所述抱持机构3通过所述输出连杆驱动变形。
如图7～8所示，抱持机构3工作时，所述输出连杆推动首端肢节314上的第一驱动连杆架张合，所述抱持机构3作为伪刚性体靠近抱持物体，直至所述首端肢节314与抱持物体接触，所述第一驱动连杆架同时驱动中间肢节313上的第二驱动连杆架张合，使中间肢节32作为伪刚性体克服首端肢节314上的弹簧力作用并向抱持物体靠近，直至与抱持物体接触，末端肢节310作为伪刚性体同时克服首端关节314上的弹簧力与中间肢节313上的弹簧力向抱持物体靠近，直至与物体接触形成抱持。本发明可根据需要设置一个或多个中间肢节313。
当抱持机构3完成抱持动作后，机器人的爬行轮5与被抱持物体接触形成接触压力，同时爬行轮5两侧的保持连杆在调整弹簧44作用下，根据接触力的大小合理调节爬行轮5位置，并减缓攀爬过程中障碍冲击，爬行电机7执行指令动作驱动爬行轮5转动，克服重力及摩擦力作用实现沿物体攀爬动作。