一种变径自适应越障攀爬机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种变径自适应越障攀爬机器人，包括机身、环抱机构和攀爬机构，机身包括第一单组机身、第二单组机身，第一单组机身和第二单组机身上均设有两条并列设置的弧形导向槽，单组机身上的环抱机构设有两个，两个环抱机构相互之间反向设置且分别与一条导向槽同轴配合并通过齿轮齿条驱动，攀爬机构设置在环抱机构上；本发明通过设置两组机身，每组机身上的两组环抱机构与攀爬机构相结合，在多组柔性关节和弹簧的共同作用下，可以实现在±200mm高度障碍上进行越障，通过履带式的攀爬机构，使得攀爬机器人在杆件上攀爬迅速，同时几组环抱机构分别工作，可以快速的进行障碍的翻越，适应性强，速度很快，负载能力很强，减少中间复杂的控制步骤。
【专利说明】
一种变径自适应越障攀爬机器人
技术领域
[0001]本发明涉及电力设施攀爬机器人技术领域，更具体地说，尤其涉及一种变径自适应越障攀爬机器人。
【背景技术】
[0002]机器人的攀爬需要克服重力的作用而可靠地依附于爬升表面并自主移动，完成特定条件下的作业。爬杆机器人是爬升机器人的一种，它主要依附于杆体表面进行自动爬行，完成相关作业。按照不同的驱动方式，爬杆机器人主要分为电力驱动爬杆机器人、液压驱动爬杆机器人和气压驱动爬杆机器人等;按照不同的攀爬方式，爬杆机器人可分为蠕动式(尺蠖式)爬杆机器人、滚动式爬杆机器人和翻转式爬杆机器人等;按照不同的攀爬机构，又可分为环抱式爬杆机器人、夹持式爬杆机器人和吸附式爬杆机器人。
[0003]根据不同的作业要求，爬杆机器人的作业路径、攀爬方式、越障方式都有所不同。就越障功能来讲，在现有的爬杆机器人中越障机构依然以仿尺蠖式的步态机构为主，但这也使得机器人对杆件直径适应性大大降低，夹爪式的固定机构只能适应小范围直径杆件的夹持固定，当杆件直径有较大变化时机器人夹爪开口尺寸已难以适应直径的变化，只能通过更换夹具的方式来完成。同时，在翻越障碍时机器人震动难以避免，但尺蠖式机构由于步态式的前进动作进一步降低了机身稳定性，因此它们的通用性和适用性比较差，只能适合尺寸一定的杆件攀爬和越障。就较大变径、负重等作业要求来讲，吸附式攀爬机器人虽然可以适应壁面、杆件等不同的垂直表面，但因其吸附结构的局限性使得其负重、越障能力大大降低，而尺蠖式、夹持式机器人虽然有良好的负重能力和越障能力，但又因为其夹持机构的限制使得机器人难以适应有较大变径情况的杆件。因此现有的攀爬机器人大部分机构具有攀爬过程中的单一功能，对具有综合性能，集攀爬、越障、适应较大变径工况等功能为一体的机构的研究很少。所以，设计一种具有能够完成较大变径、有越障功能且具有较高负重效果的攀爬机器人显得尤为重要。本发明针对以上问题提出了一种具有全新结构的爬杆机器人，其可以在不同直径的杆件上进行攀爬越障，越障过程采用履带式结构，运行稳定可靠，对杆件工况要求低，并且具有一定的负重能力。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有爬杆机器人无法完成在较大变径、有障碍以及负重等作业环境下的攀爬问题，提供一种变径自适应越障攀爬机器人，该机器人不仅可以完成越障、负重等作业任务，还能够完成在圆锥形变径杆件、阶梯型变径杆件以及不同直径尺寸圆柱形杆件上的攀爬运行任务。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:一种变径自适应越障攀爬机器人，包括机身、环抱机构和攀爬机构，所述机身包括第一单组机身、第二单组机身、第一机身连接块、第二机身连接块、机身连接轴和机身弹簧，所述第一机身连接块固定在所述第一单组机身上，所述第二机身连接块固定在所述第二单组机身上，所述第一机身连接块和第二机身连接块通过机身连接轴铰接，所述机身弹簧位于所述机身连接轴的正下方，且机身弹簧的两端分别固定在所述第一单组机身和第二单组机身上;所述第一单组机身和第二单组机身上均设有两条并列设置的弧形的导向槽，每个单组机身上的环抱机构均设有两个，两个环抱机构相互之间反向设置且分别与一条导向槽同轴配合，所述攀爬机构设置在所述环抱机构上；
[0006]所述环抱机构包括驱动机构、环抱执行机构和环抱施力机构，所述驱动机构包括箱体、步进电机、联轴器、后轴承座、前轴承座、蜗杆、不完全蜗轮、蜗轮转轴、主推杆、推杆转轴和卡簧，所述步进电机固定在箱体的后端，步进电机通过联轴器连接所述蜗杆的一端，蜗杆的前后两端分别通过轴承固定在前轴承座和后轴承座上，所述前轴承座和后轴承座均固定在所述箱体内部，所述步进电机的转轴、联轴器、蜗杆、后轴承座和前轴承座的轴心位于同一条直线上;所述不完全蜗轮通过蜗轮转轴铰接在所述箱体上，所述不完全蜗轮与所述蜗杆啮合，所述不完全蜗轮与其轴向垂直的中心面与箱体的中心面重合，不完全蜗轮的两侧均通过卡簧进行约束，所述不完全蜗轮上还安装有推杆转轴，所述主推杆的后端通过所述推杆转轴铰接在所述不完全蜗轮上;所述环抱执行机构包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第一关节转轴、第二关节转轴、第三关节转轴和第四关节转轴，所述箱体的前端和第一关节的前端通过第一关节转轴铰接，所述第一关节的后端和第二关节的前端通过第二关节转轴铰接，所述第二关节的后端和第三关节的前端通过第三关节转轴铰接，所述第三关节的后端和第四关节的前端通过第四关节转轴铰接;所述第一关节、第二关节、第三关节和第四关节均由关节左侧板、关节右侧板和间隔柱构成，关节左侧板通过均布的多个间隔柱与关节右侧板固定连接;所述关节左侧板和关节右侧板的中心位置均开设有么型孔滑槽;所述环抱施力机构包括第一前推杆轴、第一后推杆轴、第二前推杆轴、第二后推杆轴、第三前推杆轴、第三后推杆轴、第一受力轴、第二受力轴、第三受力轴、第四受力轴、第一施力轴、第二施力轴、第三施力轴、第一前推杆、第二前推杆、第三前推杆、第一后推杆、第二后推杆、第三后推杆、第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆、第一伸缩弹簧、第二伸缩弹簧、第三伸缩弹簧;所述主推杆的后端通过第一受力轴铰接在第一关节的前端，所述第一前推杆的前端通过第一施力轴与箱体铰接，所述第一前推杆轴的后端与第一伸缩杆的前端通过第一前推杆轴铰接，所述第一伸缩杆的后端与第一后推杆的前端通过第一后推杆轴铰接，所述第一后推杆的后端通过第二受力轴铰接在第二关节的前端;所述第二前推杆的前端通过第二施力轴铰接在第一关节的后端，所述第二前推杆的后端与第二伸缩杆的前端通过第二前推杆轴铰接，所述第二伸缩杆的后端与第二后推杆的前端通过第二后推杆轴铰接，所述第二后推杆轴的后端通过第三受力轴铰接在第三关节的前端;所述第三前推杆的前端通过第三施力轴交接在第二关节的后端，所述第三前推杆的后端与第三伸缩杆的前端通过第三前推杆轴铰接，所述第三伸缩杆的后端与第三后推杆的前端通过第三后推杆轴铰接，所述第三后推杆轴的前端通过第四受力轴铰接在所述第四关节的前端;所述第一伸缩弹簧套装在所述第一伸缩杆上，所述第二伸缩弹簧套装在所述第二伸缩杆上，所述第三伸缩弹簧套装在第三伸缩杆上;所述第一前推杆轴、第一后推杆轴、第二前推杆轴、第二后推杆轴、第三前推杆轴和第三后推杆轴的两端均套装有滑块，第一前推杆轴和第一后推杆轴通过其左右两端的滑块与所述第一关节的关节左侧板和关节右侧板上开设的么型孔滑槽相配合，第二前推杆轴和第二后推杆轴通过其左右两端的滑块与所述第二关节的关节左侧板和关节右侧板上开设的么型孔滑槽相配合，第三前推杆轴和第三后推杆轴通过其左右两端的滑块与所述第三关节的关节左侧板和关节右侧板上开设的么型孔滑槽相配合;所述第一关节转轴、第二关节转轴、第三关节转轴和第四关节转轴上均安装有扭簧；
[0007]所述环抱机构上的第一关节、第二关节、第三关节和第四关节的同侧均安装有一个攀爬机构，所述攀爬机构包括安装板、支撑杆、弹簧伸缩杆、减震弹簧、前履带转轴、后履带转轴、前履带轮、后履带轮、履带、履带电机、同步带转轮、同步带驱动轮和同步带，所述安装板通过螺栓固定在对应关节的关节左侧板和关节右侧板上，支撑杆垂直安装在所述安装板上，所述弹簧伸缩杆固定在所述支撑杆上，所述前履带转轴安装在所述弹簧伸缩杆的端部，所述后履带转轴安装在所述支撑杆的端部，前履带轮套装在所述前履带转轴上，后履带轮套装在所述后履带转轴上，所述履带与前履带轮和后履带轮相互啮合，所述后履带转轴上还固定有同步带转轮，所述安装板上固定有履带电机，所述履带电机的电机头上安装有同步带驱动轮，所述同步带驱动轮与所述同步带转轮通过同步带连接。
[0008]进一步的，所述第一前推杆轴、第一后推杆轴、第二前推杆轴、第二后推杆轴、第三前推杆轴、第三后推杆轴的两端均与滑块通过螺纹连接，滑块位于第一关节、第二关节和第三关节的么型孔滑槽内并能沿相应的么型孔滑槽进行滑动。
[0009]进一步的，所述第一前推杆、第二前推杆、第三前推杆、第一后推杆、第二后推杆、第三后推杆、第一伸缩杆、第二伸缩杆和第三伸缩杆均位于第一关节、第二关节、第三关节和箱体的中心面上。
[0010]进一步的，所述安装板垂直于所述关节左侧板和关节右侧板设置。
[0011 ]进一步的，所述安装板与所述支撑杆一体式成型。
[0012]进一步的，所述导向槽上开设有沿导向槽均布的导向齿条，所述驱动机构的箱体上安装有与所述导向齿条相配合的导向齿轮。
[0013]本发明的有益效果在于:本发明结构简单紧凑，生产成本低;通过设置两组机身，每组机身上的两组环抱机构与攀爬机构相结合，在多组柔性关节和弹簧的共同作用下，可以实现在土 200mm高度障碍上进行越障，通过履带式的攀爬机构，使得攀爬机器人在杆件上攀爬迅速，同时由于两组环抱机构分别工作，可以快速的进行障碍的翻越，适应性强，速度很快，负载能力很强，可以快速越过障碍，减少中间复杂的控制步骤;本装置使用方便，能够适应较大的变径杆件的环抱，还可以完成在圆锥形变径杆件、阶梯型变径杆件以及不同直径尺寸圆柱形杆件等多变径情况下的环抱攀爬作业;本装置中在每个关节的转轴上均安装有扭簧，可以抵消本装置在传动过程中力的衰减并减轻电机的负载，通过伸缩弹簧与滑块的配合，使得本装置具有良好的柔性，可以在完成环抱动作的基础上提供持续的加持力;本装置的环抱机构可以通过导向齿轮和导向齿条的配合在机身内的导向槽内滑动，使得环保机构对杆件的包覆角度可控，从而完成不同直径的柱形杆件、锥形杆件以及阶梯型杆件上的负重攀爬作业。
【附图说明】
[0014]下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
[0015]图1是本发明一种变径自适应越障攀爬机器人的立体结构示意图。
[0016]图2是本发明一种变径自适应越障攀爬机器人的主视图。
[0017]图3是本发明一种变径自适应越障攀爬机器人的右视图。
[0018]图4是本发明单组的环抱机构和与其连接的攀爬机构的连接示意图。
[0019]图5是本发明环抱机构的结构示意图。
[0020]图6是本发明环抱机构中驱动机构的立体结构示意图。
[0021 ]图7是本发明环抱机构中驱动机构的俯视图。
[0022]图8是本发明环抱执行机构和环抱施力机构的局部视图。
[0023]图9是本发明攀爬机构的立体结构示意图。
[0024]图1O是本发明攀爬机构的主视图。
[0025]图中，1-箱体、2-步进电机、3-联轴器、4-后轴承座、5-前轴承座、6-蜗杆、7-不完全蜗轮、8-蜗轮转轴、9-主推杆、10-推杆转轴、11-第一关节、12-第二关节、13-第三关节、14-第四关节、15-第一关节转轴、16-第二关节转轴、17-第三关节转轴、18-第四关节转轴、19-关节左侧板、20-关节右侧板、21-间隔柱、22-么型孔滑槽、23-第一前推杆轴、24-第一后推杆轴、25-第二前推杆轴、26-第二后推杆轴、27-第三前推杆轴、28-第四后推杆轴、29-第一受力轴、30-第二受力轴、31-第三受力轴、32-第四受力轴、33-第一施力轴、34-第二施力轴、35-第三施力轴、36-第一前推杆、37-第二前推杆、38-第三前推杆、39-第一后推杆、40-第二后推杆、41-第三后推杆、42-第一伸缩杆、43-第二伸缩杆、44-第三伸缩杆、45-第一伸缩弹簧、46-第二伸缩弹簧、47-第三伸缩弹簧、48-滑块、49-机身、50-环抱机构、51-攀爬机构、52-导向槽、53-导向齿条、54-导向齿轮、55-安装板、56-支撑杆、57-弹簧伸缩杆、58-减震弹簧、59-前履带转轴、60-后履带转轴、61-前履带轮、62-后履带轮、63-履带、64-同步带转轮、65-同步带驱动轮、66-同步带、67-履带电机、68-第一单组机身、69-第二单组机身、70-第一机身连接块、71-第二机身连接块、72-机身连接轴、73-机身弹簧。
【具体实施方式】
[0026]参阅图1?10所示，一种变径自适应越障攀爬机器人，包括机身49、环抱机构50和攀爬机构51，所述机身49包括第一单组机身68、第二单组机身69、第一机身连接块70、第二机身连接块71、机身连接轴72和机身弹簧73，所述第一机身连接块70固定在所述第一单组机身68上，所述第二机身连接块71固定在所述第二单组机身69上，所述第一机身连接块70和第二机身连接块71通过机身连接轴72铰接，所述机身弹簧73位于所述机身连接轴72的正下方，且机身弹簧73的两端分别固定在所述第一单组机身68和第二单组机身69上;所述第一单组机身68和第二单组机身69上均设有两条并列设置的弧形的导向槽52，每个单组机身上的环抱机构50均设有两个，两个环抱机构50相互之间反向设置且分别与一条导向槽52同轴配合，所述攀爬机构51设置在所述环抱机构50上。
[0027]所述环抱机构50包括驱动机构、环抱执行机构和环抱施力机构，所述驱动机构包括箱体1、步进电机2、联轴器3、后轴承座4、前轴承座5、蜗杆6、不完全蜗轮7、蜗轮转轴8、主推杆9、推杆转轴10和卡簧，所述步进电机2固定在箱体I的后端，步进电机2通过联轴器3连接所述蜗杆6的一端，蜗杆6的前后两端分别通过轴承固定在前轴承座5和后轴承座4上，所述前轴承座5和后轴承座4均固定在所述箱体I内部，所述步进电机2的转轴、联轴器3、蜗杆
6、后轴承座4和前轴承座5的轴心位于同一条直线上;所述不完全蜗轮7通过蜗轮转轴8铰接在所述箱体I上，所述不完全蜗轮7与所述蜗杆6啮合，所述不完全蜗轮7与其轴向垂直的中心面与箱体I的中心面重合，不完全蜗轮7的两侧均通过卡簧进行约束，所述不完全蜗轮7上还安装有推杆转轴10，所述主推杆9的后端通过所述推杆转轴10铰接在所述不完全蜗轮7上。
[0028]所述环抱执行机构包括第一关节11、第二关节12、第三关节13、第四关节14、第一关节转轴15、第二关节转轴16、第三关节转轴17和第四关节转轴18，所述箱体I的前端和第一关节11的前端通过第一关节转轴15铰接，所述第一关节11的后端和第二关节12的前端通过第二关节转轴16铰接，所述第二关节12的后端和第三关节13的前端通过第三关节转轴17铰接，所述第三关节13的后端和第四关节14的前端通过第四关节转轴18铰接;所述第一关节11、第二关节12、第三关节13和第四关节14均由关节左侧板19、关节右侧板20和间隔柱21构成，关节左侧板19通过均布的多个间隔柱21与关节右侧板20固定连接;所述关节左侧板19和关节右侧板20的中心位置均开设有么型孔滑槽22。
[0029]所述环抱施力机构包括第一前推杆轴23、第一后推杆轴24、第二前推杆轴25、第二后推杆轴26、第三前推杆轴27、第三后推杆轴28、第一受力轴29、第二受力轴30、第三受力轴31、第四受力轴32、第一施力轴33、第二施力轴34、第三施力轴35、第一前推杆36、第二前推杆37、第三前推杆38、第一后推杆39、第二后推杆40、第三后推杆41、第一伸缩杆42、第二伸缩杆43、第三伸缩杆44、第一伸缩弹簧45、第二伸缩弹簧46、第三伸缩弹簧47;所述主推杆9的后端通过第一受力轴29铰接在第一关节11的前端，所述第一前推杆36的前端通过第一施力轴33与箱体I铰接，所述第一前推杆轴23的后端与第一伸缩杆42的前端通过第一前推杆轴23铰接，所述第一伸缩杆42的后端与第一后推杆39的前端通过第一后推杆轴24铰接，所述第一后推杆39的后端通过第二受力轴30铰接在第二关节12的前端;所述第二前推杆37的前端通过第二施力轴34铰接在第一关节11的后端，所述第二前推杆37的后端与第二伸缩杆43的前端通过第二前推杆轴25铰接，所述第二伸缩杆43的后端与第二后推杆40的前端通过第二后推杆轴26铰接，所述第二后推杆轴26的后端通过第三受力轴31铰接在第三关节13的前端;所述第三前推杆38的前端通过第三施力轴35交接在第二关节12的后端，所述第三前推杆38的后端与第三伸缩杆44的前端通过第三前推杆轴27铰接，所述第三伸缩杆44的后端与第三后推杆41的前端通过第三后推杆轴28铰接，所述第三后推杆轴28的前端通过第四受力轴32铰接在所述第四关节14的前端。
[0030]所述第一伸缩弹簧45套装在所述第一伸缩杆42上，所述第二伸缩弹簧46套装在所述第二伸缩杆43上，所述第三伸缩弹簧47套装在第三伸缩杆44上；
[0031]需要松开一组环抱机构50时只需要关闭对应的步进电机2，第一伸缩杆42在第一伸缩弹簧45的作用下回复到初始位置，第二伸缩杆43在第二伸缩弹簧46的作用下回复到初始位置，第三伸缩杆44在第三伸缩弹簧47的作用下回复的初始位置，从而实现第一关节11、第二关节12、第三关节13和第四关节14的复位。
[0032]所述第一前推杆轴23、第一后推杆轴24、第二前推杆轴25、第二后推杆轴26、第三前推杆轴27和第三后推杆轴28的两端均套装有滑块48，第一前推杆轴23和第一后推杆轴24通过其左右两端的滑块48与所述第一关节11的关节左侧板19和关节右侧板20上开设的幺型孔滑槽22相配合，第二前推杆轴25和第二后推杆轴26通过其左右两端的滑块48与所述第二关节12的关节左侧板19和关节右侧板20上开设的么型孔滑槽22相配合，第三前推杆轴27和第三后推杆轴28通过其左右两端的滑块48与所述第三关节13的关节左侧板19和关节右侧板20上开设的么型孔滑槽22相配合;所述第一关节转轴15、第二关节转轴16、第三关节转轴17和第四关节转轴18上均安装有扭簧。扭簧能够抵消本装置在传动过程中力的衰减，从而减轻电机的负载。
[0033]所述环抱机构50上的第一关节11、第二关节12、第三关节13和第四关节14的同侧均安装有一个攀爬机构51，所述攀爬机构51包括安装板55、支撑杆56、弹簧伸缩杆57、减震弹簧58、前履带转轴59、后履带转轴60、前履带轮61、后履带轮62、履带63、履带电机67、同步带转轮64、同步带驱动轮65和同步带66，所述安装板55通过螺栓固定在对应关节的关节左侧板和关节右侧板上，支撑杆56垂直安装在所述安装板55上，所述弹簧伸缩杆57固定在所述支撑杆56上，所述前履带转轴59安装在所述弹簧伸缩杆57的端部，所述后履带转轴60安装在所述支撑杆56的端部，前履带轮61套装在所述前履带转轴59上，后履带轮62套装在所述后履带转轴60上，所述履带63与前履带轮61和后履带轮62相互啮合，所述后履带转轴60上还固定有同步带转轮64，所述安装板55上固定有履带电机67，所述履带电机67的电机头上安装有同步带驱动轮65，所述同步带驱动轮65与所述同步带转轮64通过同步带66连接。
[0034]所述第一前推杆轴23、第一后推杆轴24、第二前推杆轴25、第二后推杆轴26、第三前推杆轴27、第三后推杆轴28的两端均与滑块48通过螺纹连接，滑块48位于第一关节11、第二关节12和第三关节13的么型孔滑槽22内并能沿相应的么型孔滑槽22进行滑动。
[0035]所述第一前推杆36、第二前推杆37、第三前推杆38、第一后推杆39、第二后推杆40、第三后推杆41、第一伸缩杆42、第二伸缩杆43和第三伸缩杆44均位于第一关节11、第二关节
12、第三关节13和箱体I的中心面上。
[0036]所述安装板55垂直于所述关节左侧板19和关节右侧板20设置。所述安装板55与所述支撑杆56—体式成型。
[0037]所述导向槽52上开设有沿导向槽52均布的导向齿条53，所述驱动机构的箱体I上安装有与所述导向齿条53相配合的导向齿轮54。驱动机构的箱体I通过导向齿轮54与导向齿条53的配合能在导向槽52内自由的滑动，从而增大环抱机构的内圆弧总长度，进而扩大或缩小环抱机构50能够包覆的杆件的直径。
[0038]单组的环抱机构50在工作时，具体的工作流程如下:步进电机2转动，通过联轴器3带动蜗杆6的转动；由于蜗杆6与不完全蜗轮7啮合，所以蜗杆6转动时会带动不完全蜗轮7绕所述蜗轮转轴8在一定范围内进行摆动，摆动幅度由不完全蜗轮7的齿数确定;不完全蜗轮7摆动时带动推杆转轴10—起摆动，由于箱体I和第一关节11通过第一关节转轴15铰接在一起，推杆转轴10摆动时带动主推杆9绕所述推杆转轴10进行来回摆动，从而实现第一关节11的收缩;与此同时，第一关节11整体运动时，由于第一前推杆36的前端通过第一施力轴33与箱体I铰接，第一施力轴33是固定不动的，所述第一前推杆36随着第一关节11的运动而运动，从而带动第一关节11上的滑块48沿其么型孔滑槽22运动，第一关节11上的滑块48运动时带动第一伸缩杆42运动，从而带动与第一伸缩杆42的后端铰接的第一后推杆39的运动，由于第一关节11和第二关节12通过第二关节转轴16铰接在一起，所以第一后推杆39运动时会带动第二关节12的收缩，以此类推，第三关节13和第四关节14也会跟着一起收缩，从而实现杆件的抱紧。
[0039]在需要跨越法兰等障碍物时，其中靠近地面的一组环抱机构50对杆件进行抱紧，另一组环抱机构50松开并移至法兰等障碍物上方，再将该组环抱机构50抱紧法兰等障碍物上方的杆件，并且该组环抱机构50上的攀爬机构51开始运动，从而使本装置能够快速的翻越障碍物。由于本装置中设有两组机身49，且每组机身均设有两组环抱机构50，其负载能力也会极大的增强。
[0040]以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
【主权项】
1.一种变径自适应越障攀爬机器人，其特征在于:包括机身(49)、环抱机构(50)和攀爬机构(51)，所述机身(49)包括第一单组机身(68)、第二单组机身(69)、第一机身连接块(70)、第二机身连接块(71)、机身连接轴(72)和机身弹簧(73)，所述第一机身连接块(70)固定在所述第一单组机身(68)上，所述第二机身连接块(71)固定在所述第二单组机身(69)上，所述第一机身连接块(70)和第二机身连接块(71)通过机身连接轴(72)铰接，所述机身弹簧(73)位于所述机身连接轴(72)的正下方，且机身弹簧(73)的两端分别固定在所述第一单组机身(68)和第二单组机身(69)上;所述第一单组机身(68)和第二单组机身(69)上均设有两条并列设置的弧形的导向槽(52)，每个单组机身上的环抱机构(50)均设有两个，两个环抱机构(50)相互之间反向设置且分别与一条导向槽(52)同轴配合，所述攀爬机构(51)设置在所述环抱机构(50)上； 所述环抱机构(50)包括驱动机构、环抱执行机构和环抱施力机构，所述驱动机构包括箱体(I)、步进电机(2)、联轴器(3)、后轴承座(4)、前轴承座(5)、蜗杆(6)、不完全蜗轮(7)、蜗轮转轴(8)、主推杆(9)、推杆转轴(10)和卡簧，所述步进电机(2)固定在箱体(I)的后端，步进电机(2)通过联轴器(3)连接所述蜗杆(6)的一端，蜗杆(6)的前后两端分别通过轴承固定在前轴承座(5)和后轴承座(4)上，所述前轴承座(5)和后轴承座(4)均固定在所述箱体(I)内部，所述步进电机(2)的转轴、联轴器(3)、蜗杆(6)、后轴承座(4)和前轴承座(5)的轴心位于同一条直线上;所述不完全蜗轮(7)通过蜗轮转轴(8)铰接在所述箱体(I)上，所述不完全蜗轮(7)与所述蜗杆(6)啮合，所述不完全蜗轮(7)与其轴向垂直的中心面与箱体(I)的中心面重合，不完全蜗轮(7)的两侧均通过卡簧进行约束，所述不完全蜗轮(7)上还安装有推杆转轴(10)，所述主推杆(9)的后端通过所述推杆转轴(10)铰接在所述不完全蜗轮(7)上;所述环抱执行机构包括第一关节(11)、第二关节(12)、第三关节(13)、第四关节(14)、第一关节转轴(15)、第二关节转轴(16)、第三关节转轴(17)和第四关节转轴(18)，所述箱体(I)的前端和第一关节(11)的前端通过第一关节转轴(15)铰接，所述第一关节(11)的后端和第二关节(12)的前端通过第二关节转轴(16)铰接，所述第二关节(12)的后端和第三关节(13)的前端通过第三关节转轴(17)铰接，所述第三关节(13)的后端和第四关节(14)的前端通过第四关节转轴(18)铰接;所述第一关节(11)、第二关节(12)、第三关节(13)和第四关节(14)均由关节左侧板(19)、关节右侧板(20)和间隔柱(21)构成，关节左侧板(19)通过均布的多个间隔柱(21)与关节右侧板(20)固定连接;所述关节左侧板(19)和关节右侧板(20)的中心位置均开设有幺型孔滑槽(22);所述环抱施力机构包括第一前推杆轴(23)、第一后推杆轴(24)、第二前推杆轴(25)、第二后推杆轴(26)、第三前推杆轴(27)、第三后推杆轴(28)、第一受力轴(29)、第二受力轴(30)、第三受力轴(31)、第四受力轴(32)、第一施力轴(33)、第二施力轴(34)、第三施力轴(35)、第一前推杆(36)、第二前推杆(37)、第三前推杆(38)、第一后推杆(39)、第二后推杆(40)、第三后推杆(41)、第一伸缩杆(42)、第二伸缩杆(43)、第三伸缩杆(44)、第一伸缩弹簧(45)、第二伸缩弹簧(46)、第三伸缩弹簧(47);所述主推杆(9)的后端通过第一受力轴(29)铰接在第一关节(11)的前端，所述第一前推杆(36)的前端通过第一施力轴(33)与箱体(I)铰接，所述第一前推杆轴(23)的后端与第一伸缩杆(42)的前端通过第一前推杆轴(23)铰接，所述第一伸缩杆(42)的后端与第一后推杆(39)的前端通过第一后推杆轴(24)铰接，所述第一后推杆(39)的后端通过第二受力轴(30)铰接在第二关节(12)的前端;所述第二前推杆(37)的前端通过第二施力轴(34)铰接在第一关节(11)的后端，所述第二前推杆(37)的后端与第二伸缩杆(43)的前端通过第二前推杆轴(25)铰接，所述第二伸缩杆(43)的后端与第二后推杆(40)的前端通过第二后推杆轴(26)铰接，所述第二后推杆轴(26)的后端通过第三受力轴(31)铰接在第三关节(13)的前端;所述第三前推杆(38)的前端通过第三施力轴(35)交接在第二关节(12)的后端，所述第三前推杆(38)的后端与第三伸缩杆(44)的前端通过第三前推杆轴(27)铰接，所述第三伸缩杆(44)的后端与第三后推杆(41)的前端通过第三后推杆轴(28)铰接，所述第三后推杆轴(28)的前端通过第四受力轴(32)铰接在所述第四关节(14)的前端;所述第一伸缩弹簧(45)套装在所述第一伸缩杆(42)上，所述第二伸缩弹簧(46)套装在所述第二伸缩杆(43)上，所述第三伸缩弹簧(47)套装在第三伸缩杆(44)上;所述第一前推杆轴(23)、第一后推杆轴(24)、第二前推杆轴(25)、第二后推杆轴(26)、第三前推杆轴(27)和第三后推杆轴(28)的两端均套装有滑块(48)，第一前推杆轴(23)和第一后推杆轴(24)通过其左右两端的滑块(48)与所述第一关节(11)的关节左侧板(19)和关节右侧板(20)上开设的么型孔滑槽(22)相配合，第二前推杆轴(25)和第二后推杆轴(26)通过其左右两端的滑块(48)与所述第二关节(12)的关节左侧板(19)和关节右侧板(20)上开设的么型孔滑槽(22)相配合，第三前推杆轴(27)和第三后推杆轴(28)通过其左右两端的滑块(48)与所述第三关节(13)的关节左侧板(19)和关节右侧板(20)上开设的幺型孔滑槽(22)相配合;所述第一关节转轴(15)、第二关节转轴(16)、第三关节转轴(17)和第四关节转轴(18)上均安装有扭簧； 所述环抱机构(50)上的第一关节(11)、第二关节(12)、第三关节(13)和第四关节(14)的同侧均安装有一个攀爬机构(51)，所述攀爬机构(51)包括安装板(55)、支撑杆(56)、弹簧伸缩杆(57)、减震弹簧(58)、前履带转轴(59)、后履带转轴(60)、前履带轮(61)、后履带轮(62)、履带(63)、履带电机(67)、同步带转轮(64)、同步带驱动轮(65)和同步带(66)，所述安装板(55)通过螺栓固定在对应关节的关节左侧板和关节右侧板上，支撑杆(56)垂直安装在所述安装板(55)上，所述弹簧伸缩杆(57)固定在所述支撑杆(56)上，所述前履带转轴(59)安装在所述弹簧伸缩杆(57)的端部，所述后履带转轴(60)安装在所述支撑杆(56)的端部，前履带轮(61)套装在所述前履带转轴(59)上，后履带轮(62)套装在所述后履带转轴(60)上，所述履带(63)与前履带轮(61)和后履带轮(62)相互啮合，所述后履带转轴(60)上还固定有同步带转轮(64)，所述安装板(55)上固定有履带电机(67)，所述履带电机(67)的电机头上安装有同步带驱动轮(65)，所述同步带驱动轮(65)与所述同步带转轮(64)通过同步带(66)连接。2.根据权利要求1所述的一种变径自适应越障攀爬机器人，其特征在于:所述第一前推杆轴(23)、第一后推杆轴(24)、第二前推杆轴(25)、第二后推杆轴(26)、第三前推杆轴(27)、第三后推杆轴(28)的两端均与滑块(48)通过螺纹连接，滑块(48)位于第一关节(11)、第二关节(12)和第三关节(13)的么型孔滑槽(22)内并能沿相应的么型孔滑槽(22)进行滑动。3.根据权利要求1所述的一种变径自适应越障攀爬机器人，其特征在于:所述第一前推杆(36)、第二前推杆(37)、第三前推杆(38)、第一后推杆(39)、第二后推杆(40)、第三后推杆(41)、第一伸缩杆(42)、第二伸缩杆(43)和第三伸缩杆(44)均位于第一关节(11)、第二关节(12)、第三关节(13)和箱体(I)的中心面上。4.根据权利要求1所述的一种变径自适应越障攀爬机器人，其特征在于:所述安装板(55)垂直于所述关节左侧板(19)和关节右侧板(20)设置。5.根据权利要求1所述的一种变径自适应越障攀爬机器人，其特征在于:所述安装板(55)与所述支撑杆(56)—体式成型。6.根据权利要求1所述的一种变径自适应越障攀爬机器人，其特征在于:所述导向槽(52)上开设有沿导向槽(52)均布的导向齿条(53)，所述驱动机构的箱体(I)上安装有与所述导向齿条(53)相配合的导向齿轮(54)。
【文档编号】B62D57/024GK105947010SQ201610556991
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】计时鸣, 杨华锋, 陈国达, 陈洋, 温祥青, 张书豹
【申请人】浙江工业大学