专利名称：无障碍恒速爬行机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种无障碍恒速爬行机器人。
背景技术：
现阶段，科研工作者对移动机器人的研究，主要目标是用于危险或恶劣
环境中替代人类完成某项任务，如探月、核电站检测、排爆等；服务机器人 以及农业、林业、牧业等方面。
国内外现有的用于大型构件加工、检测过程的移动机器人有两种模式， 第一种主要是针对钢材这样的磁性材料的，如清华大学的无轨导全位置爬行 式弧焊机器人，第二种是利用导轨爬行的，如Servo-robot公司的便携式焊 接机器人。前者只能完成磁性材料的加工，而后者只能实现尺寸和装配精度 较高的结构化环境下的加工自动化。而对于譬如大型、超大型铝合金材料、 非金属材料、结构件表面不平整和局部带障碍等一类的半结构化环境构件表 面的加工作业，目前已有的这两种移动模式的机器人都难以适应。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有机器人的上述缺点，提供一种新型的真空 吸附的无障碍恒速爬行机器人，通过该机器人可以实现执行机构在非铁磁性 材料表面进行匀速直线运动、转弯和跨越障碍。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案主要包括外框架、内 框架、旋转机构、固定在外框架上表面的直线运动机构和用于固定执行机构 的直线电机。其中旋转机构与直线运动机构相连，旋转机构在直线运动机 构的带动下能够沿着外框架作直线运动。内框架与旋转机构相连，在旋转机 构的带动下能够相对于外框架旋转，直线电机安装在外框架的上表面。
所述的外框架包括外安装板、外吸盘弹出机构、外吸盘固定板、外吸盘。 其中外安装板的四个角上分别安装有外吸盘弹出机构，每个外吸盘弹出机 构的末端都通过外吸盘固定板连接一个外吸盘。
所述的直线运动机构包括螺母、支承座、驱动电机和丝杠。其中丝杠安装在驱动电机的输出轴上，且丝杠两端由直线运动机构支承座支承，螺母 套在丝杠上。直线运动机构固定在外安装板的上表面。
所述的旋转机构包括旋转电机、与旋转电机相连的减速器和用于固定旋 转电机的旋转机构安装座，旋转机构安装座固定在直线运动机构中的螺母上。
所述的内框架包括内吸盘弹出机构、内安装板和内吸盘，内吸盘弹出机 构的上端与旋转机构中的减速器的输出轴固连，弹出端与内安装板固连，内 安装板上固连有内吸盘。
所述的外吸盘弹出机构和内吸盘弹出机构为气缸或电推缸。
本发明中的机器人可以简化为8个自由度，其中7个直线运动副和1 个旋转副，如图1所示，图中0i表示第i个自由度(i为l、 2、 3……8)。 0j、 02、 03、 04代表外吸盘弹出的四个自由度，05代表内吸盘弹出的自由度， 06代表旋转机构，07代表直线运动机构，08代表直线电机。
本发明的有益效果是
1) 采用真空吸附机构实现框架式结构在非铁磁性材料的表面快速行走。
2) 弹出机构使该机器人能越过一定高度的障碍物。
3) 内外框架之间的旋转机构可以实现机器人转弯功能。
4) 直线电机与内外框架相对运动的动态速度矢量合成，可以实现执行机 构在工作时的匀速运动。
图1是本发明的自由度分布示意图2是本发明的机器人的主视图3是本发明的机器人的俯视图4是本发明的机器人的外框架；
图5是本发明的机器人的内框架；
图6是本发明的机器人的旋转机构；
图7是本发明的机器人的直线运动机构；
图8是图2的A-A剖视图中1、外框架，2、内框架，3、旋转机构，4、直线电机，5、执行机构，6、外吸盘弹出机构，7、外吸盘，8、外安装板，9、直线运动机构支 承座，10、外吸盘固定板，11、直线运动机构，12、内吸盘，13、内安装板， 14、内吸盘弹出机构，15、减速器，16、旋转电机，17、旋转机构安装座， 18、直线电机支撑座，19、螺母，20、驱动电机，21、丝杠。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明-
本实施例中的真空吸附的框架式、负载匀速移动的爬行机器人的结构如 图2所示，由外框架l、内框架2、直线运动机构ll、旋转机构3和直线电 机4五部分组成。本发明中机器人主体采用框架式多吸盘真空吸附的结构， 内外框架之间安装旋转机构，外框架上携带直线电机，执行机构固定在直线 电机动子上，腿部采用弹出机构。外框架四个角上分别安装外吸盘弹出机构， 弹出机构末端通过外吸盘固定板与外吸盘连接，外框架上方安装直线电机， 执行机构固定在直线电机的动子上，旋转机构通过旋转机构安装座固定在直 线运动机构的螺母上，内吸盘弹出机构安装在旋转机构的输出端上，内吸盘 通过内安装板安装在内吸盘弹出机构末端，下面结合附图对以上个部分进行 详细说明。
外框架1的结构如图2、图3、图4和图8所示，外框架l由外安装板 8、外吸盘弹出机构6、外吸盘固定板10和外吸盘7组成。外安装板8的四 个角上分别安装有外吸盘弹出机构6，外吸盘弹出机构6的末端通过外吸盘 固定板10与外吸盘7固连。
直线运动机构11固定在外框架1中外安装板8的上表面，其具体结构 如图2、图3、图4、图7和图8所示，包括直线运动机构支承座9、驱动电 机20、螺母19和丝杠21，直线运动机构支承座9固定在外安装板8的上方， 驱动电机20固定在直线运动机构支承座9上，丝杠21安装在直线运动机构 驱动电机20的输出轴上，螺母19套在丝杠21上。
旋转机构3的结构如图6所示，包括旋转机构安装座17、旋转电机16 和减速器15。旋转机构安装座17固定在直线运动机构11中的螺母19上， 旋转电机16安装在旋转机构安装座17上，减速器15安装在旋转电机16的输出轴上。在外安装板上与丝杠相对应的位置设置有凹槽，旋转机构安装
座17在丝杠的带动下可以沿着凹槽滑动。
内框架2的结构如图2、图3和图5所示，内框架2包括内吸盘弹出机 构14、内安装板13和内吸盘12。内吸盘弹出机构14安装在减速器15的输 出轴上，吸盘弹出机构14的末端通过内安装板13安装有四个内吸盘12。
如图2所示，直线电机4通过直线电机支承座18固定在外安装板8的 上方，执行机构5固定在直线电机4的动子上。
本发明中所述的外吸盘弹出机构6和内吸盘弹出机构14可以是气缸、 电推缸或其它直线运动机构。
本实施例中无障碍恒速爬行机器人直线运动过程内吸盘弹出机构14 弹出使得内吸盘12与被加工零件表面接触，抽真空，使内吸盘12处于吸附 状态，外吸盘7处于悬空状态，直线运动机构的驱动电机20驱动直线运动 机构ll做直线运动，从而带动外框架l前进，外框架l到达直线运动机构 11的行程范围内的某一位置后，外吸盘弹出机构6弹出使外吸盘7与工件 表面接触，抽真空，使外吸盘7处于吸附状态，内吸盘弹出机构14收回， 使内吸盘12离开被加工零件表面，直线运动机构的驱动电机20驱动直线运 动机构11做直线运动，螺母19带动旋转机构3和内框架2前进，到达直线 运动机构11的行程范围内的某一位置后内吸盘弹出机构14弹出使得内吸盘 12与被加工零件表面接触，抽真空，使内吸盘12处于吸附状态，外吸盘7 处于悬空状态，直线运动机构的驱动电机20驱动直线运动机构11做直线运 动，再带动外框架l前进，如此循环，即可实现机器人的直线前进。
本实施例中无障碍恒速爬行机器人执行机构匀速直线运动过程内吸盘 弹出机构14弹出使得内吸盘12与被加工零件表面接触，抽真空，使内吸盘 12处于吸附状态，外吸盘7处于悬空状态，直线运动机构的驱动电机20驱 动直线运动机构11做直线运动，从而带动外框架1以速度v,前进，外框架 1到达直线运动机构11的行程范围内的某一位置后(此时刻记作时间t。)， 吸盘弹出机构6弹出使外吸盘7与工件表面接触，抽真空，使外吸盘7处于 吸附状态，内吸盘弹出机构14收回，使内吸盘12离开被加工零件表面，直
6线运动机构的驱动电机20驱动直线运动机构11做直线运动，螺母19带动 旋转机构3和内框架2前进，到达直线运动机构11的行程范围内的某一位 置后内吸盘弹出机构14弹出使得内吸盘12与被加工零件表面接触，抽真空， 使内吸盘12处于吸附状态，外吸盘7处于悬空状态(此时刻记作时间t》， 同时在t。时刻，直线电机4完成启动过程，以速度w带动执行机构前进直 至t停止，直线运动机构的驱动电机20驱动直线运动机构11做直线运动， 再带动外框架l以速度w前进，如此循环，即可实现执行机构的匀速直线 运动。
权利要求
1、无障碍恒速爬行机器人，其特征在于包括外框架(1)、内框架(2)、旋转机构(3)、固定在外框架上表面的直线运动机构(11)和用于固定执行机构的直线电机；其中旋转机构(3)与直线运动机构(11)相连，旋转机构(3)在直线运动机构的带动下能够沿着外框架(1)作直线运动；内框架(2)与旋转机构(3)相连，在旋转机构的带动下能够相对于外框架(1)旋转；直线电机安装在外框架(1)的上表面。
2、 根据权利要求1所述的无障碍恒速爬行机器人，其特征在于所述的外框 架(1)包括外安装板(8)、外吸盘弹出机构(6)、外吸盘固定板(10)、外 吸盘(7);其中外安装板(8)的四个角上分别安装有外吸盘弹出机构(6)， 每个外吸盘弹出机构(6)的末端都通过外吸盘固定板(10)连接一个外吸盘(7);直线运动机构(11)固定在外安装板(8)的上表面。
3、 根据权利要求1所述的无障碍恒速爬行机器人，其特征在于所述的直线运动机构(11)包括螺母(19)、支承座(9)、驱动电机(20)和丝杠(21); 其中丝杠(21)安装在驱动电机(20)的输出轴上，且丝杠(21)两端由 直线运动机构支承座(9)支承，螺母(19)套在丝杠(21)上。
4、 根据权利要求3所述的无障碍恒速爬行机器人，其特征在于所述的旋转 机构(3)包括旋转电机(16)、与旋转电机(16)相连的减速器(15)和用 于固定旋转电机的旋转机构安装座(17)，旋转机构安装座(17)固定在直线 运动机构(11)中的螺母(19)上。
5、 根据权利要求1所述的无障碍恒速爬行机器人，其特征在于所述的内框 架(2)包括内吸盘弹出机构(14)、内安装板(13)和内吸盘(12)，内吸盘 弹出机构(14)的上端与旋转机构中的减速器(15)的输出轴固连，下端与 内安装板(13)固连，内安装板(13)上固连有内吸盘(12)。
6、 根据权利要求2所述的无障碍恒速爬行机器人，其特征在于所述的外吸 盘弹出机构(6)为气缸或电推缸。
7、 根据权利要求5所述的无障碍恒速爬行机器人，其特征在于所述的内吸 盘弹出机构(14)为气缸或电推缸。
全文摘要
本发明是一种无障碍恒速爬行机器人，属于机器人技术领域。本发明包括外框架、内框架、旋转机构、固定在外框架上表面的直线运动机构和用于固定执行机构的直线电机。旋转机构与直线运动机构相连，旋转机构在直线运动机构的带动下能够沿着外框架作直线运动。内框架与旋转机构的输出轴相连，在旋转机构的带动下能够相对于外框架旋转。直线电机安装在外框架的上表面。本发明中的机器人能越过一定高度的障碍物，内外框架之间的旋转机构可以实现机器人的转弯，直线电机与内外框架相对运动的动态速度矢量合成，可以实现执行机构在工作时的匀速运动。
文档编号B25J11/00GK101486187SQ200910078568
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者宋永伦, 军 张, 张, 闫志鸿, 陈志翔 申请人:北京工业大学