一种超冗余度蛇形机器人的升降装置及其使用方法与流程

本发明涉及升降设备领域，尤其涉及一种超冗余度蛇形机器人的升降装置及其使用方法。

背景技术：

目前市面上常见的升降平台主要有两种，分别是剪叉式升降平台和铝合金式升降平台。前者主要依靠液压推杆推动剪叉来提升平台高度，特点为可以通过增加剪叉的叉数来增加提升高度的范围；后者则依靠带传动来带动铝合金条相互错开，从而带动平台提升，特点为可以通过叠加铝合金的条数来增加提升高度的范围，同时也可以通过增加铝合金的桅杆数来增强稳定性。

目前市面上的两种升降平台尽管能够提供较大的负载能力和顶升距离，但是主要存在两点不足：

1、当前的升降平台尺寸趋于标准，主要用于提升操作人员和一些特种设备，没有专业适用于超冗余度蛇形机器人的升降装置，不能适用于各种工况和使用条件；

2、当前的升降平台功能单一，仅能提供垂直方向的升降，无法提供水平方向的位移和平台角度的改变，无法应用于特定场合的工作需要。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种超冗余度蛇形机器人的升降装置，可以有效解决现有技术的不能适用于各种工况和使用条件，以及无法提供水平方向的位移和变平台角度的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是克服现有升降平台不能适用于各种工况和使用条件；无法提供水平方向的位移和变平台角度，无法应用于超冗余度蛇形机器人的特定场合的不足。

为实现上述目的，本发明提供了一种超冗余度蛇形机器人的升降装置包括底部支架、行走轮、支腿模块、第一四连杆升降机构、翻转机构和上部支撑板；

所述底部支架为长方形刚性支架；所述行走轮固定安装在所述底部支架下部；所述支腿模块固定安装在所述底部支架上；

所述第一四连杆升降机构包括左支架、第一连杆机构、第一电动推杆；所述第一连杆机构数量为2，所述第一连杆机构前后间隔布置在所述底部支架上；所述第一连杆机构包括右支架、上连杆、下连杆，所述右支架固定安装在所述底部支架的右侧，所述上连杆与所述下连杆长度相同且平行布置，所述上连杆的一端与所述右支架的上部铰链连接，构成第一铰接点；所述上连杆的另一端与所述左支架的上部铰链连接，构成第二铰接点；所述下连杆的一端与所述右支架的下部铰链连接，构成第三铰接点；所述下连杆的另一端与所述左支架的下部铰链连接，构成第四铰接点；所述第三铰接点位于所述第一铰接点的正下方，所述第四铰接点位于所述第二铰接点的正下方，所述第一铰接点与所述第三铰接点的距离和所述第四铰接点与所述第二铰接点的距离相等；

所述第一电动推杆的一端与所述底部支架铰链连接，所述第一电动推杆的另一端与所述左支架铰链连接；

所述翻转机构包括上支撑管和第二电动推杆；所述上支撑管的数量为2，所述上支撑管前后间隔布置，所述上支撑管倾斜向上设置，所述上支撑管的左端与所述左支架的上端固定连接，所述上支撑管的右端与所述上部支撑板的下端铰链连接；所述第二电动推杆的一端与所述左支架铰链连接，所述第二电动推杆的另一端与所述上部支撑板的上端铰链连接。

进一步地，所述超冗余度蛇形机器人的升降装置还包括直线移动模块，所述直线移动模块固定安装在所述上部支撑板上，所述直线移动模块包括底座、丝杆座、丝杆电机、丝杆、丝杆螺母、第一直线导轨和支撑安装座；

所述底座为长方形，所述丝杆座垂直设置在所述底座的两个长边之间，且靠近所述底座的一个短边；所述丝杆电机固定放置在所述底座的另一个短边上；所述丝杆的一端与所述丝杆座构成转动副，所述丝杆的另一端与所述丝杆电机的输出轴固定连接；所述丝杆螺母与所述丝杆构成丝杠副；所述第一直线导轨的数量为2，所述第一直线导轨分别固定设置在所述底座的两个长边上；所述支撑安装座与所述丝杆螺母固定连接，所述支撑安装座与所述第一直线导轨构成滑动副；所述超冗余度蛇形机器人安装于所述支撑安装座上。

进一步地，所述支腿模块包括支腿座、第二四连杆升降机构、支撑脚座、辅助支撑机构；所述支腿座的第一端安装在所述底部支架的长边外侧，所述第二四连杆升降机构设置在所述支腿座的第二端下方，所述支撑脚座设置在所述第二四连杆升降机构下方；所述辅助支撑机构固定安装在所述支腿座的第二端下方；

所述第二四连杆升降机构包括第二直线导轨、上滑动块、下底座、外侧连杆、内侧连杆和第三电动推杆；所述第二直线导轨固定安装在所述支腿座的第二端下方；所述上滑动块和所述第二直线导轨构成滑动副；所述外侧连杆与所述内侧连杆长度相同且平行布置；所述外侧连杆的一端与所述上滑动块铰链连接，所述外侧连杆的另一端与所述下底座铰链连接；所述内侧连杆的一端与所述上滑动块铰链连接，所述内侧连杆的另一端与所述下底座铰链连接；所述第三电动推杆的一端与所述上滑动块铰链连接，所述第三电动推杆的另一端与所述支腿座铰链连接；

所述支撑脚座的上部固定安装在所述下底座上；

所述辅助支撑机构包括挡块、加强连杆；所述挡块设置于所述第二直线导轨外侧，所述挡块固定安装于所述支腿座的第二端下方，所述加强连杆一端与所述挡块铰链连接，所述加强连杆另一端与所述下底座铰链连接。

进一步地，所述支腿座还包括铰接座、转动轴，所述转动轴固定设置于所述支腿座的第一端，所述铰接座固定安装在所述底部支架上，所述转动轴与所述铰接座构成转动副。

进一步地，所述超冗余度蛇形机器人的升降装置还包括支腿模块外伸驱动模块，所述支腿模块外伸驱动模块固定安装在所述底部支架上。

进一步地，所述支腿模块外伸驱动模块包括第四电动推杆、电动推杆连接头、驱动滑块、连接板、齿条、齿轮、第三直线导轨、螺纹连接孔，所述第四电动推杆一端与所述底部支架铰链连接，所述第四电动推杆另一端与所述电动推杆连接头铰链连接，所述电动推杆连接头与所述驱动滑块固定连接，所述第三直线导轨固定安装在所述底部支架上，所述驱动滑块与所述第三直线导轨构成滑动副，所述齿条固定安装于所述连接板上，所述齿条的分度线与所述驱动滑块的滑动方向平行，所述螺纹连接孔设置在所述连接板上，所述连接板通过所述螺纹连接孔与所述驱动滑块螺栓连接；所述齿轮固定安装在所述转动轴上端，所述齿条与所述齿轮构成齿轮齿条传动副。

进一步地，所述螺纹连接孔为长圆孔，所述长圆孔的长度方向与所述齿条的分度线垂直。

进一步地，所述支腿模块的数量大于等于4，所述行走轮的数量大于等于3，所述支腿模块外伸驱动模块的数量与所述支腿模块的数量相等。

进一步地，所述支撑脚座包括缓冲垫，所述缓冲垫设置在所述支撑脚座的底部，所述缓冲垫为聚氨酯材料。

本发明还提供了一种使用所述超冗余度蛇形机器人的升降装置的方法，包括以下步骤：

步骤s1：将所述超冗余度蛇形机器人的升降装置移动到工作位；

步骤s2：驱动所述第四电动推杆，转动所述支腿模块到合适的位置；

步骤s3：驱动所述第三电动推杆，使得所述超冗余度蛇形机器人的升降装置升高，直到所述行走轮脱离所述工作位；

步骤s4：驱动所述第三电动推杆，使得所述升降装置保持水平；

步骤s5：驱动所述第一电动推杆，根据需要通过所述第一四连杆升降机构带动所述上部支撑板在高度方向升起；

步骤s6：驱动所述第二电动推杆，通过所述翻转机构调节所述上部支撑板的角度；

步骤s7：驱动所述丝杆电机，通过丝杆传动，驱动所述支撑安装座直线运动，进而带动所述超冗余度蛇形机器人到达指定位置。

与现有技术相比，通过本发明的实施，达到了以下明显的技术效果：

1、本发明的一种超冗余度蛇形机器人的升降装置专业适用于超冗余度蛇形机器人的升降装置，能够通过定制的升降装置实现超冗余度蛇形机器人工作的稳定性，适用于各种地理环境和操作空间；

2、本发明的一种超冗余度蛇形机器人的升降装置通过至少第一四连杆升降机构与翻转机构两个部件的相互配合，巧妙地利用了几何关系使得较小行程的推杆提供了较大的平台水平升降行程；

3、本发明的一种超冗余度蛇形机器人的升降装置同时提供垂直方向的升降和平台角度的改变，因此能够实现水平分量方向的位移，使得超冗余度蛇形机器人可以以任意角度进行作业，满足特定场合的工作需要。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的第一四连杆升降机构与翻转机构结构示意图；

图3是本发明的另一个较佳实施例的直线移动模块的结构示意图；

图4是本发明的另一个较佳实施例的支腿模块的结构示意图；

图5是本发明的另一个较佳实施例的支腿模块外伸驱动模块的结构示意图。

其中，1-底部支架；2-行走轮；3-支腿模块；

3.1-铰接座；3.2-支腿座；3.3-转动轴；3.4-齿轮；3.5-第三电动推杆；3.6-第二四连杆升降机构；3.7-支撑脚座；3.8-挡块；3.9-加强连杆；3.10-第二直线导轨；

3.61-上滑动块；3.62-下底座；3.63-外侧连杆；3.64-内侧连杆；

4-支腿模块外伸驱动模块；

4.1-第四电动推杆；4.2-电动推杆连接头；4.3-连接板；4.4-齿条；4.5-第三直线导轨；4.6-螺纹连接孔；4.7-驱动滑块；

5-第一四连杆升降机构；

5.1-右支架；5.2-左支架；5.3-上连杆；5.4-下连杆；5.5-第一电动推杆；

6-上支撑管；7-上部支撑板；8-第二电动推杆；9-直线移动模块；

9.1-底座；9.2-丝杆座；9.3-丝杆；9.4-丝杆电机；9.5-丝杆螺母；9.6-支撑安装座；9.7-第一直线导轨；

10-超冗余度蛇形机器人。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1：

如图1所示，本发明包括长方形的底部支架1，底部支架1为长方形刚性支架，底部支架1的下部安装有4个行走轮2，底部支架1宽度方向的两侧边的两端分别连接支腿模块3，同侧的支腿模块3对称设置，支腿模块3固定安装在底部支架1上。

如图2所示，底部支架1上的连接有第一四连杆升降机构5。第一四连杆升降机构5包括左侧设置可升降的左支架5.2、第一连杆机构、第一电动推杆5.5。第一连杆机构数量为2，第一连杆机构前后间隔布置在底部支架1上。第一连杆机构包括右支架5.1、上连杆5.3、下连杆5.4，右支架5.1固定安装在底部支架1的右侧，上连杆5.3与下连杆5.4长度相同且平行布置，上连杆5.3的一端与右支架5.1的上部铰链连接，构成第一铰接点；上连杆5.3的另一端与左支架5.2的上部铰链连接，构成第二铰接点；下连杆5.3的一端与右支架5.1的下部铰链连接，构成第三铰接点；下连杆5.4的另一端与左支架5.2的下部铰链连接，构成第四铰接点；第三铰接点位于第一铰接点的正下方，第四铰接点位于第二铰接点的正下方，第一铰接点与第三铰接点的距离和第四铰接点与第二铰接点的距离相等。

第一电动推杆5.5的一端与底部支架1的右端中部铰链连接，第一电动推杆5.5的另一端与左支架5.2铰链连接。

翻转机构包括上支撑管6和第二电动推杆8；上支撑管6的数量为2，上支撑管6前后间隔布置，上支撑管6倾斜向上设置，上支撑管6的左端与左支架5.2的上端固定连接，上支撑管6的右端与上部支撑板7的下端铰链连接；第二电动推杆8的一端与左支架5.2铰链连接，第二电动推杆8的另一端与上部支撑板7的上端铰链连接。第二电动推杆8推动上部支撑板7绕铰链翻转。

如图3所示，上部支撑板7上安装有直线移动模块9。直线移动模块9固定安装在上部支撑板7上。直线移动模块9包括底座9.1、丝杆座9.2、丝杆电机9.4、丝杆9.3、丝杆螺母9.5、第一直线导轨9.7和支撑安装座9.6；底座9.1为长方形，丝杆座9.2垂直设置在底座9.1的两个长边之间，且靠近底座9.1的一个短边；丝杆电机9.4固定放置在底座9.1的另一个短边上。丝杆9.3的一端与丝杆座9.2构成转动副，丝杆9.3的另一端与丝杆电机9.4的输出轴固定连接，丝杆电机9.4驱动丝杆9.3转动。丝杆螺母9.5与丝杆9.3构成丝杠副。第一直线导轨9.7的数量为2，第一直线导轨9.7分别固定设置在底座9.1的两个长边上。支撑安装座9.6与丝杆螺母9.5固定连接，支撑安装座9.6与第一直线导轨9.7构成滑动副。超冗余度蛇形机器人10安装于支撑安装座9.6上。

如图4所示，支腿模块3包括支腿座3.2、第二四连杆升降机构3.6、支撑脚座3.7、辅助支撑机构。辅助支撑机构包括挡块3.8、加强连杆3.9。

支腿座3.2的第一端安装在底部支架1的长边外侧，第二四连杆升降机构3.6设置在支腿座3.2的第二端下方，支撑脚座3.7设置在第二四连杆升降机构3.6下方；辅助支撑机构固定安装在支腿座3.2的第二端下方。

第二四连杆升降机构3.6包括第二直线导轨3.10、上滑动块3.61、下底座3.62、外侧连杆3.63、内侧连杆3.64和第三电动推杆3.5。第二直线导轨3.10固定安装在支腿座3.2的第二端下方；上滑动块3.61和第二直线导轨3.10构成滑动副；外侧连杆3.63与内侧连杆3.64长度相同且平行布置；外侧连杆3.63的一端与上滑动块3.61铰链连接，外侧连杆3.63的另一端与下底座3.62铰链连接；内侧连杆3.64的一端与上滑动块3.61铰链连接，内侧连杆3.64的另一端与下底座3.62铰链连接。第三电动推杆3.5的一端与上滑动块3.61铰链连接，第三电动推杆3.5的另一端与支腿座3.2铰链连接。每个上滑动块3.61由各自第三电动推杆3.5独立驱动。

支撑脚座3.7的上部固定安装在下底座3.62上。挡块3.8设置于第二直线导轨3.10外侧，挡块3.8固定安装于支腿座3.2的第二端下方，加强连杆3.9一端与挡块3.8铰链连接，加强连杆3.9另一端与下底座3.62铰链连接。挡块3.8用于限制上滑动块3.61滑动范围。

支腿座3.2还包括铰接座3.1、转动轴3.3，转动轴3.3固定设置于支腿座3.2的第一端，铰接座3.1固定安装在底部支架1侧壁上，转动轴3.3与铰接座3.1构成转动副。

支撑脚座3.7还包括缓冲垫，底部支架1的长边外侧的支腿座3.2的底部对应位置设置缓冲垫。本实施例缓冲垫优选为聚氨酯材料。

实施例2：

在实施例1的基础上，超冗余度蛇形机器人的升降装置还包括支腿模块外伸驱动模块4，支腿模块外伸驱动模块4的数量为4，固定安装在底部支架1上。如图5所示，支腿模块外伸驱动模块4包括第四电动推杆4.1、电动推杆连接头4.2、驱动滑块4.7、连接板4.3、齿条4.4、齿轮3.4、第三直线导轨4.5、螺纹连接孔4.6，第四电动推杆4.1一端与底部支架1铰链连接，第四电动推杆4.1另一端与电动推杆连接头4.2铰链连接，电动推杆连接头4.2与驱动滑块4.7固定连接，第三直线导轨4.5固定安装在底部支架1上，驱动滑块4.7与第三直线导轨4.5构成滑动副，齿条4.4固定安装于连接板4.3上，齿条4.4的分度线与驱动滑块4.7的滑动方向平行，螺纹连接孔4.6设置在连接板4.3上，螺纹连接孔4.6为长圆孔，螺纹连接孔4.6的长圆孔的长度方向与齿条4.4的分度线垂直；连接板4.3通过螺纹连接孔4.6与驱动滑块4.7螺栓连接；齿轮3.4固定安装在转动轴3.3的上端，齿条4.4与齿轮3.4构成齿轮齿条传动副。每个支腿模块外伸驱动模块4由各自第四电动推杆4.1独立驱动。

本发明在初始状态时，底部支架1通过行走轮2支撑，并且支腿模块3贴合在底部支架1的外壁上。工作时的具体步骤为：

步骤s1：将超冗余度蛇形机器人10的升降装置移动到工作位；

步骤s2：驱动第四电动推杆4.1，转动支腿模块3到合适的位置；最佳为旋转120度伸出；

步骤s3：驱动第三电动推杆3.5，使得超冗余度蛇形机器人10的升降装置升高，直到行走轮2脱离所述工作位；

步骤s4：驱动第三电动推杆3.5，使得本发明的升降装置保持水平；同时使支撑脚座3.7向下撑起，通过四个支撑脚座3.7同时作用，将设备整体抬起；

步骤s5：驱动第一电动推杆5.5，根据需要通过第一四连杆升降机构5带动上部支撑板7在高度方向升起；

步骤s6：驱动第二电动推杆8，通过翻转机构调节上部支撑板7的角度；可以使超冗余度蛇形机器人10上升到更高的高度和合适的水平位置；

步骤s7：驱动丝杆电机9.4，通过丝杆9.3传动，驱动支撑安装座9.6直线运动，进而带动超冗余度蛇形机器人10到达指定位置。超冗余度蛇形机器人10也可沿丝杆9.3的方向来回往复运动。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。