六足机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种六足机器人，包括机架、行走机构和控制系统；行走机构包括两组行走腿组，每组行走腿组包括三个结构相同的机械腿和可同时驱动组内三机械腿的驱动机构，两组行走腿组的机械腿相互间隔与机架配合设置；机械腿均包括大腿、小腿和真空吸附足部，大腿以在水平面转动的方式设置于机架，小腿以可在竖直平面内转动的方式与所述大腿配合设置，真空吸附足部以可在竖直平面内转动的方式与小腿配合设置；不仅可配合高清相机和裂纹检测仪检测桥梁表面或者内部存在的问题或隐患，以满足桥梁检测的要求，而且可两栖作业，并具备较强的跨越障碍的能力。
【专利说明】
六足机器人
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种六足机器人。
【背景技术】
[0002]工业机器人已广泛应用于包括工业制造、制药、家政清洁、探测检测等在内的各个领域具备了。在桥梁工程领域，大型混凝土结构桥梁的待检测区域存在了水平面和垂直面，部分还因结构需要选用了镂空、阶梯状或桥墩过水等复杂结构，给检测造成了一定的难度和挑战。
[0003]机器人的相关应用对解决上述问题提供了一条不错的途径。但是大部分机器人由于结构、吸附机理、控制、攀爬方式以及能源供给的限制呈现出不同的特点，只能应用于单一或者特定的任务中。并且，“速度”和“越障”是爬壁机器人运动过程中相互矛盾的统一体，研究检测过程中如何解决一对矛盾的影响因素来实现机器人综合运动能力的提升成为迫切需要解决的问题。同时，现存桥梁检测机器人多用于水上结构的检测，过水桥的水下部分多采用潜水员携带器械作业，操作繁琐，检测人员的安全不能得到完全的保障。因此，研究一种既可以实现对桥梁的水上部分，又可以针对桥梁水下部分进行检测的机器人，就具有很强的现实意义。
【实用新型内容】
[0004]有鉴于此，本实用新型提供一种六足机器人，不仅可配合高清相机和裂纹检测仪检测桥梁表面或者内部存在的问题或隐患，以满足桥梁检测的要求，而且可两栖作业，并具备较强的跨越障碍的能力。
[0005]本实用新型的六足机器人，包括机架、行走机构和控制系统;行走机构包括两组行走腿组，每组行走腿组包括三个结构相同的机械腿和可同时驱动组内三机械腿的驱动机构，两组行走腿组的机械腿相互间隔与机架配合设置；
[0006]机械腿均包括大腿、小腿和真空吸附足部，大腿以在水平面转动的方式设置于所述机架，小腿以可在竖直平面内转动的方式与所述大腿配合设置，真空吸附足部以可在竖直平面内转动的方式与所述小腿配合设置。
[0007]进一步，驱动机构包括主驱动装置、与主驱动装置的动力输出端圆周固定的主动锥齿轮和动力输入端与主动锥齿轮啮合传动并用于驱动机械腿的大腿转动的锥齿轮传动副，锥齿轮传动副与对应行走腿组内的每一机械腿一一对应设置。
[0008]进一步，每组行走腿组内有一组锥齿轮传动副上设置有用于与主动锥齿轮离合传动的离合装置。
[0009]进一步，两组行走腿组内与组内设置离合装置的锥齿轮传动副相对应传动连接的机械腿相对于机架对称设置。
[0010]进一步，锥齿轮传动副包括动力输入锥齿轮、动力传动轴和动力输出锥齿轮，动力输入锥齿轮与主动锥齿轮啮合传动，动力输出锥齿轮与对应大腿的端部上设置的从动锥齿轮相嗤合。
[0011]进一步，从动锥齿轮由所述大腿的端部上一体成型设置的锥齿圈形成。
[0012]进一步，真空吸附足部包括壳体、与壳体连接的吸附盘、以可上下移动的方式设置在吸附盘内并用于吸附盘与吸附界面接触时形成真空的活塞和设置在壳体内并驱动活塞上下移动的活塞驱动组件。
[0013]进一步，活塞驱动组件包括驱动凸轮、分度调节机构和下端伸入吸附盘内并与活塞连接的活塞杆，分度调节机构包括分度套、转盘和内芯，分度套上设置有高位槽和低位槽，内芯内套在分度套内并由驱动凸轮驱动上下移动以驱使转盘在分度套的高位槽和低位槽间切换，活塞杆上端抵止于转盘。
[0014]进一步，活塞底部还设置有可弹性形变的形变层;活塞与吸附盘内壁间圆周密封配合。
[0015]进一步，控制系统包括:
[0016]位置传感器，安装于机架的底部，用于监测机器人在工作过程中的行走路径；
[0017]速度传感器，安装于每条机械腿的大腿和小腿的内部，用于测量机械腿的速度；
[0018]加速度传感器，安装于每条机械腿的大腿和小腿的内部，用于监测每条机械腿的各关节处的加速度；
[0019]压力传感器，安装于形变层，用于监测吸附盘真空吸附时内部压力；
[0020]中央控制器，安装于机架，用于接收位置传感器、速度传感器、加速度传感器和压力传感器的检测信号并向外输出命令以控制机器人工作。
[0021]本实用新型的有益效果:本实用新型的六足机器人，六个机械腿构成六足行走机构，并且每一机械腿的大腿、小腿和足部均可各自调整，通过多关节的调整姿态，可在桥梁检测时保证检测设备选择最佳检测角度和距离，保证检测结果的高精度，而且多足多关节的灵活性使得该机器人可以具备强大的越障能力，不仅可跨越不同尺寸和形状的障碍，通过两组行走腿组的机械腿间的配合，还可以实现水平面到垂直面的行走转移；另外，机械结构的真空吸附足部可使得该机器人可以工作于过水桥等两栖环境，不局限与现有的磁性结构，单次即可实现水下和水上桥梁结构的检测。
【附图说明】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
[0023]图1为本实用新型结构不意图；
[0024]图2为本实用新型结构俯视图；
[0025]图3为本实用新型中的真空吸附足部的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]图1为本实用新型结构示意图，图2为本实用新型结构俯视图，图3为本实用新型中的真空吸附足部的结构示意图，如图所示:本实施例的六足机器人，包括机架1、行走机构和控制系统；行走机构包括两组行走腿组，每组行走腿组包括三个结构相同的机械腿和可同时驱动组内三机械腿的驱动机构，两组行走腿组的机械腿相互间隔与机架I配合设置；
[0027]机械腿均包括大腿8、小腿9和真空吸附足部10，大腿8以在水平面转动的方式设置于机架I，小腿9以可在竖直平面内转动的方式与大腿8配合设置，真空吸附足部10以可在竖直平面内转动的方式与小腿9配合设置。另外，机架上还设置有用于桥梁检测的桥梁检测装置，桥梁检测装置包括相机29，安装于机架上;裂纹检测仪28，用于探测桥面表面或内部的裂纹。
[0028]如图所示，机架I上分别设置有第一机械腿2、第二机械腿3、第三机械腿4、第四机械腿5、第五机械腿6和第六机械腿7，其中，第一机械腿2、第三机械腿4和第五机械腿6构成一个行走腿组，第二机械腿3、第四机械腿5和第六机械腿7构成另一个行走腿组，两组行走腿组的机械腿相互间隔与机架I配合设置是指每组内的机械腿间均间隔设置有一个另一行走腿组的机械腿，两行走腿组分别设置有一个相对应的驱动机构，并且每一行走腿组对应的驱动机构可同时驱动组内的三个机械腿，通过这种设置方式，每组行走腿组的三机械腿均形成一个三角形，吸附于工作表面时可以保证机器人的稳定性，并与此同时，另一行走腿组的三机械腿向下一个预定位置移动，两组腿的交替前进相比单腿的移动，极大的提升了速度。
[0029]另外，机械腿的大腿8可在水平面内转动是指与机架I相平行的平面内，本实施例中，机架I为板状，并为正六边形，六个机械腿分别设置在一个顶点处，小腿9与大腿8的关节处设置有小腿9驱动机构，小腿9驱动机构包括电机和转轴，以驱动小腿9在竖直平面内转动，同理，小腿9与足部的关节处设置有足部驱动机构，同样通过电机加转轴的方式驱动足部在竖直平面内转动。
[0030]本实施例中，驱动机构包括主驱动装置11、与主驱动装置11的动力输出端圆周固定的主动锥齿轮12和动力输入端与主动锥齿轮12啮合传动并用于驱动机械腿的大腿8转动的锥齿轮传动副，锥齿轮传动副与对应行走腿组内的每一机械腿一一对应设置;如图所示，主驱动装置11为驱动电机，主驱动装置11的动力输出轴与主动锥齿轮12圆周固定，主驱动装置11设置在机架I上，每一组行走腿组的三个机械腿分别通过一个锥齿轮传动副与对应驱动机构的主动锥齿轮12啮合传动，以驱动机械腿的大腿8在水平面内转动。
[0031]本实施例中，每组行走腿组内有一组锥齿轮传动副上设置有用于与主动锥齿轮12离合传动的离合装置13;两组行走腿组内与组内设置离合装置13的锥齿轮传动副相对应传动连接的机械腿相对于机架I对称设置。如图所示，与第二机械腿3对应的锥齿轮传动副和与第五机械腿6对应的锥齿轮传动副上设置有离合装置13，离合装置13为离合器，离合器可使得第二机械腿3和第五机械腿6与相对应的驱动机构的主动锥齿轮12间的传动接合或断开;通过离合的设置，可实现机器人行走时的爬墙功能实现越障，具体如下:机器人需要从桥面自动到垂直于桥面的桥墩，或者跨越较大体积障碍时，可先使其中一组行走腿组工作，以第一机械腿2、第三机械腿4和第五机械腿6先工作为例，当需要爬墙时，先通过该三机械腿使得机架I靠近墙面，将第五机械腿6通过离合装置13断开动力传动，然后使第一机械腿2和第三机械腿4的小腿9和足部的转动吸附到墙面上，然后通过第一机械腿2、第三机械腿4和第五机械腿6的大腿8与小腿9关节处的电机调整机架I整体的姿态，此时第一机械腿2和第三机械腿4的大腿8和小腿9处的关节协同作用，将机架I向墙面倾斜，处于未吸附悬空状态下的第二机械腿3、第四机械腿5和第六机械腿7也随机架倾斜到第二机械腿3刚好能接触并吸附与墙面，然后保证第二机械腿3的离合装置13断开，将第四机械腿5和第六机械腿7的足部吸附到墙面上，然后悬空第一机械腿2、第三机械腿4和第五机械腿6，此时第二机械腿3、第四机械腿5和第六机械腿7的大腿8和小腿9处的关节协同作用，将机架I进一步向墙面倾斜至与墙面平行，然后第一机械腿2、第三机械腿4和第五机械腿6的大腿8与小腿9关节处的电机调整三条腿的角度，使第一机械腿2、第三机械腿4和第五机械腿6也吸附于墙面，从而达到爬墙的目的。
[0032]本实施例中，锥齿轮传动副包括动力输入锥齿轮14、动力传动轴15和动力输出锥齿轮16，动力输入锥齿轮14与主动锥齿轮12啮合传动，动力输出锥齿轮16与对应大腿8的端部上设置的从动锥齿轮17相啮合;每一组行走腿组内对应机械腿设置的三组动力输入锥齿轮14均与主动锥齿轮12啮合，动力传动轴15以可转动的方式设置在机架I的底面，动力输出锥齿轮16用于动力传输至每一机械腿的大腿8处，通过这种结构可实现一组内机械腿的联动驱动，结构紧凑，且能耗较小，并大大降低了机器人的整体重量。
[0033]本实施例中，从动锥齿轮17由所述大腿8的端部上一体成型设置的锥齿圈形成;结构强度高。
[0034]本实施例中，真空吸附足部10包括壳体18、与壳体18连接的吸附盘19、以可上下移动的方式设置在吸附盘19内并用于吸附盘19与吸附界面接触时形成真空的活塞20和设置在壳体18内并驱动活塞上下移动的活塞驱动组件;吸附盘的端部由高塑性橡胶制成，具有一定的形变能力保障从而实现与吸附界面的紧密接触。
[0035]本实施例中，活塞驱动组件包括驱动凸轮21、分度调节机构和下端伸入吸附盘19内并与活塞连接的活塞杆22，分度调节机构包括分度套23、转盘24和内芯25，分度套23上设置有高位槽23-1和低位槽23-2，内芯25内套在分度套23内并由驱动凸轮21驱动上下移动以驱使转盘24在分度套23的高位槽和低位槽间切换，活塞杆22上端抵止于转盘24并转动配合，活塞杆上端与转盘转动配合，但转盘上下移动时可带动活塞杆上下移动；一开始，转盘24上设置的斜齿卡爪位于分度套23的高位槽内，将足部的吸附盘19端面紧紧压紧于需吸附的界面上，通过驱动凸轮21驱动内芯25向下运动，对应驱动凸轮21设置有凸轮驱动机构，保证凸轮驱动电机和电机轴，内芯25的向下运动驱使转盘24向下运动，当转盘24向下运动至低位时转动，斜齿卡爪与分度套23的低位槽配合，在此过程中，活塞杆22会推动活塞向下运动，将吸附盘19内的空气和水分挤出，当需要吸附时，驱动凸轮21转动，转盘24的斜齿卡爪进入分度套23的高位槽，活塞杆22向上，由于吸附盘19的端面紧紧压紧于吸附界面，活塞向上形成真空室，和外界的气压或水压形成一个压力差，从而形成真空吸附。
[0036]本实施例中，活塞底部还设置有可弹性形变的形变层26;活塞与吸附盘19内壁间圆周密封配合，活塞外圆周设置有密封环27;形变层在活塞向下极度挤压时储备弹性势能，当驱动凸轮21不再挤压内芯25时，被极度压缩的形变层释放存储的弹性势能，给活塞一个向上的推力。
[0037]本实施例中，控制系统包括:
[0038]位置传感器31，安装于机架I的底部，用于监测机器人在工作过程中的行走路径；
[0039]速度传感器32，安装于每条机械腿的大腿8和小腿9的内部，用于测量机械腿的速度；
[0040]加速度传感器，安装于每条机械腿的大腿8和小腿9的内部，用于监测每条机械腿的各关节处的加速度；
[0041 ]压力传感器33，安装于形变层，用于监测吸附盘19真空吸附时内部压力；
[0042]中央控制器30，安装于机架I，用于接收位置传感器、速度传感器、加速度传感器和压力传感器的检测信号并向外输出命令以控制机器人工作。
[0043]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种六足机器人，其特征在于:包括机架、行走机构和控制系统;所述行走机构包括两组行走腿组，每组行走腿组包括三个结构相同的机械腿和可同时驱动组内三机械腿的驱动机构，两组行走腿组的机械腿相互间隔与机架配合设置； 所述机械腿均包括大腿、小腿和真空吸附足部，所述大腿以在水平面转动的方式设置于所述机架，所述小腿以可在竖直平面内转动的方式与所述大腿配合设置，所述真空吸附足部以可在竖直平面内转动的方式与所述小腿配合设置。2.根据权利要求1所述的六足机器人，其特征在于:所述驱动机构包括主驱动装置、与主驱动装置的动力输出端圆周固定的主动锥齿轮和动力输入端与主动锥齿轮啮合传动并用于驱动机械腿的大腿转动的锥齿轮传动副，所述锥齿轮传动副与对应行走腿组内的每一机械腿 对应设置。3.根据权利要求2所述的六足机器人，其特征在于:每组行走腿组内有一组所述锥齿轮传动副上设置有用于与主动锥齿轮离合传动的离合装置。4.根据权利要求3所述的六足机器人，其特征在于:两组行走腿组内与组内设置所述离合装置的锥齿轮传动副相对应传动连接的机械腿相对于机架对称设置。5.根据权利要求4所述的六足机器人，其特征在于:所述锥齿轮传动副包括动力输入锥齿轮、动力传动轴和动力输出锥齿轮，所述动力输入锥齿轮与所述主动锥齿轮啮合传动，所述动力输出锥齿轮与对应大腿的端部上设置的从动锥齿轮相啮合。6.根据权利要求5所述的六足机器人，其特征在于:所述从动锥齿轮由所述大腿的端部上一体成型设置的锥齿圈形成。7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的六足机器人，其特征在于:所述真空吸附足部包括壳体、与壳体连接的吸附盘、以可上下移动的方式设置在吸附盘内并用于吸附盘与吸附界面接触时形成真空的活塞和设置在壳体内并驱动活塞上下移动的活塞驱动组件。8.根据权利要求7所述的六足机器人，其特征在于:所述活塞驱动组件包括驱动凸轮、分度调节机构和下端伸入吸附盘内并与活塞连接的活塞杆，所述分度调节机构包括分度套、转盘和内芯，所述分度套上设置有高位槽和低位槽，所述内芯内套在分度套内并由驱动凸轮驱动上下移动以驱使转盘在分度套的高位槽和低位槽间切换，所述活塞杆上端抵止于转盘。9.根据权利要求8所述的六足机器人，其特征在于:所述活塞底部还设置有可弹性形变的形变层;所述活塞与所述吸附盘内壁间圆周密封配合。10.根据权利要求9所述的六足机器人，其特征在于:所述控制系统包括: 位置传感器，安装于机架的底部，用于监测机器人在工作过程中的行走路径； 速度传感器，安装于每条机械腿的大腿和小腿的内部，用于测量机械腿的速度； 加速度传感器，安装于每条机械腿的大腿和小腿的内部，用于监测每条机械腿的各关节处的加速度； 压力传感器，安装于形变层，用于监测吸附盘真空吸附时内部压力； 中央控制器，安装于机架，用于接收位置传感器、速度传感器、加速度传感器和压力传感器的检测信号并向外输出命令以控制机器人工作。
【文档编号】B62D57/032GK205469365SQ201620269847
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】罗天洪, 梁爽
【申请人】重庆交通大学