一种四足攀爬移动机器人

摘要

一种四足攀爬移动机器人，属于攀爬移动机器人技术领域。本发明的机首攀爬足与第一机身攀爬足相连接，第一机身攀爬足与第二机身攀爬足相连接，第二机身攀爬足与机尾攀爬足相连接，机首攀爬足与机尾攀爬足结构相同，第一机身攀爬足与第二机身攀爬足结构相同，机首攀爬足、机尾攀爬足由单自由度关节驱动，第一机身攀爬足、第二机身攀爬足由双自由度关节驱动，在单自由度关节及双自由度关节上均连接有夹持爪。本发明与现有技术相比，在面对复杂形状和类型的输电铁塔时，能够轻松适应输电铁塔并进行攀爬作业，能够实现在主材、斜材及横担之间进行攀爬跨越，攀爬灵活性较高，攀爬过程中能够保证始终有两个攀爬足处于夹紧状态，保证了攀爬安全性。

权利要求

1.一种四足攀爬移动机器人，其特征在于：包括机首攀爬足、第一机身攀爬足、第二机身攀爬足及机尾攀爬足，所述机首攀爬足与第一机身攀爬足相连接，第一机身攀爬足与第二机身攀爬足相连接，第二机身攀爬足与机尾攀爬足相连接，所述机首攀爬足与机尾攀爬足结构相同，第一机身攀爬足与第二机身攀爬足结构相同，所述机首攀爬足、机尾攀爬足包括单自由度关节，所述第一机身攀爬足、第二机身攀爬足包括双自由度关节，在所述单自由度关节及双自由度关节上均连接有夹持爪；

所述单自由度关节包括第一支座、第一驱动电机、第一转动轴、第二转动轴、第一夹持爪驱动电机及第一夹持爪驱动轴，所述第一驱动电机固定在第一支座上，在第一驱动电机的电机轴上连接有蜗杆，所述第一转动轴通过轴承安装在第一支座上，在第一转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述第二转动轴通过轴承安装在第一支座上，第二转动轴与第一转动轴相平行；所述第一转动轴与第二转动轴之间通过皮带及皮带轮传动配合；

在所述第二转动轴上固装有转接块，第一夹持爪驱动电机固装于转接块上，所述第一夹持爪驱动轴安装在转接块上且垂直于第二转动轴，第一夹持爪驱动轴相对于转接块可转动但轴向不可动，在第一夹持爪驱动轴一端安装有从动齿轮，在第一夹持爪驱动电机的电机轴上安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合；所述第一夹持爪驱动轴另一端与夹持爪相连接。

2.根据权利要求1所述的一种四足攀爬移动机器人，其特征在于：所述双自由度关节包括第二支座、第二驱动电机、第三转动轴、第四转动轴、第五转动轴、十字轴、第三支座、第三驱动电机、第二夹持爪驱动电机及第二夹持爪驱动轴，所述第二驱动电机固定在第二支座上，在第二驱动电机的电机轴上连接有蜗杆，所述第三转动轴通过轴承安装在第二支座上，在第三转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述十字轴的横轴通过轴承安装在第二支座上，十字轴的横轴与第三转动轴相平行；所述第三转动轴与十字轴的横轴之间通过皮带及皮带轮传动配合；

所述十字轴的纵轴通过轴承安装在第三支座上，所述第四转动轴通过轴承安装在第三支座上，第四转动轴与十字轴的纵轴相平行；所述第三驱动电机固定在第三支座上，在第三驱动电机的电机轴上连接有蜗杆，在第四转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述第四转动轴与十字轴的纵轴之间通过皮带及皮带轮传动配合；

所述第五转动轴通过轴承安装在第三支座上，第五转动轴与十字轴的纵轴相平行；所述第二夹持爪驱动电机固定在第三支座上，在第二夹持爪驱动电机的电机轴上连接有蜗杆，在第五转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述十字轴的纵轴与第二夹持爪驱动轴通过旋转接头相连接，第二夹持爪驱动轴与第五转动轴之间通过皮带及皮带轮传动配合。

3.根据权利要求1所述的一种四足攀爬移动机器人，其特征在于：所述夹持爪包括电动夹持型手爪、磁吸附型手爪或真空吸附型手爪。

4.根据权利要求1所述的一种四足攀爬移动机器人，其特征在于：在所述机首攀爬足与第一机身攀爬足之间、第一机身攀爬足与第二机身攀爬足之间、第二机身攀爬足与机尾攀爬足之间均安装有足间连接杆。

说明书

一种四足攀爬移动机器人

技术领域

[0001] 本发明属于攀爬移动机器人技术领域，特别是涉及一种四足攀爬移动机器人。

背景技术

[0002] 在我国电力系统中，输电铁塔的巡检大多为人工巡检，但是人工巡检效率普遍不高，且危险性极大，则相关技术人员便研发出了攀爬移动机器人用以代替人工进行巡检作业，但是现有的攀爬移动机器人都还不是很完善，且或多或少存在一些不足，其中攀爬移动机器人对输电铁塔的形状和类型要求高，很难适应复杂类型的斜材和横担，对攀爬环境适应性差，在攀爬过程中，难以实现对主材、斜材及横担之间的攀爬跨越，攀爬灵活性较差，且攀爬安全性不高。

发明内容

[0003] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构紧凑、对攀爬环境适应性强、攀爬灵活性好及安全性高的四足攀爬移动机器人。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种四足攀爬移动机器人，包括机首攀爬足、第一机身攀爬足、第二机身攀爬足及机尾攀爬足，所述机首攀爬足与第一机身攀爬足相连接，第一机身攀爬足与第二机身攀爬足相连接，第二机身攀爬足与机尾攀爬足相连接，所述机首攀爬足与机尾攀爬足结构相同，第一机身攀爬足与第二机身攀爬足结构相同，所述机首攀爬足、机尾攀爬足包括单自由度关节，所述第一机身攀爬足、第二机身攀爬足包括双自由度关节，在所述单自由度关节及双自由度关节上均连接有夹持爪。

[0005] 所述单自由度关节包括第一支座、第一驱动电机、第一转动轴、第二转动轴、第一夹持爪驱动电机及第一夹持爪驱动轴，所述第一驱动电机固定在第一支座上，在第一驱动电机的电机轴上连接有蜗杆，所述第一转动轴通过轴承安装在第一支座上，在第一转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述第二转动轴通过轴承安装在第一支座上，第二转动轴与第一转动轴相平行；所述第一转动轴与第二转动轴之间通过皮带及皮带轮传动配合；

[0006] 在所述第二转动轴上固装有转接块，第一夹持爪驱动电机固装于转接块上，所述第一夹持爪驱动轴安装在转接块上且垂直于第二转动轴，第一夹持爪驱动轴相对于转接块可转动但轴向不可动，在第一夹持爪驱动轴一端安装有从动齿轮，在第一夹持爪驱动电机的电机轴上安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合；所述第一夹持爪驱动轴另一端与夹持爪相连接。

[0007] 所述双自由度关节包括第二支座、第二驱动电机、第三转动轴、第四转动轴、第五转动轴、十字轴、第三支座、第三驱动电机、第二夹持爪驱动电机及第二夹持爪驱动轴，所述第二驱动电机固定在第二支座上，在第二驱动电机的电机轴上连接有蜗杆，所述第三转动轴通过轴承安装在第二支座上，在第三转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述十字轴的横轴通过轴承安装在第二支座上，十字轴的横轴与第三转动轴相平行；所述第三转动轴与十字轴的横轴之间通过皮带及皮带轮传动配合；

[0008] 所述十字轴的纵轴通过轴承安装在第三支座上，所述第四转动轴通过轴承安装在第三支座上，第四转动轴与十字轴的纵轴相平行；所述第三驱动电机固定在第三支座上，在第三驱动电机的电机轴上连接有蜗杆，在第四转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述第四转动轴与十字轴的纵轴之间通过皮带及皮带轮传动配合；

[0009] 所述第五转动轴通过轴承安装在第三支座上，第五转动轴与十字轴的纵轴相平行；所述第二夹持爪驱动电机固定在第三支座上，在第二夹持爪驱动电机的电机轴上连接有蜗杆，在第五转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述第五转动轴与第二夹持爪驱动轴通过旋转接头相连接，第二夹持爪驱动轴与第五转动轴之间通过皮带及皮带轮传动配合。

[0010] 所述夹持爪包括电动夹持型手爪、磁吸附型手爪或真空吸附型手爪。

[0011] 在所述机首攀爬足与第一机身攀爬足之间、第一机身攀爬足与第二机身攀爬足之间、第二机身攀爬足与机尾攀爬足之间均安装有足间连接杆。

[0012] 本发明的有益效果：

[0013] 本发明与现有技术相比，在面对复杂形状和类型的输电铁塔时，能够轻松适应输电铁塔并进行攀爬作业，能够实现在主材、斜材及横担之间进行攀爬跨越，攀爬灵活性较高，攀爬过程中能够保证始终有两个攀爬足处于夹紧状态，保证了攀爬安全性。

附图说明

[0014] 图1为本发明的一种四足攀爬移动机器人结构示意图；

[0015] 图2为本发明的单自由度关节结构示意图；

[0016] 图3为本发明的双自由度关节结构示意图；

[0017] 图4为实施例一中攀爬步态分解原理图；

[0018] 图5为实施例二中攀爬步态分解原理图；

[0019] 图中，1—机首攀爬足，2—第一机身攀爬足，3—第二机身攀爬足，4—机尾攀爬足，5—夹持爪，6—足间连接杆，7—第一支座，8—第一驱动电机，9—第一转动轴，10—第二转动轴，11—第一夹持爪驱动电机，12—第一夹持爪驱动轴，13—转接块，14—主动齿轮，15—从动齿轮，16—第二支座，17—第二驱动电机，18—第三转动轴，19—十字轴，20—第三支座，21—第三驱动电机，22—第二夹持爪驱动电机，23—第二夹持爪驱动轴。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0021] 如图1、2、3所示，一种四足攀爬移动机器人，包括机首攀爬足1、第一机身攀爬足2、第二机身攀爬足3及机尾攀爬足4，所述机首攀爬足1与第一机身攀爬足2相连接，第一机身攀爬足2与第二机身攀爬足3相连接，第二机身攀爬足3与机尾攀爬足4相连接，所述机首攀爬足1与机尾攀爬足4结构相同，第一机身攀爬足2与第二机身攀爬足3结构相同，所述机首攀爬足1、机尾攀爬足4包括单自由度关节，所述第一机身攀爬足2、第二机身攀爬足3包括双自由度关节，在所述单自由度关节及双自由度关节上均连接有夹持爪5。

[0022] 所述单自由度关节包括第一支座7、第一驱动电机8、第一转动轴9、第二转动轴10、第一夹持爪驱动电机11及第一夹持爪驱动轴12，所述第一驱动电机8固定在第一支座
7上，在第一驱动电机8的电机轴上连接有蜗杆，所述第一转动轴9通过轴承安装在第一支座7上，在第一转动轴9上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述第二转动轴10通过轴承安装在第一支座7上，第二转动轴10与第一转动轴9相平行；所述第一转动轴9与第二转动轴10之间通过皮带及皮带轮传动配合；

[0023] 在所述第二转动轴10上固装有转接块13，第一夹持爪驱动电机11固装于转接块13上，所述第一夹持爪驱动轴12安装在转接块13上且垂直于第二转动轴10，第一夹持爪驱动轴12相对于转接块13可转动但轴向不可动，在第一夹持爪驱动轴12一端安装有从动齿轮15，在第一夹持爪驱动电机11的电机轴上安装有主动齿轮14，主动齿轮14与从动齿轮15相啮合；所述第一夹持爪驱动轴12另一端与夹持爪5相连接。

[0024] 所述双自由度关节包括第二支座16、第二驱动电机17、第三转动轴18、第四转动轴、第五转动轴、十字轴19、第三支座20、第三驱动电机21、第二夹持爪驱动电机22及第二夹持爪驱动轴23，所述第二驱动电机17固定在第二支座16上，在第二驱动电机17的电机轴上连接有蜗杆，所述第三转动轴18通过轴承安装在第二支座16上，在第三转动轴18上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述十字轴19的横轴通过轴承安装在第二支座16上，十字轴19的横轴与第三转动轴18相平行；所述第三转动轴18与十字轴19的横轴之间通过皮带及皮带轮传动配合；

[0025] 所述十字轴19的纵轴通过轴承安装在第三支座20上，所述第四转动轴通过轴承安装在第三支座20上，第四转动轴与十字轴19的纵轴相平行；所述第三驱动电机21固定在第三支座20上，在第三驱动电机21的电机轴上连接有蜗杆，在第四转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述第四转动轴与十字轴19的纵轴之间通过皮带及皮带轮传动配合；

[0026] 所述第五转动轴通过轴承安装在第三支座20上，第五转动轴与十字轴19的纵轴相平行；所述第二夹持爪驱动电机22固定在第三支座20上，在第二夹持爪驱动电机22的电机轴上连接有蜗杆，在第五转动轴上固定套装有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合；所述第五转动轴与第二夹持爪驱动轴23通过旋转接头相连接，第二夹持爪驱动轴23与第五转动轴之间通过皮带及皮带轮传动配合。

[0027] 根据攀爬环境的不同，所述夹持爪5包括电动夹持型手爪、磁吸附型手爪或真空吸附型手爪。

[0028] 在所述机首攀爬足1与第一机身攀爬足2之间、第一机身攀爬足2与第二机身攀爬足3之间、第二机身攀爬足3与机尾攀爬足4之间均安装有足间连接杆6，根据实际攀爬距离的需要，备有若干不同杆长的足间连接杆6以满足更换需要。

[0029] 下面结合附图说明本发明的使用过程：

[0030] 应用实施例一

[0031] 本实施例中，本发明用于攀爬输电铁塔主材，主材为角钢塔架，夹持爪5选用电动夹持型手爪，攀爬前，首先将本发明送到角钢塔架上，令机首攀爬足1和第一机身攀爬足2夹紧角钢塔架，第二机身攀爬足3和机尾攀爬足4处于松开状态，此时处于攀爬前的初始状态，如图4所示，为攀爬步态分解原理图；

[0032] 动作一：第一机身攀爬足2通过其双自由度关节控制第二机身攀爬足3抬起，同时第二机身攀爬足3通过其双自由度关节控制机尾攀爬足4沿着角钢塔架表面向上爬升，当达到预定高度后，机尾攀爬足4夹紧角钢塔架，然后第二机身攀爬足3松开；

[0033] 动作二：机首攀爬足1通过其单自由度关节控制第一机身攀爬足2抬起，同时机尾攀爬足4通过其单自由度关节控制第二机身攀爬足3落下，直到第二机身攀爬足3夹紧角钢塔架，然后机首攀爬足1松开；

[0034] 动作三：第二机身攀爬足3通过其双自由度关节控制第一机身攀爬足2落下，同时第一机身攀爬足2通过其双自由度关节控制机首攀爬足1沿着角钢塔架表面向上爬升，直到第一机身攀爬足2的夹持爪5与角钢塔架表面相接触，此时机首攀爬足1和第一机身攀爬足2同时夹紧角钢塔架，然后第二机身攀爬足3和机尾攀爬足4依次松开，此时完成一个攀爬步态，重复步态完成攀爬作业。

[0035] 应用实施例二

[0036] 本实施例中，本发明用于攀爬跨越输电铁塔斜材，斜材为角钢架，夹持爪5选用电动夹持型手爪，攀爬前，首先令机尾攀爬足4和第二机身攀爬足3夹紧第一层角钢架，同时令机首攀爬足1夹紧第二层角钢架，第一机身攀爬足2悬空，此时处于攀爬前的初始状态，如图5所示，为攀爬步态分解原理图；

[0037] 动作一：第二机身攀爬足3松开，机尾攀爬足4通过其单自由度关节控制第二机身攀爬足3抬起，同时机首攀爬足1通过其单自由度关节控制第一机身攀爬足2抬起并接触第二层角钢架，此时第一机身攀爬足2夹紧第二层角钢架，第二机身攀爬足3悬空；

[0038] 动作二：机首攀爬足1松开，第一机身攀爬足2通过其双自由度关节控制机首攀爬足1抬起，直到机首攀爬足1与第三层角钢架相接触，此时机首攀爬足1夹紧第三层角钢架，然后机尾攀爬足4松开，第二机身攀爬足3通过其双自由度关节控制机尾攀爬足4抬起，直到机尾攀爬足4与第二层角钢架相接触，此时机尾攀爬足4夹紧第二层角钢架；

[0039] 动作三：第一机身攀爬足2松开，机尾攀爬足4通过其单自由度关节控制第二机身攀爬足3抬起，同时机首攀爬足1通过其单自由度关节控制第一机身攀爬足2抬起，直到第二机身攀爬足3与第二层角钢架相接触，此时第二机身攀爬足3夹紧第二层角钢架，同时第一机身攀爬足2悬空，此时完成一个攀爬步态，重复步态完成攀爬作业。

[0040] 实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。