本发明公开了一种垂降装置及其垂降方法。目前，大多机器人受空间限制，局限于固体表面的移动，无法完成空间的跨越。本发明一种垂降装置，包括机架、储料盒、进料器、加热器、夹断器和牵引器。进料器包括第一电机、进料齿轮、L形杆件、缓冲弹簧、限位螺栓、进料架和铰接螺栓。加热器固定机架上。加热器内设置有拉丝通道。所述的牵引器包括牵引壳体、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一牵引轮、第二牵引轮和牵引驱动组件。本发明采用拉丝垂降，能承受较大载荷，且拉丝的操作使得本发明的垂降距离增大。本发明拉丝后的线材原料能够可回收使用，节约了成本且有益于环保。本发明的导向块能够避免线材原料的断裂。
1.一种垂降装置，包括机架、储料盒、进料器、加热器、夹断器和牵引器；其特征在于：所述的机架包括支架、基座和底座；四根支架的底端均与底座固定，另一端均与基座固定；基座上开设有加热通道；加热器固定在加热通道内；所述的储料盒与机架固定；储料盒内装有线材原料；所述的进料器包括第一电机、进料齿轮、L形杆件、缓冲弹簧、限位螺栓、进料架和铰接螺栓；进料架固定在机架上；所述的L形杆件由内端连接在一起的翻转杆和压料杆组成；翻转杆的外端开设有让位孔；限位螺栓的螺杆穿过翻转杆上的让位孔，且与进料架螺纹连接；让位孔的孔径大于限位螺栓的螺杆直径；缓冲弹簧套置在限位螺栓的螺杆上；挤压柱位于压料杆上；挤压柱靠近进料齿轮的一侧开设有线材凹痕；L形杆件的中部与进料架铰接；缓冲弹簧与L形杆件的一端、进料架分别连接；L形杆件的另一端上设置有挤压柱；所述的第一电机固定在进料架上，且输出轴和进料齿轮固定；进料齿轮靠近挤压柱设置；
所述的加热器固定机架上；加热器内设置有拉丝通道；所述的牵引器包括牵引壳体、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一牵引轮、第二牵引轮和牵引驱动组件；牵引壳体固定在基座的顶部；第一齿轮轴、第二齿轮轴均支承在牵引壳体内；第一齿轮轴与第二齿轮轴由牵引驱动组件同步反向驱动；第一牵引轮、第二牵引轮与第一齿轮轴、第二齿轮轴分别固定；所述的夹断器设置在加热器与牵引器之间。
2.根据权利要求1所述的一种垂降装置，其特征在于：所述的夹断器包括夹断架、滑动刀、复位弹簧和电磁铁；两片滑动刀与夹断架构成滑动副；两片滑动刀的刃口相对设置；两片滑动刀的相背端均固定有复位弹簧；各复位弹簧远离对应的滑动刀的那端均与夹断架固定；两片滑动刀上均固定有电磁铁；初始状态下，两片滑动刀的刃口间隔设置；两块电磁铁通电状态下，两片滑动刀的刃口接触。
3.根据权利要求1所述的一种垂降装置，其特征在于：所述的牵引器还包括导向块；导向块固定在牵引壳体上；导向块上开设有呈漏斗状的引导槽；引导槽的内端与第一牵引轮、第二牵引轮的间隙对齐。
4.根据权利要求1所述的一种垂降装置，其特征在于：所述的牵引驱动组件包括第一齿轮、第二齿轮和第二电机；第二电机固定在牵引壳体外部，且输出轴与第一齿轮轴固定；第一齿轮、第二齿轮与第一齿轮轴、第二齿轮轴分别固定；第一齿轮与第二齿轮啮合。
5.根据权利要求1所述的一种垂降装置，其特征在于：所述储料盒内的线材原料的一端依次穿过进料器的进料齿轮与挤压柱之间，加热器内的拉丝通道、夹断器、第一牵引轮与第二牵引轮之间。
6.根据权利要求1所述的一种垂降装置，其特征在于：所述加热器的外侧面设置有多片加热片所述拉丝通道的直径等于储料盒内线材的直径。
7.根据权利要求1所述的一种垂降装置，其特征在于：所述的储料盒为圆盘式盒体；储料盒内的线材原料成卷设置；线材原料的材质为聚乳酸。
8.如权利要求1所述的一种垂降装置的垂降方法，其特征在于：步骤一、加热器启动，使得拉丝通道内的线材原料受热软化；第一电机正转，使得进料齿轮正转，将储料盒内的线材原料持续输送向加热器；牵引驱动组件驱动第一牵引轮、第二牵引轮转动，对加热器内的线材原料进行拉丝；将拉丝后的线材原料与环境中的固定物体固定；
步骤二、需要垂降时，加热器启动，第一电机正转，牵引驱动组件驱动第一牵引轮、第二牵引轮转动，持续输出拉丝后的线材原料，使得机架逐渐下降；
步骤三、机架降低到指定位置后，若需要重新攀升，则进入步骤四；否则，夹断器切断线材原料；
步骤四、加热器启动，牵引驱动组件驱动第一牵引轮、第二牵引轮转动，将外部的线材原料输送到加热器的拉丝通道中；拉丝后的线材原料在拉丝通道中受到轴向挤压，变粗至直径等于拉丝通道的直径；第一电机反转，使得进料齿轮反转，将拉丝通道内的线材原料输送到储料盒中。
一种垂降装置及其垂降方法
技术领域
[0001] 本发明属于空间移动机器人技术领域，具体涉及一种垂降装置及其垂降方法。
背景技术
[0002] 科技发展日新月异，越来越多机器人代替人类完成一些危险、困难或繁琐的工作。其中，有些工作需要机器人跨越一定的高度，如：高楼擦窗，井下探测作业，太空探索等。目前，大多机器人受空间限制，局限于固体表面的移动，无法完成空间的跨越。如果搭载飞行机构，载荷率将成为限制其移动的主要因素。因此，一种垂降装置对解除机器人的空间限制十分必要。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种垂降装置及其垂降方法。
[0004] 本发明一种垂降装置，包括机架、储料盒、进料器、加热器、夹断器和牵引器。所述的储料盒与机架固定。储料盒内装有线材原料。所述的进料器包括第一电机、进料齿轮、L形杆件、缓冲弹簧、限位螺栓、进料架和铰接螺栓。进料架固定在机架上。L形杆件的中部与进料架铰接。缓冲弹簧与L形杆件的一端、进料架分别连接。L形杆件的另一端上设置有挤压柱。所述的第一电机固定在进料架上，且输出轴和进料齿轮固定。进料齿轮靠近挤压柱设置。
[0005] 所述的加热器固定机架上。加热器内设置有拉丝通道。所述的牵引器包括牵引壳体、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一牵引轮、第二牵引轮和牵引驱动组件。牵引壳体固定在基座的顶部。第一齿轮轴、第二齿轮轴均支承在牵引壳体内。第一齿轮轴与第二齿轮轴由牵引驱动组件同步反向驱动。第一牵引轮、第二牵引轮与第一齿轮轴、第二齿轮轴分别固定。所述的夹断器设置在加热器与牵引器之间。
[0006] 进一步地，所述的夹断器包括夹断架、滑动刀、复位弹簧和电磁铁。两片滑动刀与夹断架构成滑动副。两片滑动刀的刃口相对设置。两片滑动刀的相背端均固定有复位弹簧。各复位弹簧远离对应的滑动刀的那端均与夹断架固定。两片滑动刀上均固定有电磁铁。初始状态下，两片滑动刀的刃口间隔设置。两块电磁铁通电状态下，两片滑动刀的刃口接触。
[0007] 进一步地，所述的牵引器还包括导向块。导向块固定在牵引壳体上。导向块上开设有呈漏斗状的引导槽。引导槽的内端与第一牵引轮、第二牵引轮的间隙对齐。
[0008] 进一步地，所述的L形杆件由内端连接在一起的翻转杆和压料杆组成。翻转杆的外端开设有让位孔。限位螺栓的螺杆穿过翻转杆上的让位孔，且与进料架螺纹连接。让位孔的孔径大于限位螺栓的螺杆直径。缓冲弹簧套置在限位螺栓的螺杆上。挤压柱位于压料杆上。挤压柱靠近进料齿轮的一侧开设有线材凹痕。
[0009] 进一步地，所述的牵引驱动组件包括第一齿轮、第二齿轮和第二电机。第二电机固定在牵引壳体外部，且输出轴与第一齿轮轴固定。第一齿轮、第二齿轮与第一齿轮轴、第二齿轮轴分别固定。第一齿轮与第二齿轮啮合。
[0010] 进一步地，所述储料盒内的线材原料的一端依次穿过进料器的进料齿轮与挤压柱之间，加热器内的拉丝通道、夹断器、第一牵引轮与第二牵引轮之间。
[0011] 进一步地，所述加热器的外侧面设置有多片加热片。所述拉丝通道的直径等于出料盒内线材的直径。
[0012] 进一步地，所述的机架包括支架、基座和底座。四根支架的底端均与底座固定，另一端均与基座固定。基座上开设有加热通道。加热器固定在加热通道内。
[0013] 进一步地，所述的储料盒为圆盘式盒体。储料盒内的线材原料成卷设置。线材原料的材质为聚乳酸。
[0014] 该垂降装置的垂降方法具体如下：
[0015] 步骤一、加热器启动，使得拉丝通道内的线材原料受热软化。第一电机正转，使得进料齿轮正转，将储料盒内的线材原料持续输送向加热器。牵引驱动组件驱动第一牵引轮、第二牵引轮转动，对加热器内的线材原料进行拉丝；将拉丝后的线材原料与环境中的固定物体固定。
[0016] 步骤二、需要垂降时，加热器启动，第一电机正转，牵引驱动组件驱动第一牵引轮、第二牵引轮转动，持续输出拉丝后的线材原料，使得机架逐渐下降。
[0017] 步骤三、机架降低到指定位置后，若需要重新攀升，则进入步骤四；否则，夹断器切断线材原料。
[0018] 步骤四、加热器启动，牵引驱动组件驱动第一牵引轮、第二牵引轮转动，将外部的线材原料输送到加热器的拉丝通道中；拉丝后的线材原料在拉丝通道中受到轴向挤压，变粗至直径等于拉丝通道的直径。第一电机反转，使得进料齿轮反转，将拉丝通道内的线材原料输送到储料盒中。
[0019] 本发明具有的有益效果是：
[0020] 1、本发明采用拉丝垂降，能承受较大载荷，且拉丝的操作使得本发明的垂降距离增大。
[0021] 2、本发明拉丝后的线材原料能够可回收使用，节约了成本且有益于环保。
[0022] 3、本发明的导向块能防止装置重心偏差导致拉丝后的线材原料与尖锐脚接触，进而避免线材原料的断裂。
[0023] 4、本发明装置尺寸微小，灵活轻便，适用范围广，模块化程度高，易于集成到其他机器人，使得常规机器人的地形适应能力大大增强。
附图说明
[0024] 图1为本发明的整体结构示意图；
[0025] 图2为本发明的剖视图；
[0026] 图3为本发明中进料器的示意图；
[0027] 图4为本发明中夹断器的示意图；
[0028] 图5为本发明中牵引器的示意图。
具体实施方式
[0029] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0030] 如图1和2所示，一种垂降装置，包括机架、储料盒1、进料器7、加热器9、夹断器6、牵引器4和控制器。机架包括支架2、基座3和底座8。四根支架2的底端均与底座8固定，另一端均与基座3固定。支架2采用铝型材。储料盒1为圆盘式盒体。储料盒1与底座8固定。储料盒1内装有线材原料11。储料盒1内的线材原料11成卷设置。线材原料11的材质为聚乳酸(PLA)。储料盒1靠近底座的一侧开设有第一出料孔。底座上开设有与出料孔对齐的原料通道。
[0031] 如图1、2和3所示，进料器7包括第一电机12、进料齿轮13、L形杆件15、缓冲弹簧17、限位螺栓16、进料架14和铰接螺栓30。L形杆件15由内端连接在一起的翻转杆和压料杆组成。L形杆件15的转折处(翻转杆与压料杆连接处)与进料架14通过铰接螺栓30构成转动副。
[0032] 翻转杆的外端开设有让位孔。限位螺栓16的螺杆穿过翻转杆上的让位孔，且与进料架14螺纹连接。让位孔的孔径大于限位螺栓16的螺杆直径，使得翻转杆能够绕铰接螺栓转动。缓冲弹簧17套置在限位螺栓16的螺杆上，且两端分别抵住翻转杆外端、进料架14。压料杆上设置有挤压柱。进料架14与基座3固定。第一电机12固定在进料架14上，且输出轴和进料齿轮13固定。进料齿轮13的侧部靠近挤压柱的侧面设置。挤压柱靠近进料齿轮13的一侧开设有线材凹痕。线材凹痕用于增大挤压柱与线材原料11的接触面积，并对线材原料11进行限位。翻转杆、进料架14上分别开设有用于穿过线材原料11的第二出料孔、第三出料孔。在进料齿轮13与挤压柱之间穿过线材原料11的情况下，挤压柱在缓冲弹簧17的作用下压住线材原料11。进料齿轮13的转动将带动线材原料11滑动，线材原料11滑动的过程中，挤压柱时刻压住线材原料11，且随之发生翻转。
[0033] 如图2所示，基座3上开设有加热通道。加热器9固定在加热通道内。加热器9内设置有拉丝通道。拉丝通道的直径等于出料盒内线材的直径。加热器9的外侧面设置有多片加热片，用以提升加热器9内拉丝通道的温度。加热器9的两端分别设置有进料接头、出料嘴。进料接头与进料架14上的第三出料孔对齐。
[0034] 如图1、2和4所示，夹断器6包括夹断架26、滑动刀27、复位弹簧28和电磁铁29。两片滑动刀27与夹断架26构成滑动方向相同的滑动副。两片滑动刀27的刃口相对设置。两片滑动刀27的相背端均固定有两根复位弹簧28。各复位弹簧28远离对应的滑动刀27的那端均与夹断架26固定。两片滑动刀27上均固定有电磁铁29，且两块电磁铁29正对设置。初始状态下，两片滑动刀27的刃口间隔设置。两块电磁铁通电状态下，两片滑动刀27的刃口接触。
[0035] 如图1、2和5所示，牵引器4包括第二电机18、牵引壳体21、第一齿轮轴19、第二齿轮轴25、第一齿轮20、第二齿轮24、第一牵引轮22、第二牵引轮23和导向块5。牵引壳体21固定在基座3的顶部。相互平行的第一齿轮轴19、第二齿轮轴25均支承在牵引壳体21内。第二电机18固定在牵引壳体21外部，且输出轴与第一齿轮轴19固定。第一齿轮20、第二齿轮24与第一齿轮轴19、第二齿轮轴25分别固定。第一齿轮20与第二齿轮24啮合。第一牵引轮22、第二牵引轮23与第一齿轮轴19、第二齿轮轴25分别固定。第一牵引轮22与第二牵引轮23相互靠近设置。第一牵引轮22及第二牵引轮23的侧面均呈内凹设置。第一牵引轮22与第二牵引轮23实现对拉丝后的线材原料11进行夹紧和输送。导向块5固定在牵引壳体21上。导向块5上开设有呈漏斗状的引导槽。牵引壳体21上开设有两个第四出料孔。其中一个第四出料孔与出料嘴对齐。另一个第四出料孔与导向块5的引导槽小口对齐。
[0036] 储料盒1内的线材原料11的一端依次穿过进料器7的进料齿轮13与挤压柱之间，加热器9内的拉丝通道、两片滑动刀27的刃口之间、第一牵引轮22与第二牵引轮23之间、导向块5的引导槽。
[0037] 第一电机及第二电机与控制器通过电机驱动器连接。两个电磁铁与控制器通过继电器连接。各加热片与控制器通过同一个继电器连接。
[0038] 该垂降装置的垂降方法具体如下：
[0039] 步骤一、加热器9启动，使得拉丝通道内的线材原料11受热软化。第一电机12正转，使得进料齿轮13正转，将储料盒1内的线材原料11持续输送向加热器。第二电机18正转，对加热器9内的线材原料11进行拉丝；拉丝后的线材原料11从导向块5输出，由于刚从导向块5输出的线材原料11还未完全冷却，故具有强粘性。将导向块5输出的线材原料11与环境中的固定物体粘结固定。进料器7与牵引器4输送线材原料11的速度之比决定拉丝后线材原料11的直径。
[0040] 步骤二、需要垂降时，加热器9启动，第一电机12及第二电机18均正转，从引导块中持续输出拉丝后的线材原料11，使得机架逐渐下降。
[0041] 步骤三、机架降低到指定位置后，装载本发明的机器人进行工作。若需要重新攀升，则进入步骤四；否则，控制器控制两个电磁铁通电，两片滑动刀相向运动，切断线材原料11。
[0042] 步骤四、加热器9启动，第二电机18反转，将外部的线材原料11输送到加热器9的拉丝通道中；拉丝后的线材原料11在拉丝通道中受到轴向挤压，开始变粗至直径等于拉丝通道的直径。第一电机12反转，使得进料齿轮13反转，将拉丝通道内的线材原料11输送到储料盒1中重复使用。
