智能翻转式攀爬机器人

智能翻转式攀爬机器人

公布号：CN101695835A

公布日：2010.04.21

申请号：200910073108.2

申请日：2009.10.29

申请人：哈尔滨工程大学

地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号1号楼哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室

发明人：史冬岩；石先杰；邓波；陆玉婷；李芳

发明名称

智能翻转式攀爬机器人

摘要

本发明提供的是一种智能翻转式攀爬机器人。组成包括躯干，安装在躯干上的两个翻

转臂，安装在翻转臂上

的旋转臂，安装在旋转

臂上的夹紧手爪和控

制器；所述的躯干包括

两平行支撑杆、传动

轴、上转动杆和下转动

杆，支撑杆和两转动杆垂直设置且通过滚动轴承相连；翻转电机通过支撑架和躯干相连，位于躯干的两支撑杆之间；翻转电机的输出力矩通过传动装置输出带动翻转臂和躯干翻转。本发明运用翻转式攀爬方式，爬行速度快，能够在弯曲的杆状物和水平的杆状物上爬行，也能够在不同的杆状物之间

进行迁移爬行；通过遥控装置和智能控制，爬行方式灵活，智能化程度高；通过压力传感器反馈回夹力使爬行更加可靠。

权利要求书

1．一种智能翻转式攀爬机器人，其特征是：组成包括躯干，安装在躯干上的两个翻转臂，安装在翻转臂上的旋转臂，安装在旋转臂上的夹紧手爪和控制器；所述的躯干包括两平行支撑杆、传动轴、上转动杆和下转动杆，支撑杆和两转动杆垂直设置且通过滚动轴承相连；翻转电机通过支撑架和躯干相连，位于躯干的两支撑杆之间；翻转电机的输出力矩通过传动装置输出带动翻转臂和躯干翻转。

2．根据权利要求l所述的一种智能翻转式攀爬机器人，其特征是：所述传动装置包括电机输出轴齿轮、换向齿轮、下转动杆齿轮、传动轴齿轮、第一带轮、第二带轮和同步齿形带，翻转电机通过联轴器与电机输出轴齿轮相连，下转动杆齿轮安装在下转动杆上，换向齿

轮通过换向齿轮支承轴安装在支撑杆上，传动轴齿轮安装在传动轴的一端，电机输出轴齿轮与换向齿轮和下转动杆齿轮啮合，换向齿轮与传动轴齿轮啮合，第一带轮安装在传动轴的另一端，第二带轮固定在上转动杆上，两带轮通过同步齿形带连接。

3．根据权利要求l或2所述的一种智能翻转式攀爬机器人，其特征是：所述翻转臂的组成包括翻转支杆、翻转基体、后端盖、旋转电机、推力轴承和止动套；所述旋转臂的组成包括旋转基体、手爪驱动电机、丝杠、限位开关、推杆螺母和手爪转动轴；翻转支杆一端和转动杆固结，翻转支杆另一端与翻转基体固结，止动套位于翻转基体外端、由上下两件套体组成，止动套固定在翻转基体上，旋转电机位于翻转机体内，旋转电机前端有推力轴承，旋转电机输出轴位于推力轴承内，输出轴前端与旋转手臂固结，旋转基体上有导向槽，推杆螺母下端位于导向槽内，推杆螺母上端有螺纹孔与丝杠螺纹连接，限位开关位于丝杠行程末端，手爪驱动电机固定在旋转基体上，电机输出轴与丝杠通过联轴器连接。

4．根据权利要求l或2所述的一种智能翻转式攀爬机器人，其特征是：所述夹紧手爪由爪体、压力传感器、橡胶层、光电管组成，压力传感器位于爪体内侧、与爪体粘接，橡胶层粘贴在压力传感器上，爪体后部设有光电管，最后端有导向槽，推杆螺母位于导向槽内，爪体能够绕位于旋转基体上的手爪转动轴转动。

5．根据权利要求3所述的一种智能翻转式攀爬机器人，其特征是：所述夹紧手爪由爪体、压力传感器、橡胶层、光电管组成，压力

传感器位于爪体内侧、与爪体粘接，橡胶层粘贴在压力传感器上，爪体后部设有光电管，最后端有导向槽，推杆螺母位于导向槽内，爪体能够绕位于旋转基体上的手爪转动轴转动。

6．根据权利要求l或2所述的一种智能翻转式攀爬机器人，其特征是：所述控制器包括控制模块和遥控模块，遥控模块包括无线发射模块和无线接收模块，控制器粘接在躯干上。

7．根据权利要求3所述的一种智能翻转式攀爬机器人，其特征是：所述控制器包括控制模块和遥控模块，遥控模块包括无线发射模块和无线接收模块，控制器粘接在躯干上。

8．根据权利要求4所述的一种智能翻转式攀爬机器人，其特征是：所述控制器包括控制模块和遥控模块，遥控模块包括无线发射模块和无线接收模块，控制器粘接在躯干上。

9．根据权利要求5所述的一种智能翻转式攀爬机器人，其特征是：所述控制器包括控制模块和遥控模块，遥控模块包括无线发射模块和无线接收模块，控制器粘接在躯干上。

基于TRIZ的攀爬机器人的创新设计

机器人是一种典型的机械、电子、控制结合的产物。它是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。在国内外先后出现地面爬行机器人、壁面爬行机器人和球面爬行机器人之后，管道和绳缆爬行机器人也受到了广泛重视，登上了历史舞台。现代生活中，高空作业不断增加，如路灯杆、悬索桥钢索、杆状城市建筑的清洗、油漆、喷涂料、检查、维修、电力系统架设电缆、瓷瓶清洁以及一些危险管道的检修等。为了降低工人高处作业的危险程度，提供可靠的作业工具及物资运送方式，进

行危险环境的管道检修尤其是在发生火灾、地震、核泄漏等突发性自然灾害和人为不慎引起的突发性灾害后危险管道的检修等实际需要，研制一种可实现各种管道及任意角度杆状物攀爬的攀爬机器人是十

分必要的。它不仅可以辅助工人完成作业任务，还可以通过远程监控，实现环境监测、军事侦察等任务。

爬树、爬杆及爬管道类机器人与一般在地面上移动的机构有着很大的不同，从水平爬行“跃迁”到竖直方向爬行，首先要克服重力的作用，而其与垂直壁面的爬行又有着较大的差别，它不能采用吸附式或粘性物质提供抓紧力，只能依靠柱杆的表面提供升力。杆状物攀爬机器人一直以来就是国内外研究的热点和焦点，国内外现有的杆状物攀爬机器人主要有电动机械式、电动液压式和气动蠕动式三种。

电动机械式爬行器利用曲柄滑块及连杆结构，采用螺旋线运动轨迹，可以使爬行器作业高速化，加快循环时间，使爬升和夹紧机构能够同步动作，从结构和运动方式上较好地解决了爬行器的自锁问题，然而蜗杆传动在啮合处有相对滑动，当滑动速度很大，工作条件不够好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起发热过大，使润滑情况恶化，适用于爬行速度低、负载小、杆件表面变化较小的清况。

电动液压式爬行器采用电机直接驱动，可以在任意倾斜角的杆件上爬行，爬升速度高、运行平稳，压紧调节装置，使爬行器能够适应杆件表面直径的变化，而且爬行器能提供较大的负载能力，适用于负载大、杆件表面变化较大的情况，但要求攀爬对象是由较大摩擦系数的材料制成。气动蠕动式爬行器采用气压驱动，由上体、下体、移动机构和气动系统组成，气动装置结构简单、轻便、使用安全。