[实用新型]一种模块化的仿生攀爬机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，是一种用模块化方法构建的串联式关节型能攀爬多种对象并具有操作功能的机器人。

背景技术

目前机器人已经应用于军事、医疗、航天、教育、娱乐、抢险救灾、家庭服务和社会服务等方面，并向新的领域伸展。农业、林业和建筑业将是未来机器人广阔的新的应用领域。这些行业有很多高空作业，例如果树剪枝、果子采摘、树木砍伐、树枝修剪，电线架设和检修、路灯的维修和更换、建筑脚手架的安装和拆卸、铁塔和桁架桥梁的检修，等等。由机器人代替人来执行和从事这些是个必然趋势和发展方向。为此，要求机器人能攀爬杆、树或桁架等多种对象并具有操作功能。目前国内外开发出能爬树干的机器人有双圆环式的、并联式、仿蟑螂六腿式等几种，而能爬杆的机器人有轮式、蛇形缠绕式、仿蜘蛛式等几种。这些样机虽然具有一定的爬行功能，但还很原始，有较大的局限和不足，主要体现在：1)攀爬对象单一，只能爬杆、爬桁架或者爬树而不能攀爬不同的对象；2)缺乏攀爬过渡能力，难以在树枝或杆件之间过渡和切换；3)缺乏操作功能，执行作业时必须另外加装执行器或操作臂，这必然增加系统结构和控制的复杂性、增大平衡和爬行的困难。因此，开发一种能同时攀爬杆、树和桁架等多种对象并且具有操作功能、结构简单、成本低廉的机器人符合机器人发展的趋势和社会生产生活的需要。

实用新型内容

本实用新型目的在于面向农业、林业和建筑业等领域的高空作业，克服现有攀爬类机器人攀爬对象单一、缺乏攀爬过渡能力、构型固定不可改变、缺乏操作功能等缺点，提供一种由若干独立完整的模块组成的便于拆装、构型可改变的模块化的仿生攀爬机器人。

为实现此目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种模块化的仿生攀爬机器人，根据尺蠖、猿猴和树懒等动物的攀爬动作，本实用新型的机器人采用串联式关节型仿手臂结构。本体采用五个自由度，由五个关节模块组成，包括三个T型关节模块和两个I型关节模块。本体两端分别安装两个夹持器模块，组成一个双手爪式的仿手臂机器人。各模块之间采用串联方式依次连接，顺序为：夹持器-I型关节-T型关节-T型关节-T型关节-I型关节-夹持器。三个T型关节模块的转轴互相平行，并与两端I型关节模块的转轴互相垂直。

所述I型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线重合或平行的关节模块。关节由直流伺服电机驱动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直接相联，前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个轴输出到一个中心直齿轮，而中心直齿轮通过两个对称分布的过渡轮驱动一个内齿直齿轮作进一步减速增力并保持传动方向，内齿轮带动关节模块的另一部分作相对转动，最后驱动关节的输出件。

所述T型关节模块只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线垂直的关节模块。关节由直流伺服电机驱动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直接相联，前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个轴进行输出，再通过一对锥齿轮作进一步减速与增力并改变传动方向。大锥齿轮通过一根关节轴带动关节模块的另一部分作相对转动，进行速度和力的输出。

所述夹持器模块是由电机驱动，通过减速机构和平行四边形机构驱动两只夹具进行开闭运动。电机前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器再通过一个轴输出到蜗杆，而蜗杆与蜗轮主动杆啮合，作进一步减速增力。夹持器壳体、蜗轮主动杆、从动杆和夹具一起构成平行四边形机构，将蜗轮主动杆的圆周运动变为夹具的平动并输出动力，从而实现张开和闭合的功能。

本实用新型机器人中间三个T型关节转动能使机器人本体伸展或弯曲，配合I型关节转动则能改变末端夹持器的方位。攀爬时先用一个夹持器稳固地抓夹杆、桁架或树枝以支撑整个机器人，另一端运动，到目标位置后相应的夹持器进行抓夹，然后前一个夹持器松开和释放，并运动到新的目标位置，如此循环，交替抓夹，机器人就可在杆、桁架或树上攀爬。

本实用新型的仿生攀爬机器人具有如下特点和效果：

1)仿生：在运动形式上模仿尺蠖、猿猴和树懒的攀爬，在外形结构上类似人的手臂。

2)模块化：由五个单自由度的关节模块和两个相同的夹持器模块构成，包括三个相同的T型关节模块和两个相同的I型关节模块。模块之间通过卡环实现连接和紧固。机器人的构建和拆装简单、方便和快速，构型可变。

3)串联结构：各模块采用串联方式依次连接，首尾对称。

本实用新型与现有技术相比，还具有如下优点和效果：