[发明专利]一种适用于三维框架的机器人

说明书

本发明涉及机器人技术领域，具体公开了一种适用于三维框架的机器人，由两个对称机构和铰链电机组成，对称机构之间通过所述铰链电机连接，对称机构由旋转运动装置和平移运动装置组成，旋转运动装置和平移运动装置配合安装在框架杆件上，既能实现在三维框架结构上的任意游走，又能够实现对框架结构的构建和重构等高级操作。

【技术领域】

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种能够对复杂三维框架结构自行构建和重构的机器人

【背景技术】

要实现对复杂三维框架结构的自行构建和重构，机器人系统就必须具备两项基本功能，即对结构中意位置的可达功能(例如在框架结构中的攀爬能力)，以及对基本构件的操作功能，包括安装、拆卸、运输等。近年来，研究人员开发了很多具备攀爬功能的机器人系统，例如爬墙机器人、爬杆机器人以及框架攀爬机器人等等。“尺蠖”机器人利用电磁力将自己吸附到铁质结构的表面上，以实现对结构的攀爬功能。Tavakoli等人开发的机器人可以实现对杆状结构的攀爬功能，此机器人使用机械手爪装置来抓紧目标结构。White等人设计了一台用于大型航空界及结构的制造和检测的攀爬机器人，它使用真空吸盘将自己吸附于工作区域的表面。并联机器人TREPA和毛虫形机器人ROMA都具备在复杂三维结构中巡游攀爬的高超本领。

尽管有众多的机器人系统都展示出了高强的结构攀爬能力，但是能够对目标结构进行搭建、维修、重构等操作的机器人系统却是凤毛麟角。Skyworker机器人的主要设计目的是协助宇航员完成在轨的结构装配任务，它可以完成某些框架结构的搭建，但是这些框架结构部件和Skyworker机器人的设计是相互独立的，因此Skyworker需要额外的其他机器人来辅助完成搭建任务。Dogget设计了一款可以搭建框架结构的机器人，但是此机器人更像是一个固定的机械臂，它不具备在框架之上的移动能力，因此不能进行结构检测、维修等高级操作。MIT(麻省理工学院)的Rus教授团队开发了Shady3D机器人，目的是利用它进行框架结构的搭建，Shady3D可以在三维框架结构上任意巡游，并且可以对结构部件进行简单操作，但是它不具备最关键的构建组装功能。Yim教授等人设计开发了新颖的Factory-Floor机器人系统，它可以通过一组固定在地面上的搭建器、升降器等，以“自顶向下”的方式逐层地构建三维框架结构，然而需要指出的是，一方面，目标框架结构的规模受限于升降器的性能和尺寸，另一方面，搭建器不具备移动能力，因而框架结构一旦建成就很难进行修改和重构等操作。Cornell(康奈尔)大学Lipson教授的实验室也致力同样的研究，他们开发了一款“铰链形”机器人，并且设计了用于搭建框架的“凸齿杆”构件。此机器人可以在三维框架内攀爬移动，更重要的是，它初步实现了对框架构件的拆卸和安装等简单的操作，然而实验表明此机器人系统的运行稳定性以及精确性还有待提高，而且框架构件的设计也存在缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种适用于三维框架的机器人，其既能实现对三维框架结构的任意游走，又能够实现对框架结构的构建和重构等高级操作。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种适用于三维框架的机器人，包括铰链电机与两个对称机构，两个对称机构通过铰链电机连接；对称机构包括旋转运动装置和平移运动装置；旋转运动装置与平移运动装置均安装在三维框架的框架杆件上。

本发明进一步的改进在于：

旋转运动装置包括旋转啮合凸轮锁装置、旋转驱动装置、旋转铰链转轴、旋转转轴与三块定位板；旋转啮合凸轮锁装置包括第一啮合凸轮锁驱动电机、第一凸轮和与第一凸轮配套的第一挡块，第一啮合凸轮锁驱动电机与第一凸轮(1-3)通过旋转铰链转轴连接，第一挡块与第一定位板固定连接；所述旋转驱动装置包括旋转驱动电机与第一橡胶轮，旋转转轴依次连接第一定位板、第一橡胶轮、第二定位板、旋转驱动电机与第三定位板。