[发明专利]一种基于剪叉机构的单自由度可伸缩旋转爬行机器人

说明书

本发明公开了一种基于剪叉机构的单自由度可伸缩旋转的爬行机器人，包括主动腿装置、从动腿装置和可伸缩装置，爬行机器人整体上只在主动腿装置中安装一个电动机，可伸缩装置主要由剪叉机构构成，主动腿装置用于为可伸缩装置进行伸缩和转动提供动力，使爬行机器人进行移动和转向，从动腿装置为爬行机器人提供约束其自由移动的所需的吸附力和摩擦力，可伸缩装置用于连接主动腿装置和从动腿装置，为爬行机器人运动提供支撑。本发明解决了机器人主动自由度过多、本体质量过重、灵活度差、移动缓慢等问题。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及到一种基于剪叉机构的单自由度可伸缩旋转爬行机器人。

背景技术

目前，爬行机器人在石油化工、建筑清洁、船舶修造、消防灭火等领域有着广泛应用，其中爬行机器人的行走机构、吸附装置和控制系统是它的核心部件。行走机构主要有履带式、多足式和车轮式等，履带式着地面积大，产生的吸附力大，对壁面的适应性强，但体积较大，转弯困难；多足式负载能力强，但移动困难，行走较慢；车轮式移动速度快，便于控制，转弯容易，但着地面积小，维持一定的吸附力较困难。

中国专利文献CN201811355695.X所公开的一种爬壁机器人，包括行走装置和环状伸缩框架，利用环状伸缩框架使行走装置在行走时能够持续与工作面接触，增加了爬壁机器人的可靠性，但不具备使用一个电机就能实行既能灵活转动又能快速移动的功能。

中国专利文献CN201611181811.1所公开的一种传动单输入多输出攀爬机器人，包括单输入多输出传动系统、输出分动传动系统、剪叉驱动机构和抱持机构，该攀爬机器人驱动数目少，控制简单，结构紧凑，但不具备灵活转动、改变步态大小的功能。

中国专利文献CN201811002349.3所公开的一种爬壁机器人，包括机体以及设置在机体的行走轮组，行走轮组包括轮支架、轮毂电机和轮体，该爬壁机器人通过轮毂电机可以驱动轮体旋转，从而驱动爬壁机器人在工作壁面上行走，由于轮毂电机与轮体之间直接与轮体连接，无需设置传动系统，可以降低安装难度，壁面安装误差，提高使用可靠性，但不具备灵活转动、改变步态大小的功能。

有鉴于此，本发明拟提出一种新型行走方式的爬壁机器人，以适应转向灵活方便、移动快速的要求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种运动副数目低、结构简单，能在平地或壁面上灵活快速移动，同时具备一定转向能力的爬行机器人，本发明既通过一个步进电机带动双向移动副在椭圆轨道上转动，使得剪叉机构伸展和收缩，当双向移动副转动到椭圆轨道上的短轴处，剪叉架构伸到最长，从而使爬行机器人可以实现360度转向和按指定方向快速移动，也可以通过一个步进电机顺时针转动时带动曲柄滑块机构、棘轮机构和剪叉机构同步转动，实现360度转向；步进电机逆时针转动时，棘轮机构自锁，滑块轨道固定，滑块可以沿着滑块轨道自由移动产生相对位移，带动剪叉机构的伸缩，使得爬行机器人按指定方向快速移动。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种基于剪叉机构的单自由度可伸缩旋转爬行机器人，其特征在于，包括主动腿装置、从动腿装置和可伸缩装置，主动腿装置与从动腿装置之间通过可伸缩装置连接。

上述技术方案中，所述主动腿装置包括第二吸盘组、第一步进电机、主动椭圆外壳、第一稳压模块、第一驱动器、第一电源、主动椭圆轨道和主动双向移动副，所述第二吸盘组安装在所述主动椭圆外壳的底部，所述第一稳压模块、所述第一驱动器、所述第一电源和所述第一步进电机安装在主动椭圆外壳内部，第一电源通过第一稳压模块给第一驱动器提供稳定的电压，第一驱动器通过电源线和信号线与第一步进电机相连，第一步进电机通过主动双向移动副与主动椭圆轨道相连。