本發(fā)明涉及一種彈射攀爬機(jī)器人，特別是指可在大型鋼鐵結(jié)構(gòu)廠房的復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)任意移動的攀爬機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，大型復(fù)雜鋼鐵結(jié)構(gòu)的廠房越來越多，但是這種大型廠房一旦在自然災(zāi)害或者其他意外發(fā)生垮塌的情況下，由于其結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定因素，很難通過人力進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行搜尋救援。

在這種情況下，可通過攀爬機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作對廠房內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行遙控移動，實(shí)現(xiàn)在垮塌的廠房救援，但是現(xiàn)有的攀爬機(jī)器人中，大部分都是只能在特定的環(huán)境中工作進(jìn)行特定路徑的攀爬動作，如沿垂直的墻壁豎直攀爬，然而在垮塌變形后的鋼鐵結(jié)構(gòu)廠房中，各種各樣的結(jié)構(gòu)都有，有階梯也有垂直金屬壁，要想把各種攀爬形式的機(jī)器人綜合在一起不僅成本高而且難免有考慮不周到的地方，限制了攀爬機(jī)器人在災(zāi)后救援的發(fā)展應(yīng)用，因此要想解決此類問題必須設(shè)計(jì)出一種新型的攀爬機(jī)器人。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有攀爬機(jī)器人存在的攀爬形式單一的缺陷，提供一種新型的彈射攀爬機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜廠房結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行任意角度的攀爬動作。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種彈射攀爬機(jī)器人，包括攀爬組件、彈射組件和位姿調(diào)整組件；

所述攀爬組件包括飛爪、卷線筒、電磁離合器和攀爬電機(jī)，所述攀爬電機(jī)的輸出端通過電磁離合器與卷線筒傳動連接，所述飛爪與卷線筒之間卷揚(yáng)連接；

所述彈射組件包括彈射電機(jī)、超越離合器、彈簧以及曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，所述彈射電機(jī)的輸出端通過超越離合器與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)動端傳動連接，所述曲柄與拉伸的彈簧連接，所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊沿一滑槽滑動設(shè)置，所述飛爪通過卷線筒收卷設(shè)置在滑槽端部；

所述位姿調(diào)整組件包括兩組相互垂直的旋轉(zhuǎn)自由度控制模塊，并分別連接兩組機(jī)座，兩組機(jī)座上分別設(shè)置有攀爬組件和彈射組件。

進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)自由度控制模塊為固定在同一安裝座上的舵機(jī)，兩組旋轉(zhuǎn)自由控制模塊的舵機(jī)分別與擺動設(shè)置在安裝座上的機(jī)座連接板傳動連接，兩組機(jī)座連接板的擺動軸線相互垂直。

進(jìn)一步的，兩組機(jī)座分別位于安裝座的兩側(cè)，所述機(jī)座上設(shè)置的彈射組件飛爪彈射方向朝外側(cè)設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述攀爬電機(jī)固定安裝在機(jī)座上，其輸出軸通過第二傳動齒輪組與電磁離合器的主動傳動端連接，所述電磁離合器的從動傳動端與卷線筒同軸傳動裝配。

優(yōu)選的，所述飛爪為電磁吸盤，所述飛爪通過連接電磁吸盤控制電源的電線與卷線筒卷揚(yáng)連接。

進(jìn)一步的，所述飛爪的尾端與滑槽之間通過飛爪防脫落結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配，所述飛爪防脫落結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在滑槽內(nèi)壁上的彈性鋼球，在飛爪尾端設(shè)有與彈鋼球定位嵌合的凹槽。

進(jìn)一步的，所述彈射電機(jī)固定安裝在機(jī)座上，其輸出軸通過第一傳動齒輪組與超越離合器的主動傳動端連接，所述超越離合器的從動傳動端與擺桿的鉸軸同軸傳動裝配。

進(jìn)一步的，所述彈簧一端固定在機(jī)座上，另一端與曲柄轉(zhuǎn)動連接。

在本發(fā)明的彈射攀爬機(jī)器人中，在所述機(jī)座上還設(shè)置有攝像單元，所述攝像單元通過遙控通訊模塊與顯示模塊連接。

本發(fā)明可應(yīng)用于大型復(fù)雜鋼鐵結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，初始狀態(tài)為一側(cè)機(jī)座上的攀爬組件的飛爪電磁吸附在金屬壁上，另一側(cè)飛爪通過位姿調(diào)整組件對準(zhǔn)需要攀爬的目標(biāo)位置，啟動另一側(cè)機(jī)座上的彈射組件，將另一側(cè)機(jī)座上的飛爪彈出，通過電磁離合器可控制電機(jī)和卷線筒之間的動力切斷，使該飛爪彈射吸附在目標(biāo)攀爬位置，兩個(gè)飛爪均可靠吸附在金屬壁后，通過兩邊攀爬組件的卷線筒對電線的收放，一邊收卷電線一邊放卷電線，使機(jī)器人整體向目標(biāo)位置攀爬，機(jī)器人達(dá)到目標(biāo)位置后，原位置飛爪斷電從而不能吸附，迅速轉(zhuǎn)動卷線筒進(jìn)行收線，然后通過位姿調(diào)整組件調(diào)整位姿向下一個(gè)目標(biāo)位置攀爬。

本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)攀爬方式新穎，這種攀爬方式可以在多種環(huán)境下工作，通過多步連續(xù)攀爬實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置的達(dá)到，對工作環(huán)境要求較低，適用性強(qiáng)；

(2)采用超越離合器實(shí)現(xiàn)飛爪的彈射，實(shí)現(xiàn)了全機(jī)械結(jié)構(gòu)，使彈射組件簡單輕便，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，有利于在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中攀爬工作。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為實(shí)施例中的攀爬機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例中的彈射組件示意圖。

圖3為實(shí)施例中的攀爬組件示意圖。

圖4為實(shí)施例中的位姿調(diào)整組件示意圖。

圖5為實(shí)施例中的飛爪和滑槽的防脫落連接示意圖。

圖中標(biāo)號：

1-彈射組件，101-彈射電機(jī)，102-第一傳動齒輪組，103-超越離合器，104-曲柄，105-彈簧，106-連桿，107-滑塊，108-滑槽；

2-攀爬組件，201-攀爬電機(jī)，202-第二傳動齒輪組，203-電磁離合器，204-卷線筒，205-電線，206-飛爪；

3-位姿調(diào)整組件，301-第一舵機(jī)，302-第一連接法蘭，303-第一機(jī)座連接板，304-第二舵機(jī)，305-第二機(jī)座連接板，306-第二連接法蘭，307-安裝座；

4-機(jī)座，401-固定件，402-彈性件，403-鋼球，404-凹槽。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

參見圖1，圖示中的彈射攀爬機(jī)器人為本發(fā)明的優(yōu)選方案，包括用于彈射飛爪的彈射組件1，用于攀爬的攀爬組件2和用于調(diào)整位姿的位姿調(diào)整組件3，一組彈射組件1和一組攀爬組件2設(shè)置在同一機(jī)座4上，兩個(gè)機(jī)座4分別設(shè)置在位姿調(diào)整組件3上。

結(jié)合參加圖2，彈射組件1包括彈射電機(jī)101、第一傳動齒輪組102、超越離合器103、彈簧105以及由曲柄104、連桿106、滑塊107和滑槽108組成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其中，彈射電機(jī)101固定安裝在機(jī)座4上，電機(jī)輸出軸與第一傳動齒輪組102的主動齒輪裝配，第一傳動齒輪組102的從動齒輪與超越離合器103的內(nèi)環(huán)同軸裝配，超越離合器103的外環(huán)與曲柄104的鉸軸同軸裝配，即通過彈射電機(jī)101驅(qū)動，通過第一傳動齒輪組102和超越離合器103能夠帶動曲柄104進(jìn)行單向轉(zhuǎn)動。

曲柄104通過連桿106與滑塊107連接，滑塊107滑動嵌裝在機(jī)座上的滑槽108內(nèi)，通過曲柄104的轉(zhuǎn)動帶動滑塊107在滑槽108內(nèi)來回滑動。同時(shí)，曲柄104還與拉伸的彈簧105連接，彈簧105一端固定在機(jī)座4上，另一端則與曲柄104的非轉(zhuǎn)點(diǎn)位置轉(zhuǎn)動連接，即通過彈簧105能夠拉動曲柄快速轉(zhuǎn)動。

超越離合器103的內(nèi)環(huán)帶動外環(huán)的傳動過程對應(yīng)滑塊向遠(yuǎn)離飛爪的滑動方向，由于超越離合器103的存在，在彈射電機(jī)101驅(qū)動曲柄轉(zhuǎn)動將滑塊向遠(yuǎn)離飛爪的方向滑動過程中，帶動彈簧105進(jìn)一步拉伸而儲蓄能量，而當(dāng)曲柄和連桿重合時(shí)，彈簧105拉伸至最長狀態(tài)，當(dāng)彈射電機(jī)101繼續(xù)轉(zhuǎn)動曲柄，此時(shí)彈簧105開始釋放能量，拉動曲柄104加速旋轉(zhuǎn)，超越離合器103的外環(huán)轉(zhuǎn)速超越內(nèi)環(huán)，實(shí)現(xiàn)滑塊107快速向滑槽108端部的飛爪滑動撞擊，將飛爪彈出，通過彈簧和超越離合器的機(jī)械配合實(shí)現(xiàn)了飛爪的加速彈射。

結(jié)合參見圖3，攀爬組件2包括攀爬電機(jī)201、第二傳動齒輪組202、電磁離合器203、卷線筒204、電線205以及飛爪206，其中，攀爬電機(jī)201固定安裝在機(jī)座4上，電機(jī)輸出軸與第二齒輪傳動組202的主動齒輪裝配，第二齒輪傳動組202的從動齒輪與電磁離合器203的內(nèi)環(huán)同軸裝配，電磁離合器203的外環(huán)與卷線筒204同軸裝配，卷線筒204上繞裝電線205，通過電線205與飛爪206形成卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，通過攀爬電機(jī)201驅(qū)動，通過第二齒輪傳動組202和電磁離合器203能夠帶動卷線筒204對飛爪206進(jìn)行收卷。

電磁離合器203通過電動控制攀爬電機(jī)201和卷線筒204之間的動力切斷，當(dāng)飛爪在被彈射組件1彈射時(shí)，控制電磁離合器203分離，此時(shí)卷線筒204可自由轉(zhuǎn)動，飛爪206在彈射組件的彈射力作用下向外彈出，并且拉動電線對卷線筒204進(jìn)行被動放卷。在攀爬過程中，卷線筒進(jìn)行主動放卷或主動收卷的過程中，則控制電磁離合器203結(jié)合，通過攀爬電機(jī)201驅(qū)動卷線筒對飛爪進(jìn)行主動收卷和放卷。

本實(shí)施例中的飛爪206采用電磁吸盤，飛爪206通過連接電磁吸盤控制電源的電線205與卷線筒連接，電線205同時(shí)作為飛爪的電性傳輸件和機(jī)械卷揚(yáng)連接件，通過電磁吸盤控制電源可實(shí)現(xiàn)飛爪206對廠房內(nèi)金屬壁的電磁吸附和分離。

飛爪206通過卷線筒204收卷到滑槽108的端部定位，飛爪206的尾部采用插口結(jié)構(gòu)，滑槽108采用對應(yīng)的筒狀結(jié)構(gòu)，電線205從滑槽內(nèi)穿過，滑塊107上設(shè)有供電線205穿過的孔位，飛爪206在收回后，可嵌插在滑槽108的端部，并且通過相互嵌合的凸起和凹槽實(shí)現(xiàn)飛爪206的防轉(zhuǎn)定位，并且在滑槽108內(nèi)部設(shè)有防止收回的飛爪脫落的彈性鋼球402，如圖5所示，彈性鋼球403通過壓縮的彈性件402限位安裝在滑槽108的內(nèi)壁孔道內(nèi)，彈性件402在該孔道內(nèi)通過固定件401壓緊彈性鋼球403，使彈性鋼球403的部分伸出滑槽內(nèi)壁，飛爪206收卷回來嵌入滑槽108端部時(shí)，彈性鋼球403與飛爪206尾部設(shè)置的凹槽404嵌合，實(shí)現(xiàn)飛爪206和滑槽108之間的防脫落定位，彈射機(jī)構(gòu)1的滑塊107在彈簧的拉動下快速撞擊飛爪，彈性鋼球的設(shè)置應(yīng)當(dāng)保證飛爪206在滑塊的撞擊作用下，克服彈性阻力向外彈射。

本實(shí)例還有一個(gè)位姿調(diào)整組件3，通過兩自由度云臺的調(diào)整，使兩組機(jī)座上的飛爪可以彈向不同的目標(biāo)位置。

結(jié)合參見圖1和圖4，本實(shí)施例中的兩組機(jī)座4上分別設(shè)置有一組相同的彈射組件1和攀爬組件2，并且兩組機(jī)座4的飛爪均設(shè)置在機(jī)座4的兩側(cè)朝外彈射，機(jī)座4分別與位姿調(diào)整組件3的兩側(cè)連接，位姿調(diào)整組件3包括有第一舵機(jī)301、第一連接法蘭302、第一機(jī)座連接板303、第二舵機(jī)304、第二機(jī)座連接板305、第二連接法蘭306以及安裝座307，其中第一舵機(jī)301和第二舵機(jī)304均固定安裝在安裝座307上，并且將第一機(jī)座連接板303和第二機(jī)座連接板305安裝在安裝座307上，第一機(jī)座連接板303和第二機(jī)座連接板305均通過擺臂和轉(zhuǎn)動軸承擺動安裝在安裝座307上，并且第一舵機(jī)301和第二舵機(jī)304的輸出端分別驅(qū)動第一機(jī)座連接板303和第二機(jī)座連接板305的擺臂，帶動第一機(jī)座連接板303和第二機(jī)座連接板305擺動，第一機(jī)座連接板303和第二機(jī)座連接板305上設(shè)有第一連接法蘭302和第二連接法蘭306，分別與兩側(cè)的機(jī)座連接。

第一機(jī)座連接板303和第二機(jī)座連接板305的擺動軸線垂直設(shè)置，使位姿調(diào)整組件3具備有兩個(gè)相互垂直的旋轉(zhuǎn)自由度，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)機(jī)座4之間的任意角度位姿的調(diào)整，通過兩個(gè)自由度的調(diào)整，形成一定范圍的彈射區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的飛爪通過不同的方向彈射實(shí)現(xiàn)不同位置之間的攀爬。

在攀爬機(jī)器人工作時(shí)，首先將機(jī)座一端的飛爪吸附在金屬壁上，通過位姿調(diào)整組件調(diào)整另一側(cè)機(jī)座的飛爪彈射角度，找到目標(biāo)位置；然后啟動彈射組件的彈射電機(jī)，通過彈射組件彈出另一側(cè)機(jī)座上的飛爪，此時(shí)控制該飛爪攀爬組件中的電磁離合器分離，使飛爪射出后電磁吸附在目標(biāo)位置的金屬壁上；然后分別啟動兩組機(jī)座攀爬組件的攀爬電機(jī)，此時(shí)兩組攀爬組件中的電磁離合器均為離合狀態(tài)，一組主動收卷飛爪的電線，另一邊則主動放卷飛爪的電線，使機(jī)器人整體攀爬到目標(biāo)位置；然后，斷開原位置飛爪的電，使其失去電磁吸附力，同時(shí)迅速控制該組飛爪的攀爬電機(jī)收卷電線，將飛爪收回，然后控制該飛爪繼續(xù)向下一個(gè)目標(biāo)位置彈射。在垮塌的廠房內(nèi)部攀爬搜尋時(shí)，還可在機(jī)器人的機(jī)座上設(shè)置一個(gè)攝像頭作為攝像單元，通過通訊單元將攝像單元與外部的顯示模塊連接，傳回內(nèi)部的視屏圖像，并且可通過實(shí)時(shí)的視屏圖像，操縱機(jī)器人的遙控系統(tǒng)可遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的攀爬動作，確定更加精確的攀爬連接點(diǎn)。本實(shí)施例僅對彈射攀爬機(jī)器人的機(jī)械方案進(jìn)行說明，具體關(guān)于遙控控制機(jī)器人的遙感控制技術(shù)為成熟現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例在此不做贅述。

以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的具體工作原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。