六足機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種六足機器人，包括機架、行走機構(gòu)和控制系統(tǒng)；行走機構(gòu)包括兩組行走腿組，每組行走腿組包括三個結(jié)構(gòu)相同的機械腿和可同時驅(qū)動組內(nèi)三機械腿的驅(qū)動機構(gòu)，兩組行走腿組的機械腿相互間隔與機架配合設置；機械腿均包括大腿、小腿和真空吸附足部，大腿以在水平面轉(zhuǎn)動的方式設置于機架，小腿以可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的方式與所述大腿配合設置，真空吸附足部以可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的方式與小腿配合設置；不僅可配合高清相機和裂紋檢測儀檢測橋梁表面或者內(nèi)部存在的問題或隱患，以滿足橋梁檢測的要求，而且可兩棲作業(yè)，并具備較強的跨越障礙的能力。
【專利說明】
六足機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及機器人領(lǐng)域，特別涉及一種六足機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機器人已廣泛應用于包括工業(yè)制造、制藥、家政清潔、探測檢測等在內(nèi)的各個領(lǐng)域具備了。在橋梁工程領(lǐng)域，大型混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的待檢測區(qū)域存在了水平面和垂直面，部分還因結(jié)構(gòu)需要選用了鏤空、階梯狀或橋墩過水等復雜結(jié)構(gòu)，給檢測造成了一定的難度和挑戰(zhàn)。
[0003]機器人的相關(guān)應用對解決上述問題提供了一條不錯的途徑。但是大部分機器人由于結(jié)構(gòu)、吸附機理、控制、攀爬方式以及能源供給的限制呈現(xiàn)出不同的特點，只能應用于單一或者特定的任務中。并且，“速度”和“越障”是爬壁機器人運動過程中相互矛盾的統(tǒng)一體，研究檢測過程中如何解決一對矛盾的影響因素來實現(xiàn)機器人綜合運動能力的提升成為迫切需要解決的問題。同時，現(xiàn)存橋梁檢測機器人多用于水上結(jié)構(gòu)的檢測，過水橋的水下部分多采用潛水員攜帶器械作業(yè)，操作繁瑣，檢測人員的安全不能得到完全的保障。因此，研究一種既可以實現(xiàn)對橋梁的水上部分，又可以針對橋梁水下部分進行檢測的機器人，就具有很強的現(xiàn)實意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實用新型提供一種六足機器人，不僅可配合高清相機和裂紋檢測儀檢測橋梁表面或者內(nèi)部存在的問題或隱患，以滿足橋梁檢測的要求，而且可兩棲作業(yè)，并具備較強的跨越障礙的能力。
[0005]本實用新型的六足機器人，包括機架、行走機構(gòu)和控制系統(tǒng);行走機構(gòu)包括兩組行走腿組，每組行走腿組包括三個結(jié)構(gòu)相同的機械腿和可同時驅(qū)動組內(nèi)三機械腿的驅(qū)動機構(gòu)，兩組行走腿組的機械腿相互間隔與機架配合設置；
[0006]機械腿均包括大腿、小腿和真空吸附足部，大腿以在水平面轉(zhuǎn)動的方式設置于所述機架，小腿以可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的方式與所述大腿配合設置，真空吸附足部以可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的方式與所述小腿配合設置。
[0007]進一步，驅(qū)動機構(gòu)包括主驅(qū)動裝置、與主驅(qū)動裝置的動力輸出端圓周固定的主動錐齒輪和動力輸入端與主動錐齒輪嚙合傳動并用于驅(qū)動機械腿的大腿轉(zhuǎn)動的錐齒輪傳動副，錐齒輪傳動副與對應行走腿組內(nèi)的每一機械腿一一對應設置。
[0008]進一步，每組行走腿組內(nèi)有一組錐齒輪傳動副上設置有用于與主動錐齒輪離合傳動的離合裝置。
[0009]進一步，兩組行走腿組內(nèi)與組內(nèi)設置離合裝置的錐齒輪傳動副相對應傳動連接的機械腿相對于機架對稱設置。
[0010]進一步，錐齒輪傳動副包括動力輸入錐齒輪、動力傳動軸和動力輸出錐齒輪，動力輸入錐齒輪與主動錐齒輪嚙合傳動，動力輸出錐齒輪與對應大腿的端部上設置的從動錐齒輪相嗤合。
[0011]進一步，從動錐齒輪由所述大腿的端部上一體成型設置的錐齒圈形成。
[0012]進一步，真空吸附足部包括殼體、與殼體連接的吸附盤、以可上下移動的方式設置在吸附盤內(nèi)并用于吸附盤與吸附界面接觸時形成真空的活塞和設置在殼體內(nèi)并驅(qū)動活塞上下移動的活塞驅(qū)動組件。
[0013]進一步，活塞驅(qū)動組件包括驅(qū)動凸輪、分度調(diào)節(jié)機構(gòu)和下端伸入吸附盤內(nèi)并與活塞連接的活塞桿，分度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括分度套、轉(zhuǎn)盤和內(nèi)芯，分度套上設置有高位槽和低位槽，內(nèi)芯內(nèi)套在分度套內(nèi)并由驅(qū)動凸輪驅(qū)動上下移動以驅(qū)使轉(zhuǎn)盤在分度套的高位槽和低位槽間切換，活塞桿上端抵止于轉(zhuǎn)盤。
[0014]進一步，活塞底部還設置有可彈性形變的形變層;活塞與吸附盤內(nèi)壁間圓周密封配合。
[0015]進一步，控制系統(tǒng)包括:
[0016]位置傳感器，安裝于機架的底部，用于監(jiān)測機器人在工作過程中的行走路徑；
[0017]速度傳感器，安裝于每條機械腿的大腿和小腿的內(nèi)部，用于測量機械腿的速度；
[0018]加速度傳感器，安裝于每條機械腿的大腿和小腿的內(nèi)部，用于監(jiān)測每條機械腿的各關(guān)節(jié)處的加速度；
[0019]壓力傳感器，安裝于形變層，用于監(jiān)測吸附盤真空吸附時內(nèi)部壓力；
[0020]中央控制器，安裝于機架，用于接收位置傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器的檢測信號并向外輸出命令以控制機器人工作。
[0021]本實用新型的有益效果:本實用新型的六足機器人，六個機械腿構(gòu)成六足行走機構(gòu)，并且每一機械腿的大腿、小腿和足部均可各自調(diào)整，通過多關(guān)節(jié)的調(diào)整姿態(tài)，可在橋梁檢測時保證檢測設備選擇最佳檢測角度和距離，保證檢測結(jié)果的高精度，而且多足多關(guān)節(jié)的靈活性使得該機器人可以具備強大的越障能力，不僅可跨越不同尺寸和形狀的障礙，通過兩組行走腿組的機械腿間的配合，還可以實現(xiàn)水平面到垂直面的行走轉(zhuǎn)移；另外，機械結(jié)構(gòu)的真空吸附足部可使得該機器人可以工作于過水橋等兩棲環(huán)境，不局限與現(xiàn)有的磁性結(jié)構(gòu)，單次即可實現(xiàn)水下和水上橋梁結(jié)構(gòu)的檢測。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
[0023]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0024]圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0025]圖3為本實用新型中的真空吸附足部的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)俯視圖，圖3為本實用新型中的真空吸附足部的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示:本實施例的六足機器人，包括機架1、行走機構(gòu)和控制系統(tǒng)；行走機構(gòu)包括兩組行走腿組，每組行走腿組包括三個結(jié)構(gòu)相同的機械腿和可同時驅(qū)動組內(nèi)三機械腿的驅(qū)動機構(gòu)，兩組行走腿組的機械腿相互間隔與機架I配合設置；
[0027]機械腿均包括大腿8、小腿9和真空吸附足部10，大腿8以在水平面轉(zhuǎn)動的方式設置于機架I，小腿9以可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的方式與大腿8配合設置，真空吸附足部10以可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的方式與小腿9配合設置。另外，機架上還設置有用于橋梁檢測的橋梁檢測裝置，橋梁檢測裝置包括相機29，安裝于機架上;裂紋檢測儀28，用于探測橋面表面或內(nèi)部的裂紋。
[0028]如圖所示，機架I上分別設置有第一機械腿2、第二機械腿3、第三機械腿4、第四機械腿5、第五機械腿6和第六機械腿7，其中，第一機械腿2、第三機械腿4和第五機械腿6構(gòu)成一個行走腿組，第二機械腿3、第四機械腿5和第六機械腿7構(gòu)成另一個行走腿組，兩組行走腿組的機械腿相互間隔與機架I配合設置是指每組內(nèi)的機械腿間均間隔設置有一個另一行走腿組的機械腿，兩行走腿組分別設置有一個相對應的驅(qū)動機構(gòu)，并且每一行走腿組對應的驅(qū)動機構(gòu)可同時驅(qū)動組內(nèi)的三個機械腿，通過這種設置方式，每組行走腿組的三機械腿均形成一個三角形，吸附于工作表面時可以保證機器人的穩(wěn)定性，并與此同時，另一行走腿組的三機械腿向下一個預定位置移動，兩組腿的交替前進相比單腿的移動，極大的提升了速度。
[0029]另外，機械腿的大腿8可在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動是指與機架I相平行的平面內(nèi)，本實施例中，機架I為板狀，并為正六邊形，六個機械腿分別設置在一個頂點處，小腿9與大腿8的關(guān)節(jié)處設置有小腿9驅(qū)動機構(gòu)，小腿9驅(qū)動機構(gòu)包括電機和轉(zhuǎn)軸，以驅(qū)動小腿9在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，同理，小腿9與足部的關(guān)節(jié)處設置有足部驅(qū)動機構(gòu)，同樣通過電機加轉(zhuǎn)軸的方式驅(qū)動足部在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0030]本實施例中，驅(qū)動機構(gòu)包括主驅(qū)動裝置11、與主驅(qū)動裝置11的動力輸出端圓周固定的主動錐齒輪12和動力輸入端與主動錐齒輪12嚙合傳動并用于驅(qū)動機械腿的大腿8轉(zhuǎn)動的錐齒輪傳動副，錐齒輪傳動副與對應行走腿組內(nèi)的每一機械腿一一對應設置;如圖所示，主驅(qū)動裝置11為驅(qū)動電機，主驅(qū)動裝置11的動力輸出軸與主動錐齒輪12圓周固定，主驅(qū)動裝置11設置在機架I上，每一組行走腿組的三個機械腿分別通過一個錐齒輪傳動副與對應驅(qū)動機構(gòu)的主動錐齒輪12嚙合傳動，以驅(qū)動機械腿的大腿8在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0031]本實施例中，每組行走腿組內(nèi)有一組錐齒輪傳動副上設置有用于與主動錐齒輪12離合傳動的離合裝置13;兩組行走腿組內(nèi)與組內(nèi)設置離合裝置13的錐齒輪傳動副相對應傳動連接的機械腿相對于機架I對稱設置。如圖所示，與第二機械腿3對應的錐齒輪傳動副和與第五機械腿6對應的錐齒輪傳動副上設置有離合裝置13，離合裝置13為離合器，離合器可使得第二機械腿3和第五機械腿6與相對應的驅(qū)動機構(gòu)的主動錐齒輪12間的傳動接合或斷開;通過離合的設置，可實現(xiàn)機器人行走時的爬墻功能實現(xiàn)越障，具體如下:機器人需要從橋面自動到垂直于橋面的橋墩，或者跨越較大體積障礙時，可先使其中一組行走腿組工作，以第一機械腿2、第三機械腿4和第五機械腿6先工作為例，當需要爬墻時，先通過該三機械腿使得機架I靠近墻面，將第五機械腿6通過離合裝置13斷開動力傳動，然后使第一機械腿2和第三機械腿4的小腿9和足部的轉(zhuǎn)動吸附到墻面上，然后通過第一機械腿2、第三機械腿4和第五機械腿6的大腿8與小腿9關(guān)節(jié)處的電機調(diào)整機架I整體的姿態(tài)，此時第一機械腿2和第三機械腿4的大腿8和小腿9處的關(guān)節(jié)協(xié)同作用，將機架I向墻面傾斜，處于未吸附懸空狀態(tài)下的第二機械腿3、第四機械腿5和第六機械腿7也隨機架傾斜到第二機械腿3剛好能接觸并吸附與墻面，然后保證第二機械腿3的離合裝置13斷開，將第四機械腿5和第六機械腿7的足部吸附到墻面上，然后懸空第一機械腿2、第三機械腿4和第五機械腿6，此時第二機械腿3、第四機械腿5和第六機械腿7的大腿8和小腿9處的關(guān)節(jié)協(xié)同作用，將機架I進一步向墻面傾斜至與墻面平行，然后第一機械腿2、第三機械腿4和第五機械腿6的大腿8與小腿9關(guān)節(jié)處的電機調(diào)整三條腿的角度，使第一機械腿2、第三機械腿4和第五機械腿6也吸附于墻面，從而達到爬墻的目的。
[0032]本實施例中，錐齒輪傳動副包括動力輸入錐齒輪14、動力傳動軸15和動力輸出錐齒輪16，動力輸入錐齒輪14與主動錐齒輪12嚙合傳動，動力輸出錐齒輪16與對應大腿8的端部上設置的從動錐齒輪17相嚙合;每一組行走腿組內(nèi)對應機械腿設置的三組動力輸入錐齒輪14均與主動錐齒輪12嚙合，動力傳動軸15以可轉(zhuǎn)動的方式設置在機架I的底面，動力輸出錐齒輪16用于動力傳輸至每一機械腿的大腿8處，通過這種結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)一組內(nèi)機械腿的聯(lián)動驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，且能耗較小，并大大降低了機器人的整體重量。
[0033]本實施例中，從動錐齒輪17由所述大腿8的端部上一體成型設置的錐齒圈形成;結(jié)構(gòu)強度高。
[0034]本實施例中，真空吸附足部10包括殼體18、與殼體18連接的吸附盤19、以可上下移動的方式設置在吸附盤19內(nèi)并用于吸附盤19與吸附界面接觸時形成真空的活塞20和設置在殼體18內(nèi)并驅(qū)動活塞上下移動的活塞驅(qū)動組件;吸附盤的端部由高塑性橡膠制成，具有一定的形變能力保障從而實現(xiàn)與吸附界面的緊密接觸。
[0035]本實施例中，活塞驅(qū)動組件包括驅(qū)動凸輪21、分度調(diào)節(jié)機構(gòu)和下端伸入吸附盤19內(nèi)并與活塞連接的活塞桿22，分度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括分度套23、轉(zhuǎn)盤24和內(nèi)芯25，分度套23上設置有高位槽23-1和低位槽23-2，內(nèi)芯25內(nèi)套在分度套23內(nèi)并由驅(qū)動凸輪21驅(qū)動上下移動以驅(qū)使轉(zhuǎn)盤24在分度套23的高位槽和低位槽間切換，活塞桿22上端抵止于轉(zhuǎn)盤24并轉(zhuǎn)動配合，活塞桿上端與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動配合，但轉(zhuǎn)盤上下移動時可帶動活塞桿上下移動；一開始，轉(zhuǎn)盤24上設置的斜齒卡爪位于分度套23的高位槽內(nèi)，將足部的吸附盤19端面緊緊壓緊于需吸附的界面上，通過驅(qū)動凸輪21驅(qū)動內(nèi)芯25向下運動，對應驅(qū)動凸輪21設置有凸輪驅(qū)動機構(gòu)，保證凸輪驅(qū)動電機和電機軸，內(nèi)芯25的向下運動驅(qū)使轉(zhuǎn)盤24向下運動，當轉(zhuǎn)盤24向下運動至低位時轉(zhuǎn)動，斜齒卡爪與分度套23的低位槽配合，在此過程中，活塞桿22會推動活塞向下運動，將吸附盤19內(nèi)的空氣和水分擠出，當需要吸附時，驅(qū)動凸輪21轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤24的斜齒卡爪進入分度套23的高位槽，活塞桿22向上，由于吸附盤19的端面緊緊壓緊于吸附界面，活塞向上形成真空室，和外界的氣壓或水壓形成一個壓力差，從而形成真空吸附。
[0036]本實施例中，活塞底部還設置有可彈性形變的形變層26;活塞與吸附盤19內(nèi)壁間圓周密封配合，活塞外圓周設置有密封環(huán)27;形變層在活塞向下極度擠壓時儲備彈性勢能，當驅(qū)動凸輪21不再擠壓內(nèi)芯25時，被極度壓縮的形變層釋放存儲的彈性勢能，給活塞一個向上的推力。
[0037]本實施例中，控制系統(tǒng)包括:
[0038]位置傳感器31，安裝于機架I的底部，用于監(jiān)測機器人在工作過程中的行走路徑；
[0039]速度傳感器32，安裝于每條機械腿的大腿8和小腿9的內(nèi)部，用于測量機械腿的速度；
[0040]加速度傳感器，安裝于每條機械腿的大腿8和小腿9的內(nèi)部，用于監(jiān)測每條機械腿的各關(guān)節(jié)處的加速度；
[0041 ]壓力傳感器33，安裝于形變層，用于監(jiān)測吸附盤19真空吸附時內(nèi)部壓力；
[0042]中央控制器30，安裝于機架I，用于接收位置傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器的檢測信號并向外輸出命令以控制機器人工作。
[0043]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種六足機器人，其特征在于:包括機架、行走機構(gòu)和控制系統(tǒng);所述行走機構(gòu)包括兩組行走腿組，每組行走腿組包括三個結(jié)構(gòu)相同的機械腿和可同時驅(qū)動組內(nèi)三機械腿的驅(qū)動機構(gòu)，兩組行走腿組的機械腿相互間隔與機架配合設置； 所述機械腿均包括大腿、小腿和真空吸附足部，所述大腿以在水平面轉(zhuǎn)動的方式設置于所述機架，所述小腿以可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的方式與所述大腿配合設置，所述真空吸附足部以可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的方式與所述小腿配合設置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六足機器人，其特征在于:所述驅(qū)動機構(gòu)包括主驅(qū)動裝置、與主驅(qū)動裝置的動力輸出端圓周固定的主動錐齒輪和動力輸入端與主動錐齒輪嚙合傳動并用于驅(qū)動機械腿的大腿轉(zhuǎn)動的錐齒輪傳動副，所述錐齒輪傳動副與對應行走腿組內(nèi)的每一機械腿 對應設置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的六足機器人，其特征在于:每組行走腿組內(nèi)有一組所述錐齒輪傳動副上設置有用于與主動錐齒輪離合傳動的離合裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的六足機器人，其特征在于:兩組行走腿組內(nèi)與組內(nèi)設置所述離合裝置的錐齒輪傳動副相對應傳動連接的機械腿相對于機架對稱設置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的六足機器人，其特征在于:所述錐齒輪傳動副包括動力輸入錐齒輪、動力傳動軸和動力輸出錐齒輪，所述動力輸入錐齒輪與所述主動錐齒輪嚙合傳動，所述動力輸出錐齒輪與對應大腿的端部上設置的從動錐齒輪相嚙合。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的六足機器人，其特征在于:所述從動錐齒輪由所述大腿的端部上一體成型設置的錐齒圈形成。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的六足機器人，其特征在于:所述真空吸附足部包括殼體、與殼體連接的吸附盤、以可上下移動的方式設置在吸附盤內(nèi)并用于吸附盤與吸附界面接觸時形成真空的活塞和設置在殼體內(nèi)并驅(qū)動活塞上下移動的活塞驅(qū)動組件。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的六足機器人，其特征在于:所述活塞驅(qū)動組件包括驅(qū)動凸輪、分度調(diào)節(jié)機構(gòu)和下端伸入吸附盤內(nèi)并與活塞連接的活塞桿，所述分度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括分度套、轉(zhuǎn)盤和內(nèi)芯，所述分度套上設置有高位槽和低位槽，所述內(nèi)芯內(nèi)套在分度套內(nèi)并由驅(qū)動凸輪驅(qū)動上下移動以驅(qū)使轉(zhuǎn)盤在分度套的高位槽和低位槽間切換，所述活塞桿上端抵止于轉(zhuǎn)盤。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的六足機器人，其特征在于:所述活塞底部還設置有可彈性形變的形變層;所述活塞與所述吸附盤內(nèi)壁間圓周密封配合。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的六足機器人，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括: 位置傳感器，安裝于機架的底部，用于監(jiān)測機器人在工作過程中的行走路徑； 速度傳感器，安裝于每條機械腿的大腿和小腿的內(nèi)部，用于測量機械腿的速度； 加速度傳感器，安裝于每條機械腿的大腿和小腿的內(nèi)部，用于監(jiān)測每條機械腿的各關(guān)節(jié)處的加速度； 壓力傳感器，安裝于形變層，用于監(jiān)測吸附盤真空吸附時內(nèi)部壓力； 中央控制器，安裝于機架，用于接收位置傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器的檢測信號并向外輸出命令以控制機器人工作。
【文檔編號】B62D57/032GK205469365SQ201620269847
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】羅天洪, 梁爽
【申請人】重慶交通大學