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1、(10)申请公布号 CN 102923206 A (43)申请公布日 2013.02.13 CN 102923206 A *CN102923206A* (21)申请号 201210435268.9 (22)申请日 2012.11.02 B62D 57/032(2006.01) (71)申请人 上海电机学院 地址 200240 上海市闵行区江川路 690 号 (72)发明人 安卓 印松 赵齐林 张德富 林庆洪 袁盼妮 (74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 31237 代理人 郑玮 (54) 发明名称 攀爬机器人及其攀爬方式 (57) 摘要 本发明涉及一种攀爬机器人。
2、及其攀爬方式， 其结构包括第一连接杆、 第二连接杆以及第三连 接杆， 所述第一连接杆与所述第三连接杆平行设 置， 所述第二连接杆垂直于所述第一、 第三连接杆 之间， 且两端分别与所述第一、 第三连接杆的一端 铰接， 所述第一、 第三连接杆的另一端分别设有第 一夹持手和第二夹持手。本发明提供的攀爬机器 人利用三个连接杆、 连接三个连接杆的关节以及 两端的夹持手， 采用翻转式步态的攀爬方式， 取代 现有技术中环抱式的设计， 使得该发明的机器人 能够跨越一定的障碍并能够攀爬具有一定弧度的 杆， 更符合实际应用的工作环境。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (1。
3、9)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1 页 2 1. 一种攀爬机器人， 其特征在于， 包括第一连接杆、 第二连接杆以及第三连接杆， 所述 第一连接杆与所述第三连接杆平行设置， 所述第二连接杆垂直于所述第一、 第三连接杆之 间， 且两端分别与所述第一、 第三连接杆的一端铰接， 所述第一、 第三连接杆的另一端分别 设有第一夹持手和第二夹持手。 2. 如权利要求 1 所述的攀爬机器人， 其特征在于， 所述第一连接杆与第二连接杆、 第二 连接杆与第三连接杆之间分别通过第一关节和第二关节相连。 3. 如权利要求 2 所述的攀爬机器。
4、人， 其特征在于， 所述第一关节包括第一电机、 第二 电机以及第一齿轮和第二齿轮， 所述第一、 第二电机分别与所述第一、 第二齿轮同轴固定连 接， 所述第一连接杆和第二连接杆分别与所述第二、 第一齿轮固定连接， 所述第一、 第二齿 轮啮合， 所述第一电机和第一齿轮设于所述第二连接杆一端的内部。 4. 如权利要求 3 所述的攀爬机器人， 其特征在于， 所述第二关节包括第三电机、 第四 电机以及第三齿轮和第四齿轮， 所述第三、 第四电机分别与所述第三、 第四齿轮同轴固定连 接， 所述第二连接杆和第三连接杆分别与所述第三、 第四齿轮固定连接， 所述第三、 第四齿 轮啮合， 所述第三电机和第三齿轮设于。
5、所述第二连接杆另一端的内部。 5. 如权利要求 1 所述的攀爬机器人， 其特征在于， 所述第一夹持手包括第一手指、 第五 电机以及第一蜗轮蜗杆机构， 所述第五电机与所述第一蜗轮蜗杆机构的一端固定连接， 所 述第一蜗轮蜗杆机构的另一端分别与所述第一手指铰接。 6. 如权利要求 5 所述的攀爬机器人， 其特征在于， 所述第一手指为两个， 且两手指相对 的内侧形状相匹配。 7. 如权利要求 1 所述的攀爬机器人， 其特征在于， 所述第二夹持手包括第二手指、 第六 电机以及第二蜗轮蜗杆机构， 所述第六电机与所述第二蜗轮蜗杆机构的一端固定连接， 所 述第二蜗轮蜗杆机构的另一端分别与所述第二手指铰接。 8。
6、. 如权利要求 7 所述的攀爬机器人， 其特征在于， 所述第二手指为两个， 且两手指相对 的内侧形状相匹配。 9. 如权利要求 1 所述的攀爬机器人， 其特征在于， 所述第一夹持手和第二夹持手上分 别设有摄像头和红外传感器。 10. 一种机器人攀爬方式， 其特征在于， 适用于权利要求 19 中任意一项所述的攀爬机 器人， 攀爬步骤如下 ： 第一步， 第一夹持手松开杆 ； 第二步， 第二连接杆及第一连接杆顺时针翻转 180 ； 第三步， 第一连接杆顺时针翻转 180 ； 第四步， 第一夹持手夹紧杆， 完成一次行走 ； 第五步， 第二夹持手松开杆 ； 第六步， 第二连接杆及第三连接杆顺时针翻转 1。
7、80 ； 第七步， 第三连接杆顺时针翻转 180 ； 第八步， 第三夹紧手夹紧杆， 完成一个行走周期， 此时状态与初始状态相同 ； 第九步， 重复步骤一至八， 直至机器人到达指定位置。 权 利 要 求 书 CN 102923206 A 2 1/4 页 3 攀爬机器人及其攀爬方式 技术领域 0001 本发明涉及机器人技术领域， 尤其涉及一种能够攀爬杆状物的机器人及其攀爬方 式。 背景技术 0002 目前， 机器人已经应用于军事、 医疗、 航天、 教育、 娱乐、 抢险救灾、 家庭服务及社会 服务各个方面， 并不断向新的技术领域伸展。 0003 市场上已拥有多种设计成型的攀爬机器人， 这些机器人大多。
8、数采用尺蠖蠕动的形 式来实现爬杆动作， 如图 1a 至 1c 所示， 首先， 前爪 110 固定， 第二关节 140 推动后爪 120 沿 杆 100 向上滑动， 同时滑竿 150 在第二关节 140 的带动下穿过第一关节 130 ； 然后， 第一关 节 130 推动前爪 110 沿杆 100 向上滑动， 直至前爪 110 和后爪 120 之间的相对位置恢复初 始状态， 完成一步行走， 以此类推， 完成攀爬动作。 受这种攀爬动作原理的限制， 这种机器人 只能够低速攀爬竖直的杆且无法攀爬有一定弧度的杆， 此外， 仿尺蠖蠕动式攀爬机器人只 能在光滑的杆体上进行攀爬， 无法跨越障碍物， 在实际应用中。
9、存在不便。当然， 在很多精密 仪器领域中， 也出现了仿人形的机器人， 但其结构非常复杂， 且造价过于昂贵。 0004 因此， 如何提供一种结构简单， 能够攀爬各种弧度的杆体且能够翻越障碍物的攀 爬机器人及其攀爬方式是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。 发明内容 0005 本发明提供一种攀爬机器人及其攀爬方式， 以解决现有技术中的攀爬机器人无法 攀爬有弧度的杆及无法跨越障碍物的问题。 0006 为解决上述技术问题， 本发明提供一种攀爬机器人， 包括第一连接杆、 第二连接杆 以及第三连接杆， 所述第一连接杆与所述第三连接杆平行设置， 所述第二连接杆垂直于所 述第一、 第三连接杆之间， 且两端分别。
10、与所述第一、 第三连接杆的一端铰接， 所述第一、 第三 连接杆的另一端分别设有第一夹持手和第二夹持手。 0007 较佳地， 所述第一连接杆与第二连接杆、 第二连接杆与第三连接杆之间分别通过 第一关节和第二关节相连。 0008 较佳地， 所述第一关节包括第一电机、 第二电机以及第一齿轮和第二齿轮， 所述第 一、 第二电机分别与所述第一、 第二齿轮同轴固定连接， 所述第一连接杆和第二连接杆分别 与所述第二、 第一齿轮固定连接， 所述第一、 第二齿轮啮合， 所述第一电机和第一齿轮设于 所述第二连接杆一端的内部。 0009 较佳地， 所述第二关节包括第三电机、 第四电机以及第三齿轮和第四齿轮， 所述第。
11、 三、 第四电机分别与所述第三、 第四齿轮同轴固定连接， 所述第二连接杆和第三连接杆分别 与所述第三、 第四齿轮固定连接， 所述第三、 第四齿轮啮合， 所述第三电机和第三齿轮设于 所述第二连接杆另一端的内部。 0010 较佳地， 所述第一夹持手包括第一手指、 第五电机以及第一蜗轮蜗杆机构， 所述第 说 明 书 CN 102923206 A 3 2/4 页 4 五电机与所述第一蜗轮蜗杆机构的一端固定连接， 所述第一蜗轮蜗杆机构的另一端分别与 所述第一手指铰接。 0011 较佳地， 所述第一手指为两个， 且两手指相对的内侧形状相匹配。 0012 较佳地， 所述第二夹持手包括第二手指、 第六电机以及。
12、第二蜗轮蜗杆机构， 所述第 六电机与所述第二蜗轮蜗杆机构的一端固定连接， 所述第二蜗轮蜗杆机构的另一端分别与 所述第二手指铰接。 0013 较佳地， 所述第二手指为两个， 且两手指相对的内侧形状相匹配。 0014 较佳地， 所述第一夹持手和第二夹持手还分别设有摄像头和红外传感器。 0015 本发明还提供了一种机器人攀爬方式， 适用于上述的攀爬机器人， 其攀爬步骤如 下 ： 0016 第一步， 第一夹持手松开杆 ； 0017 第二步， 第二连接杆及第一连接杆顺时针翻转 180 ； 0018 第三步， 第一连接杆顺时针翻转 180 ； 0019 第四步， 第一夹持手夹紧杆， 完成一次行走 ； 00。
13、20 第五步， 第二夹持手松开杆 ； 0021 第六步， 第二连接杆及第三连接杆顺时针翻转 180 ； 0022 第七步， 第三连接杆顺时针翻转 180 ； 0023 第八步， 第三夹紧手夹紧杆， 完成一个行走周期， 此时状态与初始状态相同 ； 0024 第九步， 重复步骤一至八， 直至机器人到达指定位置。 0025 与现有技术相比， 本发明具有以下优点 ： 本发明提供的攀爬机器人及其攀爬方式， 其结构包括第一连接杆、 第二连接杆以及第三连接杆， 所述第一连接杆与所述第三连接杆 平行设置， 所述第二连接杆垂直于所述第一、 第三连接杆之间， 且两端分别与所述第一、 第 三连接杆的一端铰接， 所述。
14、第一、 第三连接杆的另一端分别设有第一夹持手和第二夹持手。 本发明提供的攀爬机器人利用三个连接杆、 连接三个连接杆的关节以及两端的夹持手， 采 用翻转式步态的攀爬方式， 取代现有技术中环抱式的设计， 使得该发明的机器人能够跨越 一定的障碍并能够攀爬具有一定弧度的杆， 更符合实际应用的工作环境。 附图说明 0026 图 1a1c 为现有攀爬机器人的攀爬过程示意图 ； 0027 图 2 为本发明一具体实施方式的攀爬机器人的结构示意图 ； 0028 图 3a3c 为本发明一具体实施方式的攀爬机器人的攀爬过程示意图。 0029 图1a1c中 ： 100-杆、 110-前爪、 120-后爪、 130-第。
15、一关节、 140-第二关节、 150-滑 竿 ； 0030 图 2 和图 3a3c 中 ： 200- 杆、 210- 第一连接杆、 220- 第二连接杆、 230- 第三连接 杆、 240- 第一夹持手、 241- 第一手指、 242- 第五电机、 243- 第一蜗轮蜗杆机构、 250- 第二夹 持手、 251- 第二手指、 252- 第六电机、 253- 第二蜗轮蜗杆机构、 260- 第一关节、 261- 第一电 机、 262- 第二电机、 263- 第一齿轮、 264- 第二齿轮、 270- 第二关节、 271- 第三电机、 272- 第 四电机、 273- 第三齿轮、 274- 第四齿轮。
16、。 说 明 书 CN 102923206 A 4 3/4 页 5 具体实施方式 0031 为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图对本发明 的具体实施方式做详细的说明。需说明的是， 本发明附图均采用简化的形式且均使用非精 准的比例， 仅用以方便、 明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 0032 本发明提供的攀爬机器人， 如图 2 所示， 并参考图 3a 至 3c， 包括第一连接杆 210、 第二连接杆 220 以及第三连接杆 230， 所述第一连接杆 210 与所述第三连接杆 230 平行设 置， 所述第二连接杆 220 垂直于所述第一、 第三连接杆 210、 230 。
17、之间， 且两端分别与所述第 一、 第三连接杆 210、 230 的一端铰接， 所述第一、 第三连接杆 210、 230 的另一端分别设有第 一夹持手 240 和第二夹持手 250。所述第一夹持手 240 和第二夹持手 250 用于夹紧杆 200， 所述第一、 第二、 第三连接杆 210、 220、 230 依次连接， 且能够以各个连接端为圆心旋转， 通 过第一夹持手 240 和第二夹持手 250 对杆 200 的夹紧和松开， 以及第一、 第二、 第三连接杆 210、 220、 230 之间的旋转达到位置的移动， 代替现有技术中对杆进行环抱式的固定， 以垂直 并光滑的杆作为移动的轨道， 当杆 2。
18、00 上存在一定弧度并设有障碍物时， 本发明采用的结 构同样能够适用。 0033 较佳地， 请继续参考图 2， 所述第一连接杆 210 与第二连接杆 220、 第二连接杆 220 与第三连接杆230之间分别通过第一关节260和第二关节270相连。 具体地， 所述第一关节 260 包括第一电机 261、 第二电机 262 以及第一齿轮 263 和第二齿轮 264， 所述第一、 第二电 机 261、 262 分别与所述第一、 第二齿轮 263、 264 同轴固定连接， 所述第一连接杆 210 和第二 连接杆 220 分别与所述第二、 第一齿轮 263、 364 固定连接， 所述第一、 第二齿轮 2。
19、63、 264 啮 合， 所述第一电机261和第一齿轮263设于所述第二连接杆220一端的内部 ； 所述第二关节 270 与所述第一关节 260 的结构完全相同， 且相对于所述第二连接杆 220 对称设置， 即 ： 所 述第二关节 270 包括第三电机 271、 第四电机 272 以及第三齿轮 273 和第四齿轮 274， 所述 第三、 第四电机 271、 272 分别与所述第三、 第四齿轮 273、 274 同轴固定连接， 所述第二连接 杆 220 和第三连接杆 230 分别与所述第三、 第四齿轮 273、 274 固定连接， 所述第三、 第四齿 轮 273、 274 啮合， 所述第三电机 。
20、271 和第三齿轮 273 设于所述第二连接杆 220 另一端的内 部。具体地， 当第二电机 262 不工作， 第一电机 261 旋转时， 所述第一电机 261 带动所述第 一齿轮 263 旋转， 由于第一齿轮 263 与第二齿轮 264 的啮合关系， 所述第二齿轮 264 旋转， 同时带动第一连接杆 210 及第一夹紧手 240 旋转 ； 当第一电机 261 不工作， 第二电机 262 旋 转时， 所述第二电机 262 带动所述第二齿轮 264 旋转， 由于第一齿轮 263 与第二齿轮 264 的 啮合关系， 所述第一齿轮263旋转， 同时带动第二连接杆220、 第三连接杆230及第二夹紧手。
21、 250 旋转 ； 同理， 所述第三电机 271 也能带动所述第三连接杆 230、 第二夹紧手 250 旋转 ； 第 四电机 272 也能够带动所述第一连接杆 210、 第二连接杆 220 以及第一夹紧手 240 翻转。 0034 较佳地， 请继续参考图 2， 所述第一夹持手 240 包括第一手指 241、 第五电机 242 以 及第一蜗轮蜗杆机构 243， 所述第五电机 242 与所述第一蜗轮蜗杆机构 243 的一端固定连 接， 所述第一蜗轮蜗杆机构 243 的另一端分别与所述第一手指 241 铰接。较佳地， 所述第一 手指 241 为两个， 且两手指相对的内侧形状相匹配。较佳地， 所述第二。
22、夹紧手 250 与所述第 一夹紧手240结构完全相同， 也就是说， 所述第二夹持手250也包括第二手指251、 第六电机 252 以及第二蜗轮蜗杆机构 253， 所述第六电机 252 与所述第二蜗轮蜗杆机构 253 的一端固 定连接， 所述第二蜗轮蜗杆机构 253 的另一端分别与所述第二手指 251 铰接。较佳地， 所述 说 明 书 CN 102923206 A 5 4/4 页 6 第二手指 251 为两个， 且两手指相对的内侧形状相匹配。利用第五、 第六电机 242、 252 的旋 转， 分别带动第一、 第二蜗轮蜗杆机构 243、 253， 从而将电机的旋转运动传递至第一、 第二手 指 24。
23、1、 251， 最终转换为第一、 第二手指 241、 251 的张开及并拢动作， 完成对杆 200 的抓取， 即使杆 200 存在一定弧度， 第一、 第二手指 241、 251 也能够达到夹紧杆 200 的目的。 0035 较佳地， 所述第一夹持手 240 和第二夹持手 250 还分别设有摄像头 （图中未示出） 和红外传感器 （图中未示出） ， 所述红外传感器用于探测杆200上的相关信息， 所述摄像头可 为操作者提供画面参考， 进一步拓展本发明的攀爬机器人的应用范围。 0036 本发明还提供了一种机器人攀爬方式， 适用于上述的攀爬机器人， 其攀爬步骤如 下， 请参考图 3a 至 3c， 图 3。
24、a 为初始状态 ： 0037 第一步， 第一夹持手 240 松开杆 200 ； 0038 第二步， 第二连接杆 220 及第一连接杆 210 顺时针翻转 180， 即第二连接杆 220 及第一连接杆 210 以第二关节 270 为圆心顺时针方向翻转 180， 能够避免第一夹紧手 240 与杆 200 发生干涉， 翻转后如图 3b 所示 ； 0039 第三步， 第一连接杆 210 顺时针翻转 180， 即第一连接杆 210 以第一关节 260 为 圆心沿顺时针方向旋转 180， 同样能够避免第一夹紧手 240 与杆 200 发生干涉， 翻转后如 图 3c 所示 ； 0040 第四步， 第一夹持手。
25、 240 夹紧杆 200， 完成一次行走， 即完成一次翻转 ； 0041 第五步， 第二夹持手 250 松开杆 200 ； 0042 第六步， 第二连接杆 220 及第三连接杆 230 以第一关节 260 为圆心顺时针翻转 180 ； 0043 第七步， 第三连接杆 230 以第二关节 270 为圆心顺时针翻转 180 ； 0044 第八步， 第三夹紧手 250 夹紧杆 200， 完成一个行走周期， 此时状态与初始状态相 同 ； 0045 第九步， 重复步骤一至八， 直至机器人到达指定位置。 0046 综上所述， 本发明提供的攀爬机器人及其攀爬方式， 其结构包括第一连接杆 210、 第二连接杆。
26、 220 以及第三连接杆 230， 所述第一连接杆 210 与所述第三连接杆 230 平行设 置， 所述第二连接杆 220 垂直于所述第一、 第三连接杆 210、 230 之间， 且两端分别与所述第 一、 第三连接杆 210、 230 的一端铰接， 所述第一、 第三连接杆 210、 230 的另一端分别设有第 一夹持手 240 和第二夹持手 250。本发明提供的攀爬机器人利用三个连接杆 210、 220、 230、 连接三个连接杆210、 220、 230的关节260、 270以及两端的夹持手240、 250， 采用翻转式步态 的攀爬方式， 取代现有技术中环抱式的设计， 使得该发明的机器人能够。
27、跨越一定的障碍并 能够攀爬具有一定弧度的杆， 更符合实际应用的工作环境。 0047 显然， 本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神 和范围。这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之 内， 则本发明也意图包括这些改动和变型在内。 说 明 书 CN 102923206 A 6 1/3 页 7 图 1a图 1b 图 1c 说 明 书 附 图 CN 102923206 A 7 2/3 页 8 图 2 图 3a 图 3b 说 明 书 附 图 CN 102923206 A 8 3/3 页 9 图 3c 说 明 书 附 图 CN 102923206 A 9 。