[实用新型]仿真行走钢丝机器人

说明书

（一）技术领域：

本实用新型涉及机器人应用技术，具体为一种能够在柔性钢丝绳上行走的仿真行走钢丝机器人。

（二）背景技术：

走钢丝机器人是自然不稳定的力学系统，可依靠带V型槽的行走轮在刚性与柔性钢丝上实现平衡控制和前、后运动。不同于一般的静态平衡机器人，走钢丝机器人具有明显的动态平衡特点，并具有明显的欠驱动特性。

走钢丝机器人与柔性钢丝绳之间通过动力学耦合来实现机器人的平衡控制和前后运动，利用其动态平衡特性，机器人不受地形影响，可将它引入复杂地形环境，进行运输和营救；利用其外形纤细且可在钢丝绳上运动的特性，可实现对狭窄环境和低空环境的监控与探测。

国内外科研人员对走钢丝机器人机构及其稳定平衡控制进行了一系列研究，为有效模拟人类在三维空间中走柔性钢丝绳的力学行为，北京邮电大学申请公布了一种《基于平衡杆控制的刚柔耦合走钢丝机器人》发明专利（申请号为201110373133.X）。

该发明的技术方案是通过转动杆的转动力矩抵消机器人重力矩的作用，利用平动杆产生的质心偏移来抵消机器人的重心偏移，但该设计的转动杆和平动杆是独立运动部件，没有相互关联，这与人类走钢丝时手臂可以同时转动和移动尚有差距；另外，该设计的驱动四杆机构会使得平动杆的质心上下运动，并且还会产生绕钢丝绳的转动力矩，从而增加平衡控制的复杂度。

（三）实用新型内容：

为此，本实用新型提出了一种仿真行走钢丝机器人，其目的在于提高机器人自身调节能力，增强对复杂参数(如绳子刚度、机体的转动惯量等)和环境的适应性，降低了系统控制的复杂度。

能够实现上述目的的仿真行走钢丝机器人，包括机体，所述机体包括行走装置、平衡装置和检测控制装置，与现有技术不同之处在于所述行走装置包括设于基板底部带V型槽的前、后行走轮以及行走轮驱动机构，所述平衡装置包括平衡杆转动机构、平衡杆平动机构和平衡杆铅垂运动机构，所述平衡杆铅垂运动机构设于基板上，所述平衡杆平动机构通过横板设于平衡杆铅垂运动机构上，所述平衡杆转动机构通过竖板设于平衡杆平动机构上；所述检测控制装置包括设于基板上的陀螺仪和运动控制器、伺服驱动器、无线模块以及电源，所述运动控制器根据陀螺仪的信号判断机体姿态进而向伺服驱动器发出指令，控制行走轮驱动机构行走，并于行走过程中控制平衡杆转动机构、平衡杆平动机构和平衡杆铅垂运动机构的综合运动来平衡机体。

所述平衡杆铅垂运动机构的一种结构包括升降架组件和升降控制组件，所述升降架组件包括四周均布且相互铰连的上、下升降连杆，所述上、下升降连杆的其余两端分别铰连于横板的底部和基板上；所述升降控制组件包括升降电机、牵引轮和牵拉绳，所述升降电机通过径向伸缩架设于升降架组件中心，所述牵引轮同轴固连于升降电机的输出轴上，所述牵拉绳对应于各上、下升降连杆设置，各牵拉绳的外端连接于对应上、下升降连杆之间的铰连点，各牵拉绳的内端缠绕于牵引轮上；升降电机通过线路与伺服驱动器连接。

上述结构中，升降电机驱动牵引轮的正反转控制牵拉绳的收缩与释放，从而可实时改变升降架组件的形状，升降架组件的形状变化带动平衡杆转动机构和平衡杆平动机构作铅垂移动，使机体模拟人体膝盖的弯曲和伸直。

所述平衡杆平动机构的一种结构包括四连杆组件和平动电机以及平动编码器，所述四连杆组件包括等长的左、右平动摆杆和平动连杆，左、右平动摆杆分别铰连于横板上，所述平动连杆的两端分别铰连左、右平动摆杆；所述平动电机和平动编码器通过各自的齿轮传动机构连接左、右平动摆杆；平动电机和平动编码器通过线路与伺服驱动器连接。

上述结构中，平动电机的正、反转动带动四连杆组件左、右摆动，实现平动连杆的左、右横向移动，实时改变平衡杆转动机构的左、右位置，使机体模拟人体张开的手臂左、右伸展，从而实现平衡杆转动机构的水平移动调节质心偏移来平衡重心偏移。

所述平衡杆转动机构的一种结构包括平衡杆、转动齿轮、转动电机和转动编码器，所述转动齿轮通过转轴安装于竖板上，所述平衡杆的中部连接于转轴上，所述转动电机和转动编码器通过各自的齿轮传动副连接转动齿轮，转动电机驱动平衡杆转动，转动编码器获取速度、加速度反馈；转动电机和转动编码器通过线路与伺服驱动器连接，实现平衡的转角和转速控制。

上述结构中，转动电机的正、反转动带动转动齿轮正、反转，从而实现平衡杆的上、下摆动，使机体模拟人体张开的手臂上、下摆动，实现转动力矩平衡重力力矩，转动编码器获取速度、加速度反馈。