[发明专利]一种具有变胞功能的步进式爬树机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人设计领域，特别是一种具有变胞功能的步进式爬树机器人。

背景技术

随着机器人技术水平的不断提高，仿生机器人的应用渐为广泛，其中仿生爬树机器人的应用在树木整枝、病害防治、虫害防治、果实采摘、野外探测监控等方面也日益增多，现有爬树机器人主要有仿蛇形缠绕机器人，上下伸缩式机器人，翻转式机器人等，存在驱动元件众多，运动速度慢，负载能力小，而且对不同直径树木通用性差等问题，不能很好实现爬树及工作任务。

中国专利ZL2012103468033公开了一种四足攀爬机器人，该机器人利用自重自锁，而且每个抱紧臂都安装三个电机，驱动较复杂，总体运动速度也较慢，不具适用性；中国专利CN 105963931A公布了一种新型自动化爬树设备，该专利利用液压缸收缩履带实现爬动，利用弧形杆件实现抱紧，在实际作业时，只适用于等截面直挺树木，树木粗细变化时不能完成抱紧，应用非常局限。其他公开的有关爬树机器人的专利基本与上述两类专利类似。

目前，未见有驱动简单，爬树可靠安全，又能适应不同直径、不同形状树木的步进式爬树机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有变胞功能的步进式爬树机器人，它能克服现有爬树机器人的不足，机械腿驱动电机单独驱动时，便能实现复杂爬树抱树运动，驱动简单；机械腿与树干有倾斜角度，利用驱动力的反作用力便可实现锁死，爬树工作安全可靠；机器人爬树过程中，转换自由度，可以改变抱紧角度，实现机器人灵活适应树木直径的变化；模拟动物身体构造，使爬树机器人灵活适应不同形状树木。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种具有变胞功能的步进式爬树机器人，包括机械腿系统和机架杆组件，具体结构和连接关系为：

所述机械腿系统包括第一机械腿系统、第二机械腿系统、第三机械腿系统和第四机械腿系统，所述第一机械腿系统包括驱动摇杆、从动摇杆、连杆、机械腿驱动电机、连接架、滑套、滑套驱动液压缸、机械腿驱动液压缸、机械腿、固定爪、弧形限位滑槽和滚动轴承，所述驱动摇杆一端与连杆连接，另一端与机械腿驱动电机固定连接，机械腿驱动电机与第一杆连接，并驱动驱动摇杆相对第一杆转动，从动摇杆一端与连杆连接，另一端与第一杆连接，连接架既与连杆连接，又与滑套通过圆柱副连接，还与机械腿驱动液压缸连接，所述滑套与滑套驱动液压缸连接，所述机械腿驱动液压缸与机械腿连接，所述滑套驱动液压缸与第一杆连接，所述固定爪与连接架固定连接，所述从动摇杆下方安装了滚动轴承，滚动轴承在弧形限位滑槽内运动，弧形限位滑槽固定在第一杆下方，第二机械腿系统、第三机械腿系统和第四机械腿系统与第一机械腿系统结构及连接关系相同；

所述机架杆组件包括第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第七杆和第八杆，第一杆与第二杆通过第一虎克铰连接，第二杆与第三杆通过第二铰链连接，第三杆与第四杆通过连架杆第一驱动电机连接，第四杆与第五杆通过第三铰链连接，第五杆与第六杆通过第二虎克铰连接，第六杆与第七杆通过第四铰链连接，第七杆与第八杆通过连架杆第二驱动电机连接，第八杆与第一杆通过第一铰链连接，连架杆第一驱动液压缸一端与第一杆连接，另一端与第二杆通过第三虎克铰连接，连架杆第二驱动液压缸一端与第六杆连接，另一端与第五杆通过第四虎克铰连接，连架杆第三驱动液压缸一端与第一杆连接，另一端与第八杆连接，连架杆第四驱动液压缸一端与第六杆连接，另一端与第七杆连接，连架杆第五驱动液压缸一端与第五杆连接，另一端与第四杆连接，连架杆第六驱动液压缸一端与第二杆连接，另一端与第三杆连接。

所述弧形限位滑槽圆弧对应角度为100-105°，所述机械腿与连接架安装角度为45-50°。

本发明的突出优点在于：

1.步进式爬树机器人在爬树过程中，机械腿可以实现两自由度和单自由度的转变，属于变自由度变胞结构，具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化特征，使机械腿在爬树过程中完成复杂的动作。爬树过程中，根据步态要求不同，单自由度工作时可以实现相对树干向上抱紧或者向上放松等运动，两个自由度工作时，可以使机械腿在机器人向上运动时保持抱紧，又能改变抱紧角度，适应不同直径树木。

2.步进式爬树机器人，驱动简单，电机单独驱动时，便能灵活模仿动物爬树动作，机械腿能实现相对树干由抱紧到向上放松，再到向上抱紧树干的复杂动作，同时依靠驱动力的反作用力实现机械腿在树干上的锁死，爬树工作安全可靠。

3.机架杆组件中的两个虎克铰及其驱动装置，在实际爬树时，更好模拟动物身体结构，实现多方位转向、避障、改变重心，能适应不同形状的树木。